Co rozhoduje o výdrži tepla v peci: srovnání sestav a naše měření

Co rozhoduje o výdrži tepla v peci?

Vybíráte pec na pizzu a všude se mluví jen o tom, z čeho je. Jenže na posouzení pece samotný materiál nestačí. Vzali jsme vlastní pec, zatopili ze studeného stavu a téměř tři dny měřili. Tady je, co z toho vyšlo — a všechna data i všechny své opravy zveřejňujeme. Při výběru pece na dřevo padne pozornost téměř vždy na jediný údaj: z čeho je. Terakota, šamot, žárobeton, ocel. Je to pochopitelné — materiál je jediné, co je na peci vidět, a jediné, co se dá snadno napsat do katalogu. Jenže pec je souvrství několika částí. Každá dělá něco jiného, každá má svůj vlastní parametr a žádná z nich nefunguje bez ostatních. Špičková pec není ta, která vyniká v jednom parametru. Je to ta, která všechny parametry vyváží do jednoho funkčního celku.

Co jsme měřili a za jakých podmínek. Měřili jsme jedinou pec — náš model 90, ⌀ 90 cm, terakotové jádro 50 mm, izolace 160 mm, zděná obestavba. Dvířka této pece byla oproti sériovému provedení dodatečně dotěsněná, a protože netěsnostmi odchází část tepla, platí naměřené časy pro tuhle sestavu. Pec byla po celou dobu prázdná, bez pokrmu. Srovnání s ostatními sestavami je výpočet, nikoli měření, a v textu to u něj vždy uvádíme.

Z čeho se skládá každá pizza pec na dřevo

Bez ohledu na výrobce i materiál se dá každá pec rozložit na čtyři funkční části.

Akumulační jádro. Tvoří ho kopule a pečná plocha. Při zátopu a topení přijímá teplo, při pečení ho předává zpět pokrmu. Izolace. Obklopuje jádro a má jediný úkol: udržet teplo uvnitř. Sama také akumuluje, byť podstatně méně než jádro. Plášť nebo obestavba. Nese izolaci a povrchovou úpravu. V provozu se ohřívá se zpožděním několika hodin — jak uvidíte dál, je to na měření krásně vidět. Dvířka a komín. Tvoří vzduchovou cestu. Je to část, o které se mluví nejméně, a přitom je to jediná ztráta, kterou zmenšíte bez jediné koruny navíc: stačí přivřít klapku.

Jádro: zásoba tepla se kupuje časem a palivem

Silnější jádro udrží víc tepla. Musíte do něj ale víc energie dostat, a hlavně mu na to dát čas. Teplo prostupuje stěnou jádra tím pomaleji, čím je silnější — a neroste to s tloušťkou přímo úměrně, nýbrž s její druhou mocninou. Jádro dvojnásobné tloušťky udrží dvojnásobek tepla, prohřívá se však zhruba čtyřikrát déle. Je to vlastnost vedení tepla, ne celé provozní pravidlo: skutečná doba zátopu závisí i na výkonu ohně a na tom, jak pec natápíte. Řádově ale platí, že za každý centimetr jádra navíc zaplatíte časem a dřevem při každém zátopu. A tady je souvislost, kterou samotné srovnání materiálů nikdy neukáže. Výdrž tepla se dá koupit dvěma způsoby: hmotou jádra, nebo kvalitou izolace. Hmota si za to účtuje čas a palivo při každém zátopu. Izolace ne. Dobře izolovaná pec s tenčím jádrem je proto na pečení připravená dřív — a přesto drží ještě druhý den. Masivní pec s nedostatečnou izolací se nahřívá dlouho a stejně vychladne dřív. Jak dlouho to trvá v praxi? Náš zátop ze studeného stavu trval tři hodiny a spotřeboval 17 kg dřeva — jenže to je číslo z měření, ne z běžného večera. Klenba se vyčistila od sazí 66 minut po zapálení, a to je tradiční znamení, že je pec připravená péct. Dalších sto jedenáct minut jsme topili proto, abychom nabili hmotu jádra na maximum a mělo následné měření chladnutí z čeho vycházet.

