Как мы нагреваем воду регистром на дымоходе?

Установка регистра для нагрева воды на дымоходе позволяет полезно использовать теплоту дымовых газов, повышая КПД печи в целом. Кроме того, он понижает температуру дымовых газов до относительно безопасных значений. В сравнении с регистром, установленным в топке (на топке), он не отнимает теплоту от камней. Вроде это очевидно.
Однако практическое использование этого устройства показало, что скорость нагрева воды сложным образом зависит от начальной температуры воды и качества используемых дров.
При пристальном разборе работы этого простого теплообменника видно, что при топке печки он работает, в по крайней мере, в двух режимах. В зависимости от того в какой режим мы попадаем существенно меняется процесс теплоотдачи от дымовых газов к внутренней трубе теплообменника и процесс нагрева воды может сильно растягиваться во времени.
Первый режим.
Регистр и подключённый к нему бак наполнены холодной водой. На внутренней трубе регистра происходит конденсация воды, а следовательно, регистр нагревается только теплотой конденсации водяных паров из дымовых газов. При этом температура на стенке трубы со стороны дыма будет не более 100гр. Так как тепловой поток через стенку трубы пропорционален разности температур, то его величина будет незначительна. Чем дольше этот режим держится. тем дольше длится нагрев воды.
Второй режим.
Это режим, когда на внутренней стенке трубы регистра конденсация паров воды не происходит.
В этом случает тепловой поток через трубу регистра будет существенно больше, т. к. разность температур на стенках трубы составит не десяток градусов (как в первом режиме), а несколько сот градусов. Вода нагревается быстро.
Следовательно, для быстрого нагрева воды нужно создать такие условия, чтобы сократить продолжительность первого режима. Назовём его "режимом конденсации воды из дыма".
Я сделал прикидочные расчёты по среднестатистическому регистру. К сожалению, часть параметров определяется экспериментально. Чуть позже выложу результаты.
Надеюсь, что наши уважаемые конструктора вникали в эту проблему и имеют свои соображения.


Если кто-то не "врубается " в тему, то может поставить натурный эксперимент. Наберите холодную воду в кастрюлю с тонкими стенками и тонким дном и поставьте на газовую горелку. Увидите, что стенки кастрюли покроятся конднсатом, он даже будет капать на плиту. Хотя стенки кастрюли омываются пламенем их температура будет меньше 100гр. Это состояние будет длится достаточно долго, пока вода внутри кастрюли не прогреется до некоторого порогового значения. В кастрюле воды несколько литров, а регистр подключен к баку с холодной водой на несколько десятков литров!
По моим наблюдениям уменьшение начальной температуры воды на 10гр затягивает её нагрев в 2 раза. Важно, что начальные температуры низкие - от 5 до 15гр.

 

Заметил: что при медленном горении регистр греется очень медленно, поэтому для ускорения процесса в первые 30-40 мин надо чтоб пламя обязательно заворачивалось за зуб (по моему опыту). скорее всего это ведет к сильному прогреву-нагреву первой трубы с конвектором и регистром, видимо (глазами не видел) для быстрого минования точки росы в зоне регистра, она должна быть чуть бардовой - тогда кондесат на регистре будет мгновенно испаряться - там пространство около 1 мм. а когда труба под регистром бардовая - конденсат уже просто не сможет обзовываться.
да вот мне понравилось топить на второй день: когда вода в баке еще со вчера порядка 40гр. прогрев парной на 30-40 мин быстрее идет.
как вариант (кривой конечно) перед топкой влить в почти пустой бак 2 чайника кипятка, и мере прогрева печи - доливать холодную воду, но до парения еще, только после долива воды сразу разгонять печь до горения.

 

RAlexandr, мои наблюдения и эксперименты полностью совпадают с вашими.
Мне представляется, что есть "критическая начальная температура воды", ниже которой нагрев воды резко замедляется. Вроде это около +15гр. При более высоких температурах вода нагревается чуть раньше или одновременно с готовностью парилки и камней.

