Blog


Prawie wszystko o piecach rakietowych.

autor: Robert Błaszczyk / 6 Wrzesień 2016


Od jakiegoś czasu docierają do naszej ojczyzny informacje na temat tajemniczego pieca, posiadającego  niemal magiczne zdolności. Mówi się o niezwykle wydajnym sposobie ogrzewania naszych mieszkań, o 80 procentowej wyższej wydajności w porównaniu z innymi piecami.  Wspomina się o niskiej emisyjności zanieczyszczeń, o braku dymu z komina czy też wreszcie o tym, iż w ogóle komina ów tajemniczy piec nie potrzebuje. Dodatkowym atutem, który się wymienia ma być prostota wykonania oraz znikomy koszt części z jakich można go zbudować.
Chodzi oczywiście o tzw. piec rakietowy, którego nazwa jest również tajemnicza jak wspomniane wcześniej jego zalety.  Czy sugeruje nam ona, że mamy do czynienia z technologiami rodem z NASA? Czy faktycznie wcześniej wymienione cechy są zgodne z prawdą czy może mamy do czynienia z kilkoma mitami, które powstały w procesie tzw. “głuchego telefonu”? Niniejszy artykuł jest próbą odpowiedzi na owe pytania oraz ma na celu usystematyzowanie i przedstawienie w skondensowanej formie podstawowych  faktów na temat pieców rakietowych, ich genezy oraz historii ich rozwoju do czasów obecnych.





Zacznijmy zatem naszą historię od samego początku. Mamy początki lat ‘80. Znajdujemy się w Stanach Zjednoczonych w Oregonie na terenie organizacji Aprovecho Research Center. Organizacja ta zajmuje się rozwojem wydajnych, prostych i tanich w budowie pieców kuchennych na potrzeby krajów trzeciego świata.
W większości przypadków mieszkańcy owych krajów gotują swoje posiłki na otwartym ogniu i borykają się z dwoma głównymi problemami. Pierwszym jest trudność w pozyskaniu materiału opałowego, drugim – choroby oczu a nawet zgony wywoływane zadymieniem. Aby rozwiązać owe problemy, w instytucie Aprovecho,  prowadzone są prace nad projektem prostego pieca, który będzie wydajny, nie będzie zużywał tak dużo opału jak do tej pory, a na dodatek będzie spalał czysto i bezdymnie.



Larry Winiarski, techniczny dyrektor w Aprovecho opracowuje model takiego pieca inspirując się głównie rozwiązaniami jakie zastosowano w lampie naftowej. Jak wiadomo taka lampa, bez klosza – dymi, a po nałożeniu pionowego, szklanego klosza – dymić przestaje. To rozwiązanie wykorzystuje w swym projekcie Larry Winiarski i jego też należy uznać za ojca pieców rakietowych.
Budowa pieca według projektu Winirskiego jest bardzo prosta. Podstawowe założenie to pionowa komora spalania, która jest zaizolowana. Dzięki temu utrzymuje wysoką temperaturę, a to podstawowy czynnik umożliwiający proces czystego spalania. Dodatkowo, magazynek opału jest tak umiejscowiony, że pod spodem zapewnia dopływ powietrza wtórnego, który również przyczynia się do spalania bezdymnego.
Winiarski wraz z ekipą  Aprovecho i wolontariuszami zaczyna jeździć po krajach trzeciego świata, aby prezentować swój wynalazek. Prowadzi wiele kursów, starając się wyedukować jak największą liczbę osób, tak żeby projekt mógł trafić do szerokiego grona odbiorców. Celem Aprovecho staje się stworzenie miejsc pracy w krajach trzeciego świata oraz sieci małych przedsiębiorców, którzy jako produkt oferować będą piec Winiarskiego. Tak też się dzieje. Po wielu latach, miliony piecy używanych jest w ponad 60 krajach na całym świecie.
Jednocześnie w instytucie, wynalazek jest rozwijany dalej i adaptowany do wielu zastosowań. Powstają piece do pieczenia chleba i pizzy, do podgrzewania wody oraz ogrzewania pomieszczeń w instytucie. Wszędzie daje się zauważyć dużą efektywność i dość małe zużycie opału. Prace instytutu zyskały uznanie. W roku 2006 Larry Winiarski odbiera nagrodę Ashden Awards (organizacja promująca rozwój zrównoważony w sektorze energetycznym) za swoją pracę w Afryce oraz ponownie w roku 2009 za pracę w chińskiej fabryce, nad masową produkcją wydajnych pieców kuchennych, produkowanych na potrzeby krajów rozwijających się.