Povrch jádra: kolik energie pec předá pokrmu

Pizza se peče třemi způsoby naráz: vedením tepla z pečné plochy do spodku těsta, sáláním z klenby na jeho vršek a prouděním horkých plynů. V domácí troubě na 250 °C odvede většinu práce proudění. V peci na dřevo při 450 °C vychází sálání z klenby na vršek pizzy kolem 12 kW/m², zatímco přirozené proudění při stejném rozdílu teplot jen 3 až 4 kW/m². Sálání tedy převažuje zhruba třikrát až čtyřikrát — a právě ono upeče pizzu za devadesát sekund. Kolik energie pec předá pokrmu za jednotku času, o tom kromě teploty rozhoduje emisivita povrchu jádra, tedy schopnost materiálu vyzařovat teplo. Tady musíme být upřímní, protože tohle jsme neměřili. Emisivity, se kterými jsme počítali, nejsou měřením našich ani jiných použitých materiálů — jsou to hodnoty z tabulek. A ty na sebe nenavazují: liší se teplotou, ke které se vztahují, i skupinou materiálů, uvnitř které se složení může dost lišit. Pro výpočet jsme zvolili 0,60 pro šamot a 0,88 pro terakotu. Při klenbě 450 °C a povrchu pokrmu 150 °C z toho vychází sálavý tok 12,0 proti 8,2 kW/m², u lesklého nerezu 4,8 kW/m². V uzavřené dutině se navíc záření mnohonásobně odráží, což výsledek také ovlivní. Vysoká emisivita terakoty je známá. Může za ni oxid železitý, který si sálavost s rostoucí teplotou poměrně drží, zatímco oxid hlinitý obsažený v šamotu ji ztrácí. Doložit to pro naše konkrétní materiály by chtělo specializované měření, které jsme nedělali — proto jsme sáhli po typických tabulkových hodnotách. Podrobněji jsme se tomu věnovali v článku Terakota vs. zděná konstrukce.

Izolace: kolik tepla zůstane uvnitř

Při teplotě 450 °C uvnitř pece odchází podle výpočtu celou zateplenou stěnou kopule přibližně 440 W a podpecím nejvýše dalších 290 W. Tohle číslo jsme získali výpočtem. Zkoušeli jsme ho porovnat s teplotou obestavby, kterou jsme měřili — jenže obestavba je samostatná skořepina oddělená mezerou, ohřívá se s několikahodinovým zpožděním a model počítá vnější líc izolace pod ní. Zpřesnit by to šlo čidlem přímo na vnějším líci izolace, nebo několika čidly v jednotlivých vrstvách souvrství.

Dvířka a komín: vzduchová cesta

Z poklesu teploty a vypočítané tepelné kapacity jádra vychází, že jádro pece odevzdávalo při 199 °C zhruba 440 W. Je to rychlost, jakou se vyprazdňuje zásoba tepla v jádře — ne změřená ztráta celé pece do okolí, protože část té energie se v tu dobu ještě ukládala do izolace a obestavby. Jak se tahle ztráta dělí mezi kopuli, podpecí a vzduchovou cestu, naše měření neurčuje. Model přisuzuje vzduchové cestě zhruba čtvrtinu, ale je to výsledek výpočtu, nikoli měření.

Obestavba: část, se kterou se nepočítá

Teplo se izolací nešíří okamžitě. Prostupuje jí se zpožděním podle toho, jak je vrstva silná a z čeho je, a než dorazí na vnější líc, trvá to hodiny. Při měření jsme sledovali i teplotu povrchu obestavby. Boční plocha, pod kterou je souvrství tenčí, dosáhla maxima přibližně tři hodiny po uzavření pece. Vrchol, kde je souvrství nejsilnější, byl nejteplejší až při dalším odečtu po šestihodinové přestávce — jeho maximum tedy leží někde mezi třetí a desátou hodinou a přesněji to z našich dat neurčíme. Druhý den odpoledne byl vrchol teplejší než bok, přestože předchozí večer tomu bylo naopak. Obestavba se tedy nabíjí se zpožděním a drží teplo dlouho poté, co oheň vyhasl. Že by ho vracela zpátky do pece, z našich dat neplyne — to by chtělo měřit uvnitř souvrství, a to jsme nedělali. Jisté je jen tolik, že se celá sestava chová jako jeden tepelný celek, ne jako samotné jádro.

Je čtyřiadvacet hodin hodně, nebo málo?