 

Если в печной топке сжечь 10 кг дров с 25%-ой влажностью (воздушно-сухие дрова), то выделится 36300ккал теплоты. При этом образуется 2,5 кг паров воды за счёт испарения влаги и 4,17 кг паров воды при сжигании собственно древесины. Всего в дымовые газы перейдёт 6,67 кг воды. Частичная конденсация этой воды на внутренней трубе регистра и тормозит нагрев воды регистром.
Насколько это критично? Если нужно нагреть до 70гр 100л воды (бак+регистр) с начальной температурой +15 гр, то потребуется 22990ккал теплоты. Если же начальная температура воды будет +5гр, то потребуется 27170ккал - на 18%! больше. При неизменной теплопроизводительности топки при снижении температуры с +15 до +5гр нагрев воды затягивается минимум на 18%, а с учётом повышения расхода теплоты на нагрев самой печи и камней эта величина будет приближаться к 50%.
При понижении начальной температуры воды с+15гр до +5гр затягивается работа регистра в режиме конденсации паров воды из дымовых газов, что может увеличивать время нагрева воды в два раза!
Оценим расход дров на нагрев 100л воды с 5 до 70гр. В идеале потребуется 21170:3630=7,5 кг дров с 25%-ой влажностью. С учётом КПД банной печи потребуется не менее 10кг дров. То есть одна закладка дров уйдёт только на нагрев воды. Одна закладка дров прогорает примерно за 1 час, при низких температурах за это время воду не нагреть.
Как можно оптимизировать нагрев воды регистром на трубе?
1. Использовать регистры с малым объёмом, что позволит сократить время режима конденсации.
2. Использовать регистры с большой толщиной стенки внутренней трубы. Это увеличит термическое сопротивление в процессе теплопередачи, а, следовательно, и градиент температуры между водой и внутренней стенкой трубы, что предотвратит конденсацию водяного пара. В этом смысле следует признать удачной конструкцию регистра для печей Ферингера. Высокое термическое сопротивление в регистрах Ферингера ухудшает параметры теплопередачи, но решает проблему конденсации воды.
3. Форсировать режим топки в первые 20-30 мин.
4. В первой закладке использовать максимально сухие дрова - комнатной сушки, а не "из сарая".
5. Изначально заполнять водой только регистр, а после его прогрева заполнять бак.
6. Заполнять регистр тёплой водой.
7. Выключать или подавлять циркуляцию воды между регистром и баком до прогрева воды в регистре.

Нужно отметить, что при температурах выше +15гр проблем при рассмотренном способе нагрева воды не возникает или они не критичны.
3.

 

Сегодня после пяти дней простоя затопил печь. света нет, на улице был 0 потом -5 гр, в доме +1. через 25 мин, после того как хорошо разгорелось верхний патрубок регистра был теплый. через 40 мин - труба над регистром и пеход в сендвич - были темно-малиновые - увидел, т. к. была темнота в парилке. а топил не бешеным истопником, но горел весь верх закладки. интересно это нормально? из бака слил 20 л воды чтоб быстрее грелась уменьшил тгу. но труба перестала светиться только после того как сгорело ползакладки и плмя только облизывало зуб

 

Что интересно:
ни кастрюль ни регистр в той конструкции что есть на дымоходе ферингера - не могут вообще никак влиять на охлаждение трубы! для того чтоб они охлаждали дымоход они должны быть составной частью этой трубы, т. е. внутренней их стенкой (диаметром) должна быть труба дымохода, а нижние (и верхние в случае регистра) стенки должны быть приварены к этой трубе. или они должны одеваться очень плотно на эту трубу (как катрюля которую мы ставим на электроконфорку и она всей плоскость дна плотно лежит на металле комфорки). наличие же любого зазора даже 1 мм - нарушает ТЕПЛОПЕРЕДАЧУ, и нагрев идет только излучением и конвекцией воздуха. простой эксперимент - поставьте вертикально электроплитку и включите, когда спираль (конфорка) станет красной сбоку поставьте кастрюлю с водой, пусть даже она касается конфорки одним краем. и вопрос - когда же закипит вода, и в каком месте? да только в месте касания и то очень не скоро. и второй вопрос где потемнеет спираль конфорки? ответ тот же в месте касания шириной примерно 1 см, вся остальная спираль будет красной и при продолжительной работе просто сгорит или лопнет.
так что ни о каком охлаждении 1 дымохода и меньшей температуре отходящих газов и значит о большей пожаробезопасности нет и речи. а при новой конструкции в ламелях - уменьшенной до предела камере дожига газов - этот дожиг при полной закладке дров до зуба будет идти (что и есть на самом деле) именно в стартовой (часть печи - в виде ракеты) и 1 трубе (с регистром и кастрюлем). а это в двойне опасно - так что перерационализировали слегка. и отсюда грустный совет - нынешние печки уже нельзя закладывать доверху! горение в трубе прекращается когда дрова опустились наполовину топки, и пламя незаворачивается за зуб а только его облизывает! увы все не очень то радостно.
ПАЛЕХА: просто это касается в обратную сторону нагрева воды! точки соприкосновения регистра и трубы минимальны (если они вообще есть - завтра (если буду на даче сниму ламели и посмотрю) по моему их вообще нет, там воздух. отсюда и все траблы - а не от темературы воды!

