Смена воздуха в каждой точке помещения происходит за счёт упорядоченных потоков воздуха, которые можно условно разделить на циркуляционные (внутренние замкнутые) и вентиляционные (замыкающиеся вне здания). В одних зонах бани воздух циркулирует или вентилируется чрезмерно быстро, а в застойных зонах — чересчур медленно. Именно циркуляция является тем самым фактором, который приводит к перемешиванию воздуха, в результате чего нежелательные примеси неизбежно распространяются по всем зонам бани (правда, со снижением концентраций). Удаление же примесей происходит лишь за счёт вентиляции.

Человек устроен так, что выдыхает воздух именно туда, откуда тотчас его и вдыхает. Поэтому очень важна не столько вентиляция всего помещения и даже не вентиляция места пребывания людей, сколько подача свежего воздуха именно в зону дыхания каждого конкретного человека около рта. Это может быть достигнуто либо естественной конвекцией (всплыванием) тёплого выдыхаемого с ускорением воздуха, либо перемешиванием воздуха за счёт циркуляции и вентиляции в помещении, либо движениями самого человека. Например, в современном автомобиле правильно сконструированная вентиляция не просто вентилирует кабину водителя, а подаёт свежий воздух непосредственно в зону дыхания к лицу неподвижно сидящего водителя.

Необходимую кратность вентиляции надёжней всего обеспечить механической (принудительной) вентиляцией, закладывая в проект приточные и вытяжные электрические агрегаты заданной производительности. Регулировка скорости вентиляции осуществляется при этом шиберами (задвижками, заслонками) на воздухозаборных и воздухоподающих воздуховодах. Для дачных бань применимы самые маленькие бытовые вентиляторы (оконные, кухонные), обеспечивающие при электрической мощности всего 20-50 Вт производительность по воздуху не менее 50 м3/час. Электрические бытовые вентиляторы уже давно широко доступны для населения, но многие модели работоспособны лишь в сухом холодном воздухе и, как следствие, пригодны только для подачи свежего воздуха в баню. Поэтому целесообразней применять специализированные вытяжные вентиляторы для влажного воздуха ванных и душевых комнат/

Гравитационные (свободноконвективные) движения воздуха — это всплывание горячего воздуха в среде холодного воздуха, а также утапливание холодного воздуха в среде горячего воздуха. Это происходит потому, что горячий (тёплый) воздух легче холодного.С другой стороны гравитационные движения воздуха (как и любые движения газа) возникают как перемещение (выталкивание) воздуха из зон повышенного давления в зоны пониженного давления, причём эти давления создаются естественными факторами — гравитационными силами (силами тяжести). При отсутствии перемещений воздуха давление воздуха (динамическое, совпадающее со статическим) равно весу воздушного столба, расположенного над рассматриваемой точкой. Так что давление воздуха в горячей бане у потолка (соединенного с атмосферой) равно давлению воздуха вне бани на том же высотном уровне, поскольку над горячей баней находится точно такой же атмосферный воздух, что и рядом с баней.

Вентиляция за счёт ветрового напора описывается упрощённым уравнением Бернулли рт = р + ρV²/2, где рт — давление торможения. Ветровой напор (рт - р) равен 0,6 Па при скорости ветра 1 м/сек (штиль); равен 15 Па при скорости ветра 10 м/сек (сильный ветер); равен 540 Па при скорости ветра 30 м/сек (ураган). Уравнение Бернулли означает, что идеальная (безвязкостная) жидкость (газ) может ускоряться (тормозиться) только за счёт снижения (повышения) своего статического давления. Так, при течении жидкости (газа) по трубе статическое давление в местах сужения уменьшается (поскольку увеличивается скорость), а затем при расширении трубы до прежнего диаметра возвращается на прежний уровень.

Для оценки эффективности вентиляции надо знать не только скорость подачи свежего воздуха в баню, но и траекторию распространения свежего воздуха внутри бани. При малых скоростях принудительного ввода холодный приточный воздух, как более тяжёлый, тонет в горячем воздухе бани, устремляясь ламинарными потоками вниз, растекаясь по полу и вытесняя горячий воздух вверх. С увеличением скорости ввода, приточный воздух образует дальнобойные струи, также устремляющиеся вниз, но перемешивающиеся с восходящими горячими потоками. При очень больших скоростях приточный воздух идёт «сквозняком» по потолку, не успевая перемешаться. Типичным случаем является охлаждение пола («дует по полу»), но наибольший интерес для вентиляции бань (а также и для печей) представляет дальнобойный ввод воздуха, имеющий место уже при перепадах давления 0,1 Па и при скоростях воздуха в проёме (0,3-0,5) м/сек.

Если рассматривать проблему широко, то следует говорить не о сушке, а о нормализации бани. Дело в том, что во время процедуры в сухих высокотемпературных саунах древесина порой вовсе не намокает, а, наоборот, пересушивается, а при охлаждении после окончания банной процедуры, вновь увлажняется из-за гигроскопичности. В паровых и влажных банях намокшую древесину надо сушить тоже отнюдь не до абсолютно сухого состояния, а до определённого уровня влажности с учётом возможных вредных последствий (коробления, растрескивания, гниения и т. п.).

Исходным моментом (первичным актом) испарения является явление газификации воды (парообразование). При этом вода, разлитая по эмалированной поверхности душевого поддона, или вода, впитавшаяся в глубь древесины, газифицируется точно так же, как вода, налитая в ванну или распределённая на коже человека. Наиболее быстрые молекулы воды, преодолевая энергетический барьер, равный скрытой теплоте испарения (конденсации) 539 ккал/кг, вылетают с поверхности компактной (жидкой) воды и могут безвозвратно удалиться (например, в вакууме), если их не заставят возвратиться назад в жидкость столкновения с молекулами в газовой фазе. Массовые скорости газификации воды могут быть очень большими — несколько килограммов в секунду с 1м² при температуре 40°С (то есть тонны воды в час с 1м² поверхности!) и возрастают с температурой экспоненциально (точнее, пропорционально d0(Т)1/2). Вместе с тем, давление водяных паров рп (а по существу концентрация молекул воды) у поверхности воды крайне мало, поскольку все молекулы воды тут же улетают от поверхности. При высоких скоростях газификации компактная вода, естественно, сильно охлаждается, поскольку из неё вылетают наиболее энергичные молекулы, и средняя энергия оставшихся молекул в воде (как раз и характеризующаяся понятием температуры) уменьшается. Это явление хорошо известно и широко используется, например, при сублимационной сушке, когда вода из-за охлаждения превращается в лёд.

Древесина является пористым материалом, а вследствие открытости пор способна (при отсутствии водоотталкивающей обработки) впитывать воду, поглощать влагу из воздуха и пропускать через себя водяной пар и воздух. Если древесина может увлажняться как компактной водой, так и водяным паром, то высушиваться (в отличие от непористых поверхностей) она может только путём удаления из неё водяных паров.

Сушка мокрых поверхностей по сути эквивалентна процессу испарения с поверхности компактной воды. Учитывая, что тепловой поток qисп, связанный с испарением или конденсацией, равен скорости испарения (конденсации), умноженной на теплоту испарения, нетрудно получить выражение для скорости испарения воды со свободной поверхности Gп(мг/м²•час) = (159+297.V)Δрп, где V — скорость движения воздуха в м/сек, Δрп — перепад парциального давления водяных паров в Па, равный разности парциальных давлений водяных паров непосредственно у мокрой поверхности и в воздухе бани. С другой стороны Gп(мг/м²•час) = 0,6Δрп/δ, где 0,6 мг/м²•час — паропроницаемость воздуха, δ(м) — толщина пограничного слоя, то есть характерное расстояние, на котором реализуется перепад парциального давления Δрп вблизи поверхности. Сопоставляя эти соотношения, можно заключить, что толщина пограничного слоя в отсутствие движений воздуха составляет 4 мм, а при скорости движения воздуха 1 м/сек сокращается до 1,3 мм. Иными словами, когда мы говорили в предыдущем разделе о «сдуве» с поверхности воды газифицировавшихся молекул воды потоком обдувающего воздуха, то фактически имели в виду, что сухой воздух при обдуве мокрой поверхности (в том числе и кожи, и пола) всё больше «приближается» к поверхности испарения с увеличением скорости обдува. Это значит, что в зазорах (щелях, полостях) толщиной менее 4 мм сушка поверхностей будет усложнена.

Теория сушки древесины в порах по И.В. Кречетову включает три самостоятельных механизма. Во-первых, при высоких влажностях древесины (более 100%), когда есть поры, полностью заполненные водой (влагой), свободная влага движется как вода в трубе под действием сил тяжести (в крупных капиллярах), перепадов давления (в том числе водяного пара при температурах выше 100°С). Фактически вода газифицируется на поверхности древесины, и её потери на поверхности компенсируются подтеканием воды из глубины пор. Древесину высокой влажности можно сушить в какой-то степени даже протиранием (промакиванием) её поверхности мягкой хлопчатобумажной тканью, впитывающей влагу из крупных пор древесины.

В наиболее неблагоприятных условиях находятся массивные деревянные изделия (балки, лаги, столбы, стропила и т. п.), расположенные в плохо проветриваемых условиях. Например, проблемы в банях возникают с балками протекающих полов. Если в элитных представительских банях вопрос с сушкой подполья можно решить с помощью электровоздухонагревателей, то в рядовых любительских банях единственным фактором эффективного высушивания остаётся продуваемость подполья наружным атмосферным воздухом. И именно в этом вопросе дачники чаще всего делают упущения, ошибочно считая, что главное в подполье — отвести воду, а продуваемость подполья — вредный фактор, выхолаживающий банные полы. В действительности же всё наоборот: если подполье свободно продувается, то вода на земле и мокрый грунт не представляют никакой угрозы конструкциям полового перекрытия бани.

Выбор типа отопительного прибора обычно начинается с оценки необходимой мощности теплового источника. Такая оценка, как правило, производится в быту крайне ориентировочно, интуитивно (то есть на основе личного опыта или «мнения соседа»), на уровне житейских понятий «хватит», «достаточно», «маловато». Действительно, редко кто рассчитывает в деталях теплопотери будущей дачной постройки и теплоотдачу задумываемой печи. Только сауны заводского изготовления порой имеют хоть какие-нибудь паспортные характеристики, да и то с учётом многочисленных поправок с погрешностью порой в два-три раза. Чаще всего обеспеченные дачники принимают решение «с запасом», чтобы потом «не жалеть», то есть устанавливают печь наиболее крупного размера, которая бы «влезла и не очень мешала».

В предыдущем разделе мы оценили основные теплопотери при уже протопленной бане. Но ведь затапливают баню в холодном состоянии, и чтобы её нагреть, необходимы теплозатраты, которые также обеспечиваются отопительным прибором (печью). Учитывая теплоёмкости различных материалов, оценим, сколько надо тепла, чтобы прогреть 30 м² стен с условными уровнями теплозащиты А и В. Для удобства оценок теплозатраты представлены в единицах кВт•час. Если мощность теплового источника составляет, например, 1 кВт (уровень обычного бытового электрообогревателя), то «коробка» рассматриваемого размера, обитая изнутри утеплителем 40 мм и вагонкой 10 мм, нагреется за 10 часов. Во-первых, бросается в глаза весьма неожиданный результат: чем теплее здание из кирпича (или бруса), тем больше тепла требуется на его протопку. Действительно, чем толще стены, тем они более тёплые (в смысле малости кондуктивных потерь за счёт теплопроводности), но в то же время они более массивные и потому требуют больше тепла на первичный прогрев.

Ранее мы молчаливо предполагали, что вводимое в баню тепло тут же потребляется всей баней целиком, и вследствие этого все элементы бани нагреваются равномерно. Но ведь ясно, что ведро с водой закипит на плите через один час, а ведро с водой на полу (или даже на банном полке у потолка) не закипит никогда. То есть одни элементы бани прогреваются быстро и, может быть, чрезмерно, а другие — крайне недостаточно. Картину распределения тепла в бане определяет в первую очередь сама система отопления. Напомним, что системы отопления в самом общем случае состоят из следующих конструктивных элементов: — теплового источника (теплонагревателя, печи, котла и т. п.); — теплопроводов, перемещающих тепло, в том числе с помощью теплоносителей (дымовых газов, воздуха, воды, лучистого тепла и т. п.) от теплового источника к отопительным приборам; — отопительных приборов (теплообменников), передающих тепло в помещение (в воздух, в стены, в воду и т. п.).

Принцип аккумуляции тепла является определяющим для правильного понимания конструкций и древних бань, и ультрасовременных. Напомним, что тёплые (то есть с малыми тепловыми потерями в разогретом состоянии) бани могут энергетически мыслиться в следующих противоположных по теплоёмкости предельных вариантах. Во-первых, это особо высокотеплоёмкие бани (с высокотеплоёмкими стенами и печами), например, так называемые белые бревенчатые (рубленые) бани с цельнокирпичной печью. В таких банях либо вынужденно используют пар для эпизодического или периодического вывода тепла из массива печи (из каменки) для подогрева помещения, либо очень долго топят печь (днями и неделями), а потому используют (поддерживают при высокой температуре) постоянно. К этому классу относятся усадебные бани, термы, хаммамы, городские непрерывно работающие коммунальные бани. Характерной чертой всех этих бань является долгое остывание, в частности, устойчивость температурного (именно температурного, но не влажностного) режима при залповых проветриваниях.

Работать с горячей водой в древности не умели. Поэтому традиционными теплоаккумулирующими устройствами древнейших бань являлись всевозможные каменки — кучи (насыпи, засыпки, навалы, обваловки) камней: крупных окатаных валунов, окатаных среднего размера булыжников, крупных ломаных глыб, более мелких кусков, в том числе натурального гравия и искусственно долблёного щебня, вплоть до крошки и песка. В популярной литературе обычно различают каменки закрытые (располагаемые внутри печи) и открытые (располагаемые вне печи). Понятие закрытых каменок относится преимущественно к цельнокирпичным печам и означает, что камни расположены в атмосфере дымовых газов печи (в топке, в дымовой трубе или её расширении) так, чтобы пламя и дымовые газы нагревали слой камней. Такие каменки могут быть использованы лишь после протопки печи и поэтому называются иногда в банном деле более научно — каменками периодического (эпизодического) действия. Понятие открытых каменок относится к печам более современным, имеющими металлические теплопередающие поверхности — жаровые плиты или разного рода контейнеры для нагрева камней.

Дрова всё ещё остаются основным видом топлива для дачных бань, а в любительских банях являются непременным элементом антуража. Дрова достаточно экологичны: в отличие от каменного угля и нефти древесина при сжигании не образует сернистых соединений, но по сравнению с газом, дрова дают много дымовых выбросов, особенно при растопке. Требования к качеству дров для отопления стандартизованы по ГОСТ 3243-88. Однако для бань требования более жёсткие. По крайней мере, в чёрных банях выбор дров всегда имел определяющее значение. Дрова должны были быть малосмолистыми — из древесины лиственных пород — ольхи, берёзы, осины, дуба, липы (чтобы поменьше дымили), тщательно высушенными (чтобы не дымили, не давали больших языков пламени и оставляли большое количество углей), достаточно крупными (чтобы равномерно прогревали, оставляли большое количество углей), и во всяком случае не хворост (сушёные ветки), не дровяные отходы по ГОСТ 23827-79 и не тонкомер (горбыль) ГОСТ 18288-87. Лучше всего подходит для чёрных бань предварительно заготовленный крупнокусковой древесный уголь (или породы древесины для пиролиза и углежжения по ГОСТ 24260-80). 

Древесина представляет собой очень неоднородное по своему составу и пространственной структуре образование. Располагаясь между корой и сердцевиной, древесина прирастает, утолщая ствол, из так называемого камбия — особой образовательной ткани, очень тонкой, не видимой глазом, располагаемой между древесиной и лубом (корой). В камбии путём деления клеток рождаются новые живые, сильно удлинённые вдоль ствола, клетки (прозенхимные, то есть волокноподобные) длиной в среднем 3,5 мм и толщиной 0,05 мм у сосны и длиной 1,2 мм и толщиной 0,02 мм у берёзы. Эти клетки содержат (как и все клетки растений) внутри себя жидкую цитоплазму с ядрами, вакуолями, митохондриями, хлоропластами и т. д. 

Элементный химический состав абсолютно сухой древесины всех пород практически одинаков: углерод 49-50%, кислород 42-44%, водород 6-7%, азот 0,1-0,7%, неорганическая часть 0,1-2% (зола, состоящая из окислов калия, кальция, натрия, магния, кремния и т. п.). В абсолютно сухой древесине содержится 39-58% целлюлозы, 17-34% лигнина, 15-38% гемицеллюлозы и до нескольких процентов восков, смол, таннинов, жиров, эфирных масел. Плотность древесного вещества (материала абсолютно сухих клеточных стенок) не зависит от породы и равна 1530 кг/м³. В то же время плотность абсолютно сухой древесины из-за наличия внутриклеточных пустот колеблется для разных пород в широких пределах от 100 кг/м³ (бальса) до 1300 кг/м³ (гваякум). Теплота сгорания абсолютно сухой древесины всех пород одинакова и составляет 4500 ккал/кг = 18800 кДж/кг = 5,2 кВт•час/кг. Это значение соответствует присутствию воды в продуктах сгорания в виде водяных паров. Именно это значение используется во всех энергетических расчётах печей, поскольку водяные пары в топливнике и дымоходах никогда не конденсируются. Если же водяные пары в дымовых газах всё же сконденсировать, то теплота сгорания повысится до 4700-4900 ккал/кг, то есть на 4-8%. Этот процесс реализуется в ультрасовременных, так называемых «конденсирующих» теплогенераторах (см. далее рис. 102в), полностью охлаждающих дымовые газы с конденсацией водяных паров и полезно использующих дополнительно снимаемое тепло. Тяга теплогенератора при этом уже не может создаваться дымовой трубой и обеспечивается электрическим вытяжным вентилятором. Коэффициент полезного действия конденсирующих теплогенераторов может достигать 106-108% (считая за 100% идеальный теплогенератор без конденсации пара и без охлаждения дымовых газов).

