Печь ( американский английский ), называемая в британском английском обогревателем или котлом , представляет собой прибор , используемый для выработки тепла для всего или части здания. Печи в основном используются в качестве основного компонента системы центрального отопления . Печи устанавливаются стационарно для обеспечения тепла внутреннего пространства посредством движения промежуточной жидкости, которой может быть воздух , пар или горячая вода . Отопительные приборы, в которых в качестве теплоносителя используется пар или горячая вода, 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 (сжиженный нефтяной газ), мазут , древесину и в редких случаях уголь . В некоторых областях используется электрический нагрев сопротивлением, особенно там, где стоимость электроэнергии невелика или основной целью является кондиционирование воздуха. Современные высокоэффективные печи могут иметь КПД до 98% и работать без дымохода, при этом КПД типичной газовой печи составляет около 80%. [1] Отходящие газы и тепло отводятся механически через металлические дымоходные трубы или трубы из поливинилхлорида (ПВХ), которые можно выводить через боковую часть или крышу конструкции. Топливная эффективность 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 с конденсацией.
Первая категория печей – печи с естественной тягой и атмосферными горелками. Эти печи состояли из чугунных или клепаных стальных теплообменников, встроенных в внешнюю оболочку из кирпича, каменной кладки или стали. Теплообменники вентилировались через кирпичные или каменные дымоходы. Циркуляция воздуха зависела от больших труб, направленных вверх, сделанных из дерева или металла. Трубы будут направлять теплый воздух в вентиляционные отверстия в полу или стенах внутри дома. Этот метод обогрева сработал, потому что теплый воздух поднимается вверх .
Система была простой, имела мало органов управления, один автоматический газовый клапан и не имела вентилятора. Эти печи можно было заставить работать с любым топливом, просто адаптировав площадь горелки. В течение короткого периода на рубеже веков они работали на древесине, коксе, угле, мусоре, бумаге, природном газе, мазуте, а также на китовом жире. Печи, работавшие на твердом топливе, требовали ежедневного обслуживания для удаления золы и «клинкеров» , скопившихся в нижней части горелки. В последующие годы эти печи были оснащены электрическими вентиляторами, чтобы облегчить распределение воздуха и ускорить передачу тепла в дом. Системы, работающие на газе и жидком топливе, обычно контролировались термостатом внутри дома, в то время как большинство дровяных и угольных печей не имели электрического подключения и регулировались количеством топлива в горелке и положением заслонки приточного воздуха на горелке. дверь доступа.
Вторая категория печей – приточно-воздушные с атмосферной горелкой и чугунным или стальным секционным теплообменником. В 1950-х и 1960-х годах печи этого типа использовались для замены больших систем с естественной тягой и иногда устанавливались на существующие самотечные воздуховоды. Нагретый воздух перемещался с помощью воздуходувок с ременным приводом, рассчитанных на широкий диапазон скоростей. Эти печи по-прежнему были большими и громоздкими по сравнению с современными печами и имели корпус из тяжелой стали со съемными панелями, крепящимися болтами. Энергоэффективность будет варьироваться от чуть более 50% до более 65% AFUE . В печи этого типа по-прежнему использовались большие каменные или кирпичные дымоходы в качестве дымоходов, и в конечном итоге она была разработана для установки систем кондиционирования воздуха.
Третья категория печей — это печи среднего КПД с принудительной тягой, стальным теплообменником и многоскоростным вентилятором. Эти печи были физически намного компактнее, чем предыдущие модели. Они были оснащены нагнетателями воздуха для горения, которые протягивали воздух через теплообменник, что значительно повышало эффективность использования топлива , одновременно позволяя теплообменникам становиться меньше. Эти печи могут иметь многоскоростные вентиляторы и предназначены для работы с центральными системами кондиционирования.
Четвертая категория печей – это высокоэффективные конденсационные газовые печи. Высокоэффективные конденсационные газовые печи обычно достигают AFUE от 90% до 98%. [3] Конденсационная газовая печь включает в себя герметичную зону сгорания, индуктор тяги сгорания и вторичный теплообменник . Основной выигрыш в эффективности конденсационной газовой печи по сравнению с печью с принудительной подачей воздуха или тягой средней эффективности заключается в улавливании скрытого тепла из отходящих газов во вторичном теплообменнике. Вторичный теплообменник отводит большую часть тепловой энергии из выхлопных газов, фактически конденсируя водяной пар и другие химические вещества (которые образуют мягкую кислоту) во время работы. Вентиляционные трубы, также известные как выхлопная система, часто устанавливаются с использованием труб из ПВХ вместо металлических вентиляционных труб для предотвращения коррозии, но это будет зависеть от географического местоположения установки и местных правил. Нагнетатель тяги позволяет прокладывать выхлопные трубы вертикально или горизонтально на выходе из конструкции. Типичная схема установки высокоэффективных печей включает в себя трубу забора (притока) свежего воздуха, по которой свежий воздух снаружи дома поступает в топку печи. Обычно свежий воздух для горения во время установки направляется рядом с вытяжной трубой из ПВХ, а трубы выходят через боковую стену дома в том же месте. Высокоэффективные печи обычно обеспечивают экономию топлива от 25% до 35% по сравнению с 60%-ной печью AFUE .
