Энергетика жилищно-коммунального комплекса Украины в настоящее время переживает не лучшие времена. Постоянное увеличением стоимости природного газа, а цена его сегодня уже достигла для населения до 6,876 грн. за м3. Вопрос об энергосбережении и использовании альтернативного вида топлива как для обогрева жилья, так и обогрева не жилых помещений (теплицы, гаражи, мастерские и т.д.) становится все более актуальным.

Как отопить небольшое помещение, гараж или теплицу об этом и пойдет разговор. Для сжигания дерева энергоэффективным решением является применение котлов длительного горения. Самым простым решением  для обогрева небольшого помещения, теплицы или оранжерее будет котел длительного горения получившего название “Бубафоня”.

История создания котла длительного горения Бубафоня

Отопительная печь длительного горения «Бубафоня» – была создана жителем с Колымы Афанасием Бубякиным. В свое время он разместил чертежи этой печки в сети, и по его имени печь и начали называть бубафоней. В качестве прототипа был использован котел литовского производства фирмы «Стропува». Однако по сравнению с литовским котлом конструкция бубафони была упрощена и доработана, исключив некоторые недостатки своей предшественницы.

Бубякин настолько упростил и модифицировал конструкцию бубафони, что ее сможет сделать даже не опытный печник-любитель своими руками при умении пользоваться и наличии сварочного аппарата и болгарки. Простую печь бубафоню можно сделать из подручных материалов, и время работы на ее изготовление не займет больше 2-3 дней.

Поэтому печь длительного горения бубафоня и заслужила такое распространение для отопления гаражей и мастерских, и не смотря на некоторые трудности применяется в жилых помещениях.

Преимущества и недостатки печи длительного горения Бубафоня

К преимущества печи «Бубафоня» относят:

  • длительность горения и большая теплоотдача;
  • простота конструкции и дешевизна изготовления элементов печи;
  • возможность самостоятельной сборки печи (при должном уровне умения обращения со сварочным аппаратом);
  • малые габаритные размеры и вес (что позволяет при необходимости транспортировать печь);
  • дешевизна применяемого топлива (деревоотходы, дрова, торф, уголь).

К недостаткам печи Бубафоня можно отнести:

  • неприглядный внешний вид;
  • небольшой «радиус действия» без использования «конвективной» или водяной рубашки;
  • неудобство чистки дна топливного бака от продуктов сгорания (пепел, сажа);
  • образование конденсата на трубах (что приводит к снижению КПД печи);
  • в классическом исполнении печь недостаточно хорошо аккумулирует тепло (что требует либо конструирования «водяной рубашки», либо обкладки печи теплоизоляционными материалами или кирпичной кладкой),
  • необходимо укладывать слой негорючего материала или сооружать небольшой фундамент под нагревающееся дно топливного бака;
  • для эксплуатации необходимо обеспечивать хорошую вентиляцию в помещении.

Схема работы печи Бубафоня

Бубафоня имеет шахтную конструкцию. Подвижный поршень опирается на сложенные на дне топки дрова. Он делит камеру сгорания на две части: внизу под ним горят дрова, а над поршнем догорают пиролизные газы. Получается, что дрова горят не снизу-вверх, как обычно, а сверху-вниз. Процесс при этом проходит намного медленнее, а топливо сгорает практически без остатка.

Кислород для горения дров подается через трубу, которая служит стержнем для поршня. В верхнюю часть топки, где горят пиролизные газы, кислород поступает через отверстия в крышке (там, где вставляется труба от поршня, и там, где крышка совмещается с корпусом) потому заботиться о герметичности не нужно. Это даже вредно – печка при недостатке кислорода «задыхается».

За счет такого разделения камер топливо прогорает полностью. Интенсивность горения регулируется через трубу, к которой приварено поршневое кольцо. Для удобства приваривается к трубе небольшой штырь, к которому подвижно крепится металлический диск, диаметр которого немного больше этой трубы. Некоторые просто перекрывают или ограничивают поступление воздуха любым предметом, регулируя этот зазор.

Работа Бубафони прекращается после полного прогорания дров и опускания на дно топливного бака. Принудительно завершить этот процесс можно, перекрыв доступ кислорода в печь заслонкой на подводящей трубе. Или же, применяя противопожарные средства, немедленно завершить отопление.

