Сравнительный тест печей. А. Чернов.

В мае 2014г., А. Чернов, П., С.Полачек , при активном содействии компании «Ortner». Провели сравнительный тест двух конвективных систем — канальной и колпаковой.
Оригинал статьи, находится здесь http://www.stovemaster.com/html_en/testing_at_ortner_gmbH_2014.html
Ниже опубликован перевод , авторской статьи, сделан с разрешения автора — А. Чернова.

                                                            Сравнительное тестирование

Прежде всего, я бы хотел выразить благодарность «Ortner GmbH» за поддержку идеи этого тестирования, путем предоставления материальной помощи, обеспечения обо- рудованием, экипировкой и всеми необходимыми материалами, а также за предоставле- ние сотрудников в помощь. Я бесконечно благодарен за высочайшее гостеприимство, ко- торое обеспечило нам работу и проживание. Эксперимент бы не состоялся без поддержки вашей компании. Спасибо!
Так же, хочу выразить отдельную благодарность Полу и Стефану Полатчеку, за ключевую роль в организации этого эксперимента и за многие часы личного времени, по- траченные на его подготовку и проведение. Спасибо!
Идея этих экспериментов возникла во время разговоров со Стефаном и Полом Полачеком. Мы размышляли о семинаре, на котором можно было бы создать конструкцию печи, включающей в себя модульные элементы, разработанные компанией «Ortner», вме- сте с элементами, создаными вручную в духе свободного творчества. Мы решили, что бу- дет очень интересно сравнить две разные теплообменные системы, используя модульную топку, произведенную компанией «Ortner». Таким образом, мы обозначили основные цели эксперимента:
1. Мы начнем с модульной топки, произведенной компанией «Otner», и построим две версии печи:
— Hand-built Double-Bell теплообменник (построенный вручную двойной колпак), исполь- зуя стандартный шамотный кирпич и плитку;
-И теплообменник канального типа традиционного Австрийского образца, используя модули KMS компании «Otner».
2. Мы просушим печи и проведем два полных теста для сравнения КПД и количества выбросов в атмосферу.
Реализация проекта началась в мае 2014 года, после щедрого предложения компа- нии «Ortner GmbH» провести этот эксперимент, используя их недавно построенный учеб- ный центр. Вы можете увидеть обе версии тестируемых печей на заднем плане: KMS слева
лаборатория

Строительство нагревателей

Топка Ортнер

Топка «Ortner GO-11» (11кг нагрузки) была выбрана в качестве отправной точки.В первую очередь мы построили простую версию топоки с двойным колпаком. Мы рассчитали вес и объем теплообменной части топки с двойным колпаком, чтобы сравнить его с системой KMS.

Пол
Пол работает над топкой с двойным колпаком. Обратите внимание, что топка имеет об-лицовку, в отличии от теплообменной части.
Стефан вычисляет вес и объем топки с двойным колпаком.
Стефан

Нижний колпак. Подключение топки. Внутри

первый колпакВерхний колпак. Сухая кладка внутри.  Второй колпак

Итог

Законченная версия топки с двойным колпаком. Газы выходят из топки в правом верхнем углу. Карандашная разметка на плитке показывает примерное расположение колпаков.

Колпаки были построены по принципу двустенного безвоздушного пространства: 40мм плитки снаружи (выложены с Ortner Haftmortel — гидравлически быстро затвердевающий связывающий раствор) и 20мм плитки внутри с 10мм твердого глинистого раствора между внутренней и внешней плиткой. Именно этим способом можно построить ядро нагревателя, что было с воздушное пространство между оболочкой (третий и завершающий слой) и ядром.

 

            Далее следует KMS версия. Мы создали эту версию, чтобы достигнуть примерно такой же массы и объема.

Готовая версия топки KMS. Газы выходят из топки сзади, в небольшой канал нисходящего потока (sturzzug) предварительно повернув налево.

kms

Следует отметить, что обе версии были подключены к дымоходам одного и того же размера. Дымоходы были короткими — около 15 футов от уровня пола. Вместе с очень теплой погодой за окном (+ 26C) создались условия, которые не благоприятны для топок, но так как мы создали равные условия для обеих версий, было принято решение, что это не должно повлиять на наше сравнение производительности топок.

Было отмечено, что из-за длины каналов в версии KMS путь был дольше, чем мог позволить вычислить любой традиционный австрийский метод расчета. Нам сказали, что эта версия не пройдет по австрийским правилам вычисления. Мы провели полученную длину канала и сформировали с помощью запатентованного расчетного программного обеспечения Ortner. Мы получили вывод о том, что температура дымовых газов в дымоходе в конце канала составит 3 С, но очевидно, что этот результат был нереалистичным. Действительно, эта канальная система была значительно длиннее чем.

