Ракетна пећ, истине и заблуде

Један килограм сувог дрвета приликом сагоревања даје енергију од приближно 4kWh. То важи за било коју врсту дрвета, односно, разлике између врста дрвета су готово занемарљиве. То важи и за овај нарамак сувих грана, приказан на слици. 4 kWh је енергија коју никако не би могли да занемаримо. Сетимо се колико троши например бојлер, или електрични шпорет или… Идемо даље: Један кубни метар сувог дрвета има масу од око 400 кг. Преведено у енергију, то је 1600 kWh. Многа домаћинства која се греју на дрва потроше десетак кубних метара дрвета. Прилично велика количина енергије. Али да ли се та енергија дрвета приликом сагоревања, заиста и искористи? Одговор је, на жалост, не. У ствари, много мање од могуће енергије која је похрањена у гориву. Вратимо се на слику са гранама. У једну корпицу стане, отприлике два, два и по килограма сувих грана. Да ли је са том количином могуће скувати ручак? Очито се ради, потенцијално о енергији од 10 kWh. Са толиком количином енергије, сложићемо се, да је сигурно могуће скувати ручак. И више од тога. Али, ако? У ствари постоје два „ако“. Прво је, ако се приликом сагоревања горива, оствари што више енергије. И друго ако: Ако се добијена топлотна енергија добро искористи. Нажалост, класичне пећи на чврста горива то не остварују. Наиме, начин сагоревања у класичним пећима је такав да слабо искориштавају енергију горива, а такође, слабо искориштавају и добијену топлотну енергију. Зато, када некоме кажете да се са корпицом грана може скувати ручак, једноставно вам неће веровати. Ви знате да је то могуће, јер имате ракетну пећ. А особина ракетне пећи је изузетно добро искоришћење горива, као и изузетно добра искоришћеност остварене топлотне енергије.

Ракетна пећ је овакав назив добила 70-тих година 20 века. Суштину пећи је специјално обликовано ложиште које је чини потпуно другачијом од свих других пећи на чврсто гориво. По свему осталом ракетна пећ може личити на неке друге, али то је само спољашњи, видљиви део који се обликује у зависности од начина коришћења добијене топлоте, као и од жеље власника за њеним изгледом. Ова пећ пружа велике могућности за спољашњим обликовањем, са различитим материјалима, од земље, али исто тако и од цигала, камена, мермера, стакла, као и од многих других доступних материјала, укључујући и многе вештачке. Може да има рустичан изглед, али исто тако и изглед којим би се уклопила у било који савремено обликовани ентеријер. Наравно, коначни спољашњи изглед пећи утиче и на коначну цену. Например, у земљама западне Европе се могу видети овакве пећи чија се цена креће од 10 хиљада еура, па навише. Али, исто тако, ефикасну и не мање лепу пећ човек може да направи и сам за 50-так еура. Све је ствар одлуке и расположивих средстава. Наш народ би рекао: „Све је ствар времена!“

Врло често, (а и пожељно је да) овакве пећи имају елементе који служе за акумулацију топлоте. Неке то подсећа на каљеве пећи или на некадашње паорске или сељачке пећи као најкарактеристичнији елемент сељачких кућа. Треба нагласити да је то само на изглед и да је принцип функционисања пре свега ложишта, а потом и алумулисања енергије, потпуно другачији. Паорске пећи карактерише релативно велико ложиште, које је служило за загревање главне просторије и за печење хлеба. Ложило се обично из суседне просторије, дрветом, дрвним остацима и остацима пољопривредних производа. Као основни услов доброг функционисања паорске пећи је димњак. Ефикасност сагоревања горива, као и искоришћење добијене топлоте није велико, али будући да ложиште омогућује убацивање велике количине гориве масе, пружала је задовољавајући (некада и једини) начин грејања. Изграђене или од земље, или од каљева имају добру акумулацију топлоте, али ипак значајна количина топлоте бива неискоришћена и одведена кроз димњак напоље. Такође, и сагоревање код паорских пећи није ефикасно, тако да се значајна количина несагорелих честица, штетних и отровних гасова ослобађа и избацује у спољашњу околину. Додатно, код паорских пећи постоји могућност оштећења омотача и излазак продуката сагоревања напоље, тј., у унутрашњост просторије. Чак и када се прекине са ложењем, још дуго у ложишту пећи остаје значајна количина гориве материје која тиња, са значајним уделом процеса пиролизе и представља потенцијалну опасност уколико дође до оштећења или враћања гасова у просторију. Све у свему, паорске пећи су биле функционалне за тадашњи начин живота који је подразумевао да се на располагању имало значајна количина гориве биомасе. Са друге стране, ложиште ракетне пећи, као и место где се врши акумулација топлоте су потпуно другачији по функционисању.

