Печное отопление, несмотря на многочисленные недостатки, до сих пор востребовано даже там, где подключены сетевые газ и свет, ведь в случае какого-то природного катаклизма или иного чрезвычайного происшествия, именно она обогреет дом и накормит его жильцов.

Но область применения этих нагревательных приборов гораздо шире и для каждого случая существует свой, особый вид печей, который именно тут оказывается наиболее эффективным.

История печного отопления

История печного отопления напрямую связана с историей человечества, ведь всегда человек нуждался в тепле, а получить его каким-либо иным способом, кроме сжигания углеводородов, например, угля или древесины, не было.

Сначала люди использовали простые костры, затем начали обкладывать их камнем, получив примитивные очаги.

В Древней Греции освоили плавку металлов и изготовление керамики, а также сконструировали печь, которую назвали гипокаустом.

Одновременно с этим на Ближнем востоке построили кан. Обе печи представляли собой кирпичную или каменную камеру под всем домом, внутри которой горел костер.

Пламя от костра нагревало потолок кана или гипокауста, который одновременно был полом дома, поэтому такую печь можно назвать первым теплым полом в истории.

Подобные системы отопления были хороши в местах с теплым климатом, однако очередное похолодание не только породило переселение народов, но и вынудило искать более эффективные способы обогрева жилищ.

Тем не менее, печи на основе гипокауста были популярны в Римской империи до самого ее падения, после чего канули в историю, а большая часть человечества снова вернулась во времена примитивных очагов.

В теплых регионах Европы отопление очагами было основным еще несколько столетий, но их постепенно заменили более эффективные обогреватели – камины.

В северных же регионах подобные источники тепла быстро уступили место конструкции, которая сегодня известна как Русская печь.

Тем не менее, даже в теплых регионах Европы были попытки улучшить отопительные устройства, для чего использовали самые разные решения:

  1. изготавливали их из металла;
  2. оснащали каналами;
  3. искали новые способы организации горения.

К XIV–XVI векам уже четко сформировалось понимание канальной печи, которая затем получила название «Голландка», ведь именно ее Петр привез из Великого посольства в Голландию.

На тот момент у голландской печи было два существенных преимущества перед русской:

  • более высокая безопасность, ведь дым уходил на улицу не через помещение, а напрямую, по дымоходной трубе;
  • экономичность.

Но в условиях лютых российских зим оба преимущества меркли перед многофункциональностью и длительным обогревом русской печи, ведь последнюю можно было топить не дважды в день, а раз в двое суток, что было существенным подспорьем для селян.

Поэтому классические русские печи, которые топили по-черному, то есть с выходом дыма через помещение, встречаются даже сегодня, но чаще всего в виде банных печей.

Более же совершенный вариант, то есть оснащенный трубой и широко известный по фильмам и мультфильмам, появился под воздействием влияния безопасности голландских печей.

Развитие печного дела продолжается и сегодня, печники генерируют новые идеи, изменяют характеристики и повышают эффективность старых разработок. Все это позволяет печам успешно конкурировать с другими видами отопления, а в некоторых случаях делает их незаменимыми.

Как работает печь

В основе работы любой печи лежат три процесса:

  • пиролизное, то есть вызванное воздействием высокой температуры, разложение углеводородов на менее сложные соединения, то есть пиролизные газы;
  • окисление углерода и водорода из состава пиролизных газов с выделением тепловой энергии;
  • через стенки печи тепловая энергия транспортируется наружу и обогревает помещение.

Поскольку процесс горения – это окисление углерода и водорода, а также их различных соединений, то сначала необходимо расщепить сложные органические цепочки на более простые компоненты, для чего и используют процесс пиролиза.

Затем раскаленные пиролизные газы смешивают с воздухом, чтобы началась реакция окисления и создают такие условия, при которых максимум молекул углерода и водорода соединится с кислородом.

Выделенное при сгорании топлива тепло нагревает стенки печи, после чего уже они обогревают помещение.