 

На выходных попробовал режим форсированной топки в течение 20 мин. Воду нагрел до 80гр менее чем за 2 часа.
Интересно, что первые 20 мин верхняя половина регистра была тёплой (40-45гр), а нижняя половина оставалась холодной. Чётко фиксировалась граница между тёплой и холодной зонами. Получается, что нижняя часть работала в режиме конденсации, а верхняя в режиме теплопередачи непосредственно от дымовых газов.

 

Вот что интресно в ламели вода начинает греться быстрее чем в русалке. в русалке регистр закреплен только трубками торчащими наружу и регистр болтается на трубе люфт до 3 мм, в ламеле жестко закреплен сверху и снизу держателями и расстояние на ламели минимальное до 1 мм


на самом деле доля теплопередачи очень мала - только в месте плотного касания регистра и трубы, на остальных участках ИК и конвекция.

 

Теплопередача не исключает передачу теплоты и излучением.


Добавлю к 8-му посту. Впервые прогревал печью одновременно и парную и моечную. Парилка прогрелась до 63гр, а КО - до 26гр. Температура камней в середине закладки 550гр, у крышки каменки - 260гр.

 

Привет! Купил к Классике паровой бак-рюкзак на 80 литров. Теперь читаю вас и грущу...
Этот бак с трубой соприкасается совсем мало т. к. углубление под трубу совсем не половинка окружности (
Этож сколько нужно топить чтоб нагрелся? Часов восемь? Есть опыт?

 

При повешении бака постарайся чтоб он прилегал всей выемной сверху донизу, и не грусти - баки на ртрубе обычно греются достаточно быстро, более того они часто кипят, поэтому их не рекомендуют в русской бане изза неконтролируемого паровыделения (густой мокрый пар клубами). у тебя не будет теплопотерь в трубах, от регистра вода идет по трубе внутренним дм около 20 мм, а у тебя вода с баком греться будет контактно + ИК + конвекция снизу. так что еще и придерживать горение придется. регистр на трубе - это самый медленный прогрев воды (ну если не считать бадью с водой, поставленную на полок сбоку, или ведро сверху на печь)

 

Я так топлю уже давно. Псевдо режим "бешенного истопника" в течение 15-20 минут.
Даже Куткин указал мне на это
Но цель шире - нагреть не только верх регистра и взять оттуда (кран у самого верхнего выхода) кипяток, но и кастрюлю, чтобы этот кипяток туда влить и сразу получить нагрев парилки еще и паром.
Год эксплуатирую баню и проблем с нагревом воды в баке на 60 литров не было. А вот топить печь с пустым регистром можно - ничего ему не будет.
Кипяток в бак заливал только в сильные морозы, когда холодная вода просто замерзла бы при заливке.
Считаю конструкцию регистра Ферингера очень удачной. А трубе из черной стали толщиной 3 мм за год хоть бы хны. На внутренних стенках за год легкий налет сажи. Да и заменить эту трубу, если что, очень просто.
Хотя помню свои ОЧЕНЬ БОЛЬШИЕ СОМНЕНИЯ в эффективности такого регистра пару лет назад, когда впервые увидел его. Было и такое на фоне других типовых регистров, у которых внутренняя стенка - дымовая труба. Удачи

 

Это самый неудачный вариант. Если есть возможность обменяйте его на бак с регистром. Либо приобретите регистр, а в бак установите штуцеры на 3/4 или 1 дюйм и вынесете бак в моечную или установите его в перегородку между парилкой и моечной.

Первое относится в регистру Ферингера. Для регистров типа Самовар это рекомендовать нельзя. Стенки внутренней трубы делают слишком тонкими. Артур Павлович считает, что у таких регистров слабым местом являются сварные швы. Перегрев стали может привести к нарушению герметичности конструкции. Поэтому он остановился на варианте регистра, одеваемого на трубу. Практика показывает, что АПФ прав -его конструкция безопасная и более эффективная, особенно при низкой температуре воды.

 

Как это?
А куда остальные механизмы нагрева делись?