Raketna peć, istine i zablude

Raketna peć, istine i zablude

Jedan kilogram suvog drveta prilikom sagorevanja daje energiju od približno 4kWh. To važi za bilo koju vrstu drveta, odnosno, razlike između vrsta drveta su gotovo zanemarljive. To važi i za ovaj naramak suvih grana, prikazan na slici. 4 kWh je energija koju nikako ne bi mogli da zanemarimo. Setimo se koliko troši naprimer bojler, ili električni šporet ili… Idemo dalje: Jedan kubni metar suvog drveta ima masu od oko 400 kg. Prevedeno u energiju, to je 1600 kWh. Mnoga domaćinstva koja se greju na drva potroše desetak kubnih metara drveta. Prilično velika količina energije. Ali da li se ta energija drveta prilikom sagorevanja, zaista i iskoristi? Odgovor je, na žalost, ne. U stvari, mnogo manje od moguće energije koja je pohranjena u gorivu. Vratimo se na sliku sa granama. U jednu korpicu stane, otprilike dva, dva i po kilograma suvih grana. Da li je sa tom količinom moguće skuvati ručak? Očito se radi, potencijalno o energiji od 10 kwh. Sa tolikom količinom energije, složićemo se, da je sigurno moguće skuvati ručak. I više od toga. Ali, ako? U stvari postoje dva „ako“. Prvo je, ako se prilikom sagorevanja goriva, ostvari što više energije. I drugo ako: Ako se dobijena toplotna energija dobro iskoristi. Nažalost, klasične peći na čvrsta goriva to ne ostvaruju. Naime, način sagorevanja u klasičnim pećima je takav da slabo iskorištavaju energiju goriva, a takođe, slabo iskorištavaju i dobijenu toplotnu energiju. Zato, kada nekome kažete da se sa korpicom grana može skuvati ručak, jednostavno vam neće verovati. Vi znate da je to moguće, jer imate raketnu peć. A osobina raketne peći je izuzetno dobro iskorišćenje goriva, kao i izuzetno dobra iskorišćenost ostvarene toplotne energije.

Raketna peć je ovakav naziv dobila 70-tih godina 20 veka. Suštinu peći je specijalno oblikovano ložište koje je čini potpuno drugačijom od svih drugih peći na čvrsto gorivo. Po svemu ostalom raketna peć može ličiti na neke druge, ali to je samo spoljašnji, vidljivi deo koji se oblikuje u zavisnosti od načina korišćenja dobijene toplote, kao i od želje vlasnika za njenim izgledom. Ova peć pruža velike mogućnosti za spoljašnjim oblikovanjem, sa različitim materijalima, od zemlje, ali isto tako i od cigala, kamena, mermera, stakla, kao i od mnogih drugih dostupnih  materijala, uključujući i mnoge veštačke. Može da ima rustičan izgled, ali isto tako i izgled kojim bi se uklopila u bilo koji savremeno oblikovani enterijer. Naravno, konačni spoljašnji izgled peći utiče i na konačnu cenu. Naprimer, u zemljama zapadne Evrope se mogu videti ovakve peći čija se cena kreće od 10 hiljada eura, pa naviše. Ali, isto tako, efikasnu i ne manje lepu peć čovek može da napravi i sam za 50-tak eura. Sve je stvar odluke i raspoloživih sredstava. Naš narod bi rekao: „Sve je stvar vremena!“

Vrlo često, (a i poželjno je da) ovakve peći imaju elemente koji služe za akumulaciju toplote. Neke to podseća na kaljeve peći ili na nekadašnje paorske ili seljačke peći kao najkarakterističniji element seljačkih kuća. Treba naglasiti da je to samo na izgled i da je princip funkcionisanja pre svega ložišta, a potom i alumulisanja energije, potpuno drugačiji. Paorske peći karakteriše relativno veliko ložište, koje je služilo za zagrevanje glavne prostorije i za pečenje hleba. Ložilo se obično iz susedne prostorije, drvetom, drvnim ostacima i ostacima poljoprivrednih proizvoda. Kao osnovni uslov dobrog funkcionisanja paorske peći je dimnjak. Efikasnost sagorevanja goriva, kao i iskorišćenje dobijene toplote nije veliko, ali budući da ložište omogućuje ubacivanje velike količine gorive mase, pružala je zadovoljavajući (nekada i jedini) način grejanja. Izgrađene ili od zemlje, ili od kaljeva imaju dobru akumulaciju toplote, ali ipak značajna količina toplote biva neiskorišćena i odvedena kroz dimnjak napolje. Takođe, i sagorevanje kod paorskih peći nije efikasno, tako da se značajna količina nesagorelih čestica, štetnih i otrovnih gasova oslobađa i izbacuje u spoljašnju okolinu. Dodatno, kod paorskih peći postoji mogućnost oštećenja omotača i izlazak produkata sagorevanja napolje, tj., u unutrašnjost prostorije. Čak i kada se prekine sa loženjem, još dugo u ložištu peći ostaje značajna količina gorive materije koja tinja, sa značajnim udelom procesa pirolize i predstavlja potencijalnu opasnost ukoliko dođe do oštećenja ili vraćanja gasova u prostoriju. Sve u svemu, paorske peći su bile funkcionalne za tadašnji način života koji je podrazumevao da se na raspolaganju imalo značajna količina gorive biomase. Sa druge strane, ložište raketne peći, kao i mesto gde se vrši akumulacija toplote su potpuno drugačiji po funkcionisanju.