Классификация и характеристики печей

Какие бывают печи? Мы предлагаем делить все печи на виды по следующим признакам:

  1. Назначению.
  2. Расположению.
  3. Материалу изготовления.
  4. Схеме движения газов.
  5. Эффективности сжигания топлива.
  6. Способу вывода дыма.
  7. Способу передачи тепла.
  8. Теплоемкости.
  9. Типу топлива (дровяные, угольные, пеллетные, иные твердотопливные, газовые, жидкотопливные, многотопливные, в тч работа печи под один вид топлива на другом виде топлива).
  10. Наличию или отсутствию фундамента.

Назначение

По назначению все печи можно разделить на:

  • отопительные;
  • варочные;
  • отопительно-варочные;
  • специальные.

Отопительные устройства предназначены только для обогрева помещений, поэтому их конструкция максимально оптимизирована для выполнения именно этой функции.

Если они оснащены водяным контуром или воздушным калорифером, то с их помощью можно обогревать даже удаленные помещения, используя в качестве теплоносителя воздух и воду.

Варочные конструкции – это прямые потомки первых очагов поэтому они предназначены в первую очередь для готовки еды, поэтому к ним можно отнести всевозможные мангалы и Хлебные печи, кроме того, у них нередко присутствует функция нагрева воды.

Отопительно-варочные сочетают в себе возможности обогрева помещения и горячей готовки еды, но в обоих областях они существенно уступают узкоспециализированным аналогам.

Наиболее яркими примерами отопительно-варочных конструкций являются печи, которые описаны в этих статьях:

  1. Голландка с плитой.
  2. Русская печь.
  3. Малютка Подвысоцкого.
  4. Буслаева.
  5. С варочной поверхностью.
  6. С хлебной камерой.

Отопительно-варочные (варочно-отопительные) конструкции, в отличие от варочных, не всегда оснащены чугунной плитой, на которой можно вскипятить воду, функцию готовки еды может выполнять их духовка (хлебная камера или горнило русской печи).

Специальные печи предназначены для выполнения каких-то необычных функций, например, сжигания мусора, поэтому к ним можно отнести даже кузнечные или ювелирные горны, а также стоящие на заводах мартены и домны.

Это же деление в полной мере применимо к металлическим печам.

Расположение

По расположению печи можно поделить на:

  • домашние;
  • уличные;
  • для веранд;
  • для хозяйственных построек.

В конструкциях, предназначенных для постройки или установки внутри дома, тщательно проработан внешний вид, причем не только облицовка, но и сама форма печи должна соответствовать помещению, что нередко влияет на ее внутреннее устройство.

Для постройки такой конструкции на улице, то есть под открытым небом, используют специальный раствор, который отличается от смеси, применяемой для кладки внутри помещений наличием цемента.

Такой раствор плохо переносит сильный нагрев, но поскольку уличные печи не предназначены для отопления, то есть их не приходится основательно прогревать, это не создает проблемы.

Зато осадки не вымывают его из швов, поэтому даже под дождем такая конструкция не развалится, а простоит многие десятилетия.

Печи, предназначенные для постройки на крытых верандах, идентичных домашним и отличаются от них лишь функционалом, ведь отопление нужно только в хорошо утепленной веранде или беседке, причем, его проще реализовать с помощью котла.

Конструкции для хозяйственных построек оптимизированы для их обогрева, поэтому чаще всего их делают из металла, но встречаются и кирпичные варианты.

Материал

Для изготовления печей используют следующие материалы:

  1. Жаростойкий камень.
  2. Сырую глинопесчаную смесь.
  3. Кирпич (керамический и шамотный).
  4. Металл.
  5. Жаростойкий бетон.

Камень был первым материалом, из которого изготавливали отопительные или отопительно-варочные устройства, то есть примитивные очаги.