Иначе, примитиван модел ракетног лакта се може уочити код тзв. „бубњаре“ која се ложи са дрвеном пиљевином, и као таква се може видети у бројним столарским радионицама. Хоризонтални и вертикални уски канал окружен добро набијеном пиљевином је истовремено и ложиште у којем се остварује висока температура захваљујући и истовременом изолованошћу услед околне још увек несагореле пиљевине. Међутим, бубњаре не могу да задовоље са становишта безбедности, не смете их оставити без контроле, и наравно њихово ложење је искључиво ограничено на дрвену струготину.

На почетку овог текста сам поменуо искоришћење горива и искоришћење топлоте добијене сагоревањем. Значи, да би се оценио рад било које пећи, класичне или „ракетне“, потребно је узети у обзир две основне карактеристике: прва је, степен искоришћења горива, док је друга карактеристика, степен искоришћења топлотне енергије добијене сагоревањем тог горива. Нажалост, код класичних пећи које су највише у употреби, уколико се тежи повећању искоришћења горива, смањује се искоришћење добијене топлоте и обратно. Највећи разлог за то је димњак који је неопходан елемент сваке класичне пећи и којим се остварује потребна промаја, тј., “цуг”, Улога „цуга“ је у обезбеђењу потребне количине кисеоника у ложишту, а што је неопходно за добро сагоревање. Димњак такође служи и за одвођење гасовитих сагорелих материја из ложишта. Међутим, та промаја остварена димњаком, са собом односи и знатну количину добијене топлоте. Уколико се код класичне пећи, неким додатним средствима смањи одвођење топлоте димњаком, истовремено се смањује и цуг, а то опет повлачи са собом слабије сагоревање, односно смањује се степен искоришћења горива. Практично, уколико се жели повећати један параметер, смањује се овај други и обратно.