Время работы печи Бубафоня

Время горения одной закладки зависит в большей степени от объемов топки: чем больше топка, тем больше дров, тем дольше горит топливо. В среднем одна закладка дров в Бубафоню из газового баллона горит 4-6 часов (зависит еще от дров и другого «добавочного» топлива). Те, кто делал Бубафоню из 200 литровой бочки, говорят, что одна закладка их греет до 20-24 часов. Не зря ведь говорят, что Бубафоня – печь длительного горения.

Конструкция печи Бубафоня

Чертежи Бубафони. Где взять?

В открытом доступе найти чертежи с «правильными» размерами бубафони найти практически не возможно. Оно и не мудрено. Бубафоню делают в основном из подручного металлолома, кто как понимает и может. Предельных параметров и характеристик тут ждать не приходится.

Что ж, будем конструировать сами и, порывшись в имеющемся металлоломе, разработаем эскизы-чертежи самостоятельно в зависимости от своих потребностей и возможностей. Взгляните на рисунок.

Габаритные и конструктивные размеры печи Бубафоня

Габаритные и конструктивные размеры печи Бубафоня

Главная пропорция – соотношение внутреннего диаметра заготовки корпуса D к ее высоте H. H/D должно быть в пределах 3:1 – 5:1, а собственно D – 300-800 мм. При меньшем диаметре воздух, не успев прореагировать с топливом, уйдет, унося с собой в трубу КПД, а при слишком большом топливо по краям будет гореть слишком медленно, в центре топливной массы образуется яма, блин в нее сядет и печь погаснет. Но не спешите идти искать подходящую железяку! И не отвергайте сразу ржавую бочку из-под горючего, о ней будет сказано дальше!

Следующий важнейший, особенно для котла, параметр – толщина стенки корпуса Δ. Если на печи будет водяная рубашка, а корпус из обычной стали, Δ должна быть в пределах 4-6 мм. Это условие требует особого пояснения.

Через слишком тонкую стенку в воду сразу уйдет чрезмерно много тепла, отходящие газы остынут ниже 400 градусов немедленно после выхода из щели между «блином» и корпусом. Т.е. отходящие газы не смогут догореть как следует, КПД котла получится неприемлемым, на стенках топочной камеры скоро образуется плотный нагар, а в дымоходе – обильный конденсат.

Стенки жарового корпуса литовской «Стропувы» толщиной 2,5 мм, что и берут за основу многие конструктора-умельцы. Но он, во-первых, выполнен из жаростойкой стали, теплопроводность которой гораздо меньше, чем у обычной конструкционной. Во-вторых, в «Стропуве» остаточные газы выделяются примерно с 3/4 верхней поверхности топливной массы и сразу же непосредственно со стенкой контактирует небольшая их часть.

В Бубафоне отходящим газам приходится проходить сквозь довольно узкую щель, и весь их поток проходит вплотную к стенке. Поэтому самодельный котел-бубафоню нужно делать с толстыми жаровыми стенками. При таком подходе тепловое сопротивление стенки из обычной стали окажется достаточным для поддержания необходимой температуры в пространстве дожигания.

В тоже время, слишком увеличивать толщину стенки тоже нельзя. Общая тепловая/временная инерция котла окажется такой, что вода в системе может закипеть даже если хозяин прикроет воздушный дроссель или автоматика сработает своевременно.

Изготовление Бубафони из листа

Безусловно, обечайку корпуса можно получить, прокатав стальной лист между валками. А тоже время листогибочные станки любителей и мелких ЧП, как правило, гнут сталь не толще 2,5 мм. На котел такая «сурогатная» бубафоня вряд ли сгодится, но для воздушно-инфракрасного обогрева подсобных помещений вполне подойдет. Подробнее об изготовлении печи Бубафони из бочки описано дальше.
Изготовление Бубафони из газового баллона или трубы

Теперь уже можно и заглянуть в имеющийся металлолом: Лучшая бубафоня – из газового баллона промышленного назначения или отрезка трубы большого диаметра. На мощность до 12-15 кВт баллон предпочтительнее – днище варить не нужно, а эллиптический верх обеспечит лучшее дожигание. Типичные основные размеры баллонно-трубных бубафонь показаны на рис.