Затем пришла очередь глинопесчаной смеси и сделанного из нее кирпича-сырца, причем в первом случае конструкцию изготавливали по глинобитной технологии, поэтому ни о какой сложной системе каналов не могло быть и речи.

Встречаются глинобитные и сложенные из кирпича-сырца печи даже сегодня, но они являются не столько реальным отопительным прибором, сколько экзотической поделкой, которой можно удивить соседей или знакомых.

Несмотря на то, что керамический кирпич был известен еще во времена древнего Египта, массово делать из него печи начали лишь в XVII–XX веках, когда появились максимально дешевые технологии получения такого стройматериала.

Использование красного кирпича существенно облегчает и ускоряет процесс строительства отопительного устройства, ведь мастеру не приходится самому изготавливать отдельные элементы или вбивать смоченную глинопесчаную смесь в опалубку.

Металлические печи известны уже несколько тысячелетий, ведь первыми их образцами были жаровни, которые применяли еще в первых греческих полисах, однако использовать такие устройства для отопления начали только в XIV–XVII веках.

Расцвет металлических обогревателей пришел на XX–XXI век, когда появились модели с калориферами или водяными контурами, сочетающие в себе преимущества печей и котлов, а также избавленных от большей части недостатков.

Жаростойкий бетон редко используют для изготовления бытовых печей, зато его массово применяют на различных производствах.

Скорее всего, причинами слабой популярности этого материала являются:

  • малое время жизни раствора;
  • высокие требования к температурному режиму во время заливки и застывания смеси.

Схема движения дымовых газов

Происходящие в топливной камере процессы приводят к появлению тепловой энергии, однако чтобы использовать ее для отопления или других нужно, ее необходимо извлечь из потока дымовых газов.

Передача тепла происходит через физический контакт пламени и потока дымовых газов с внутренними стенками печи, чем больше контактируемая поверхность, тем больше тепла удается извлечь из сгорающего топлива, а значит, тем выше коэффициент полезного действия (КПД) нагревателя.

В кухонных очагах большая часть тепла расходуется на нагрев плиты или духовки, остальное расходуется на разогрев массива печи и прогрев с последующей сушкой дымовой трубы.

Сушка необходима потому, что в начале топки, пока стенки дымовой трубы холодные, на них массово оседает (выпадает) конденсат, состоящий из воды и различных химически активных веществ.

Если к концу топки не удалить влагу, то водный раствор этих веществ, также обладающий высокой химической активностью, начнет разъедать материал дымохода.

Поэтому большинство очагов работают по принципу прямого движения дымовых газов, что, однако, не говорит об их низком КПД.

В отопительно-варочных печах тепловая энергия расходуется на приготовление пищи и нагрев помещения, а схема движения газов зависит от материала, из которого изготовлена печь.

Если ее сделали из металла, то стенки обладают высокой теплопроводностью, поэтому для передачи нужного количества тепловой энергии не требуется большой площади контакта и можно обойтись прямоточной схемой, несмотря на ее низкий КПД.

Часть металлических печей, работающих в режиме интенсивной топки, оснащают дополнительным теплообменником, отнимающим избыток тепла из потока выходящих дымовых газов.

Если же металлическая печь работает в длительном (тлеющем) режиме, то даже при прямоточной схеме движения газов температура дыма на выходе из дымовой трубы находится у нижнего допустимого значения, то есть 100–150 градусов, чего как раз достаточно для сушки конденсата.

С кирпичными печами все намного сложней, ведь теплопроводность керамического кирпича почти в 100 раз ниже, а значит, для изъятия того же объема тепловой энергии необходимо соответствующее увеличение площади контакта.

Чтобы обеспечить такую площадь контакта, применяют следующие схемы движения дымовых газов:

  1. Колпаковая (Двухколпаковая печь).
  2. С вертикальными каналами (Порядовка Малютки).
  3. С горизонтальными каналами (Шведка).
  4. Противоточная (Финская).