Одноступенчатая печь имеет только одну ступень работы, она либо включена, либо выключена. Это означает, что он относительно шумный, всегда работает на самой высокой скорости и всегда откачивает самый горячий воздух с самой высокой скоростью.
Одним из преимуществ одноступенчатой печи обычно является стоимость установки. Одноступенчатые печи сравнительно недороги, поскольку технология достаточно проста. Однако за простоту одноступенчатых газовых печей приходится платить шумом двигателя нагнетателя и механической неэффективностью. Двигатели нагнетателей в этих одноступенчатых печах в целом потребляют больше энергии, поскольку, независимо от требований к отоплению помещения, двигатели вентилятора и нагнетателя работают с фиксированной скоростью. Из-за односкоростного режима работы одноступенчатую печь также называют односкоростной печью. [4]
Двухступенчатая печь должна работать на двухступенчатой полной скорости и половинной (или пониженной) скорости. В зависимости от требуемого тепла они большую часть времени могут работать на более низкой скорости. Они могут быть тише, перемещать воздух с меньшей скоростью и лучше поддерживать желаемую температуру в доме.
Модулирующая печь может практически непрерывно модулировать тепловую мощность и скорость воздуха в зависимости от требуемого тепла и наружной температуры. Это означает, что он работает ровно столько, сколько необходимо и, следовательно, экономит энергию.
Печь передает тепло жилому помещению здания через промежуточную распределительную систему. Если распределение осуществляется через горячую воду (или другую жидкость) или через пар, то печь чаще называют котлом . Одним из преимуществ бойлера является то, что печь может обеспечить горячую воду для купания и мытья посуды, вместо того, чтобы требовать отдельный водонагреватель . Одним из недостатков этого типа применения является то, что при выходе из строя котла невозможно обеспечить ни отопление, ни горячую воду.
Системы воздушного конвекционного отопления используются уже более века. Старые системы полагаются на систему пассивной циркуляции воздуха, где большая плотность более холодного воздуха заставляет его опускаться в зону печи ниже через воздухозаборники в полу, а меньшая плотность нагретого воздуха заставляет его подниматься в воздуховодах; две силы, действующие вместе, обеспечивают циркуляцию воздуха в системе, называемой «самотечной подачей». Компоновка этих печей-осьминогов и их систем воздуховодов оптимизирована за счет использования больших демпфирующих воздуховодов различного диаметра.
Для сравнения, в большинстве современных печей с «теплым воздухом» обычно используется вентилятор для циркуляции воздуха в комнатах дома и втягивания более холодного воздуха обратно в печь для повторного нагрева; это называется принудительным нагревом. Поскольку вентилятор легко преодолевает сопротивление воздуховодов, расположение воздуховодов может быть гораздо более гибким, чем у старого осьминога. В американской практике холодный воздух собирается обратно в печь по отдельным воздуховодам. У печи прохладный воздух проходит в топку обычно через воздушный фильтр, через поддувало, затем через теплообменник печи, откуда он разносится по всему зданию . Одним из основных преимуществ системы этого типа является то, что она также позволяет легко установить центральное кондиционирование воздуха , просто добавив охлаждающий змеевик на выходе из печи.
Воздух циркулирует через воздуховоды , которые могут быть изготовлены из листового металла или пластикового «гибкого» воздуховода и изолированы или неизолированы. Если воздуховоды и вентиляционная камера не загерметизированы мастикой или клейкой лентой из фольги, воздуховоды, скорее всего, будут иметь высокую утечку кондиционированного воздуха, возможно, в некондиционируемые помещения. Другой причиной непроизводительных затрат энергии является установка воздуховодов в неотапливаемых помещениях, таких как чердаки и подвальные помещения; или воздуховоды систем кондиционирования воздуха на чердаках в теплом климате.
