בשבועיים האחרונים יצא במקרה שאני עובד על תנורקטה (Rocketstove) לבישול מכמה כיוונים. תוך כדי התכנון החלטתי לסכם בצורה יסודית את עקרונות התכנון שעומדים מאחורי ההמצאה הפלאית הזאת – גם מגיע לטמפרטורה גבוהה, גם בעירה עם הרבה פחות פליטות, גם יעיל בכמות חומר הבעירה, וגם משתמש בחומר בעירה מאיכות נמוכה (במקום עצים שמנים, זרדים ומקלות). המסע לתנורקטה מתחיל.

הערה: רוב התוכן במאמר מסוכם מהאתר rocketstove.com וספציפית מהמסמך המרתק הזה.

בגדול, אש באופן טבעי עושה עבודה טובה (בהמרת דלק לחום). הבעיה היא שסירי הבישול ומערך ניתוב החום אל הסירים בדרך כלל מתפקדים בצורה לא יעילה. אפילו באש פתוחה ניתן להגיע ל90% יעילות בשריפת עץ לבישול, אך בדרך כלל רק חלק קטן מהאנרגיה בין 10-40% אכן מגיעה לסיר עצמו. שיפור הבעירה לא בהכרח תורם להקטנת קצב צריכת חומר הבעירה של התנור (יעילות הדלק – Fuel efficiency). שיפור הובלת החום (Heat transfer) אל הסיר הוא שעושה את ההבדל הגדול ביותר (כיוון שיש הרבה מקום לשיפור כשמדובר על בין 10% ל-40%). שיפור הבעירה כן עשוי לתרום הוא בהקטנת עד חיסול העשן והפליטות המזהמות.

תפקידו של מתכנן התנור הוא קודם כל “לנקות” את האש (מפליטות מזהמות) ובנוסף להביא כמה שיותר אנרגיה לסיר או לכירה.

ארובות פליטה (יציאת הגזים שנשרפים) הן חשובות מאוד, גם בתנורים בעלי שריפה מאוד נקייה, כיוון שכל שריפה, נקייה ככל שתהיה, יכולה לזהם סביבה סגורה בפליטה לא בריאה. יש להשתמש בתנורים ללא ארובה אך ורק בחללים פתוחים.

איך נוכל לתכנן תנור שמשפר את היעילות של אש פתוחה? לצורך זה נציג את היתרונות של בישול על שלוש אבנים באש פתוחה, בהשוואה לטכניקות בישול באש חיה אחרות:

• אין כמעט אנרגיה שנספגת במסה של של התנור עצמו. תנורים בעלי מסה גבוהה סופגים אנרגיה שהייתה עשויה להגיע לסיר שלנו. (תנורי מסה יהיו יעילים אולי בשימוש לחימום אך אנו עוסקים כרגע בתכנון תנור לבישול)
• האש פוגעת בתחתית הסיר ולעיתים גם בקירות, מצב שחושף הרבה מפני שטח הסיר אל הגזים החמים
• את האש מאכילים בענפים (חומר הבעירה) כך שהאש בוערת בנקודה אחת בקצות הענפים, וכל כמה דקות דוחפים את הענפים עוד קצת פנימה, מה שמאפשר בעירה מלאה של חומר הבעירה בנקודה אחת ממוקדת
• אש פתוחה נשרפת בצורה יחסית נקייה אם היא חמה מספיק = בעירה ממוקדת ומספיק חמצן. (כמו במשפט הידוע – “אוף! כמה עשן… שמישהו ישים עוד קרש…!” – מכירים? אותו עקרון)

כמו שאמרנו, תנור שמתוכנן כהלכה יכול לשפר את הבעירה ואת יעילות הדלק בהשוואה לאש פתוחה.