Эффективность сжигания топлива

Несмотря на то, что процесс горения топлива во всех печах протекает по одному алгоритму, его эффективность, то есть соотношение окисленного и ушедшего с дымом наружу углерода, зависит от конструкции топливной камеры.

Топливные камеры бывают следующих видов:

  • подовые;
  • колосниковые;
  • с подачей вторичного воздуха;
  • с футеровкой; с теплоизоляцией;
  • с варочной плитой;
  • увеличенной высоты;
  • уменьшенной высоты.

Более подробно каждый тип топочной камеры, а также его преимущества и недостатки, описаны тут.

Кроме того, мы рекомендуем прочитать статью о пиролизных печах, в которых эффективность превращения топлива в тепловую энергию поднята на доступный для таких конструкций максимум.

Способ вывода дыма

Изначально костры и очаги топили по черному, то есть дым поднимался к потолку пещеры или иного жилища, затем немного остывал и опускался до специального отверстия, через которое уходил наружу.

Главными плюсами такого способа вывода дыма были:

  1. Максимальная простота реализации – достаточно сложить печь или очаг и проделать в стене соответствующее окошко (душник), которое после топки можно закрыть.
  2. Консервирующее воздействие – продукты горения древесины убивали все патогенные микроорганизмы, способные повредить бревна, из которых сложена изба.
  3. Дезинфицирующее воздействие – углекислый газ и другие вещества убивают все представляющие для человека угрозу патогенные микроорганизмы, поэтому в домах, которые топят «по-черному» сложней подхватить туберкулез и другие болезни, даже если там есть больные.

Тем не менее, есть у этого способа крайне существенные минусы, главный из который заключается в высочайшей требовательности к протопке и проветриванию такого дома.

Ошибка на любом этапе, от розжига печи до проветривания комнаты после топки, может привести к гибели всех жильцов от отравления угарным газом.

Кроме того, подобные отопительные приборы крайне требовательны к влажности дров, использование недосушенного материала приводит к закапчиванию стен, из-за чего помещение выглядит крайне некрасиво и неухоженно.

Если вас заинтересовали печи по черному, то рекомендуем прочитать эту статью.

Поэтому на смену печам «по-черному» пришли конструкции по серому и по белому.

Чтобы топить по серому, между очагом и крышей устанавливали деревянную, нередко обмазанную глиной трубу, которая отводила большую часть дымовых газов на улицу, оставшуюся часть удаляли проветриванием.

Для топки по белому на печь ставили дымовую трубу из негорючих материалов, поэтому дым уходил на улицу, не заходя в помещение, а значит, резко снижался риск отравления углекислым газом.

Способ передачи тепла

Несмотря на то, что все печи обогревают помещение своей нагретой поверхностью, способ этого воздействия сильно влияет на конечный результат.

Существуют следующие способы воздействия:

  • инфракрасное излучение;
  • калориферный нагрев воздуха;
  • нагрев теплоносителя для доставки к удаленным помещениям;
  • комбинированное.

Инфракрасное излучение

Инфракрасное излучение – наиболее простой, но не слишком действенный способ обогрева, при котором нагретая или раскаленная поверхность нагревает не воздух, а удаленные объекты, например, стены или людей.

Эффективность такого обогрева зависит от двух факторов:

  • температуры поверхности отопительного прибора;
  • удаленности от него.

Чем сильней раскалена поверхность, тем дальше способна обогревать помещение такая печь, однако по мере приближения к источнику тепла человек начинает испытывать дискомфорт, а при тесном контакте возможны ожоги.

Наиболее яркий пример инфракрасных обогревателей – печи из металлической бочки, их раскаленная поверхность посылает тепло на 5–10 метров, но находится вблизи них неуютно из-за сильного жара.

Классическим примером инфракрасного нагревателя является камин, который греет помещение прямым излучением пламени, из-за чего его эффективность крайне невысока.

Однако оснастив камин отопительным щитком, в котором учтены особенности работы каминной топки, удается поднять его КПД на уровень посредственных печей.