Inače, primitivan model raketnog lakta se može uočiti kod tzv. „bubnjare“ koja se loži sa drvenom piljevinom, i kao takva se može videti u brojnim stolarskim radionicama. Horizontalni i vertikalni uski kanal okružen dobro nabijenom piljevinom je istovremeno i ložište u kojem se ostvaruje visoka temperatura zahvaljujući i istovremenom izolovanošću usled okolne još uvek nesagorele piljevine. Međutim, bubnjare ne mogu da zadovolje sa stanovišta bezbednosti, ne smete ih ostaviti bez kontrole, i naravno njihovo loženje je isključivo ograničeno na drvenu strugotinu.

Na početku ovog teksta sam pomenuo iskorišćenje goriva i iskorišćenje toplote dobijene sagorevanjem. Znači, da bi se ocenio rad bilo koje peći, klasične ili „raketne“, potrebno je uzeti u obzir dve osnovne karakteristike: prva je, stepen iskorišćenja goriva, dok je druga karakteristika, stepen iskorišćenja toplotne energije dobijene sagorevanjem tog goriva. Nažalost, kod klasičnih peći koje su najviše u upotrebi, ukoliko se teži povećanju iskorišćenja goriva, smanjuje se iskorišćenje dobijene toplote i obratno. Najveći razlog za to je dimnjak koji je neophodan element svake klasične peći i kojim se ostvaruje potrebna promaja, tj., “cug”, Uloga „cuga“ je u obezbeđenju potrebne količine kiseonika u ložištu, a što je  neophodno za dobro sagorevanje. Dimnjak takođe služi i za odvođenje gasovitih sagorelih materija iz ložišta. Međutim, ta promaja ostvarena dimnjakom, sa sobom odnosi i znatnu količinu dobijene toplote. Ukoliko se kod klasične peći, nekim dodatnim sredstvima smanji odvođenje toplote dimnjakom, istovremeno se smanjuje i cug, a to opet povlači sa sobom slabije sagorevanje, odnosno smanjuje se stepen iskorišćenja goriva. Praktično, ukoliko se želi povećati jedan parameter, smanjuje se ovaj drugi i obratno.

