Raketová akumulační kamna

Základní informace o raketových akumulačních kamnech, možná vylepšení.

Poměrně málo známá možnost ekologického vytápění dřevem, která si přesto zaslouží naší pozornost. Přes zajímavé výsledky zahraničních stavitelů raketových kamen k rozšíření tohoto systému v našich podmínkách (až na několik výjimek) zatím nedošlo.Pravděpodobně je to způsobené nedostatkem informací. Co to vlastně jsou raketová kamna? Klíčová konstrukční součást všech raketových kamen je vertikální spalovací komora, která se osvědčila při konstrukci jednoduchých raketových sporáků pro vaření, navržených jako odpověď na problematické využívání dřeva jako zdroje energie v rozvojových zemích. Výsledek rozšíření těchto topidel byl jednoznačně pozitivní. Došlo ke snížení spotřeby dřeva, množství kouře a tím i k omezení zdravotních problémů spojených s vařením na otevřeném ohništi. To bylo povzbuzením pro další vývoj. Doplněním vertikální spalovací komory o tepelný výměník a tepelný akumulátor vznikl další vývojový stupeň – raketová akumulační kamna. Díky svým dobrým vlastnostem a atraktivnímu vzhledu jsou vhodná nejen do obydlí v rozvojových zemích, ale i do dnešních alternativních staveb.

Něco k teorii spalování dřeva:

Dřevo se při zahřívání rozkládá na celou řadu látek. Za přístupu vzduchu dochází k jejich spalování a uvolňování tepla. Pro dokonalé spalování tedy musíme splnit tyto základní požadavky. Dostatečný přístup vzduchu, důkladné promísení rozkladných produktů se vzduchem a dostatečnou teplotu pro spalování. Běžně používaná topidla na dřevo prošla dlouhým vývojem a první dvě podmínky většinou splňují. Třetí podmínka, dostatečná spalovací teplota, ale vždy splněná není. Spaliny jsou většinou příliš brzo přivedeny do prostoru, kde mají předávat teplo a kde dojde k jejich ochlazení. Raketová kamna jsou konstruovaná jinak. Pro dosažení teploty potřebné k dokonalému spalování využívají tepelně izolovanou vertikální spalovací komoru. Tato komora se při provozu rozžhaví na teplotu kolem 1000°C a tak zajistí dokonalé spálení všech hořlavých látek vzniklých rozkladem dřeva. Teprve po průchodu touto komorou jsou spaliny ochlazeny. Dalším problémem běžných kamen jsou ztráty tepla způsobené vysokou teplotou spalin odcházejících komínem ven. Při nedokonalém spalování není možné tyto spaliny příliš ochladit, protože by docházelo k nebezpečné kondenzaci uvnitř komína, k tzv. dehtování. Díky dokonalému spalování za vysokých teplot se v podstatě všechny hořlavé látky přemění na oxid uhličitý, vodní páru a teplo. Můžeme si tedy dovolit odcházející spaliny ochladit na nižší teplotu a tím využít i tu část tepla, která by jinak bez užitku odešla komínem. K ochlazení spalin dochází v tepelném zásobníku, který je většinou vytvořený z hlíny a kamenů a má podobu vytápěné lavice o délce i několika metrů a hmotnosti 1-3 tun. Díky velké akumulační hmotě je teplo uchované i na pozdější dobu, například na noc, kdy se již nepřikládá.

Běžná kamna při topení přes noc pracují v naprosto nevhodném režimu. Omezením přístupu vzduchu sice snížíme výkon kamen na minimum, ale zároveň dojde k dramatickému snížení teploty spalování a tím i ke snížení účinnosti a zvětšení emisí škodlivých látek do ovzduší. Topení by mělo vždy probíhat při optimálním výkonu, jedině tak zajistíme účinné a čisté spalování. V raketových kamnech není problém topit při optimálním výkonu a pro noční vytápění využít naakumulované teplo.

Konstrukce klasických raketových kamen:

  • Přikládací otvor tvořený vertikální šachtou, která bývá opatřená poklopem. Během provozu je poklop otevřený a vzduch potřebný pro spalování je nasáván okolo přiloženého dřeva. Poklopem se otvor uzavírá po ukončení topení, aby nedocházelo k zbytečným ztrátám tepla tahem do komína. V případě, že je přívod vzduchu do spalovacího prostoru zajištěn z vnějšího, nevytápěného prostoru, může být přikládací otvor uzavřen poklopem i v průběhu topení. Do přikládacího otvoru se palivo přikládá shora dolů, ne vodorovně, jak je obvyklé u většiny ostatních kamen. Dřevo se postupně spaluje v topeništi a vlastní vahou se posouvá do spalovacího prostoru.
  • Horizontální spalovací komora. V tomto prostoru dochází k hoření dřeva a na dně komory i k hromadění popela. Popel se tedy vybírá skrz přikládací otvor.
  • Vertikální spalovací komora s tepelnou izolací. V tomto prostoru dochází k dohořívání plynů za vysoké teploty. Jedná se vlastně o krátký komín zabudovaný přímo v kamnech, díky kterému vzniká v kamnech tah.
  • Tepelný výměník. Kolem vertikální spalovací komory bývá plechový plášť (nejčastěji tvořený 200 l sudem). Tento výměník zajišťuje rychlé předání tepla do prostoru a často je také využíván jako plocha pro vaření.
  • Tepelný akumulátor. Horké spaliny pokračují z tepelného výměníku do tahů umístěných v akumulační hmotě kamen (většinou v podobě lavice), kde předávají další část tepla. Vzhledem k velké tepelné kapacitě tohoto akumulátoru je v něm možné uschovat teplo na několik hodin až dní. Tím je zajištěno noční vytápění, případně temperování místnosti po dobu delší nepřítomnosti.
  • Komín není u tohoto druhu kamen nezbytně nutný. V provozu je velké množství raketových akumulačních kamen, která jsou provozována bez komínu a spaliny jsou odváděny prostupem ve zdi přímo do venkovního prostoru. Někdy je komín tvořený pouze krátkou plechovou trubkou.