Вершиной развития каминов являются каминопечи с противоточной схемой движения дымовых газов, по своим параметрам они почти не уступают большинству традиционных печей.

Калорифер

Калориферный нагрев воздуха работает иначе – находящийся рядом с нагретой поверхностью воздух повышает свою температуру и устремляется вверх, после чего его место занимают подошедшие снизу воздушные массы.

Это приводит к появлению постоянной циркуляции, после чего нагретый воздух поднимается к потолку, вытесняя вниз холодный, затем, по мере охлаждения постепенно спускается к полу.

Наиболее эффективным воздействием обладает калорифер на базе металлической печи, ведь благодаря раскаленным внутренним стенкам он сильней нагревает проходящий сквозь него воздух, а значит, создает более сильную циркуляцию.

С закрытым воздушным или водяным контуром

Печи с закрытым воздушным или водяным контуром ближе к котлам, но отличаются от последних тем, что все-таки их поверхность хоть немного, но влияет на температуру в помещении.

Главным преимуществом таких конструкций является возможность обогрева удаленных помещений, но по сравнению количества топлива и общего объема отданной дому тепловой энергии они уступают как настоящим печам, так и котлам.

Комбинированные

Отопительные и отопительно-варочные кирпичные печи оказывают комбинированное воздействие, их инфракрасное влияние невелико из-за относительно низкой температуры наружной поверхности, а благодаря большой площади контакта они, пусть и не сильно, нагревают увеличенный объем воздуха.

Все это, вкупе с высокой теплоемкостью, позволяет с одной топки обогревать помещение 8–30 часов (зависит от количества топлива, теплопотерь помещения и других факторов).

Теплоемкость

Этот параметр определяет, как долго после окончания топки печь будет обогревать помещение за счет накопленного ей тепла.

Металлические конструкции фактически не являются теплоемкими, ведь остывают уже через полчаса после прогорания топлива, поэтому они греют лишь до тех пор, пока внутри них горит огонь.

Теплогенераторы из других материалов можно поделить по тому же принципу, что и кирпичные печи:

  1. Толщина стенок 5–10 см, теплоемкость минимальна (5–10 часов).
  2. Толщина стенок 11–20 см, теплоемкость средняя (10–25 часов).
  3. Толщина стенок 21 и более см, теплоемкость максимальна (22–72 часа).

Тип топлива

Изначально основным, а зачастую и единственным видом топлива для печей или очагов были дрова, однако в тех местах, где леса недостаточно, но есть выходы угля на поверхность, стали использовать каменный уголь.

Кочевники в степях отапливали свои жилища высушенными экскрементами животных (отопление навозом), а также нередко использовали для этого высохшую траву или иную сухую растительность. Жители болотистых местностей топили свои печи высушенным торфом.

В XX веке для протопки печей стали использовать следующие виды топлива:

Для работы на каждом виде топлива необходимо использовать печь соответствующей конструкции, если протопить печь другим видом горючего материала, то возможны проблемы, вплоть до разрушения конструкции и пожара.

Наличие или отсутствие фундамента

Традиционные кирпичные печи весят несколько тонн, поэтому установить их без фундамента невозможно, однако есть модели обогревателей из кирпича, которые можно поставить прямо на деревянный пол.

Металлические же отопительные твердотопливные устройства можно устанавливать без фундамента, ведь их масса редко превышает 300 кг.

Поэтому существует прямая зависимость между теплоемкостью и наличием фундамента – действительно теплоемкие обогреватели невозможно установить без качественного основания, тогда как аппаратам с малой теплоемкостью оно не требуется.

Заключение

Отопительные и отопительно-варочные печи, а также их специальные аналоги представляют собой огромный пласт различных устройств, отличающихся по множеству параметров.

Поэтому деление печей на виды достаточно условно и зависит от того, какая функция или особенность отопительного агрегата в данный момент необходима.