איך תנור מתוכנן ישפר את הבעירה

(לייצר פחות זיהום מזיק בהשוואה לאש פתוחה)

• נדאג לזרימת אוויר (Draft) טובה אל האש
• נבודד את תא הבעירה (Combustion Chamber) על מנת לעזור לאש להגיע לטמפ’ גבוהה יותר. טמפ’ גבוהה יותר תשרוף יותר מהגזים הפליטים ותייצר פחות עשן
• נמנע משימוש במסה טרמית מסביב לתא הבעירה
• נרים את החומר הבוער מהקרקע כדי שאוויר יוכל להכנס מתחת לחומר ודרך הגחלים
• נמקם ארובה מבודדת קצרה מעל נקודת הבעירה על מנת להגביר את זרימת האוויר ולתת מקום לעשן, לאוויר ולאש להתערבב, תכונה שמקטינה את הפליטה
• נלכד את קצות המקלות/זרדים/ענפים הבוערים (החומר הבוער) כך שהאש תחמם רק את החלק שנשרף, ותיצור אש ממוקדת וחזקה שלא יוצרת הרבה גחלים. אש מסוג זה מקטינה את הפליטות המסוכנות
• נגביל את כניסת האוויר הקר אל האש על ידי פתח קטן ככל האפשר. פתחים קטנים לאש גם יכריחו את המבשל להשתמש בפחות עץ, שאפשר שיישרף בצורה יעילה יותר. כמות מסויימת של אוויר נגיש הכרחית לשריפה מוחלטת. חימום מוקדם של האוויר עוזר לשמור על בעירה נקייה

איך תנור מתוכנן ישפר את יעילות הדלק

(להזרים יותר חום אל הסיר)

• נגביר את הטמפרטורה של הלהבה/גזים שנוגעים בסיר, כך שהאוויר החם יפגוש בתחתית ובצדדי הסיר בתעלה צרה, בעזרת חצאית (Pot Skirt)
• נגביר את המהירות של הגזים החמים שפוגשים בדפנות הסיר. הגזים המהירים חודרים שכבה של אוויר עומד מסביב לסיר שמונעת מגזים איטיים מדי לגעת בדפנות (תמונה של חצאית)
• גודל האש קובעת את גודל המרווח בין החצאית והסיר עצמו ואתה היעילות המקסימלית של הובלת החום באוויר. האש הקטנה ביותר שעדיין תרצה את המבשל תהיה היעילה ביותר מבחינת צריכת הדלק (חומר הבעירה)
• נשתמש בסירים רחבים בקטרים גדולים (בהשוואה לסירים גבוהים בקטרים קטנים). סירים רחבים מאפשרים שטח פנים גדול יותר בתחתית ועוזרים להגדיל את כמות החום שנקלטת לתוך הסיר

טעויות נפוצות

• אנרגיה עצורה בגוף התנור עצמו תורמת לבישול המזון – ניסויים הראו שאנרגיה עצורה בגוף התנור (כמו בתנורי אדמה) בדרך כלל הולכת לאיבוד בתנורי בישול. שימו לב שאנרגיה עצורה בתנור כן יכולה להיות רלוונטית כאשר מדובר בתנור שתפקידו (הנוסף או העיקרי) הוא לחמם מרחב (חדר, סלון)
• שמירת אנרגיה בתנור על ידי הקטנת זרימת האוויר תורמת לבישול המזון. הקטנת טמפ’ היציאה של הגזים מהארובה מעידה על כך שתנור הבישול פועל כהלכה – כמו שנאמר, הקטנת זרימת האוויר פוגעת גם בבעירה וגם בהובלת החום. הגזים החמים זקוקים למהירות שלהם על מנת להשיג הובלת חום טובה
• שימוש בעמעם בארובה עוזר לשיפור יעילות התנור – שוב, הקטנת זרימת האוויר בתנור אינה תורמת לפעילותו. בתנור שמתוכנן כהלכה אין צורך בעמעם
• אדמה דחוסה ואבנים יכולים לשמש כבידוד – חומרים בעלי מסה גבוהה (צפופים) דווקא קולטים אנרגיה מאוד מהר, כשבידוד אמור לעשות ההיפך ולהאט את הולכת החום. בידוד עשוי בדרך כלל מחללי אוויר רבים המופרדים זה מזה על ידי חומר קל בעל מוליכות תרמית נמוכה. בידוד הוא קל ואווירירי. חומרים כבדים הם דוגמאות טובות למסה תרמית. בידוד עוזר לתנור לחמם מים במהירות; מסה תרמית “גונבת” את האנרגיה מהסיר, מה שגורם למים להתחמם לאט יותר

