火箭爐的原型是1982年為非洲人發(fā)明的一種用于室外烹飪的高效爐具。卻沒(méi)想到基于其超高熱能利用效率而設(shè)計(jì)的取暖器，在歐美別墅建造中越來(lái)越流行。

經(jīng)過(guò)了30多年和多個(gè)國(guó)家的實(shí)踐后，2006年，火箭爐的研究者Ianto Evans推出一種可以供家庭室內(nèi)取暖的火箭爐。經(jīng)過(guò)眾多愛(ài)好者的實(shí)踐探索，火箭爐已經(jīng)成為一種高效、廉價(jià)且可以DIY的采暖設(shè)備，尤其適合發(fā)展中國(guó)家和地區(qū)以及不便于接入公共能源服務(wù)系統(tǒng)（如鄉(xiāng)村）的家庭等使用。

火箭爐專家Erica Wisner和 Ernie Wisner已經(jīng)親手制作了700多個(gè)各式各樣的火箭爐。他們認(rèn)為火箭爐取暖器共有6大優(yōu)勢(shì)：

1、  省燃料

達(dá)到同樣的取暖效果，對(duì)比傳統(tǒng)木柴爐可節(jié)省80%-90%的木柴；

2、   環(huán)保安全

排出的廢氣只包含純水蒸氣和二氧化碳，沒(méi)有濃煙污染空氣（剛點(diǎn)火的時(shí)候會(huì)有一點(diǎn)煙）；比使用天然氣爐和電暖氣的碳排放都要低，而且不會(huì)因?yàn)椴煌耆紵斐梢谎趸贾卸荆?/p>

3、  保溫時(shí)間長(zhǎng)

燃燒1至2小時(shí)所提供的熱量能為房間保暖多日；

4、  建造周期短

一般一至兩天就能自己動(dòng)手完成一個(gè)火箭爐的制作；

5、  建造成本低

可以DIY，還有很多可替代材料，尤其是一些廢棄材料的再利用，大幅降低制作成本；

6、  運(yùn)維成本低

將自家院子里掉落的干樹(shù)枝收集起來(lái)使用就足夠供暖。如果只能購(gòu)買燃料，花費(fèi)也要小于天然氣爐。

看到這里，我們不禁會(huì)問(wèn)：是什么讓火箭爐這么神奇？

火箭爐取暖器由兩個(gè)部分組成：爐體和儲(chǔ)熱體。首先，火箭爐爐體中垂直的燃燒腔引起“煙囪效應(yīng)”，加之隔熱材料做成的燃燒腔形成高溫環(huán)境，促進(jìn)燃料的充分燃燒。

圖片說(shuō)明：煙囪效應(yīng)的原理

火箭爐爐體由四個(gè)部件組成：一個(gè)垂直放置木柴的進(jìn)料口（從木柴底部點(diǎn)火，利于通風(fēng)排煙）；一個(gè)進(jìn)風(fēng)口（形成煙囪效應(yīng)后從外部抽入空氣，促進(jìn)充分燃燒）；隔熱材料組成的垂直的“J”型燃燒腔（相當(dāng)于煙囪）；燃燒腔外面套上鋼桶。

圖片說(shuō)明：火箭爐工作原理

在火箭爐中，當(dāng)木柴被點(diǎn)燃，空氣被加熱，熱氣攜帶煙霧和燃燒木柴所產(chǎn)生的雜質(zhì)進(jìn)入燃燒腔，上升沖到鋼桶頂部，形成強(qiáng)烈對(duì)流，引起煙囪效應(yīng)，致使煙霧和雜質(zhì)等再次回到燃燒腔，并從進(jìn)氣口將外部空氣大量吸入燃燒腔，充足的氧氣促進(jìn)煙霧和雜質(zhì)的再次燃燒。反復(fù)這樣的過(guò)程，最終木柴完全燃燒（煙霧雜質(zhì)也完全燃燒）。完全燃燒后的熱氣從鋼桶和燃燒腔之間空隙中進(jìn)入后面的散熱管道。過(guò)程如上圖所示。

另一個(gè)原因是增加了儲(chǔ)熱體：利用磚以及加草黏土這類熱導(dǎo)率低的保溫材料，將發(fā)熱體（包括爐體和后面的散熱管道）包裹起來(lái)，充分吸收熱量后再緩慢釋放。在鋪設(shè)保溫材料時(shí)，增加保溫層的厚度將起到增加熱阻的效果，進(jìn)一步提升保溫性。