Pora przedstawić kolejną osobę, która odegrała ważną rolę w dalszym rozwoju i promocji pieca rakietowego na świecie. Jest nim przyjaciel Winiarskiego – Ianto Evans – architekt, ekolog oraz permakulturowiec, promujący tanie, ekologiczne budownictwo, przez pewien czas pracujący także w Aprovecho. Evans wraz z Lindą Smiley w 1989r. przeprowadzają się do pierwszego domu wybudowanego w technologii cob. Zakładają tu szkołę naturalnego budownictwa “North American School of Natural Building” i promują budownictwo ze słomy, gliny i piasku. Później ich technika znana będzie pod nazwą “Oregon Cob”.
Na potrzeby ogrzewania swoich budynków Ianto rozwija projekt pieca rakietowego. Wykorzystuje pomysł zaizolowanego paleniska, dokładając do niego podajnik grawitacyjny na drewno. Na wierzch zaizolowanej rury nakłada beczkę, która służy jako wymiennik ciepła na zasadzie znanej nam “kozy”, a spaliny prowadzi rurami obudowanymi gliną, tworząc coś w rodzaju zapiecka, na którym można się położyć. Ciepło spalin ogrzewa dużą masę termiczną, która później powoli oddaje ciepło. Paliwem jest drobno porąbane drewno czy też chrust, dzięki czemu nie trzeba ścinać całych drzew, a możliwe jest używanie chrustu czy też systemu odroślowego. W ciekawy sposób paliwo podawane jest do podajnika, gdyż ustawia się gałązki pionowo, następnie siła grawitacji opuszcza je powoli na dół. Palą się tylko końcówki gałązek na podobieństwo ogniska Indian amerykańskich, co dodatkowo wpływa na wydajność pieca.
Po wielu latach doświadczeń w budowaniu  pieców, Ianto w 2006 wydaje swoją książkę, w której opisuje zasady projektowania oraz budowania akumulacyjnych pieców rakietowych. To w niej pojawiają się informacje o 80% oszczędności w porównaniu do innych pieców. Informację tę Ianto podaje porównując ilość drewna, jakie w ciągu zimy spala jego sąsiad, do ilości jakie on sam zużywa w swoim piecu rakietowym.


Warto nakreślić trochę kontekst kulturowy i geograficzny, gdyż to zawsze powinniśmy brać pod uwagę przyglądając się jakimś technologiom, które przychodzą do nas zza granicy. Otóż nagminnie stosowanymi piecami w Stanach Zjednoczonych, służącymi do ogrzewania domów, były piece metalowe (takie metalowe “kozy”). To w zestawieniu z nimi Ianto uzyskiwał 80 procentową oszczędność. Przede wszystkim z powodu faktycznie większej wydajności spalania w palenisku rakietowym niż w piecach metalowych oraz dzięki dodatkowej funkcji akumulacji ciepła w masie termicznej. Piece kaflowe czy też profesjonalne piece zduńskie nie były w Stanach popularne. Barierę dla ich rozwoju stanowiła niezwykle wysoka cena jaką w tamtych rejonach za profesjonalny piec należałoby zapłacić. Były to kwoty rzędu 15-30 tysięcy dolarów. Bardzo często były zatem poza zasięgiem przeciętnego Amerykanina. W takich okolicznościach pojawienie się pieca rakietowego, który można było zbudować samemu, w dodatku  z użyciem materiałów odpadowych o bardzo niskich kosztach, przyjęto z entuzjazmem. Głównie w środowiskach permakulturowych, budowniczych naturalnych czy ekowioskowych.



