Печь ( американский английский ), называемая нагревателем или котлом в британском английском , представляет собой устройство, используемое для выработки тепла для всего здания или его части. Печи в основном используются в качестве основного компонента системы центрального отопления . Печи устанавливаются стационарно для обеспечения тепла внутреннего пространства посредством промежуточного движения жидкости, которая может быть воздухом , паром или горячей водой . Отопительные приборы, которые используют пар или горячую воду в качестве жидкости, обычно называются бытовыми паровыми котлами или бытовыми водогрейными котлами. Наиболее распространенным источником топлива для современных печей в Северной Америке и большей части Европы является природный газ ; другие распространенные источники топлива включают сжиженный нефтяной газ, мазут , древесину и в редких случаях уголь . В некоторых областях используется электрическое сопротивление нагрева, особенно там, где стоимость электроэнергии низкая или основная цель — кондиционирование воздуха. Современные высокоэффективные печи могут иметь КПД до 98% и работать без дымохода, при этом типичная газовая печь имеет КПД около 80%. [1] Отработанный газ и тепло механически вентилируются либо через металлические дымоходы , либо через трубы из поливинилхлорида (ПВХ), которые могут быть выведены через боковую часть или крышу конструкции. Эффективность использования топлива в газовой печи измеряется в AFUE (годовая эффективность использования топлива).
Название происходит от латинского слова fornax , [2] что означает печь .
Печи можно разделить на четыре основные категории в зависимости от эффективности и конструкции: с естественной тягой, с принудительной тягой, с принудительной тягой и конденсационные.
Первая категория печей — это печи с естественной тягой и атмосферной горелкой. Эти печи состояли из чугунных или клепаных стальных теплообменников, встроенных во внешнюю оболочку из кирпича, камня или стали. Теплообменники вентилировались через кирпичные или каменные дымоходы. Циркуляция воздуха зависела от больших, направленных вверх труб, сделанных из дерева или металла. Трубы направляли теплый воздух в вентиляционные отверстия в полу или стенах внутри дома. Этот метод отопления работал, потому что теплый воздух поднимается .
Система была простой, имела несколько элементов управления, один автоматический газовый клапан и не имела вентилятора. Эти печи можно было заставить работать на любом топливе, просто адаптировав область горелки. Они работали на древесине, коксе, угле, мусоре, бумаге, природном газе, мазуте, а также на китовом жире в течение короткого периода на рубеже веков. Печи, работающие на твердом топливе, требовали ежедневного обслуживания для удаления золы и «шлаков» , которые скапливались в нижней части области горелки. В более поздние годы эти печи были адаптированы с электрическими вентиляторами для улучшения распределения воздуха и ускорения перемещения тепла в дом. Газовые и масляные системы обычно контролировались термостатом внутри дома, в то время как большинство дровяных и угольных печей не имели электрического подключения и контролировались количеством топлива в горелке и положением заслонки свежего воздуха на дверце доступа к горелке.
Вторая категория печей — это печи с принудительной подачей воздуха, имеющие атмосферную горелку с чугунным или секционным стальным теплообменником. В 1950-х и 1960-х годах этот тип печей использовался для замены больших систем с естественной тягой и иногда устанавливался на существующие гравитационные воздуховоды. Нагретый воздух перемещался воздуходувками с ременным приводом и был рассчитан на широкий диапазон скоростей. Эти печи все еще были большими и громоздкими по сравнению с современными печами и имели тяжелые стальные внешние части со съемными панелями на болтах. Энергоэффективность варьировалась от чуть более 50% до более 65% AFUE . Этот тип печей все еще использовал большие, каменные или кирпичные дымоходы для дымоходов и в конечном итоге был спроектирован для размещения систем кондиционирования воздуха.
Третья категория печей — это печи с принудительной тягой, средней эффективности со стальным теплообменником и многоскоростным нагнетателем. Эти печи были физически намного компактнее предыдущих моделей. Они были оснащены нагнетателями воздуха для горения, которые протягивали воздух через теплообменник, что значительно повышало эффективность использования топлива , позволяя при этом уменьшить размеры теплообменников. Эти печи могут иметь многоскоростные нагнетатели и были разработаны для работы с центральными системами кондиционирования воздуха.