最后排出的廢氣溫度和室溫接近，在35℃左右，而在燃燒腔內(nèi)的氣體溫度可以高達(dá)近900℃。因此，大量熱量隨熱氣通過(guò)散熱管道時(shí)被儲(chǔ)熱體吸收。儲(chǔ)熱體可以在結(jié)束燃燒后很長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)散熱，保持室內(nèi)溫度。

由于砌體和加草黏土的可塑性很強(qiáng)，可以將儲(chǔ)熱材料塑造成沙發(fā)、長(zhǎng)椅等形狀來(lái)儲(chǔ)存熱量，更加實(shí)用美觀。

首先，制作材料便宜。火箭爐的核心爐體是一個(gè)隔熱材料制作的燃燒腔（引起煙囪效應(yīng)，提供高溫環(huán)境），外部罩上了一個(gè)鋼桶（廢棄的油桶等也可以達(dá)到同樣效果），材料便宜。

組成儲(chǔ)熱體的材料如磚砌體和加草黏土、碎石和鵝卵石等，也同樣便宜。加草黏土是將黏土、沙子和秸稈攪拌在一起的材料，與我國(guó)北方鄉(xiāng)村土炕和土墻的材料一致，便宜且環(huán)保，又有很好的儲(chǔ)熱效果。

其次，制作簡(jiǎn)單。制造工藝比較簡(jiǎn)單，不需要太多人力或者其他機(jī)械設(shè)備等投入。

最重要的一點(diǎn)，節(jié)省燃料。由于火箭爐燃燒充分，又對(duì)燃燒產(chǎn)生的熱量充分吸收和儲(chǔ)存，只用少量燃料就能達(dá)到取暖的效果，甚至用干枯掉落的樹(shù)枝就足以維持系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，節(jié)省了大量燃料費(fèi)用。

首先，由于充分燃燒，火箭爐不產(chǎn)生煙霧和其他雜質(zhì)，不會(huì)污染空氣。其次，作為完全燃燒的設(shè)備，它需要的燃料更少，節(jié)約能源。

而且，由于其排放的二氧化碳與樹(shù)木（燃料）生長(zhǎng)過(guò)程中吸收的二氧化碳量相當(dāng)，使用火箭爐時(shí)，木柴可以看做是“零碳排”的可再生燃料，不僅比天然氣更清潔，還更加低碳。

對(duì)火箭爐的“效率提高10倍”、“節(jié)省90%的燃料”等說(shuō)法，很多使用傳統(tǒng)取暖爐的用戶在最初很難相信。長(zhǎng)期從事火箭爐制造的Erica Wisner 和 Ernie Wisner在他們的博客中解釋到：

“傳統(tǒng)爐子的煙囪里總是冒著滾燙的濃煙，但是火箭爐排出的氣體只比室溫略高一點(diǎn)，而且?guī)缀鯖](méi)什么煙。這說(shuō)明火箭爐中木柴是完全燃燒的，而且燃燒產(chǎn)生的熱量被儲(chǔ)熱體充分吸收儲(chǔ)存。

傳統(tǒng)木柴爐說(shuō)自己有75%的熱效率，是因?yàn)椴](méi)計(jì)算這些從煙囪里排出的熱量和煙霧，而實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)證明，這部分損失的熱量占到總體的14%-16%，這樣就只剩59%的熱效率。而且75%是實(shí)驗(yàn)室條件下的理想值，平常生活里很難達(dá)到，就算是用爐子的高手，傳統(tǒng)木柴爐也只能達(dá)到35%的效率。甚至有些人希望爐子多燒一會(huì)，還會(huì)用添加未曬干的木柴或者關(guān)掉進(jìn)氣閥門的方式，導(dǎo)致不完全燃燒，熱效率只有5%或者更少。而火箭爐取暖器不僅燃燒效率高，而且熱量充分儲(chǔ)存，減少熱量損失，故熱效率大幅提高。

木柴在燃燒中還會(huì)產(chǎn)生如木榴油這樣的雜質(zhì)。在一個(gè)普通爐子不充分燃燒的情況下，木榴油會(huì)隨著熱氣被排入煙囪后再燃燒起來(lái)，但這些熱量完全是損失的。而在火箭爐中，煙囪就是燃燒腔，將還沒(méi)被完全燃燒的部分燃燒干凈。

完全燃燒的前提是充足的氧氣進(jìn)入燃燒腔?；鸺隣t利用煙囪效應(yīng)，在燃燒時(shí)，把外部的空氣強(qiáng)力吸入系統(tǒng)。即使是新手，使用火箭爐也能達(dá)到90%的效率?！?/strong>