Основные размеры Бубафони малой мощности из нескольких газовых баллонов

Основные размеры Бубафони малой мощности из нескольких газовых баллонов

Конструкция распределителя воздуха

Теперь перейдем к конструкции распределителя воздуха – «блину». Для оптимизации рабочего процесса по КПД зазор между ним и корпусом с должен быть 0,05D. К примеру, для баллона с внутренним D = 300 мм получится с = 15 мм. Тогда диаметр «блина» d = D – 2H = 270 мм.

С ребрами – сложнее. Их высота h зависит от D нелинейно. В пределах D = (600-800) мм можно принять h = 0,1D. Для меньших D определяем h как пропорцию, зная, что для D = 600 мм h = 60 мм, а D = 300 мм h = 40 мм.

Определяем толщину блина σ. Она должна быть тем больше, чем меньше D. Почему? Вес блина нужно соответствовать определенным условиям.Гнет слишком легкий не придавит горящий слой в меру, КПД упадет и печь окажется склонной к вспыхиванию и обратному горению. В тоже время, слишком тяжелый блин просто вдавится в топливо и оно погаснет. Подробный расчет займет слишком много места, а величина σ не очень критична, поэтому просто укажем:

  • Для D = 300 мм σ = 6-10 мм.
  • Для D = 400 мм σ = 6-8 мм.
  • Для D = 600 мм σ = 4-6 мм.
  • Для D = 800 мм σ = 2,5-4 мм.

Промежуточные значения, если требуется, вычисляются как пропорция и берется большее из стандартного ряда толщин листового металла.

В дровяной котел Бубафоню с D свыше 500 мм обычно ставят блин, конструкцию которого уже можно назвать классической – приведен справа на рисунке ниже. Ребра – прямые отрезки швеллера подходящего размера, расположенные радиально. Под образовавшимися каналами топливо будет выгорать быстрее, что обеспечит нужную “просадку” блина в его массу. Самый блин можно сделать из листа потоньше, 2-2,5 мм, его легче резать. А необходимый вес гнету придаст наваренное сверху кольцо из того же швеллера. Такая конструкция воздухораспределителя куда меньше склонна к заеданию в печах большого диаметра.

Конструкции воздухораспределителей– «блинов» для Бубафони

Конструкции воздухораспределителей– «блинов» для Бубафони

Обращаем Ваше внимание,что устье воздуховода расположено по нижнему обрезу ребер. Это нужно, чтобы воздух, прежде чем попасть в зону горения, прогрелся, пройдя несколько сантиметров в массе топлива. Образующийся при этом в центре небольшой его конус, если слишком уж разрастется, расползается под весом блина. Бубафоня при этом издает короткий скрипящий или скрежещущий звук, это нормально.

Для узких высоких Бубафонь путь воздуха под блином с прямыми ребрами оказывается слишком коротким для хорошего сгорания топлива. Следовательно, ребра выполняют изогнутыми по часовой стрелке, если смотреть со стороны блина (см. рисунок посредине – приведен выше). Заодно их закрутка создает в дожигателе циркуляцию (вихрь), что способствует полному догоранию в малом объеме.

Вихрь образуется благодаря силе Кориолиса, возникающей вследствие вращения Земли. И как это не противоречиво, но в случае изготовления Бубафони  в южном полушарии, ребра должны загибаться против часовой стрелки. Иначе вместо вихря в дожигателе на стенки сядет сильный нагар.

В Бубафонях малой мощности, изготовленных из газового баллона или трубы, воздух требуется подать еще глубже в топливо, и пропустить до поступления в зону горения по более длинному пути. Но в таком случае нужно избежать образования слишком уж широкого конуса топлива под центром блина. Оптимальный выход для конструктора-самодельщика – наварить на устье воздуховода негодную звездочку диаметром примерно в 1/4-1/3 D, и с центральным отверстием диаметром около 1/3 диаметра воздуховода d, который мы еще рассчитаем, средняя позиция на рисунке выше.

Слева на рисунке выше – пример полного пренебрежения техническим здравым смыслом. Такой блин-воздухораспределитель слишком тонкий, и быстро прогорит. Вырезан из металла не качественно и будет застревать по ходу прогорания топлива. Ребра выполнены из слишком высокого уголка. При такой конструкции воздухораспределителя Бубафоня то ли вспыхнет, то ли не разгорится вовсе, но греть как следует уж точно не будет.

Конструкция дымохода для Бубафони

Для дальнейших расчетов потребуется площадь поперечного сечения дымохода S. Вычислить ее по известным методикам сложно, т.к. КПД и других нужных параметров единичного изделия печи Бубафоня мы не знаем.