Samotné číslo neřekne nic, dokud není s čím srovnat. Sestavili jsme proto fyzikální model celého souvrství a jeho parametry nastavili podle tří naměřených hodnot naší pece. Shoda je do 1,5 °C — což ovšem není nezávislé ověření, protože právě na těch bodech byl model nastaven. Nezávislé je jen jedno a je to slabý test: další čtyři naměřené odečty, které do nastavení nevstoupily, model trefuje do 1,7 °C. Leží ale na téže křivce. Tentýž model jsme pak pustili na běžné sestavy pecí z jiných materiálů. Následující hodnoty jsou orientační modelové scénáře, nikoli měření. Časy zaokrouhlujeme na celé hodiny, protože přesnější je model nedává. Všechny případy mají shodnou velikost pece, shodné ústí i shodnou těsnost dvířek, aby byl vidět pouze vliv souvrství. Srovnání vychází ze shodné počáteční teploty dutiny — 427 °C, dopočtených zpětně z naší měřené křivky — nikoli ze shodného zátopu nebo shodného paliva. Sloupec sálání udává hustotu zářivého toku na pokrm při klenbě 450 °C a povrchu pokrmu 150 °C, spočtenou ze zvolených emisivit. Vypočtený čas prohřátí jádra je doba, za kterou teplo projde stěnou jádra; není to doba zátopu, ta závisí i na výkonu ohně a na tom, jak pec natápíte. U naší pece vyšel na 1,2 hodiny a sedí na změřených 66 minut do vyčištění klenby.

Všechny uvedené sestavy mají vnitřní průměr 90 cm, tedy shodnou velikost pečné plochy. Jedinou výjimkou je profesionální mod. 140 o průměru 140 cm, uvedený pro úplnost; s ostatními řádky není přímo srovnatelný. Ocelová pec klesne pod 100 °C za dvě a půl hodiny. Šamotové jádro bez izolace drží teplotu vhodnou k pečení šest hodin. Pětadvacet milimetrů izolace k témuž jádru přidá tři a půl hodiny navíc. Na posledních dvou řádcích hlavní tabulky je totéž vidět z druhé strany. Masivní cihlová pec a Goti mod. 140 mají prakticky shodnou hmotnost jádra, 575 a 573 kg — a profesionální pec vydrží podle modelu o sedm hodin déle, přestože má tenčí jádro. Liší se ovšem i průměrem a geometrií, takže celý rozdíl izolaci připsat nelze. Masivní jádro navíc při každém zátopu spolyká odpovídající množství dřeva a nahřívá se výrazně déle, podle výpočtu více než čtyřnásobně. Pro pekárnu s denním provozem to může být i rozumná volba. Pro pec, ve které chcete večer upéct, nikoliv.

Parametr, ve kterém terakota nevede

Považujeme za správné uvést i parametr, ve kterém terakota nevede. Je jím akumulace na jednotku objemu, tedy kolik tepla materiál sám o sobě udrží. Při shodné tloušťce udrží terakota přibližně o desetinu méně tepla než šamot a o čtvrtinu méně než žárobeton. Kdyby o kvalitě pece rozhodoval tenhle jediný údaj, terakota by neobstála. Hustotu terakoty jsme převzali typickou z tabulek a je to jeden z otevřených bodů dalšího měření. V kontextu celku je ale tenhle rozdíl druhotný. Naše pec má 160 mm izolace proti běžným 25 mm, a to podle výpočtu dělá téměř patnáct hodin výdrže. Desetina navíc v jádře proti tomu neznamená nic. Silnější jádro, které by rozdíl vyrovnalo, by se navíc prohřívalo výrazně déle a spotřebovalo víc paliva. Ocelové pece jsou samostatná kategorie. Celá sestava akumuluje zhruba pětinu toho co keramické jádro, takže se pec nahřeje velmi rychle a stejně rychle vychladne. Je to jiný typ zařízení určený k jinému způsobu provozu. Podstatnější než akumulace je u nich ovšem sálavost. V tomtéž zjednodušeném výpočtu vyzáří lesklá nerezová klenba zhruba 40 % toho co klenba z pálené hlíny — a tady je rozdíl tak velký, že ho rozptyl tabulkových hodnot nesmaže. Platí to ovšem pro lesklý kovový povrch. Majitelé plechových pecí často popisují, že spodek pizzy je hotový dřív než vršek. Souvislost se sálavostí klenby se nabízí, naše čísla ji ale nedokládají — to by chtělo změřit konkrétní pec s konkrétním pokrmem.