圖片來(lái)自：https:///rocket-stove-mass-heater.jsp

他們承認(rèn)“房屋空間的大小、房屋保溫性、密閉性、室外寒冷的程度、儲(chǔ)熱體的材料、散熱管的密封性、建造火箭爐的技術(shù)等，確實(shí)會(huì)影響熱效率和燃料的用量”，但是他們強(qiáng)調(diào)“火箭爐的熱效率明顯比一般爐具高?！?/strong>

科學(xué)研究也同樣證明了火箭爐的高效率，同時(shí)指出一些關(guān)鍵參數(shù)對(duì)火箭爐的熱效率的影響很大。Schumack 于2015年10月《應(yīng)用熱力工程》雜志上發(fā)表的《對(duì)火箭爐取暖器的計(jì)算機(jī)模擬分析》中，利用計(jì)算機(jī)建模對(duì)影響火箭爐取暖器熱效率的各種因素進(jìn)行了仿真分析。研究發(fā)現(xiàn)，燃料的燃燒效率、儲(chǔ)熱體的體積和覆蓋長(zhǎng)度、散熱管道的性質(zhì)、燃燒腔的高度、燃燒腔和外部鋼桶之間的空隙大小等，都會(huì)影響火箭爐的熱效率。如果燃燒腔高度不足或者和鋼桶之間的空隙太小，會(huì)降低熱效率；而增加進(jìn)風(fēng)口、增加散熱管道的長(zhǎng)度會(huì)提升熱效率（但散熱管道不能過(guò)長(zhǎng)）；儲(chǔ)熱體軸向溫度變化比徑向變化小。

圖片來(lái)自：Schumack M. A computational model for a rocket mass heater[J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 93:763-778.

火箭爐因?yàn)楦咝Лh(huán)保的優(yōu)點(diǎn)受到歡迎，很多升級(jí)產(chǎn)品也應(yīng)運(yùn)而生。在此對(duì)火箭爐優(yōu)化的幾個(gè)方向逐一分析。

1、 爐體標(biāo)準(zhǔn)化制造

火箭爐的爐體是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。將爐體的四個(gè)部件做成一體的標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)產(chǎn)品是對(duì)火箭爐的優(yōu)化方向之一，減少了核心部分DIY的難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2、 進(jìn)氣優(yōu)化

在火箭爐進(jìn)氣口附近的爐壁上增加小的楔形體，由于煙囪效應(yīng)的存在，外部氣體被抽入爐體后，被楔形體改變方向，形成渦流，將空氣和未完全燃燒的煙霧雜質(zhì)等充分混合，進(jìn)一步促進(jìn)完全燃燒。

3、 材料優(yōu)化

使用隔熱效果更好的材料制作燃燒腔，以及采用散熱性更好的管道以及儲(chǔ)熱效果更出眾的材料制造儲(chǔ)熱體。

4、 儲(chǔ)熱體優(yōu)化

在傳統(tǒng)的火箭爐中，儲(chǔ)熱體由散熱管道和儲(chǔ)熱材料組成。為了保證熱量被儲(chǔ)熱材料充分吸收，散熱管道直徑會(huì)粗一些，還會(huì)盡量延長(zhǎng)鋪設(shè)（但不能超過(guò)一定長(zhǎng)度），便于散熱；同時(shí)，為節(jié)省空間，散熱管道會(huì)被彎曲。但是這樣的設(shè)置導(dǎo)致了熱量無(wú)法充分利用的問(wèn)題。

首先，管道內(nèi)不同溫度的氣流混合在一起，更熱氣流的熱量還沒(méi)有被充分吸收就被排出管道。其次，彎曲的管道給氣流通過(guò)造成阻力，阻礙燃燒腔內(nèi)不斷產(chǎn)生的熱氣流進(jìn)入散熱管道，影響燃燒效率。

基于這樣的問(wèn)題，垂直的兩倉(cāng)式的儲(chǔ)熱體可能更有優(yōu)勢(shì)。如下圖所示：

圖片來(lái)自：http://www./wordpress/wp-content/uploads/2013/08/Dragon_Heaters_vs_Rocket_Heaters.pdf