Ważną informacją również jest położenie geograficzne w jakim narodził się akumulacyjny piec rakietowy. Otóż dom Ianto Evansa znajduję się w Oregonie, niedaleko  brzegu Pacyfiku. Najniższe temperatury notowane zimą to 1 °C. W tych warunkach grube ściany domów z cob-u same w sobie przez lato akumulowały wystarczającą ilość ciepła, na tyle aby w środku, w zimie, czuć się komfortowo. Inaczej sprawa wygląda w rejonach nieco zimniejszych. Do ciekawych wniosków doszli użytkownicy pieców rakietowych na innych kontynentach. Ze względu na potrzeby użytkowników zamieszkujących obszary o różnych uwarunukowaniach klimatycznych zaczęły się dalsze prace nad rozwojem pieców rakietowych, badania i usprawnienia konstrukcji. 




Wieści na temat niezwykłej wydajności pieców rakietowych rozeszły się po świecie. Jak do tej pory można było sprawdzać ją jedynie organoleptycznie. W pewnym momencie informacje na temat “rakieciaka” dotarły do Holandii, do domu emerytowanego inżyniera Petera van den Berga. Do potrzeb ogrzewania swojego domu wykorzystywał już własnoręcznie wykonywane piece kanałowe oraz fińskie “contraflow”. Zafascynowany wieściami na temat pieca rakietowego zaczął eksperymentować z projektami Evansa. Peter prawdopodobnie jako pierwszy podszedł do zagadnienia od strony techniczno-naukowej. Wyposażony w wiedzę oraz profesjonalny analizator spalin zaczął mierzyć parametry konstrukcji Evansa. Głównie zainteresowany był efektywnością spalania, poziomem tlenku węgla oraz współczynnikiem nadmiaru powietrza. Dzięki odczytom z analizatora mógł dokonywać poprawek w projekcie i faktycznie obserwować czy przynoszą one pożądany efekt. 





I tak po wielu próbach w 2011 roku zaproponował kilka podstawowych zmian w klasycznym palenisku Evansa (tzw. J-Tube). Wyprofilował sam kształt paleniska tak, że na końcu uzyskał łagodne podbicie, wymuszające aby strumień gazów utrzymywał się w środku dopalacza. Na samym początku paleniska zastosował drobne wypukłości, które rozbijają przepływ laminarny gazów i wymuszają turbulencję, dzięki czemu gazy mogą się dobrze mieszać z powietrzem i całkowicie dopalać. Przy podajniku dołożył szczelinę, która podawała powietrze wtórne, dzięki czemu udało mu się wyeliminować problemy z cofaniem się dymu, czy też niepożądanym zapłonem patyków w samym podajniku. Sam dopalacz wykonał z płyt wermikulitowych, dzięki czemu uzyskiwał bardzo szybko wysoką temperaturę, potrzebną do całkowitego dopalenia gazów. Konstrukcję paleniska opracował na zasadzie odlewanych elementów z betonu żaroodpornego, gdzie ścianki miały grubość 3cm. Dzięki temu samo palenisko może rozgrzać się do wysokich temperatur bardzo szybko i osiągać czyste spalanie po 5 minutach od odpalenia. Średnia sprawność odnotowana zostaje na poziomie 93%, a poziom tlenku węgla (CO) w spalinach bardzo szybko spada utrzymując się na średnim poziomie 150PPM. Są to dość efektowne wyniki i niewiele konstrukcji może się takowymi poszczycić.
Jego osiągnięcia entuzjastycznie przyjęto w Stanach. Zaproponowano mu wykup licencji na wyłączność, dlatego od tej pory przez najbliższe dwa lata, projekt nie będzie niestety upubliczniany. Firma Dragon Heaters, która wykupiła ową licencję rozpoczęła sprzedaż wysyłkową zestawów do samodzielnego montażu, opartych na palenisku autorstwa Petera. Wprowadza to pewien niepokój w środowiskach “rakietowców”, gdyż jak dotąd projekty pieca były dostępne na zasadzie open-source. Teraz trzeba będzie odczekać aż wygaśnie licencja i dopiero projekt doczeka się publikacji.