שמונה עקרונות לתכנון תנור בישול יעיל

1) בידוד בידוד בידוד – עדיפות לחומרים אווריריים ולא חרסית או אבן. חומרי בידוד לדוגמא יכולים להיות אפר מדורות (יבש), וורמקוליט או טוף. בידוד מסביב לתא הבעירה עוזר לשמור על אש חמה, כך העשן והפליטות המסוכנות יפחתו עקב בעירה מלאה יותר. טבחים נוטים לאהוב תנורים שמרתיחים מים במהירות. אם חום “מתבזבז” על גוף התנור עצמו, הסיר ירתח לאט יותר. למה לחמם עוד עשרות או מאות קילוגרמים של תנור בכל הרתחה של מים כשהתוצאה הרצוייה היא לחמם קילו וחצי מזון או ליטר של מים? בעזרת חומרים מבודדים ניתן לשמור על טמפרטורה גבוהה כך שהסיר יתחמם בצורה יותר יעילה. חומרים מבודדים, עקרונית, כאשר הם מלאים בחללי אוויר וקלים מאוד. חימר, חול, אדמה ושאר חומרים צפופים אינם מבודדים כלל וכלל. להפך, הם משמשים כמסה טרמית (מוליכי חום למחצה), ובדרך כלל “ישאבו” את החום של האש על חשבון הסיר המתבשל. שימוש בחומרים בעלי מסה טרמית גבוהה כן מקובל בתנורים שבהם יש חשיבות בחימום חלל החדר, כשהמסה הטרמית קולטת את החום ומשחררת אותו לאט אל החלל. גם אז, כדאי שהמסה הטרמית תהיי מנותקת מהקיר החיצוני למשל, כיוון שהחום “בורח” לנקודה הכי קרה. אם המסה הטרמית החמה מחוברת לקיר החיצוני, רוב החום שתפקידו לחמם את החלל ישתחרר דרך הקיר החיצוני.

בגדול, מתכות לא מחזיקות זמן רב בקרבת אש חמה (מי שמתכנן תנור לעשרים שנה צריך לזכור את זה). מה שניתן לעשות הוא לבנות תא בעירה מחומר עמיד באש ודק (אריחים מסוגים שונים שמיועדים לחום גבוה) ומסביב לתא הבעירה לבודד עם חומר מתאים. (ראו בpdf שבסוף המאמר פרק בנושא)

2) למקם ארובה מבודדת קצרה ישר מעל האש – ארובת תא הבעירה צריכה להיות גבוהה פי שלושה מקוטר תא הבעירה. ארובה כזו מעל האש עוזרת להגביר את זרימת האוויר, מחזקת את האש ומעלה את הטמפרטורה. העשן יחזור ויפגוש את הלהבה בארובה וישרף, וכך הפליטות יקטנו. ארובה שתהייה יותר גבוהה משלוש פעמים הקוטר תנקה יותר עשן, אך ארובה קצרה יותר תביא יותר גזים חמים אל דפנות הסיר (גובה של פי שלוש הוא אידיאלי לפי מחקרים שנעשו). ארובות תא בעירה מאוד גבוהות יפתחו זרימת אוויר חזקה מדי שתכניס יותר מדי אוויר קר ותקטין את הובלת החום הכללית של התנור.