Обе версии топок были завершены и исправлены за день до тестирования.

Фото экрана вычислительной программы Otner Фото экрана

Тестирование

Данные о выбросах монооксида углерода (далее CO) были получены с помощью газоанализатора и метода Stack Loss. Данные ПМ были собраны с помощью смесительного канала для измерения частиц компании Condar, предоставленный исследовательской компанией MHA Lopez Labs. Компания Otner предоставила газовый анализатор NOVA H8 MRU, используемый в их лаборатории.

Было обнаружено, что газовый анализатор NOVA H8 не имеет режима разбавления CO для размеров превышающих 4000 ч/млн. Также у нас был газовый анализатор Testo 330-2, предоставленный компанией Luis Wegscheider, но из-за отсутствия компьютера с программным обеспечением Easy Heat Testo, с автоматической записью показаний Testo 330-2, мы решили использовать анализатор NOVA, так как в нем имеется автоматическая

запись тестовых данных в электронные таблицы Excel. Запись данных

Показания NOVA H8 MRU.  Предварительная установка версии топки с двойным колпаком. Зонд от NOVA слева, а от Condar справа.

зонды в колпаке

Предварительная установка версии KMS. Зонды от NOVA и TESTO справа, а от Condar и

Magnehelic слева.

Показания Нова 8

Топка с двойным колпаком была оснащена 9 датчиками температуры, которые были помещены в разные места для сбора данных, которые могли бы показать движение газа внутри колпака. Датчики, встроенные в Testo, автоматически отправляют данные в электронные таблицы программы Excel.

Топку с колпаком настраивали во время испытания. Обратите внимание, датчики температуры с алюминиевой лентой закрывают отверстия. В соответствии с европейскими стандартами к концу тестирования было рассчитано получить 25% от самого высокого измерения углекислого газа, достигнутого в ходе тестирования. Следует отметить, что достижение контрольной точки происходит гораздо раньше, чем 95% кислорода будет восстановлено, как это предусмотрено стандартами Северной Америки.

Фото топки

Это фото сделано в конце теста, когда было выделено 25% углекислого газа.

Как правило, тесты проводят на протяжении двух часов. В это время, подача воздуха была полностью отключена и оставшийся уголь находился в топке в течение еще нескольких часов, прежде чем прогорел полностью.

Каждая закладка весила ровно 11кг плюс 0,7 lg (английский центнер) щепки Закладки, во время всего тестирования, были одинаковы. Интересное наблюдение, что в лаборатории Otne

r содержание влаги в древесине, как правило, не измеряется, можно предположить, что дрова они всегда получают сухими. Поэтому ни один измеритель Delmhorst или сопоставимый с ним измеритель влажности профессионального уровня, не был доступен на площадке. Таким образом, 15% количества содержания влаги в электронных таблицах от Condar является гипотетическими. Следует отметить, что вся древесина, которая была использована в ходе тестирования, выглядела сухой.

вес дров вес дров 2 топим

Обычная закладка.                                                                                    Розжиг.

Порода древесины: Бук. Размер паленьев базировался на основе стандартов Северной Америки. Топки были запущены с одной закладкой дров и щепок , помещённых сверху.Развели огонь с двух палочек для розжига, изготовленных из сжатого волокна и воска.

Тестирование, наблюдения и заметки

Во время первого испытательного запуска обе топки медленно разгорались из-за коротких дымоходов и очень теплой погоды снаружи. В начале первого испытания для того, чтобы установить тягу в обеих топках потребовалось загрунтовать дымоходы и поместить бумажный факел через основание дымохода для прочистки. Обе топки были улучшены для второго горения, теперь они имели более теплое ядро и грунтовка дымохода не требовалась. Тем не менее, колпаковая топка показала более выраженное улучшение на старте, хоть она была еще сырой, в отличии от системы KMS, которая не имела удерживаемой влаги, в начале первого тестового прогона. Практически вся влага была выпарена из топки с двойным колпаком, и его второй тестовый прогон начинался без труда.

Из-за слабой тяги в дымовой трубе в начале первых испытаний, у обоих нагревателей были скачки CO выше 4000 ч/млн в первой четверти тестовых запусков. Так как вариантов разбавления CO не было, анализатор NOVA выключал измерительную ячейку CO для очистки каждый раз, когда CO достигал 4000 ч/млн, тратя несколько минут перед повторным запуском измерения CO. Это, безусловно, оказало влияние на средние показатели СО. Средние значения должны были быть выше, чем сообщалось, особенно в течение первых тестовых прогонов, и для версии KMS, которая визуально продолжала бороться со слабой тягой даже в начале второго тестового прогона. Так как влияние было оказано на данные тестирования обоих нагревателей и так как у нас не было правильных показаний СО, сравнение было сделано, используя сообщенные данные.