Skoro mamy już palenisko, które spala drewno w bardzo efektywny sposób, dobrym pomysłem byłoby maksymalnie wydajne zmagazynowanie i wykorzystanie ciepła jakie owo palenisko nam dostarcza. Jak do tej pory w klasycznej konstrukcji Evansa wymiana ciepła odbywała się przy pomocy rur rozmieszczonych w ławie, obklejonych gliną z piaskiem.  Taki sposób określamy w świecie zduńskim jako system kanałowy. Rozwiązanie to ma jednak swoje minusy, dlatego już dawno temu zaproponowano w piecownictwie alternatywny oraz znacznie wydajniejszy sposób. Jest to system komorowy (z ang. Bell-czyli dzwon) oparty na teorii hydraulicznego ruchu gazów.
System ten opracowany został w Rosji przez profesora Grzymajłę i rozwijany był dalej kolejno przez Podgornikowa i Kuzniecowa. W Polsce dużo na ten temat pisał inżynier Szrajber i warto byłoby przyjrzeć się jego konstrukcjom kiedyś nieco bliżej. 


Podstawową różnicą w tym systemie jest to, że zamiast kanałów, którymi wędrują spaliny palenisko obudowuje się otwartymi komorami. Tak jakbyśmy przykryli nasz piec dużym dzwonem. Ława również skonstruowana może być w ten sposób, co znacznie ułatwia i przyspiesza pracę w porównaniu do masywnej ławy z cob-u. Wylot spalin umieszczany jest na dole pieca, dzięki czemu na zewnątrz wydostają się już ochłodzone spaliny, a ciepłe pozostają w górnych partiach pieca dłużej. Inną zaletą tego systemu jest zwiększona wydajność wymiany cieplnej, gdyż spaliny mają kontakt z masą termiczną na dużo większej powierzchni niż w przypadku systemu kanałowego. Te informacje rozeszły się na forum pieców rakietowych i od tej pory zaczęto eksperymentować oraz wymieniać się doświadczeniami z powstawania różnych konstrukcji. Między innymi ciekawe rozwiązanie wprowadził niejaki Matt Walker, który wykorzystał przecięte na pół beczki i oblepiał je gliną (half-barrel system).





Zazwyczaj piece rakietowe kojarzone są z projektem Evansa, czyli z beczką oraz otwartym paleniskiem, z którego pionowo wystają patyki. Głównym minusem jego konstrukcji jest to, że: piec potrzebuje stałej uwagi, istnieje potencjalne zagrożenie wypadnięcia rozżarzonych patyków, a także może występować problem z cofaniem się dymu.
Aby rozwiązać owe problemy zaczęto eksperymentować z zaprojektowaniem paleniska poziomego z drzwiczkami, tak aby można było załadować większą ilość drewna, podpalić swobodnie i odejść od pieca. Oczywiście palenisko powinno nadal posiadać wysoką sprawność spalania.
Jak to zwykle bywa w przypadku projektów “open source” jeden pomysł stymuluje drugi, prowadząc do dalszego rozwoju. Kiedy wspomniany wcześniej przez nas Peter van den Berg został zainspirowany próbami kolegów zza Oceanu, wówczas postanowił opracować projekt kolejnego paleniska. Po wielu próbach i analizach przy użyciu specjalistycznych narzędzi, opublikował swoje wyniki oraz przedstawił projekt paleniska poziomego “Batch box”.
Prototyp tego paleniska Peter wykonał z odlewanego betonu żaroodpornego, dołączył dopływ powietrza wtórnego, a także opisał proporcje w jakich powinno się konstruować takie palenisko. Testy wykazywały wysoką sprawność spalania rzędu 92%. Palenisko ma również większą moc w porównaniu do poprzedniego “J-tube” oraz umożliwia dołączenie drzwiczek z szybką, aby móc obserwować ogień.
Po opublikowaniu swojego wynalazku, w sieci zaczęły pojawiać się projekty wykonanych pieców, które wyglądem i estetyką nie odbiegały już od klasycznie wykonywanych pieców zduńskich. Piec rakietowy przeszedł długą drogę w swym rozwoju i zaczął wzbudzać zainteresowanie wśród środowisk profesjonalnych zdunów. Zaczęto zadawać pytania: czy różni się w swej efektywności od współczesnych konstrukcji, nad którymi pracowano już od wielu lat? W końcu przecież teoria czystego spalania nie została wynaleziona przez Larrego Winiarskiego.