 

Potřebný materiál:

Na stavbu horizontálního spalovacího prostoru jsou potřeba šamotové cihly a k jejich spojování kamnářská hlína nebo speciální žáruvzdorná malta. Vertikální spalovací komoru je možné vytvořit ze dvou kovových trubek. Prostor, který mezi jejich stěnami vznikne vyplníme vhodnou tepelnou izolací, například směsí perlitu a jílu. Pokud jsou dostupné speciální žáruvzdorné izolační cihly, tak je můžeme pro stavbu vertikální komory použít také. Tepelný výměník je většinou tvořený ze sudu vhodné velikosti, nebo z jiné kovové nádoby (tlaková nádoba z vodárny, vzdušník od kompresoru, nádoba z bojleru apod.), případně se můžeme inspirovat konstrukcí kachlových kamen a výměník postavit z kachlů. Tepelný akumulátor je tvořený kamením, nebo odpadním betonem (tzv. urbanit) a hliněnou maltou z jílu a písku.

Výhody a vlastnosti raketových akumulačních kamen:

  • Spalovací komora ve tvaru písmene „J“ s pravoúhlými záhyby, zaizolovaná vysokoteplotní izolací zajišťuje dokonalé promísení hořlavých plynů se vzduchem a dokonalé spalování.
  • Izolovaná vertikální spalovací komora uvnitř samotných kamen vytváří tah potřebný pro překonání dlouhých vodorovných tahů v akumulační hmotě.
  • Palivové dřevo stojí vzpřímeně v přikládacím prostoru a postupně u dna uhořívá.
  • Spalovací komora může být až několik metrů daleko od místa využití tepla.
  • Vysoká účinnost spalování a využití tepla obsaženého ve spalinách.
  • Jednoduchá konstrukce
  • Možnost originálního uměleckého ztvárnění.
  • Velký podíl přírodních materiálů dostupných v místě stavby.
  • Možnost provozu bez nákladného komínu.

Nevýhody raketových akumulačních kamen a jejich možná řešení:

  • Vzhledem k malému spalovacímu prostoru je nutné častější přikládání. Pro kamna s raketovou komorou o průměru 15cm se interval přikládání pohybuje mezi 30 min – 2 hod a v kamnech s průměrem komory 20cm je interval přikládání 2-4 hod hodiny.
  • Dřevo na přikládání musí být naštípané na tenčí kusy než je běžné u jiných druhů kamen.
  • Vertikální spalovací komora je velice tepelně namáhaná, při použití náhradních materiálů může být nutná jejich občasná výměna.
  • Vymetání popela je u klasické konstrukce raketových kamen obtížné. Spalovací prostor je přístupný pouze z vrchu.
  • Oheň není moc vidět. Raketová kamna nám neumožní pozorování plamenů tak jako dnešní prosklené krby a kamna. Nedostatek vizuálních efektů je však kompenzován bohatými zvukovými efekty.

 Možnosti pro vylepšení – odstranění nevýhod

  • Zvětšení spalovacího prostoru. Možnost použítí větších kusů dřeva sníží pracnost přípravy paliva. Větší množství dřeva při přikládání (delší přikládací interval) zase zvětší komfort vytápění. Pouhé zvětšení spalovacího prostoru bez konstrukčních úprav není možné. Pro zajištění dokonalého spalování je potřeba vytvořit horizontální topeniště s přívodem primárního, sekundárního a terciálního vzduchu, které bude k vertikální spalovací komoře připojené tahem ve tvaru písmene „U“.
  • Doplnění spalovacího prostoru o rošt, popelník a popelníková dvířka podstatně usnadní vymetání popela.
  • Využitím prosklených přikládacích dvířek  získáme výrazný estetický efekt.
  • Použití kvalitních žáruvzdorných materiálů pro stavbu spalovacího prostoru a vertikální spalovací komory můžeme výrazně prodloužit životnost kamen.
  • Zabudováním dalšího tepelného výměníku můžeme část tepla využít pro ohřev užitkové vody, nebo pro ohřev vody v okruhu ústředního vytápění.

Doporučená literatura a studijní zdroje:

Rocket Mass Heaters: Superefficient Woodstoves YOU Can Build. Ianto Evans, Leslie Jackson. http://rocketstoves.com/

Zdroj, foto: http://sobestacnost.cz/modules.php?name=News&file=article&sid=6