Қабырғалы пештер тарихы мен технологиясы

Кіріспе

Жылыту құрылғысы

Қонды пеш (сонымен қатар қонды жылытқыш деп те аталады) – отынды (әдетте ағаш) уақыт-уақыт жағу арқылы пайда болатын жылуды ұстап, оны сәулелену арқылы ұзақ уақыт бойы тұрақты температурада ішкі кеңістікке таратуға арналған құрылғы. Плиткамен қапталған қонды пештер кокстевтер (сонымен қатар плитка пештер немесе керамикалық пештер) деп аталады. Бұл технология неоглициал және неолит дәуірлерінен бастап әртүрлі нысандарда кездеседі. Археологиялық қазбалардың нәтижесінде ежелгі адамдардың жер астындағы тұрғынжайларындағы оттың ыстық түтінін пайдаланып, жылуды тұрғын үйлерге таратуға қолданғандығы анықталды. Бұл ерте нысандар қазіргі заманғы жүйелерге дейін дамып келді. Б.з.д. 5000 жылға дейін жылуды сақтау үшін қолданылған массивті тас блоктар, көп функциялы жылу көзі ретінде пайдаланылған от ошақтарының алғашқы нысандарын болжады. Кейінірек Рим гипокаусты және австро-германдық кокстеу пеші (кахелофен, сөзбе-сөз "плитка пеш" немесе штайнофен, "тас пеш") бір оттың түтіні мен газын пайдаланды. Шығыс және Солтүстік Еуропа, сондай-ақ Солтүстік Азияда бұл пештер әртүрлі формалар мен атаулармен дамыды: мысалы, орыс пеші ([[:ru:Русская печь]), фин пеші (фин тілінде: pystyuuni немесе kaakeliuuni, 'плитка пеш', немесе pönttöuuni, 'шомыла пеш' металл қаптамалы нұсқасы үшін) және швед пеші (швед тілінде: kakelugn, 'плитка пеш'), Карл Йохан Кронштедтпен байланысты. Қытайлықтар осы принципті өздерінің Кан төсек пештерінде қолданды. ASTM International қонды пешті "шатыр мен қонды пештің негізін қоспағанда, кеміндегі массасы бар, негізінен қонды құрылысынан тұратын, ауамен жылыту жүйесі" деп анықтайды. Атап айтқанда, қонды пеш қатты отынның отты жылу энергиясының көп бөлігін қонды пештің массасындағы ішкі жылу алмасу түтін арналары арқылы жинап, сақтауға, қатты отынның жеткілікті мөлшерде ауамен араластырылған зарядының жоғары температурада жылдам және толық жануын қамтамасыз етуге, соның салдарынан жанып кетпеген көмірсутектердің шығарылуын азайтуға, және жеткілікті масса мен бетіне ие болуға тиіс, сондықтан қалыпты жұмыс жағдайында қонды пештің сыртқы бетінің температурасы (отын тиейтін есіктердің тікелей айналасындағы аймақтан басқа) 0,8 °C-тан аспауы керек.

A masonry heater (also called a masonry stove) is a device for warming an interior space through radiant heating, by capturing the heat from periodic burning of fuel (usually wood), and then radiating the heat at a fairly constant temperature for a long period. Masonry heaters covered in tile are called cocklestoves (also tile stoves or ceramic stoves). The technology has existed in different forms, from back into the Neoglacial and Neolithic periods. Archaeological digs have revealed excavations of ancient inhabitants utilizing hot smoke from fires in their subterranean dwellings, to radiate into the living spaces. These early forms have evolved into modern systems. Evidence found from 5,000 BC of massive blocks of masonry used to retain heat foreshadowed early forms of fire hearths that were used as multifunctional heating sources. Later evolutions came in the Roman hypocaust and Austro German cocklestove (kachelofen, literally 'tile oven', or steinofen, 'stone oven'), using the smoke and exhaust of a single fire. In Eastern and Northern Europe and North Asia, these stoves evolved in many different forms and names: for example the Russian stove ([[:ru:Русская печь), the Finnish stove (in Finnish: pystyuuni or kaakeliuuni, 'tile oven', or pönttöuuni, 'bowl oven' for the metal clad version) and the Swedish stove (in Swedish: kakelugn, 'tile stove') associated with Carl Johan Cronstedt. The Chinese developed the same principle into their Kang bed stove. A masonry heater is defined by ASTM International as "a vented heating system of predominantly masonry construction having a mass of at least , excluding the chimney and masonry heater base. In particular, a masonry heater is designed specifically to capture and store a substantial portion of the heat energy from a solid fuel fire in the mass of the masonry heater through internal heat exchange flue channels, enable a charge of solid fuel mixed with an adequate amount of air to burn rapidly and more completely at high temperatures in order to reduce emission of unburned hydrocarbons, and be constructed of sufficient mass and surface area such that under normal operating conditions, the external surface temperature of the masonry heater (except in the region immediately surrounding the fuel loading door(s)), does not exceed ."