3) לחמם ולשרוף את קצות העץ תוך כדי שהוא נדחף לאש – אם רק קצה העץ (קרשים /זרדים / ענפים) יתחמם, יהיה הרבה פחות עשן בבעירה. נסו להשאיר את כל שאר העץ מחוץ לאש כך שהוא יהיה קר יותר ולא יעלה עשן. המטרה היא לייצר כמות מספקת של גז כדי שהוא יוכל לבעור בצורה נקייה מבלי לייצר עשן או יותר מדי גחלים. עשן הוא גז שלא נשרף(!) והוא לא בריא לנשימה. חשוב לזכור שגם בשריפה שנראית נקייה יותר (בעין בלתי מזויינת) יש פליטות שעשויות להזיק.

4) ההבדל בין חום גבוה לחום נמוך נוצר על ידי כמות העץ שנדחפת אל תוך האש יחדיו – שליטה בכמות הגזים והאש שנוצרת על מנת להתאים את העוצמה למלאכת הבישול.

5) שמור על זרימת אוויר טובה ומהירה דרך חומר הבעירה – בדיוק כמו שלנשוף על גחל בוער יוצר יותר חום, יש להקפיד על זרימת אוויר טובה על מנת לשמור על טמפרטורה גבוהה. אש חמה היא אש נקייה. הכלי הכי חשוב ששומר עבורנו על זרימת אוויר טובה הוא מדף אמצע (Grate). אין לשים את חומר הבעירה על רצפת תא הבעירה. אוויר צריך לעבור מתחת לעצים הבוערים, דרך הגחלים אל תוך האש. המדף מרים את חומר הבעירה כך שאוויר יכול לעבור מתחתיו, וכדאי שהמדף יהיה עשוי מרשת או משטח מחורר, כדי שאוויר יוכל לעבור גם דרכו. כששורפים את העצים, יש לסדר אותם קרובים אחד לשני ופרוסים על המדף (שטוחים) עם מרווח אוויר בין כל עץ (כשהקצוות נוגעים). כשהאוויר עובר מתחת לעצים הבוערים ודרך הגחלים הוא עובר חימום מקדים מה שעוזר לשרוף בצורה יותר יעילה את הגזים והעשן ומשפר את הבעירה. אוויר שעובר מעל העצים הבוערים הוא לא כל-כך משמעותי כיוון שהוא קר יותר ומקרר את האש. אש קרה יכולה להיות מאוד מלוכלכת.

6) זרימת אוויר נמוכה מדי לאש תגרום ליצירת עשן וגחלים, אך זרימת אוויר חזקה מדי תקרר את האש ותפריע בביצוע העבודה של התנור – פתח כניסה קטן יכול לעזור להפחית באוויר עודף.

7) פתח הכניסה, נתיב האוויר בתנור עצמו והערובה צריכים להיות כולם באותו קוטר (ועדיף גם באותו צורת חתך). לזה קוראים שמירה על שטח חתך קבוע – שטח חתך קבוע עוזר לשמירה על זרימת אוויר טובה דרך התנור (האוויר זורם בחופשיות כשהנתיב ברור ולא משתנה, כיוון שאין חיכוך מיותר בקירות הנתיב).

זרימת אוויר טובה לא רק תורמת לאש חמה יותר – היא גם חיונית לכך שהחום הנוצר יועבר בצורה יעילה אל תוך סיר הבישול. אוויר לא נושא את החום בצורה טובה מאוד, כך שאנו זקוקים שהרבה ממנו יעבור דרך התנור על מנת לבצע את משימת הבישול.

גודל הפתחים יהיו גדולים יותר בתנורים חזקים יותר ששורפים יותר עץ ומייצרים יותר חום. ככלל אצבע, שטח חתך קבוע מרובע של 12 סנטימטרים (כולל פתח כניסה), או צורת חתך עגולה עם אותו שטח (144 סמ”ר, שזה קוטר צינור של 13.6 ס”מ, או 5.3 צול) יהיה המתאים ביותר לתנור בישול ביתי.