Výsledek celku

Naše pec model 90, studený start, 17,0 kg vloženého bukového dřeva, odečty po dobu osmašedesáti hodin. Hned první údaj ukazuje, proč je potřeba se ptát, kde se měří. V okamžiku uzavření ukazoval bimetalový teploměr ve dvířkách 410 °C, zatímco infračervený teploměr na pečné ploše po vyhrabání uhlíků 493 °C. Není to tatáž veličina ani totéž místo a bez kalibrace obou přístrojů nelze říct, který je blíž skutečnosti. Proto u každé hodnoty uvádíme, čím a kde se měřilo. Jádro pece odevzdalo za první den v průměru 530 až 700 W. Rozpětí je tam proto, že neznáme průměrnou teplotu jádra — měřili jsme jen jeho vnitřní povrch. A není to celková ztráta pece do okolí: část té energie se v té době ještě ukládala do izolace a obestavby. Je to úbytek energie samotného jádra.

Pozdní část chladnutí, kde máme souvislou řadu odečtů infračerveným teploměrem, sedí velmi přesně na exponenciálu s časovou konstantou 23,1 hodiny — odchylka proložení je 1,0 °C na sedmi bodech. Vybrané odečty infračerveným teploměrem ze zadní stěny:

Všechny hodnoty v tabulce jsou přímé odečty přístroje, bez jakýchkoli oprav. Časy překročení kulatých hranic, například 160 nebo 100 °C, jsou mezi odečty dopočítané a jako dopočítané je označujeme. Poslední odečet po 68 hodinách jsme odhadli dvacet hodin předem z proložení předchozích bodů: 31 až 32 °C proti naměřeným 29,5 °C. Minuli jsme o dva stupně, a na opačnou stranu, než jsme čekali. Výsledek odpovídá tradičnímu pořadí využití chlebové pece — první den pizza, druhý den chléb a pečené maso, třetí den sušení. Měřili jsme ovšem prázdnou pec. Vložený pokrm, odpařovaná voda a otevírání dvířek bilanci mění, takže křivka říká, kolik tepla pec udrží, ne jak dlouho se v ní bude péct konkrétní jídlo. Jak takový den vypadá v praxi, popisujeme v článku Jedno zatopení, celý den vaření.

Závěr

Rychlý zátop a den a půl využitelného tepla nedělá volba materiálu. Dělá ho poměr mezi tenkým, rychle prohřátým jádrem a kvalitní izolací a těsností, které jeho energii udrží uvnitř. Z toho, co jsme spočítali, váží nejvíc izolace: šest hodin proti čtyřiadvaceti při jinak zcela shodné peci. Žádný jednotlivý parametr nerozhoduje. Rozhoduje, že jsou všechny vyvážené. Pokud vybíráte pec, ptejte se na tyhle čtyři části — u kteréhokoli výrobce. Celé měření je přitom navržené tak, aby šlo zopakovat doma: stačí obyčejný infračervený teploměr, kuchyňská digitální váha a záznamový arch.

Vybíráte pec?

Projděte si naše modely, podívejte se na montáž nebo nám napište — poradíme s volbou podle toho, co a jak často chcete péct. Jsme výhradní zastoupení Goti Terrecotte d'Arte pro Českou republiku.

Často kladené otázky

Jak dlouho drží pizza pec teplo?

Naše měřená pec měla po dni od uzavření 160 °C. Platí to pro prázdnou pec s dotěsněnými dvířky a pro tuto konkrétní sestavu.

Kolik dřeva spotřebuje pizza pec na jeden zátop?

Na nahřátí pece o vnitřním průměru 90 cm ze studeného stavu jsme spotřebovali 17,0 kg bukového dřeva. Část energie však odešla ve vyhrabaných uhlících — objem jsme změřili na ca 7 litrů

Za jak dlouho se pizza pec nahřeje?

Náš zátop ze studeného stavu do maximálního natopení pece trval tři hodiny, ale klenba se vyčistila od sazí už po 66 minutách — a to je tradiční znamení, že je pec připravená péct. Zbylé dvě hodiny jsme topili kvůli měření chladnutí, ne kvůli pizze. Obecně platí, že vedení tepla stěnou jádra roste s druhou mocninou tloušťky, takže dvojnásobně silné jádro se prohřívá zhruba čtyřikrát déle.

Dá se v peci péct i druhý den?

Ano. Den po zátopu měla naše pec kolem 160°C, což odpovídá např. dezertu nebo pečenému masu, a druhý den večer kolem 63 °C, což stačí na sušení. Měřili jsme prázdnou pec, takže jde o zásobu tepla, nikoli o dobu pečení konkrétního pokrmu. Chcete to přepočítat na svou pec? Náš Pecmistr vychází z těchto měření: řekne vám, na co je vaše pec připravená v kteroukoli hodinu po zátopu, kdy zatopit a kolik dřeva na to padne.