Версия KMS не имела достаточной тяги для большей части сгораемого, что отразилось на результатах испытаний на выбросы. Версия топки с двойным колпаком горела достаточно ровно, за исключением начала первого тестового прогона. Было интересно наблюдать, что в топке с двойным колпаком огонь горел визуально лучше, чем в версии KMS. Версия с двойным колпаком имела очень низкое давление у основания дымохода, сначала было высказано мнение, что анализатор NOVA давал несоответствующие измерения давления. Мы проверили это измерив давление с помощью Testo 330-2 и оказалось, что действительно, давление было низким в течение всего горения. В отличие от колпаковой версии, в топке KMS давление было значительно выше, даже в начале теста, в то время как огонь визуально боролся со слабой тягой в течении большей части тестирования.

Каждая версия топки имела два полных тестовых прогона, каждый из которых запускали от 22 до 24 часов после предыдущего прогона (первый запуск был через 24 часа после обжига).

Прогон 1

Эффективность и результаты выбросов

   Сводка результатов тестирования топки с двойным колпаком и версии KMS

                таблица1               таблица 2

Обе топки получали одинаковое топливо и находились в одних условиях, обеим версиям требуется грунтование дымохода в начале первого запуска

таблица 3

BO — версия топки с двойным колпаком; KMS — версия топки KMS

Снимок экрана со средними значениями тестового прогона BO-001.

Снимок экрана со средними значениями тестового прогона KMS_001.

таблица1

Снимок экрана со средними значениями тестового прогона OB-002.

таблица5

Снимок экрана со средними значениями тестового прогона KMS_002.

Как следует из результатов и наблюдений, топка KMS действительно борется с недостаточной тягой, вызванной высоким сопротивлением газовому потоку. И хотя мы не можем увидеть разницу в измерениях CO, измерения твердых частиц в KMS версии более чем в два раза выше измерений версии двойного колпака. Улучшения между первым и вторым запуском небольшие. Выбросы твердых частиц в версии двойного колпака упали примерно на 50%, в то время как в KMS версии примерно на 30%.

У версии топки с двойным колпаком был второй обжиг на второй день испытания, после окончания второго официального тестового прогона. Louis Wegscheider прибыл в этот день, пропустив все испытания из-за обязательств на работе. Он был заинтригован собранными данными. Мы хотели засвидетельствовать один полный прогон сам по себе, так что мы сделали еще один обжиг, который измерялся и записывался с помощью анализатора NOVA. Пробный пуск был сделан спустя 6 часов после предыдущего обжига, в результате которого средняя температура стек была 122С, содержание кислорода было равно 13%, а содержание монооксида углерода 554 ч/млн, сохраняя при этом 85% эффективности, как измерено с помощью газоанализатора NOVA.

чувак  два чувака

Распределение температуры в топке с двойным колпаком

Разница температуры между нижней и верхней частью нижнего колпака около 50 С в начале горения, которая поднимается до 100 С в середине испытания. Разница более значительна между нижним и верхним колпаком. Также очевидно, что разница температур между верхней и нижней частью колпака и между колпаками уменьшается и почти выравнивается со временем.

В топке с двойным колпаком схема движения газа такая, как было предсказано в теории: горячие газы поднимались в верхнюю часть колпака, а нижний колпак принимал большую часть тепла. Было подтверждено еще одно теоретическое и эмпирическое наблюдение, что со временем температура внутри колпака выравнивается, создавая очень равномерно нагретую массу.

Заключение

Исходя из тестирования, канальная система не смогла поддерживать тот же уровень эффективности, как система с двойным колпаком в тех же условиях. Это означает, что создание канальной системы такой же массы и объема, как топки с двойным колпаком, может быть проблемой, так как было показано, что такая система может создавать слишком большое сопротивление газовому потоку. Хотя Paul Polatschek заявил , что такие большие системы уже были построены в прошлом, и они могут работать должным образом. Он отметил необходимость в сокращении числа локтей, чтобы уменьшить сопротивление.

            На основании результатов сравнительного тестирования и наблюдения, можно сделать вывод о том, что топка с двойным колпаком имеет большие возможности, чем канальная система. Очевидно, что в большинстве случаев канальная система в тех же условиях должна быть меньше, чтобы работать должным образом. Таким образом, топка с двойным колпаком имеет большую эффективность, чем канальная системы одного и того же объема и массы. Кроме того, можно сделать вывод , что система с двойным колпаком лучший выбор при менее идеальных условиях, в связи с очень низким сопротивлением потоку газа и способностью работать должным образом с низким уровнем выбросов при минимальной тяге.

финиш

Комментарии закрыты.