Код “ракетних пећи” то није тако, односно, правилном конструкцијом овакве пећи, може се остварити и висок степен искоришћења горива, али и висок степен искоришћења добијене топлоте. Објашњење за ово лежи у томе што је код “ракетне пећи” ложиште преузело и улогу димњака класичне пећи, тј., код “ракетне пећи”, место где се врши сагоревање, истовремено обезбеђује и потребан цуг. На овај начин, оваквој врсти пећи димњак и није потребан, бар не у нормалном режиму рада када се унутар ложишта постигне радна температура. Ракетне пећи су добиле назив по тзв. „ракетном лакту“, специјално дизајнираном и пројектованом ложишту. Такво ложиште чини и највећу разлику оваквих пећи у односу на класичне. Ракетни лакат се може описати као цев правоугаоног попречног пресека која се састоји из хоризонталног и вертикалног дела (на лакат) и све то изоловано од околине пећи. На овај начин сва топлота која настаје сагоревањем горива остаје унутар ложишта. Гасови настали сагоревањем се природно крећу дуж те правоугаоне цеви, према горе. Од суштинске је важности да је ложиште изоловано, јер та задржана топлота унутар ложишта чини да се у њему постигну значајно веће температуре него у ложишту класичне пећи. Што већа температура унутар ложишта је и један од неопходних услова за што бољим сагоревањем горива. На овај начин је постигнута велика разлика између температура на улазу и излазу из ложишта. Због те велике температурне разлике, као и због специфичног цевастог облика ложишта, самим ложиштем се постиже изузетно велики „цуг“. Примера ради, ложиште ракетне пећи дужине једног метра је еквивалентно деловању класичног димњака високог тридесет метара. Значи, оваквим ложиштем је обезбеђена изузетна промаја у ложишту, што значи и обезбеђење довољне количине кисеоника, а што представља други неопходан фактор за квалитетно сагоревање. И коначно, за добро сагоревање горива је потребно време, што је опет код оваквог ложишта омогућено. Сетимо се, например сагоревања у аутомобилским моторима где се сагоревање одвија јако брзо, тако да ти мотори увек производе значајне количине угљен моноксида, али и других отровних и штетних гасова. Ложиште ракетне пећи је дуже него ложиште класичне пећи, тако да за гориве материје које се крећу дуж ложишта има довољно времена да потпуно сагоре. Додатно, хоризонтални и вертикални део који су међусобно постављени под правим углом обезбеђују турбуленцију и мешање врелих гасова са ваздухом, а што такође потпомаже ефикасном сагоревању. Све у свему, овакво ложиште у облику „ракетног лакта“ може да обезбеди изузетно висок степен искоришћења горива., а са друге стране значајно смањење штетних и токсичних гасова као што је угљен моноксид. Веома је важно нагласити да се у нормалном режиму рада ракетне пећи, као продукти сагоревања јављају угљен диоксид и вода. Као приликом рада плинског штедњака. Сав угљен моноксиод који се и формира у почетној фази сагоревања, сагори и настаје угљен диоксид и ослобађа се топлота. Због овога, ракетно ложиште је у односу на класичне пећи, са еколошког становишта, далеко повољније. Наравно, данас се на тржишту могу наћи пећи на пелет које такође врло добро искориштавају гориво и спадају у еколошке пећи. Међутим, пећи на пелет су сложени уређаји, са пуно елемената (дуваљке, температурни сензори, вентилатори, управљачки елементи…) неопходних за њен рад, и као такви увек склони отказу (потребно је редовно сервисирање), висока цена саме пећи и специјално обликовано гориво чија набавку диктирају услови на тржишту (могуће су и несташице пелета). У односу на пећи на пелет, ракетну пећ човек може сам изградити, нема никаквих посебних елемената потребних за функционисање ложишта, поузданост је велика (нема шта да се поквари, уколико се пидржавало основних смерница приликом изградње), различита горива биомаса је погодна за ложиште, која у великој мери може бити обезбеђена са властитог поседа, тако да је корисник релативно независтан од тржишта.

На излазу из ракетног лакта, остварена топлотна енергија је сада на располагању за коришћење, у зависности од жељене намене пећи. У том смислу се на излазу може поставити само радна плоча (плотна), те добијену топлотну енергију користити само за кување. А могу се топли гасови усмерити кроз „термалну батерију“ која служи за акумулацију добијене топлотне енергије. Оно што је важно нагласити, је да су врели гасови на излазу из ложишта под одређеним надпритиском. То значи да овакво ложиште може да те вреле гасове настале сагоревањем, гура кроз одређену дужину цеви одређених пречника. Колика ће та дужина бити, зависи од неколико фактора. Основу прорачуна диктира геометрија ложишта и одржање континуалног тока кроз батерију, а то је опет диктирано одавањем топлоте и истовременим смањењем оствареног надпритиска на изласку из ложишта. Циљ је максимално успорити продукте сагоревања и топао ваздух да би се максимално одузела топлота и топлота предала батерији. Као резултат тог процеса, температура излазних гасова, гасова који излазе из куће треба да је што мања, незнатно виша од температуре околине. То ракетна пећ може да оствари, будући да она дејством свога ложишта гура гасове. Може се рећи да, уколико је све добро испројектовано, пећ практично сама, „аутоматски“ регулише брзину кретања гасова, брзину и количину ваздуха која улази у ложиште итд. Са друге стране, код класичне пећи то чини спољашњи димњак, и многи други спољашњи фактори (спољашња температура ваздуха, притисак, влажност…) утичу на процесе у пећи. Као резултат тога, код класичне пећи, просечна температура излазних гасова креће се и до 300°C. То је велика количина бачене енергије.

