WarmFires.ru

Эксплуатация экранов связана с возможностью их периодического (эпизодического) перегрева и, как следствие, с коррозионным разрушением и нарушением внешнего вида. Так, оцинкованные листы покрываются белым налётом окиси цинка (что не столь опасно поскольку окись цинка высокотоксична лишь в виде аэрозоля - дыма для лёгких), сталь покрывается налётом окалины, жаростойкие эмали отшелушиваются, а кремнийорганические (алюмоорганические и титанорганические) краски обгорают и трескаются. В первую очередь перегревы экранов вызываются недостаточным воздушным охлаждением: даже при больших расходах воздух в длинных зазорах нагревается значительно. Так что эффективность экранной теплоизоляции повышается с уменьшением высоты экрана (уменьшением размеров топливника) или уменьшением размеров локальных «пятен» нагрева топливника. Всё это в полной мере относится и к экранной защите, устанавливаемой внутри печи вдоль стенок топливника (поз. 16 на рис. 117). Внутри печи экраны играют одновременно роль жаровен, переизлучающих тепло, и роль теплоизоляции, отгораживающей (как зонтик) стенки печи от лучистых потоков от углей и пламени.

В идеальном случае воздух должен проходить в зазоре не просто вверх через весь вертикальный канал, постепенно прогреваясь до высоких температур и теряя способность снимать тепло с экранов. Крайне желательно было бы подавать холодный воздух в «каждую» точку зазора (то есть как можно более равномерно распределено ещё через многочисленные воздухоподающие устройства) и выводить горячий воздух также из «каждой» точки зазора (см. рис. 155а). Фактически эта схема эквивалентна спиральному воздухонагревателю с воздуходувкой (фену). При больших расходах воздуха и стенки топливника, и экран могут настолько охладиться, что лучистый поток от печи станет совсем не существенным. Этот случай фактически эквивалентен эффективному воздушному охлаждению, применяемому, в частности, для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, корпусов мощных электроламп и т. п.

С другой стороны надо напомнить, что экраны у нагревательных приборов делают не только для защиты от теплового излучения, но и для забора воздуха именно с пола. Так вовсе не обязательно нагревать низ печи, достаточно у печи установить экран (с щелью у пола) высотой с печь.

В банной практике большой интерес представляет возможность регулировки мощности лучистых потоков. Так, например, при протопке бани, а также при её сушке по окончании банной процедуры очень важно, чтобы полы и стены прогревались инфракрасным излучением от печи. А во время приёма банной процедуры было бы желательно, чтобы инфракрасное излучение было направлено на потолок. Это может достигаться соответствующим распахиванием экранов в необходимые моменты времени. Конструкций, позволяющих делать это, много (рис. 1556, в, г), но используются они редко (по банальной причине, что такие печи для сухих саун не нужны, а русских банях непривычны).

Рис. 155. Некоторые способы регулировки лучистой теплоотдачи: а - изменением скорости распределённой подачи воздуха Уо в калориферный зазор, б - открытием жалюзи-экранов, в -распахиванием экрана, г - открытием лючков в кирпичной стенке-экране.

При создании металлических печей с целью увеличения теплоотдачи и коэффициента полезного действия часто стремятся увеличить при заданном объёме топливника его площадь (изнутри и снаружи) так, чтобы теплосъём был бы максимальным. Но дело в том, что в отличие от конвективного теплосъема, действительно определяющегося площадью элементов, поток лучистого тепла не зависит от формы и площади неровностей поверхности поглотителя или излучателя, а определяется только угловыми соотношениями. В этом можно убедиться, исходя из следующих соображений. Представим, что мы хотим заменить ровную поверхность излучателя 1 на какую-нибудь иную неровную (скажем гофрированную) поверхность 2 той же температуры в стремлении увеличить площадь поверхности с целью повышения мощности инфракрасного излучения (рис. 156а). Составляя из этих поверхностей замкнутую полость (замыкаем по пунктирным линиям), при равенстве температур и степеней черноты поверхностей всюду по всей полости мы должны получить состояние термодинамического равновесия. Это значит, что потоки II и 12 должны быть равны между собой. Иными словами, гофрирование не должно приводить к увеличению лучистого потока. Мощность излучения определяется не поверхностью излучающего чёрного тела, а проекцией этой поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению распространения излучения. Иными словами, для расчёта мощности излучения любую неровную поверхность необходимо заменять ровной, причём ориентированной перпендикулярно интересующему нас направлению излучения (закон Ламберта). Более того, наблюдатель, располагающийся в точке О (рис. 1566), фиксируя тепловой поток из телесного угла а, не может отличить (ни по мощности, ни по спектральному составу) тепловые потоки от совершенно разных поочерёдно экспонируемых поверхностей 3 с одинаковой температурой, поскольку их проекции одни и те же и заполняют один и тот же телесный угол а. И наоборот, излучение, исходящее из точки О, распространяясь во все стороны и уменьшаясь по интенсивности как квадрат расстояния, даёт одни и те же дозы тепла на любые возможные приёмные поверхности 3, заполняющие весь телесный угол а. То есть уд ельный тепловой поток, падающий на единицу площади приёмной поверхности, будет снижаться линейно как с увеличением квадрата расстояния от излучателя, так и с увеличением площади приёмной поверхности за счёт неровностей (гофрированности, шероховатости, волнистости и т. п.). В частности, это означает очевидный факт: общий лучистый поток от печи, исходящий во всю баню, не зависит от площади стен бани (в частности, за счёт их неровности, изогнутости, изломанности, угловатости и т. п.) или от факта установки в бане какой-нибудь дополнительной мебели, увеличивающей площадь тепловосприятия в бане. Точно так же внутри топливника общий лучистый поток от горящих углей на стенки топливника не будет зависеть от формы топливника. И опять-таки, наоборот, увеличение площади излучающих горячих стен бани (или поверхности стенок топливника) вовсе не означает, что лучистый поток со стен бани на тело человека (или со стенок топливника на дрова в печи) будет тоже увеличиваться. Так, при увеличении площади стен бани за счёт увеличения размеров бани стены оказываются дальше от тела человека (в среднем). А при увеличении площади стен бани за счёт изломанности, проекция поверхности стен на плоскость, перпендикулярную направлению излучения, остаётся неизменной, а поэтому поток лучистого тепла также остаётся неизменным. Физически это объясняется тем, что излучение из одних участков изломанных стен неминуемо будет попадать на другие части стен, а отнюдь не на тело человека.