В тоже время, опыт эксплуатации Бубафонь и ошибок при их создании накоплен уже немалый. Следовательно, S можно с достаточной точностью для наших потребностей определить по удельному часовому энерговыделению закладки топлива, не привязываясь к КПД. Для этого, во-первых, задаем максимальную высоту топливной массы в печи Hf = 2/3H. Затем, по школьным формулам, определяем объем топлива Vf. Удельная теплота сгорания разных его видов есть в справочниках, но нам нужно знать массу топлива. Для некоторых видов топлива приведены данные к расчету:

  • Дрова осиновые среднего размера: вместимость (массовый коэффициент укладки) 0,143 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 2,82 кВт/ч.
  • Сухие опилки или мелкая стружка хвойные: вместимость 0,137 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 3,2 кВт/ч.
  • Ольховые брикеты: вместимость 0,285 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 3,5 кВт/ч.
  • Твердолиственные брикеты: вместимость 0,31 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 3,1 кВт/ч.
  • Уголь каменный ДПК: вместимость 0,4 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 4,85 кВт/ч.
  • То же, ССОМ: вместимость 0,403 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 5,59 кВт/ч.
  • Антрацит мелкий АМ: вместимость 0,485 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 5,68 кВт/ч.
  • То же, крупный АКО: вместимость 0,5 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 5,72 кВт/ч.
  • Торф белорусский: вместимость 0,34 кг на 1 куб. дм. Vf; E = 2,36 кВт/ч.

Далее все просто: находим полное часовое энерговыделение E = eM, где M – масса закладки топлива, тогда минимальное сечение дымохода S (кв. см) = 1,75E(кВт/ч).

Например, у нас печь из баллона. D = 3 дм, Hf = 6 дм. Vf = ((πD^2)/4)Hf = 42 куб. дм. Берем самое энергичное из предполагаемых топлив; допустим, ССОМ. Его в топку поместится 42х0,403 = 17 кг, с округлением. Энергии эта закладка, если ее сжечь полностью за час, способна выделить E = 5,59х17 = 95,03 кВт или, округленно, 100 кВт. Требуемая площадь сечения дымохода S = 1,75х100 = 175 кв. см, не менее. Просчитав обратно от площади к диаметру, получим 15 см или 150 мм. Риторический вопрос к опытным печникам: хватит такой трубы на 10 кВт тепла? А рассчитать сможет кто угодно.

Тут же можно прикинуть, какая мощность печи получится. Бубафони самодельной конструкции отдают тепло около 12 час. Тогда Pпечи = 100/12 = 8,5 кВт на хорошем угле. А на опилках? Поделим их энерговыделение (3,2 кВт) на угольное (5,59 кВт), 3,2/5,59 = 0,572 и возьмем результат за поправочный коэффициент k1 = 0,572. Второй определим как отношение вместимостей опилок и угля: k2 = 0,137х0,403 = 0,34; общая поправка k = k1k2 = 0,572х0,34 = 0,195. На опилках печка выдаст 8,5х0,195 = 1,66 кВт, этого хватит, чтобы прогреть до температуры обеспечения активности гараж или птичник 6х4х2,25 м.

Чтобы добиться «угольной» мощности, опилки придется сжечь за 0,195х12 = 2,34 или примерно за 2,5 час. Способна ли на это Бубафоня на максимальной производительности? Приведенная методика ответа на этот вопрос не дает. Что поделаешь, она приблизительная. Но простая.

Здесь возникает еще один вопрос: 20-кВт литовская пека «Стропува» на загрузке в 140 кг того же угля греет 5 суток. Какой же тогда у нас выходит КПД бубафони на угле? А мы и не будем сжигать его на максимуме производительности, заслонку прикроем, а то и печка сгорит. Как и литовская печь «Стропува», если у нее убрать воздушный регулятор. Для расчета нужно привести к одному и тому же какому-то времени, вот 12 час и взяты, как характерное время сгорания дров. Так логичнее всего сверяться по имеющимся опытным данным.