8) יש למקסם את הובלת החום אל הסיר באמצעות מרווחים מתאימים – חימום הסיר נעשה בצורה הטובה ביותר כשהמרווחים בצידי הסיר קטנים. הגזים החמים שמגיעים מהאש מוכרחים כך לפגוע בדפנות הסיר. אם המרווח רחב מדי, האוויר החם “מעדיף” לעבור במרכז הרווח, ופחות חום עובר אל הסיר עצמו. אם המרווח צר מדי, זרימת האוויר תקטן, האש תתקרר, הבעירה תהיה פחות יעילה, ויותר פליטות רעילות ישתחררו, וכמובן – פחות חום יועבר לסיר עצמו. בעקרון, תוכלו למצוא בקובץ שלמטה חישובים מדוייקים של מרווחים מתאימים לפי גודל סיר ועוצמת התנור, אך באמצעות ניסוי וטעיה תוכלו להגיע לתוצאה קרובה מאוד – כדאי לדאוג שאת המרווח יהיה אפשר להקטין ולהגדיל, וכך בהפעלות הראשונות של התנור, תלמדו מה המרווח הראוי כך שהאש בכל רגע נתון תהיה במצב אופטימלי. מתחילים ממרווח קטן יחסית, ואז לאט לאט מרחיבים עד שהאש בוערת בצורה מספקת. זאת הנקודה המתאימה – המרווח הקטן ביותר שבו האש מקבלת מספיק אוויר לבעירה נקייה וחמה.

שלוש דרכים להגדיל את הובלת החום:

• הגזים שפוגעים בכלי הבישול צריכים להיות חמים ככל האפשר
• שטח הפנים של כלי הבישול צריך להיות גדול ככל האפשר (עדיף סיר יחסית שטוח מסיר גבוה), ושכמה שיותר מהסיר יהיה חשוף לגזים החמים
• יש להגביר את מהירות הגזים החמים שפוגעים בכלי הבישול ככל האפשר (זאת עושים על ידי חום גבוה ומרווח גדול מספיק אבל לא מדי)

שימו לב לשרטוט הבא (חתך צד). הסיר צבוע בכחול, התנור עצמו בוורוד עתיק והחצאית באדום. אפשר למדוד ולדייק את כל המרווחים, אך המרווח הקריטי הוא GAP C. אותו כדאי לבנות לפי המידה המתאימה בטבלאות שבעמודים 19-20 שבקובץ (עוד מעט יהיה הקישור להורדה).

חשוב: על המרווחים שבתנור להיות רחבים מספיק כדי לאפשר זרימת אוויר טובה בכוח מלא עבור גודל סיר ידוע מראש – אך כמובן שעבור כוח חלקי (עם אותו סיר) המרווחים יהיו גדולים מדי. כדי לפתור זאת אפשר תמיד לעבוד בכוח מלא (על מנת לקבל את התמורה המלאה עבור כמות חומר הבעירה) או ליצור חצאית עם מרווחים מתכווננים (כך שאפשר להתאים את הרווח לכוח הבעירה הרצוי. לכל גודל להבה ופתח כניסה של אוויר יש מרווחים אופטימליים שמאפשרים מקסימום העברת חום ושריפה כמה שיותר מלאה. אפשר לחשב את המרווחים הללו, ואפשר (ויותר פשוט) ללמוד אותם לפי ניסוי וטעיה.

סיכום

אני ממליץ לכולם לקרוא את הקובץ הנפלא של Aprovecho Research Center, אודות עקרונות תכנון של תנורי rocket לבישול. משם נלקח ונערך רוב המידע במאמר זה. בקובץ תוכלו למצוא גם דוגמאות לחישובי מרווחים, אפשרויות שונות של חומרים לבניית תאי הבעירה ועוד. אני התרכזתי במאמר זה בעקרונות, ופחות בדיוקים הקטנים.