Четвертая категория печей — это высокоэффективные конденсационные газовые печи. Высокоэффективные конденсационные газовые печи обычно достигают от 90% до 98% AFUE. [3] Конденсационная газовая печь включает в себя герметичную зону сгорания, индуктор тяги сгорания и вторичный теплообменник . Основным преимуществом конденсационной газовой печи по сравнению с печью средней эффективности с принудительной подачей воздуха или принудительной тягой является улавливание скрытого тепла из отработавших газов во вторичном теплообменнике. Вторичный теплообменник удаляет большую часть тепловой энергии из отработавших газов, фактически конденсируя водяной пар и другие химические вещества (которые образуют слабую кислоту) во время работы. Вентиляционные трубы, также известные как выхлопная система, часто устанавливаются с использованием ПВХ-труб вместо металлической вентиляционной трубы для предотвращения коррозии, но это будет зависеть от географического положения установки и местных правил. Индуктор тяги позволяет прокладывать выхлопную трубу вертикально или горизонтально при выходе из конструкции. Типичная схема установки для высокоэффективных печей включает в себя трубу забора (подачи) свежего воздуха, которая подает свежий воздух снаружи дома в топочный блок печи. Обычно свежий воздух для горения направляется вдоль вытяжного ПВХ во время установки, и трубы выходят через боковую стену дома в том же месте. Высокоэффективные печи обычно обеспечивают экономию топлива от 25% до 35% по сравнению с печью AFUE 60% .
Одноступенчатая печь имеет только одну стадию работы, она либо включена, либо выключена. Это означает, что она относительно шумная, всегда работает на самой высокой скорости и всегда выкачивает самый горячий воздух на самой высокой скорости.
Одним из преимуществ одноступенчатой печи обычно является стоимость установки. Одноступенчатые печи относительно недороги, поскольку технология довольно проста. Однако простота одноступенчатых газовых печей достигается за счет шума двигателя вентилятора и механической неэффективности. Двигатели вентиляторов в этих одноступенчатых печах потребляют больше энергии в целом, поскольку, независимо от требований к отоплению помещения, вентилятор и двигатели вентилятора работают на фиксированной скорости. Из-за своей односкоростной работы одноступенчатая печь также называется односкоростной печью. [4]
Двухступенчатая печь должна работать на двухступенчатой полной скорости и половинной (или пониженной) скорости. В зависимости от требуемого тепла они могут работать на более низкой скорости большую часть времени. Они могут быть тише, перемещать воздух с меньшей скоростью и лучше поддерживать желаемую температуру в доме.
Модулирующая печь может модулировать тепловую мощность и скорость воздуха практически непрерывно, в зависимости от требуемого тепла и наружной температуры. Это означает, что она работает только столько, сколько необходимо, и, следовательно, экономит энергию.
Печь передает тепло в жилое пространство здания через промежуточную распределительную систему. Если распределение осуществляется через горячую воду (или другую жидкость) или через пар, то печь чаще называют бойлером . Одним из преимуществ бойлера является то, что печь может обеспечивать горячую воду для купания и мытья посуды, а не требовать отдельного водонагревателя . Одним из недостатков такого типа применения является то, что при поломке котла ни отопление, ни горячая вода для бытовых нужд недоступны.
Системы воздушного конвективного отопления используются уже более века. Более старые системы полагаются на систему пассивной циркуляции воздуха, где большая плотность более холодного воздуха заставляет его опускаться в область печи ниже, через регистры возврата воздуха в полу, а меньшая плотность нагретого воздуха заставляет его подниматься в воздуховодах; две силы действуют вместе, чтобы управлять циркуляцией воздуха в системе, называемой «гравитационной подачей». Компоновка этих печей-«осьминогов» и их систем воздуховодов оптимизирована с помощью различных диаметров больших заслоненных воздуховодов.
Для сравнения, большинство современных печей с «теплым воздухом» обычно используют вентилятор для циркуляции воздуха в комнатах дома и втягивают более холодный воздух обратно в печь для повторного нагрева; это называется принудительным воздушным отоплением. Поскольку вентилятор легко преодолевает сопротивление воздуховодов, расположение воздуховодов может быть гораздо более гибким, чем старый осьминог. В американской практике отдельные воздуховоды собирают холодный воздух для возврата в печь. В печи холодный воздух проходит в печь, обычно через воздушный фильтр, через вентилятор, затем через теплообменник печи, откуда он разносится по всему зданию . Одним из главных преимуществ этого типа системы является то, что она также позволяет легко установить центральное кондиционирование воздуха , просто добавив охлаждающий змеевик на выходе из печи.
Воздух циркулирует по воздуховодам , которые могут быть изготовлены из листового металла или пластикового «гибкого» воздуховода, и могут быть изолированы или неизолированы. Если воздуховоды и пленум не были запечатаны с помощью мастики или фольгированной клейкой ленты, воздуховоды, скорее всего, будут иметь большую утечку кондиционированного воздуха, возможно, в некондиционируемые помещения. Другой причиной потери энергии является установка воздуховодов в неотапливаемых помещениях, таких как чердаки и подпольные пространства; или воздуховоды систем кондиционирования воздуха на чердаках в теплом климате.