Kod “raketnih peći” to nije tako, odnosno, pravilnom konstrukcijom ovakve peći, može se ostvariti i visok stepen iskorišćenja goriva, ali i visok stepen iskorišćenja dobijene toplote. Objašnjenje za ovo leži u tome što je kod “raketne peći” ložište preuzelo i ulogu dimnjaka klasične peći, tj., kod “raketne peći”, mesto gde se vrši sagorevanje, istovremeno obezbeđuje i potreban cug. Na ovaj način, ovakvoj vrsti peći dimnjak i nije potreban, bar ne u normalnom režimu rada kada se unutar ložišta postigne radna temperatura. Raketne peći su dobile naziv po tzv. „raketnom laktu“, specijalno dizajniranom i projektovanom ložištu. Takvo ložište čini i najveću razliku ovakvih peći u odnosu na klasične. Raketni lakat se može opisati kao cev pravougaonog poprečnog preseka koja se sastoji iz horizontalnog i vertikalnog dela (na lakat) i sve to izolovano od okoline peći. Na ovaj način sva toplota koja nastaje sagorevanjem goriva ostaje unutar ložišta. Gasovi nastali sagorevanjem se prirodno kreću duž te pravougaone cevi, prema gore. Od suštinske je važnosti da je ložište izolovano, jer ta zadržana toplota unutar ložišta čini da se u njemu postignu značajno veće temperature nego u ložištu klasične peći. Što veća temperatura unutar ložišta je i  jedan od neophodnih uslova za što boljim sagorevanjem goriva. Na ovaj način je postignuta velika razlika između temperatura na ulazu i izlazu iz ložišta. Zbog te velike temperaturne razlike, kao i zbog specifičnog cevastog oblika ložišta, samim ložištem se postiže izuzetno veliki „cug“. Primera radi, ložište raketne peći dužine jednog metra je ekvivalentno delovanju klasičnog dimnjaka visokog trideset metara. Znači, ovakvim ložištem je obezbeđena izuzetna promaja u ložištu, što znači i obezbeđenje dovoljne količine kiseonika, a što predstavlja drugi neophodan faktor za kvalitetno sagorevanje. I konačno, za dobro sagorevanje goriva je potrebno vreme, što je opet kod ovakvog ložišta omogućeno. Setimo se, naprimer sagorevanja u automobilskim motorima gde se sagorevanje odvija jako brzo, tako da ti motori uvek proizvode značajne količine ugljen monoksida, ali i drugih otrovnih i štetnih gasova. Ložište raketne peći je duže nego ložište klasične peći, tako da za gorive materije koje se kreću duž ložišta ima dovoljno  vremena da potpuno sagore. Dodatno, horizontalni i vertikalni deo koji su međusobno postavljeni pod pravim uglom obezbeđuju turbulenciju i mešanje vrelih gasova sa vazduhom, a što takođe potpomaže efikasnom sagorevanju. Sve u svemu, ovakvo ložište u obliku „raketnog lakta“ može da obezbedi izuzetno visok stepen iskorišćenja goriva., a sa druge strane značajno smanjenje štetnih i toksičnih gasova kao što je ugljen monoksid. Veoma je važno naglasiti da se u normalnom režimu rada raketne peći, kao produkti sagorevanja javljaju ugljen dioksid i voda. Kao prilikom rada plinskog štednjaka. Sav ugljen monoksiod koji se i formira u početnoj fazi sagorevanja, sagori i nastaje ugljen dioksid i oslobađa se toplota. Zbog ovoga, raketno ložište je u odnosu na klasične peći, sa ekološkog stanovišta, daleko povoljnije. Naravno, danas se na tržištu mogu naći peći na pelet koje takođe vrlo dobro iskorištavaju gorivo i spadaju u ekološke peći. Međutim, peći na pelet su složeni uređaji, sa puno elemenata (duvaljke, temperaturni senzori, ventilatori, upravljački elementi…) neophodnih za njen rad, i kao takvi uvek skloni otkazu (potrebno je redovno servisiranje), visoka cena same peći i specijalno oblikovano gorivo čija nabavku diktiraju uslovi na tržištu (moguće su i nestašice peleta). U odnosu na peći na pelet, raketnu peć čovek može sam izgraditi, nema nikakvih posebnih elemenata potrebnih za funkcionisanje ložišta, pouzdanost je velika (nema šta da se pokvari, ukoliko se pidržavalo osnovnih smernica prilikom izgradnje), različita goriva biomasa je pogodna za ložište, koja u velikoj meri može biti obezbeđena sa vlastitog poseda, tako da je korisnik relativno nezavistan od tržišta.

Na izlazu iz raketnog lakta, ostvarena toplotna energija je sada na raspolaganju za korišćenje, u zavisnosti od željene namene peći. U tom smislu se na izlazu može postaviti samo radna ploča (plotna), te dobijenu toplotnu energiju koristiti samo za kuvanje. A mogu se topli gasovi usmeriti kroz „termalnu bateriju“ koja služi za akumulaciju dobijene toplotne energije. Ono što je važno naglasiti, je da su vreli gasovi na izlazu iz ložišta pod određenim nadpritiskom. To znači da ovakvo ložište može da te vrele gasove nastale sagorevanjem, gura kroz određenu dužinu cevi određenih prečnika. Kolika će ta dužina biti, zavisi od nekoliko faktora. Osnovu proračuna diktira geometrija ložišta i održanje kontinualnog toka kroz bateriju, a to je opet diktirano odavanjem toplote i istovremenim smanjenjem ostvarenog nadpritiska na izlasku iz ložišta. Cilj je maksimalno usporiti produkte sagorevanja i topao vazduh da bi se maksimalno oduzela toplota i toplota predala bateriji. Kao rezultat tog procesa, temperatura izlaznih gasova, gasova koji izlaze iz kuće treba da je što manja, neznatno viša od temperature okoline. To raketna peć može da ostvari, budući da ona dejstvom svoga ložišta gura gasove. Može se reći da, ukoliko je sve dobro isprojektovano, peć praktično sama, „automatski“ reguliše brzinu kretanja gasova, brzinu i količinu vazduha koja ulazi u ložište itd. Sa druge strane, kod klasične peći to čini spoljašnji dimnjak, i mnogi drugi spoljašnji faktori (spoljašnja temperatura vazduha, pritisak, vlažnost…) utiču na procese u peći. Kao rezultat toga, kod klasične peći, prosečna temperatura izlaznih gasova kreće se i do 300°C. To je velika količina bačene energije.