熱氣流從燃燒腔進(jìn)入第一倉(cāng)，熱氣（紅色箭頭）上升與儲(chǔ)熱材料接觸，散熱后稍冷一些的氣流（粉色箭頭）在重力作用下下降到第一倉(cāng)底部，這部分氣流仍然比原本第二倉(cāng)的空氣溫度高，上升進(jìn)入第二倉(cāng)（上層），與第二倉(cāng)頂部的儲(chǔ)熱材料充分接觸散熱后溫度降低，冷氣（藍(lán)色箭頭）下降，從第二倉(cāng)底部排出。第一倉(cāng)直接與燃燒腔連通，溫度始終高于第二倉(cāng)溫度，保證這樣的循環(huán)持續(xù)。

垂直兩倉(cāng)式儲(chǔ)熱體能充分利用熱量的原因如下：首先，在重力的作用下，冷熱氣流完全分開(kāi)，只有最冷的氣流被排出，熱效率更高。其次，由于沒(méi)有彎道，氣流進(jìn)入倉(cāng)體后沒(méi)有阻力，不會(huì)影響熱氣從燃燒腔源源不斷進(jìn)入儲(chǔ)熱體。同時(shí)，空氣中有80%的氣體（氮?dú)夂投栊詺怏w）是不能燃燒的，這部分氣體升溫速度很慢但是降溫很快，進(jìn)入儲(chǔ)熱體以后會(huì)被最先排出去，保證熱氣快速進(jìn)入以及熱量被充分吸收。

垂直的儲(chǔ)熱體還可以直接與墻面結(jié)合，擴(kuò)展進(jìn)入不同房間，為多個(gè)空間供暖。增大散熱面積的同時(shí)，對(duì)室內(nèi)空間的侵占相對(duì)較小，也不會(huì)像管道一樣有長(zhǎng)度的限制。

但具體的參數(shù)還有待進(jìn)一步研究確定。

作為一種節(jié)能環(huán)保的取暖設(shè)備，如果火箭爐取暖器得到廣泛應(yīng)用，不僅為沒(méi)有或缺少集中供暖系統(tǒng)的鄉(xiāng)村或者新興城鎮(zhèn)化地區(qū)帶來(lái)生活品質(zhì)的大幅提升，也為解決北方供暖季的空氣污染問(wèn)題，以及南方冬天忍受濕冷的問(wèn)題帶來(lái)新的思路。

火箭爐還可以用于地暖。在儲(chǔ)熱體上鋪地面，能在一定范圍內(nèi)保證室內(nèi)的溫度。

除取暖設(shè)備外，火箭爐本身是一種高效的烹飪爐具，可以高溫烹煮，還可以做成移動(dòng)烤爐。

圖片說(shuō)明：巴西小伙用移動(dòng)火箭爐烤面包販賣（新聞）

類似的儲(chǔ)熱體（mass heater）技術(shù)還常被用于設(shè)施農(nóng)業(yè)，在夜間為大棚中的作物保溫。如果大棚保溫結(jié)合火箭爐高效環(huán)保的特點(diǎn)，也許有更好的效果。

雖然從原理上解釋和分析火箭爐取暖器的內(nèi)容比較充足，但是針對(duì)我國(guó)城鄉(xiāng)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的需要，還需要進(jìn)一步進(jìn)行本土化應(yīng)用的研究和實(shí)驗(yàn)。需要對(duì)不同地區(qū)的燃料資源、氣候條件、房屋狀況等進(jìn)行分別分析，確定關(guān)鍵參數(shù)，才能更好地推廣和應(yīng)用火箭爐。

參考資料

https:///c/7

https:///rocket-stove-mass-heater.jsp

http://baike.baidu.com/linkurl=kjVbVX7aimfgYsyMz15YKt4wn0j7I0uFRWy1vDqapobSJiR2lRvIV0LnW5h42Xfnnn_GA5l8MtwE2uBXVBAqkY7bEiUgTGPfLKK-kqYyGK_

http://baike.baidu.com/linkurl=CQnkPaUSWrr1JleG_weycUFaUP_Dfw_FGAAmr71Hr0ThmwcqosXp89MqAkwIJdYJGboDVwuYzRhd3koN7rHog_

https://en./wiki/Rocket_mass_heater

http://www./xiazai/ul.html

Schumack M. A computational model for a rocket mass heater[J]. Applied Thermal Engineering, 2016, 93:763-778.

Erica Wisner & Ernie Wisner. The Rocket Mass Heater Builder’s Guide: Complete Step-by-Step Construction, Maintenance and Troubleshooting [M]. Gabriola Island, BC，Canada: New Society Publishers. 14th Jun 2016.

http://www./wordpress/wp-content/uploads/2013/08/Dragon_Heaters_vs_Rocket_Heaters.pdf

編輯&綜合整理：宋逸群