Aby móc odpowiedzieć na powyższe pytania dotyczące wyższości pieców rakietowych nad innymi konstrukcjami, potrzebne będą jeszcze profesjonalne testy, wykonane na większej liczbie modeli oraz porównania ich z innymi modelami pieców. Autor niniejszego opracowania postara się jednak dla Was – czytelników – dokonać pewnego podsumowania popartego kilkuletnim doświadczeniem oraz głębokim dociekaniem natury naukowej. Oddajmy zatem naszemu narratorowi głos orz pozwólmy wypowiedzieć się w pierwszej osobie :)

Jak do tej pory wybudowałem kilka pieców rakietowych, odwiedziłem kilku ekspertów w tej dziedzinie oraz przeanalizowałem dane z pomiarów dokonywanych analizatorem spalin Testo-330/2LL. Udało mi się dotrzeć do kilku danych dostarczonych przez Petera van den Berga. Średnia efektywność spalania wynosiła 92/93% , a poziom tlenku węgla był bardzo stabilny na średnim poziomie 450PPM. Przez większość czasu poziom CO był bardzo niski około 100PPM. W porównaniu z innymi konstrukcjami (m.in. dość znany piec modułowy produkcji polskiej) są to bardzo dobre wyniki. Ostatnio będąc w Danii, studiowałem konstrukcje pieca u Larsa Helbro. Bardzo prosta konstrukcja oparta na palenisku szamotowym obudowana czerwona cegłą. Piec Larsa również charakteryzował się wysoką sprawnością, rzędu 92%, jednak potrzebował troszkę więcej czasu, aby tę sprawność osiągnąć. Grube palenisko z szamotu musiało się troszkę czasu nagrzewać. Piec rakietowy znacznie szybciej osiąga maksymalną wydajność, a to za sprawą dopalacza wykonywanego z materiałów izolacyjnych. Pozwolę sobie zatem na przedstawienie kilku moich osobistych wniosków:

  •  dobrze wykonany, profesjonalny piec zduński będzie mieć lepsze parametry od źle wykonanego pieca rakietowego;

  • dobrze wykonany piec rakietowy będzie miał wyższą sprawność od średniej jakości pieców zduńskich;

  • dobrze wykonany piec rakietowy będzie miał  porównywalną sprawność do dobrze wykonanego pieca zduńskiego, może jednak szybciej osiągać spalanie bezdymne i będzie miał niższą emisję tlenku węgla;

  • konstrukcja paleniska rakietowego może wymuszać pewne kompromisy, a zwłaszcza przy piecach kuchennych, gdzie wysokość dopalacza determinuje wyskość płyty kuchennej i często okazuje się być odrobinę za wysoko. Palenisko takiego pieca będzie umieszczone dość nisko, dlatego aby nałożyć drewna trzeba będzie się przed naszym piecem pokłonić;

  • podstawowe wersje pieca rakietowego są stosunkowo bardzo proste i można je wykonać samemu przy użyciu materiałów odpadowych. Trzeba się jednak liczyć z krótką żywotnością takiej konstrukcji.



Na zakończenie chcielibyśmy podzielić się jeszcze podsumowywującymi spostrzeżeniami. Jest w piecu rakietowym jakaś magia, którą trudno wytłumaczyć przy pomocy narzędzi pomiarowych. Każdy kto zbudował i wykorzystywał taki piec wie, że potrafi on być bardzo wydajny. Kilka patyczków nagrzewa beczkę do czerwoności, potrafi zagotować wodę czy przygotować posiłek. Ostatnio testowaliśmy nawet konstrukcję pieca do wypału ceramiki. W kilkanaście minut osiągnęliśmy temperaturę 1160C, zużywając przy tym niewielką ilość drewna. Doświadczeni ceramicy byli pod dużym wrażeniem.
Dźwięk jaki wydaje piec rakietowy, również ma w sobie coś pociągającego. To właśnie od tego dźwięku zawdzięcza on swoją nazwę. Można siedzieć i słuchać go godzinami...





Robert Błaszczyk – jeden z najbardziej zaangażowanych twórców z dziedziny permakultury i budowy pieców rakietowych w Polsce. Od kilku lat zdobywa wiedzę u ekspertów z całej Europy poszukując najefektywniejszych rozwiązań w dziedzinie zduństwa.  Prowadzi intensywne działania popularyzatorskie i warsztatowe w naszym kraju. Jego marzeniem jest zaprojektować i zbudować zintegrowany ekosystem życia człowieka.









Najnowsze i najpopularniejsze dawki wiedzy

Zamknij

Podaj tutaj swój adres email: