فرن (تدفئة مركزية)

النوع الأول من الأفران هو أفران الاحتراق الجوي ذات السحب الطبيعي. تتكون هذه الأفران من مبادلات حرارية من الحديد الزهر أو الفولاذ المثبت بالمسامير، مبنية داخل غلاف خارجي من الطوب أو الحجر أو الفولاذ. يتم تهوية المبادلات الحرارية عبر مداخن من الطوب أو الحجر. يعتمد دوران الهواء على أنابيب كبيرة مائلة للأعلى مصنوعة من الخشب أو المعدن. تقوم هذه الأنابيب بتوجيه الهواء الدافئ إلى فتحات تهوية أرضية أو جدارية داخل المنزل. تعمل هذه الطريقة في التدفئة لأن الهواء الدافئ يصعد إلى الأعلى .

كان النظام بسيطًا، ذا أدوات تحكم قليلة، وصمام غاز أوتوماتيكي واحد، وبدون منفاخ. ويمكن تشغيل هذه الأفران بأي نوع من الوقود ببساطة عن طريق تعديل منطقة الاحتراق. وقد تم تشغيلها بالخشب، وفحم الكوك، والفحم الحجري، والنفايات، والورق، والغاز الطبيعي، وزيت الوقود، وحتى زيت الحيتان لفترة وجيزة في مطلع القرن العشرين. كانت الأفران التي تعمل بالوقود الصلب تتطلب صيانة يومية لإزالة الرماد و "الخبث" المتراكم في قاع منطقة الاحتراق. وفي السنوات اللاحقة، تم تزويد هذه الأفران بمنافخ كهربائية للمساعدة في توزيع الهواء وتسريع انتقال الحرارة إلى المنزل. عادةً ما يتم التحكم في أنظمة الغاز والزيت بواسطة منظم حرارة داخل المنزل، بينما لم تكن معظم أفران الخشب والفحم متصلة بالكهرباء، وكان يتم التحكم فيها بكمية الوقود في الموقد وموضع صمام الهواء النقي على باب الوصول إلى الموقد.

النوع الثاني من الأفران هو أفران الهواء القسري ذات الموقد الجوي، والمزودة بمبادل حراري من الحديد الزهر أو الفولاذ المقطعي. خلال خمسينيات وستينيات القرن الماضي، استُخدم هذا النوع من الأفران ليحل محل أنظمة السحب الطبيعي الكبيرة، وكان يُركّب أحيانًا على مجاري الهواء القائمة. كان الهواء الساخن يُنقل بواسطة مراوح تعمل بأحزمة، ومصممة لنطاق واسع من السرعات. كانت هذه الأفران لا تزال كبيرة الحجم مقارنةً بالأفران الحديثة، وتتميز بهياكل خارجية فولاذية ثقيلة مع ألواح قابلة للإزالة مثبتة بمسامير. تتراوح كفاءة الطاقة فيها بين ما يزيد قليلاً عن 50% إلى أكثر من 65% (AFUE) . كان هذا النوع من الأفران لا يزال يستخدم مداخن كبيرة من الطوب أو الحجر، وقد صُمم لاحقًا ليتوافق مع أنظمة تكييف الهواء.

النوع الثالث من الأفران هو فرن السحب القسري متوسط ​​الكفاءة، مزود بمبادل حراري فولاذي ومروحة متعددة السرعات. تتميز هذه الأفران بصغر حجمها مقارنةً بالأنواع السابقة. وهي مزودة بمراوح هواء احتراق تسحب الهواء عبر المبادل الحراري، مما يزيد من كفاءة استهلاك الوقود بشكل كبير ، ويسمح في الوقت نفسه بتصغير حجم المبادل الحراري. قد تحتوي هذه الأفران على مراوح متعددة السرعات، وقد صُممت للعمل مع أنظمة التكييف المركزي.

النوع الرابع من الأفران هو فرن الغاز المكثف عالي الكفاءة. تصل كفاءة أفران الغاز المكثف عالية الكفاءة عادةً إلى ما بين 90% و98%. ^{[ 3 ]} يتكون فرن الغاز المكثف من منطقة احتراق مغلقة، ومُحفِّز سحب هواء، ومبادل حراري ثانوي . يكمن التحسن الرئيسي في كفاءة فرن الغاز المكثف، مقارنةً بأفران الهواء القسري أو أفران السحب القسري متوسطة الكفاءة، في استخلاص الحرارة الكامنة من غازات العادم في المبادل الحراري الثانوي. يزيل المبادل الحراري الثانوي معظم الطاقة الحرارية من غاز العادم، حيث يقوم بتكثيف بخار الماء والمواد الكيميائية الأخرى (التي تُشكِّل حمضًا خفيفًا) أثناء تشغيله. غالبًا ما تُركَّب أنابيب التهوية، المعروفة أيضًا بنظام العادم، باستخدام أنابيب PVC بدلًا من أنابيب التهوية المعدنية لمنع التآكل، ولكن هذا يختلف باختلاف الموقع الجغرافي للتركيب واللوائح المحلية. يسمح مُحفِّز السحب بتوجيه أنابيب العادم رأسيًا أو أفقيًا عند خروجها من المبنى. يتضمن الترتيب النموذجي لتركيب أفران التدفئة عالية الكفاءة أنبوبًا لسحب الهواء النقي (التزويد) الذي يجلب الهواء النقي من خارج المنزل إلى وحدة الاحتراق في الفرن. عادةً ما يتم توجيه هواء الاحتراق النقي بمحاذاة أنبوب العادم المصنوع من مادة PVC أثناء التركيب، وتخرج الأنابيب من خلال جدار جانبي للمنزل في نفس الموقع. توفر أفران التدفئة عالية الكفاءة عادةً ما بين 25% و35% من استهلاك الوقود مقارنةً بأفران التدفئة ذات كفاءة 60% .

الفرن أحادي المرحلة يعمل في مرحلة واحدة فقط، إما مضاء أو متوقف. وهذا يعني أنه يصدر ضجيجًا نسبيًا، ويعمل دائمًا بأقصى سرعة، ويضخ دائمًا الهواء الأكثر سخونة بأعلى سرعة.

من مزايا أفران المرحلة الواحدة عادةً انخفاض تكلفة تركيبها. فهي رخيصة نسبيًا نظرًا لبساطة تقنيتها. إلا أن بساطة أفران الغاز أحادية المرحلة تأتي على حساب ضوضاء محرك المروحة وانخفاض كفاءتها الميكانيكية. تستهلك محركات المروحة في هذه الأفران طاقة أكبر إجمالًا، لأنها تعمل بسرعة ثابتة بغض النظر عن متطلبات التدفئة في المكان. ولهذا السبب، يُطلق على فرن المرحلة الواحدة أيضًا اسم فرن أحادي السرعة. ^{[ 4 ]}

يجب أن تعمل أفران التدفئة ثنائية المراحل بكامل طاقتها ثم بنصف سرعتها (أو بسرعة منخفضة). وبحسب كمية الحرارة المطلوبة، يمكن تشغيلها بسرعة منخفضة في معظم الأوقات. تتميز هذه الأفران بأنها أكثر هدوءًا، وتدفع الهواء بسرعة أقل، وتحافظ بشكل أفضل على درجة الحرارة المطلوبة داخل المنزل.

يمكن للفرن المُعدِّل تعديل كمية الحرارة وسرعة الهواء بشكل شبه مستمر، تبعًا للحرارة المطلوبة ودرجة الحرارة الخارجية. وهذا يعني أنه يعمل فقط بالقدر اللازم، وبالتالي يوفر الطاقة.