Второе, даже в самых гламурных рекламных проспектах литовской печи «Стропува» пишут: «до 5 суток», т.е. на работа на мощности в 10% от номинальной. Итого – 2 кВт/ч, а наша Бубафоня с одной загрузки в 17 кг и выделяя 2 кВт/ч, будет отдавать тепло 50 час. А 140 кг с учетом потерь тепла при розжиге хватит на 4-5 суток. Долговременный КПД получается примерно такой же, как у Стропувы, и без наддува с переключателем Д/У.

Воздуховод для печи Бубафоня

Воздуховод по известной площади сечения дымохода считается еще проще: d = (0,5-0,55)((4S/π)^0,5), обозначения – на схеме размеров. И для нашей Бубафони, изготовленной из газового баллона, с диаметром дымохода в 150 мм для воздуховода понадобится труба 76-80 мм по внутри.

Но расчет воздуховода на этом еще не закончен. Нам нужно отсечь паразитный подсос воздуха через зазор в воротнике, а обтачивать трубу и точить фасонный воротник сложно и накладно. Для этого используем собственную вязкость воздуха, чтобы ему же и помешать просачиваться куда не следует:

  1. Определяем эксплуатационный зазор в воротнике δ; он должен быть не более 2,5 мм.
  2. Рассчитываем минимальную высоту воротника L = 80δ.
  3. Определяем минимально допустимый остаточный выступ воздуховода q = L+150, в мм.

К примеру, обгибаем заготовку воротника вокруг трубы воздуховода. Это несложно, т.к. воротник можно делать из оцинковки. Собрав или сварив стык, надеваем на трубу снова, прижимаем в одном месте и меряем получившийся двойной зазор. Допустим, вышло 1,6 мм. Тогда δ = 0,8 мм; L = 64 мм и q = 214 мм. Берем L = 65-70 мм и q = 215-220 мм. Воротником конструкторы-самодельщики чаще всего пренебрегают ради простоты, а зря. КПД от него зависит весьма заметно.

Удобство эксплуатации

Не стоит забывать и об удобстве эксплуатации Бубафони – технологических отступов, загрузочной дверцы и зольника:

  • Отступ технологических проемов от верха i = h + σ + 20 мм.
  • Высота нижнего обреза топочной дверцы Hm = Hf + h + σ + 30 мм, так лучше для ревизии и чистки верхней поверхности блина.
  • Высота загрузочной дверцы hm = H – Hf – i; ширину дверцы берем не более 1/4 длины окружности жарового корпуса по его внешнему диаметру.
  • Высота дверцы зольника ha = h + σ + (100-150) мм; ширина – как для загрузочной дверцы. Высокая дверца зольника необходима, т.к. уголь в бубафоне может не догореть полностью и выгребать спекшиеся остатки замучаешься.

Дверцы

Загрузочный люк Бубафони

Загрузочный люк Бубафони

Паразитное просачивание воздуха сквозь зазоры по обрезам технологических люков вредит КПД не меньше, чем в печи без воротника воздуховода. В промышленных конструкциях для его предотвращения горловины люков делают литыми массивными и уплотняют асбестовым шнуром. В массовом производстве так технологически проще и дешевле.

Для любителей предпочтительнее также давно отработанный технически способ: выступающие горловины и двойные дверцы с прокладкой из листового асбеста или базальтового картона, см. рис. Такая конструкция хороша и тем, что в некоторой степени предохраняет от ожогов, внешняя часть дверцы не раскаляется до наружной температуры жарового корпуса.

Водяная рубашка

Изготовление водяной рубашки Бубафони

Изготовление водяной рубашки Бубафони

Для обеспечения при необходимости термосифонной циркуляции достаточной интенсивности слой воды в рубашке должен быть как можно тоньше, но не настолько, чтобы начала сказываться ее собственная вязкость.

На практике давно отработано оптимальное значение – 40-60 мм. Толщина металла – 1 мм на 1 бар нормального эксплуатационного давления при высоте рубашки до 2 м. В общем, 2,5 мм сталь будет держать давление в любом случае, а гнуть сталь такой толщины в домашних условиях возможно.

Если речь идет о Бубафоне – котле, то рубашка должна быть идеально концентричной жаровому корпусу и равномерной ширины, иначе внутри возникнет холодное пятно, сбивающее весь режим печи. Здесь тоже нет серьезных сложностей: верхнюю и нижнюю крышки рубашки выполняют из согнутого в кольца уголка. Там же видно, что прежде нужно вырезать проемы под люки в жаровом корпусе, иначе возникнут трудности при сборке.