Сипаттамалары

Қабырғалы пеш кірпіш, тас, плитка, сазбалшық, тас немесе осы материалдардың қоспасынан жасалады, ал емес болаттан немесе темірден. Оның салмағын көтеру үшін арнайы тірек қажет. Ол оттықтан және жылу алмасу арналарынан немесе бөлімдерден тұрады, олар қосымша беттік ауданды қамтамасыз етеді. Бұл бөлімдер газдарды түтікке шығармай тұрып, ыстық газдардан жылуды сіңіреді. Пеш отпен жанып тұрмағанда, пеш пен түтік арасындағы байланыста жылудың түтік арқылы шығуына кедергі келтіретін клапан (демпфер) болуы мүмкін; содан кейін жылу қабырға арқылы сәулеленеді. Қабырғалы пешті металл пештен гөрі жылытуға көбірек уақыт керек; бірақ, бір рет жылығаннан кейін, пеш бұл жылуды металл пештен әлдеқайда ұзақ уақыт бойы және әлдеқайда төмен температурада сәулелендіреді (металл тек пеш ішінде от жанған кезде және одан кейін қысқа уақыт бойы ғана ыстық болады). Пештің жанына отыруға немесе тіпті төсек орнатуға болады, себебі пештің сыртқы беттері қол тигізуге қауіпсіздей салқын болады. Жылуды баяу бөлу қасиеті үйді жылыту үшін металл пештен гөрі қабырғалы пешті ыңғайлырақ жасайды. Пеш құрылысында жылулық кернеу маңызды мәселе болып табылады. Пештің ішкі қабырғасындағы температураның айырмашылығы әртүрлі кеңеюге алып келуі мүмкін. Тәжірибелі пеш шебері пешті жобалау және салу кезінде осы кернеуді қалай ескеру керектігін біледі, осылайша тең емес кеңею сыртқы жарықтардың пайда болуына жол бермейді. Бұл мәселені шешудің екі негізгі жолы бар. Біріншісі – пештің ішкі бөлігі мен сыртқы «қабығы» арасында кеңістік қалдыру. Екіншісі – кеңею мен жиырылуды механикалық түрде өтеуге арналған кернеулі элементтері бар монолиттік конструкция жасау. Пештің (қабырғалы немесе басқа) дұрыс температураға жету жылдамдығы оның құрылысында қолданылатын материалдардың қалыңдығы мен сипаттамаларына байланысты. Жылдам жылынатын металл пештер ішкі температураны жылдам реттеуге қолайлы. Оларды жылыту үшін көбірек уақыт қажет, бірақ олар ұзақ суық ауа райына жақсы сәйкес келеді, себебі олар жылуды ұзақ сақтайды және береді. Кахелофен оттық кірпіштен жасалған күрделі жолдар арқылы газдар мен түтінді баяу шығарып, оттық кірпішіне газдар мен түтіннен мүмкіндігінше көп жылу сақтауға мүмкіндік береді. Пешті қоршап тұрған керамикалық плитка да жылуды сақтау үшін жылу оқшаулағышы ретінде қызмет етеді. Мұндай пештер мұқият жобаланған, сондықтан жылудың ең аз бөлігі ғана шығады, тек ауа ағынын сақтау үшін түтінді жылытуға қажетті мөлшерде. Құрылыста қолданылған оттық кірпіш қара металдарға қарағанда 80% көбірек жылу сақтайды, ал оның жылу өткізгіштігі темір немесе болаттан 1/45 есе төмен. Бұл 1878 жылға дейінгі мәліметтер. Металл қаптамалы пеш Швецияда кеңінен таралмады, бірақ Финляндияда ең танымал қабырғалы пеш түріне айналды. Металл әдетте жалаңаш қалдырылып, галвандалған металл табақтан жасалған, сонымен қатар боялған болуы мүмкін. Металл қаптамалы қабырғалы пеш фин тілінде pönttöuuni, ал швед тілінде plåtugn деп аталады. Цемент орнына балшық қолданылды, ал түтік шығуы көбінесе пештің төменгі жағына орналастырылды, бұл жылулық кеңею мен жиырылудан туындаған қозғалысқа байланысты пештің тұрақтап тұруына мүмкіндік берді. Пешті металл табақпен жабудың артықшылықтарының бірі – бөлмеге түтін шығуының жоғарылауы, бұл пешті көбірек және оның плиткалы аналогтарына қарағанда жоғары температурада қыздыруға мүмкіндік береді, егер оны ұқсас жолмен пайдаланса, жарықтар пайда болып, түтін шығуы мүмкін. Металл бетін таза ұстау да оңай. Сақиналарды қайта пайдалануға болады және қабырғалы пеш тозығынан шыққаннан кейін оны бұзып, жаңа кірпіштермен қайта құруға болады. Финляндияда pönttöuuni өндірісі әлі де жалғасуда. Қазіргі заманғы жаңалықтарға шыны есіктер және от үстінен таза ауа беру арқылы түтін газдарын екінші рет жағу кіреді, бұл қазіргі стандарттарға сәйкес келуге көмектеседі. Пеш дәстүрлі кірпіштен басқа материалдардан да салынуы мүмкін. Кірпіш әлі де қолданылады, бірақ қазіргі заманғы пештерде оттық кірпіштен жасалған, ал пештің қалған бөлігі арзан кірпіштен жасалады. Дәстүрлі пештерде оттықтың ішкі жағы қорғану үшін көбінесе балшықпен қапталады.

