Хорошая бытовая печь должна удовлетворять следующим требованиям:
- иметь высокий КПД — в пределах 75... 80%;
- это обеспечивается у всех печей с колосниковой решеткой;
- прогреваться внизу значительно сильнее, чем вверху, чтобы уменьшалась разница температур между полом и потолком (и соответственно наружным воздухом), резко снижались теплопотери и расход топлива; сохранять равномерный характер нагрева в течение суток;
- хорошо держать тепло, не стынуть при неплотно закрытой вьюшке, как, например, колпаковые печи, держащие тепло значительно дольше, чем печи с оборотами, в которых оно выдувается быстрее;
- не трескаться;
- трещины почти не появляются, если наиболее горячая кладка не связана с холодной;
- не забиваться сажей и золой, это достигается при правильной организации сжигания топлива, то есть когда не происходит догорание при низкой температуре за пределами топливника;
- иметь минимальное сопротивление движению газов в одноэтажных домах с невысокой трубой;
- иметь простую конструкцию.
Двухколпаковые печи удовлетворяют всем перечисленным требованиям. Они разработаны на основе так называемой гидравлической теории печей известного русского ученого-металлурга, профессора В. Е. Грум-Гржимайло (1864—1928 гг.), изложенной в его труде «Пламенные печи». Он считал, что «...движение пламени должно рассматриваться как движение легкой жидкости в тяжелой». Легкая жидкость — нагретые газы, тяжелая — окружающий нас атмосферный воздух. Положения гидравлической теории печей в при- менении к бытовым печам полностью сохранили свое значение. Основная идея этой теории очень проста. Струйка горячего газа в окружении холодного поднимается как более легкая, а струйка холодного газа в окружении горячего как более тяжелая опускается. В. Е. Грум-Гржимайло рекомендовал при разработке печи в каждой ее части задавать такое направление движению газов, которое отвечало бы их естественному стремлению: струю горючего газа в окружении холодного следует направлять вверх, струйки охлаждающегося газа — вниз.
В печах с «оборотами» это не соблюдается:
охлаждающиеся газы идут попеременно то вверх, то вниз. Горячие газы, поступающие из топливника в объем печи, собираются как наиболее легкие под сводом, образуя там, по выражению В. Е. Грум- Гржимайло, «меток горячих газов». Холодные газы как наиболее тяжелые стекают в нижнюю часть пе- чи и, если их оттуда не убирать, образуют там «ме- шок холодных газов». Опрокиньте стеклянный стакан (колпак) и под- несите к нему снизу горящую папиросу. Вы увиди- те, как струйка дыма войдет в стакан, дойдет до его донышка, затем повернется и кольцом вдоль стенок будет опускаться вниз, Так же движутся газы и в печах, построенных на принципе колпака, поэтому отвод следует делать внизу, где собираются наиболее остывшие газы. Такие печи не нуждаются в «оборо- тах»: газы в них движутся под действием естествен- ных сил природы, то есть происходит естественное («вольное», по выражению М. В. Ломоносова) движение газов.
При наличи и колпака поверхность печи и аккумулирующую тепло насадку можно прогреть более совершенно без «оборотов». Отказ от «оборотов» дал возможность резко снизить сопротивление движению газов внутри печи, что особенно важно в русских печах с их небольшой высотой дымовой трубы. Только применение принципа «вольного» движения газов позволило удачно решить задачу создания отопительной камеры в нижней части «Теплушки» с дымовой трубой, разрежение в которой составляет всего 14,7... 19,6 Па. Кроме того, очень важно организовать правильное сжигание топлива в печах. Поток пламени, выходящий из слоя топлива» представляет собой смесь струй горючих газов, воздуха и продуктов сгорания. Для того чтобы реакция заканчивалась в пламени, необходимо хорошо перемешивать отдельные его струи. При этом в объеме, где заканчивается горение, должна поддерживаться высокая температура. Если поток пламени с незакончившейся реакцией горения выпустить в объем с низкой температурой, то газы охладятся и реакция горения не сможет пройти до конца. В таких газах останутся несгревшие сажа и смола, которые при движении газов по каналам печи будут осаждаться на их стенках, уменьшая их теплопроводность. В двухколпаковых печах горючие газы из топливника сразу поступают снизу в первый колпак — «мешок горячих газов». Он — идеальная камера догорания, так как в ней реакцию горения усиливают горячие свод и стенки колпака. Под сводом колпака процесс горения заканчивается полностью. Затем через отверстия в нижней его части газы переходят во второй колпак отдают его стенкам оставшееся тепло. Охладившись, они стекают к нижней части второго колпака и поступают в трубу. Когда топка печи окончена, а вьюшка плотно не закрыта, холодный воздух входит через топливник в печь, но не поднимается, так как он тяжелее газов, заполняющих колпаки, а тотчас уходит в отводные каналы (мимо колпаков), не унося с собой большого количества тепла. Такая печь имеет как бы автоматическую газовую вьюшку, исключающую возможность охлаждения колпака при попадании в него холодного воздуха. Этим объясняется способность колпаковых печей хорошо сохранять тепло и при неплотно закрытой вьюшке. Большая экономия топлива, полученная после замены обычных печей колпаковыми, также объясняется наличием газовой вьюшки. В русских печах «Теплушка» и кухонном очаге наиболее горячая камера — камера для варки нищи с усиленным перекрытием свода, чтобы меньше тепла уходило вверх, а в варочной камере поддерживалась максимально высокая температура. Остающееся от разогрева варочной камеры тепло направляется в нижнюю часть печи для обогрева помещения.
В отопительных печах «Двухъярусный колпак» и «ИП» наиболее горячая камера — нижний (основной отопительный) колпак.
