WarmFires.ru

Работать с горячей водой в древности не умели. Поэтому традиционными теплоаккумулирующими устройствами древнейших бань являлись всевозможные каменки - кучи (насыпи, засыпки, навалы, обваловки) камней: крупных окатаных валунов, окатаных среднего размера булыжников, крупных ломаных глыб, более мелких кусков, в том числе натурального гравия и искусственно долблёного щебня, вплоть до крошки и песка.

В популярной литературе обычно различают каменки закрытые (располагаемые внутри печи) и открытые (располагаемые вне печи). Понятие закрытых каменок относится преимущественно к цельнокирпичным печам и означает, что камни расположены в атмосфере дымовых газов печи (в топке, в дымовой трубе или её расширении) так, чтобы пламя и дымовые газы нагревали слой камней (рис. 686). Такие каменки могут быть использованы лишь после протопки печи и поэтому называются иногда в банном деле более научно - каменками периодического (эпизодического) действия. Понятие открытых каменок относится к печам более современным, имеющими металлические теплопередающие поверхности - жаровые плиты или разного рода контейнеры для нагрева камней (рис. 68в, г). Такие каменки не соприкасаются с дымовыми газами, могут использоваться для получения пара в любой желаемый момент и называются поэтому каменками непрерывного действия. Такая классификация удобна для анализа бань, но не энегетики печи, поскольку непонятно, как категорировать каменки чёрных бань и многочисленные конструкции открытых каменок в закрытом исполнении. В дальнейшем мы будем разделять типы каменок по технологическому принципу нагрева - каменки фильтрующие (продуваемые) и нефильтрующие (непродуваемые дымовыми газами).

Рис. 68. Виды каменок: а -камни нагреваются в открытом очаге, б - камни в потоке дымовых газов, в - камни на раскалённой металлической плите, г -камни в раскалённом металлическом углублении (сосуде, ящике).

Рис. 69. Температурные зависимости свойств разных газов (удельной объёмной теплоёмкости Ср, теплопроводности X, кинематической вязкости V, плотности р): 1 - воздух, 2 - дымовые газы стандартного состава (76% N2

+13% СО2+

11% Н2О),

3 - водяной пар, 4 -

углекислый газ (А.Л. Бергауз и др. Справочник конструктора печей прокатного производства, М.: Металлургия, 1970 г.). Данные по теплоемкости требуют уточнения.

В открытых (дымных) очагах камни нагревались преимущественно лучистым теплом от углей костра (рис. 68а справа). В стремлении повысить эффективность нагрева камней (которые использовались не только для аккумуляции тепла, но и для нагрева воды, и для получения пара) об-валовку старались делать повыше (в первую очередь у стен для одновременной защиты их от огня), выбирая более плоские камни и пытаясь даже перекрыть свод (рис. 68а слева). Теплоотдача «от дыма» стала доминирующей в фильтрующих насыпных каменках чёрных и белых бань (рис. 686). Такие фильтрующие каменки стали родоначальником широчайшего класса промышленных технологических аппаратов насыпным зернистым слоем, подробно изучавшихся в самых разных областях техники и для сжигания топлива, и для сушки, и для проведения химических реакций (М.Э. Аэров, О.М. Тодес, Гидравлические и тепловые основы работы аппаратов со стационарным и кипящим зернистым слоем, Ленинград: Химия, 1968 г.).

Фильтрующие каменки («камни в огне») сейчас преимущественно используются лишь в элитных общественных и любительских дачных банях, имеют сложные особые конструкции (М.А.Соколов). Чугунные решётки при высоких температурах могут коробиться, поэтому камни лучше укладывать на дырчатый свод из огнеупорного кирпича.Разогретые дымовые газы имеют высокую вязкость (рис. 69). С целью снижения сопротивления, нижние слои фильтрующей каменки, контактирующие с высоковязкими газами, выкладываются из более крупных камней, чтобы каналы между камнями были наиболее широкими. Как мы уже отмечали, газодинамическое сопротивление одного широкого отверстия (канала) намного меньше, чем сопротивление множества мелких отверстий (каналов) даже в том случае, если общее проходное сечение остаётся неизменным. Нижние камни и подвергаются наибольшей тепловой нагрузке, поэтому их большой размер предупреждает их быстрый перегрев (благодаря высокой тепловой инерции таких камней и повышенному коэффициенту лучистой теплопроводности каменки из таких камней). Напомним к тому же , что нагревающиеся камни, уложеные в распор, при термическом расширении способны разрушить корпус каменки.