A masonry heater is made of masonry such as brick (firebrick), soapstone, tile, stone, stucco, or a combination of materials, rather than steel or cast iron. It usually requires special support to bear its weight. It consists of a firebox and heat exchange channels or partitions that provide additional surface area. These absorb heat from the hot exhaust gases before the gases exit into the chimney. When not being fired, the connection from the masonry heater to the chimney sometimes has a damper to prevent heat from escaping up the chimney; the heat is then radiated from the masonry. Masonry takes longer to heat than metal; however, once warm, the heater will radiate this heat over a much longer period of time and at a much lower temperature than a metal stove would use (the metal is hot only when there is a fire burning inside the stove and for a short time thereafter). Seating and even beds can be built adjoining the masonry stove; this is possible because the heater's exterior surfaces are cool enough to touch safely. The characteristic of slow heat release can make a masonry heater a more convenient option for heating a house than a metal wood stove. Heat stress is a major concern during the construction of masonry heaters. Differences in temperature inside the masonry core of the heater can result in differential expansion. A skilled heater mason knows how to provide for this stress when designing and constructing the heater, thereby preventing uneven expansion from causing cracking in the exterior. There are two general ways this concern is addressed. One is to incorporate a gap between the inner core of the heater and its outer "skin". The other is to build a more monolithic design with post tension aspects to mechanically compensate for expansion and contraction. The speed with which a stove, masonry or otherwise, achieves the right temperature is determined by the specific thickness and characteristics of the materials used in its construction. Very responsive metal heaters warm up faster and are good for quicker adjustments to indoor temperature. Less responsive heaters take longer to warm, but they are better suited for long periods of cold weather because they store and provide heat over a longer period. A kachelofen uses a maze like passage created out of firebrick to release gases and smoke from the wood fire slowly, allowing the firebrick to retain as much heat as possible from the gases and smoke. The ceramic tile surrounding the stove also acts as insulation to retain heat. Such stoves were carefully designed so that the minimum amount of heat would escape, only as much as needed to warm the flue to maintain a proper air draught. The firebrick used in the construction holds 80% more heat than ferrous metals such as cast iron, while its heat conductivity is 1/45 that of iron or steel. dating to 1878. The metal clad heater did not catch on in Sweden, but became the most popular masonry heater type in Finland. The metal was typically left bare and was constructed from galvanized sheet metal, it could also be painted. The metal clad masonry heater is known as a pönttöuuni in Finnish and plåtugn in Swedish speaking regions. Clay mortar instead of cement was used in the construction, the chimney exit was often placed at the base of the heater so that the heater could be free standing due to movement from thermal expansion and contraction. Advantages of covering the heater in sheet metal include the near elimination of smoke leaks into the room, in turn allowing the heater to be fired more often and to hotter temperatures than its tiled counterpart, which could develop cracks and leak smoke if treated in a similar way. The metal surface was also easy to keep clean. The rings are reusable and once the masonry heater was worn out it could be torn down and rebuilt with new bricks. The pönttöuuni is still in production in Finland. Modern developments include glass doors, and the secondary combustion of flue gasses via the introduction of fresh air above the flames help meet modern standards. The heater might be built from different materials other than the traditional brick. Brick is still used but in modern heaters the firebox itself is made from high temperature firebrick, the rest of the heater is made from cheaper bricks. In traditional heaters the inside of the firebox was often covered with clay mortar for protection.

Отын көздері

Кірпіш пешілер қызу және жылдам жағатындықтан, олар кез келген құрғақ, тілімделген ағаш түрлерін қабылдай алады, әдетте диаметрі бойынша. Кейде бұл пештерді шөп, сабан және жемшөппен тиімді жағуға болады. Шығыс Еуропада осы пештерді газ желісіне қосып, газбен жұмыс істеуіне бейімдеу жиі кездеседі. Кейбір заманауи үлгілерде термостатқа қосылған электрлік жылыту элементтері орнатылған. Электрлік жылыту қысқы маусымда ғимарат ұзақ уақытқа қараусыз қалған жағдайда, мұздап зақымдануына жол бермеу үшін қажет.

Қазіргі заманғы дамуы

Кейбір заманауи пештердің сыртында керамикалық плиткалар болмайды. Оның орнына, отқа төзімді кірпіштер арнайы ыстыққа төзімді жабынмен жабылады. Шыны есік отты көруге мүмкіндік береді. Бұрынғысын сияқты, отын жанып біткеннен кейін пештің қызған массасы жылуды сәулелендіруді жалғастырады, бірақ қазіргі пештердің түтін өткелдері тиімділігі мен қуатын арттыру және отынды аз жұмсау үшін дәлірек есептеледі. Кейбір заманауи пештер тас жақтан сабын тастан жасалады, ол өте жақсы жылуды сақтайды. Финляндияда оливин тастары да қолданылады.