Znači, klupa raketne peči nije nekakav kupolasti zatvoreni deo prostora kao kod paorske peći, već je to sistem metalnih cevi obložen masom koja služi za akumulaciju. Na ovaj način se postiže višestepena zaštita od eventualnog izlaska gasova napolje. Čak i ako metalne cevi jednog dana propadnu ( a to je samo ako, jer temperature nisu tako visoke i to je dugotrajan proces), još uvek postoje slojevi koji predstavljaju sigurnu barijeru. Naprimer, ložište prosečne raketne peći može da gura gasove kroz horizontalno postavljenu cev prečnika 200 mm i dužine 10 metara. Ovo naravno možete podeliti na veći broj cevi manjeg prečnika kako bi se što više pospešila predaja toplote na termalnu bateriju. Naravno, za svaku peć je potreban poseban proračun u zavisnosti od dimenzija ložišta, da bi iskorišćenje peći bilo što veće. Guranje produkata sagorevanja i toplog vazduha kroz ovakvu termalnu bateriju je kod klasične peći nemoguće, osim ukoliko ne postoji neki fabrički dimnjak pored kuće.

Znači, treba naglasiti da je opisano raketno ložište, „raketni lakat“ obezbeđuje visoki stepen iskorišćenja goriva, kao i potencijal da se dobijena toplotna energija iskoristi sa visokim stepenom iskorišćenja. Da li će to i biti ostvareno, zavisi od toga koji su elementi postavljeni nakon ložišta. Da bi se ostvario visoki stepen iskorišćenja dobijene toplotne energije, potrebno je tu energiju „oduzeti“ od toplih gasova. Raketna peć može biti projektovana i kao peć za centralno, podno i zidno grejanje, može sa koristi i za zagrevanje vode, jer stvar je korisnika na koji način će upotrebiti dobijenu energiju iz ložišta. Tek od načina kako je to urađeno, može se govoriti o efikasnosti celokupne peći. Cilj je da gasovi koji napuštaju kuću budu što hladniji, najbolje ukoliko su samo neznatno topliji od spoljašnje atmosfere. Sa opisanom konstrukcijom ložišta je tako nešto moguće.

Peć prikazana na slici se sastoji iz ložišta, na čijem izlazu je postavljena radna ploča od livenog gvožđa koja služi za kuvanje. Iznad ploće je postavljen izmenjivač toplote, popularno nazvan “štediša”. Međutim, kroz štedišu se samo jedan deo sagorelih gasova sprovodi u dimnjak. Veći deo se sprovodi u klupu sa strane u kojoj su postavljene savijene cevi tako da što više uspore tok i omoguće predaju toplote na klupu. Klupa je u ovom slučaju termoakumulaciona baterija. Kolika će količina toplih gasova izašlih iz ložišta biti usmerena direktno u ložište ili u klupu je rešeno sa “klapnama”, koje omogućavaju kontrolu tog procesa. Taj deo je bio i najzahtevniji za projektovanje, jer je morao biti rešen na takav način da niti u jednom trenutku ne bude narušeno normalno funkcionisanje peći.  Uobičajeno je da raketne peći koje se mogu videti na inetrnetu nemaju ovu mogućnost kretanja gasova u dva pravca. Uobičajene konstrukcije raketnih peći imaju metalno bure koje služi za brzo zagrevanje i kod takvih peći sagoreli gasovi se kreću uvek u jednom smeru. Kod takvih konstrukcija peći može biti problema sa paljenjem, kao i sa vraćanjem dimnih gasova u prostoriju usled neravnomernosti rada. Ova peć koju smo isprojektovali i izgradili (više na Raketna peć Zvonka i Ivane) do sada nikada niti u bilo kom trenutku (pri otvorenim vratima peći) nije vratila ni najmanju količinu dima u prostoriju.

Konačno, spoljašnji omotač peći je od smese gline, lesa, lanenog ulja, prirodnih pigmenata i drih prirodnih primesa. Kao takva, peć utiče na prirodnu regulaciju vlažnosti unutar kuće. Osim toga, utiče i na regulaciju jona u vazduhu, u smislu da ova ne tako mala zemljana masa povećava količinu negativnih jona u vazduhu, a što se smatra da ima pozitivan efekat na čoveka.

dipl.maš.inž.dr. Zvonko Rakarić