Значи, клупа ракетне печи није некакав куполасти затворени део простора као код паорске пећи, већ је то систем металних цеви обложен масом која служи за акумулацију. На овај начин се постиже вишестепена заштита од евентуалног изласка гасова напоље. Чак и ако металне цеви једног дана пропадну ( а то је само ако, јер температуре нису тако високе и то је дуготрајан процес), још увек постоје слојеви који представљају сигурну баријеру. Например, ложиште просечне ракетне пећи може да гура гасове кроз хоризонтално постављену цев пречника 200 мм и дужине 10 метара. Ово наравно можете поделити на већи број цеви мањег пречника како би се што више поспешила предаја топлоте на термалну батерију. Наравно, за сваку пећ је потребан посебан прорачун у зависности од димензија ложишта, да би искоришћење пећи било што веће. Гурање продуката сагоревања и топлог ваздуха кроз овакву термалну батерију је код класичне пећи немогуће, осим уколико не постоји неки фабрички димњак поред куће.

Значи, треба нагласити да је описано ракетно ложиште, „ракетни лакат“ обезбеђује високи степен искоришћења горива, као и потенцијал да се добијена топлотна енергија искористи са високим степеном искоришћења. Да ли ће то и бити остварено, зависи од тога који су елементи постављени након ложишта. Да би се остварио високи степен искоришћења добијене топлотне енергије, потребно је ту енергију „одузети“ од топлих гасова. Ракетна пећ може бити пројектована и као пећ за централно, подно и зидно грејање, може са користи и за загревање воде, јер ствар је корисника на који начин ће употребити добијену енергију из ложишта. Тек од начина како је то урађено, може се говорити о ефикасности целокупне пећи. Циљ је да гасови који напуштају кућу буду што хладнији, најбоље уколико су само незнатно топлији од спољашње атмосфере. Са описаном конструкцијом ложишта је тако нешто могуће.

Пећ приказана на слици се састоји из ложишта, на чијем излазу је постављена радна плоча од ливеног гвожђа која служи за кување. Изнад плоће је постављен измењивач топлоте, популарно назван “штедиша”. Међутим, кроз штедишу се само један део сагорелих гасова спроводи у димњак. Већи део се спроводи у клупу са стране у којој су постављене савијене цеви тако да што више успоре ток и омогуће предају топлоте на клупу. Клупа је у овом случају термоакумулациона батерија. Колика ће количина топлих гасова изашлих из ложишта бити усмерена директно у ложиште или у клупу је решено са “клапнама”, које омогућавају контролу тог процеса. Тај део је био и најзахтевнији за пројектовање, јер је морао бити решен на такав начин да нити у једном тренутку не буде нарушено нормално функционисање пећи. Уобичајено је да ракетне пећи које се могу видети на инетрнету немају ову могућност кретања гасова у два правца. Уобичајене конструкције ракетних пећи имају метално буре које служи за брзо загревање и код таквих пећи сагорели гасови се крећу увек у једном смеру. Код таквих конструкција пећи може бити проблема са паљењем, као и са враћањем димних гасова у просторију услед неравномерности рада. Ова пећ коју смо испројектовали и изградили (више на Ракетна пећ Звонка и Иване) до сада никада нити у било ком тренутку (при отвореним вратима пећи) није вратила ни најмању количину дима у просторију.

Коначно, спољашњи омотач пећи је од смесе глине, леса, ланеног уља, природних пигмената и дрих природних примеса. Као таква, пећ утиче на природну регулацију влажности унутар куће. Осим тога, утиче и на регулацију јона у ваздуху, у смислу да ова не тако мала земљана маса повећава количину негативних јона у ваздуху, а што се сматра да има позитиван ефекат на човека.