Воспламенение и горение древесины есть следствие её нагрева до высоких температур в воздухе. В холодном состоянии древесина воздухом не окисляется. При нагреве древесина термически разрушается с образованием легкогорючих веществ, которые могут воспламеняться и поддерживать дальнейшее горение древесины. Поэтому для правильного понимания процессов горения необходимо знать как термически разрушается древесина. Первичное термическое разрушение древесины происходит внутри полена, а значит без доступа воздуха (ввиду слабой газопроницаемости древесины). Термическое разрушение древесины в инертной среде (без доступа кислорода воздуха или иных окислителей) называется термической деструкцией, термическим разложением или пиролизом. В дальнейшем мы будем для краткости пользоваться термином «пиролиз», хотя сразу оговоримся, что «pyr» по-гречески означает огонь, и поэтому точнее было бы понимать под термином «пиролиз» разрушение в огне (то есть при горении в кислороде), а не разрушение в инертном газе. Так, например, в лесоведении «пирологией» называют науку о лесных пожарах и и вызываемых ими изменениях в лесу.

Образующиеся при пиролизе древесины угли и горючие газы сгорают на воздухе по-разному, причём и горючие газы сгорают по-разному в зависимости от того, смешаны ли они с воздухом предварительно в горючую смесь (гомогенные пламена) или не смешаны или частично смешаны (гетерогенные диффузные пламена). Метан через жиклёр 1 подаётся в модельную горелку 2, где струйно смешивается с подсасываемым через отверстия 3 «первичным» воздухом, а затем сгорает во «вторичном» воздухе над горелкой в виде известного голубого прозрачного пламени 4 (рис. 93). Процесс горения является самоподдерживающимся процессом: в зону пламени 4 поступает метан изнутри, а кислород воздуха снаружи. Метан в смеси с подмешанным воздухом сначала прогревается за счёт теплопроводности от фронта горения, затем начинает термически разлагаться (как при пиролизе). Образующиеся активные радикалы при наличии кислорода тотчас вступают в первичные реакции окисления (с выделением тепла СН₄+О₂→CH₂+H₂+O₂→CO*+ H₂O +H₂ и т. д.), а затем всё это догорает во внешнем («вторичном») воздухе 10.

Для простейшего качественного анализа возьмём деревянную дощечку и положим её плашмя на тлеющие угли очага. Ясно, что доска должна нагреваться снизу, а значит и дрова в кострах и в печах вспыхивают и горят снизу. Поминутно перевёртывая дощечку для осмотра нагревающейся стороной вверх, можно заметить, что сначала обугливаются и начинают тлеть заусеницы (ворсинки) на поверхности доски 3. Поэтому для облегчения загорания дров, перед растопкой на поленьях иногда делают топором крупные насечки (заусенцы, заструги). И наоборот, для предотвращения преждевременного воспламенения, доски обжигают паяльной лампой (газовой горелкой, факелом, лучиной) для удаления ворсистости поверхности древесины, например, на потолке курной бани.

Понятие «печи» в современном русском языке стало не вполне определённым (так же как и понятие «бани»). Так, в древности под печью понимали (в отличие от костра) не просто огонь, а то тепло, которое сохранялось в камне (кирпичах, глине) после прогорания огня. Русская печь грела и пекла не во время горения огня, а после. Печёная еда — это не жаренная на огне или углях и не варёная в кастрюле на кухонной плите, а приготовленная при помощи лучистого тепла от раскалённого свода печи. Фактически можно сказать, что и в чёрной бане люди «пекутся» на «вольном жаре» от раскалённых валунов, стен и потолков.

Простейшим обогревающим устройством является костёр, представляющий собой совокупность двух или более поленьев, греющих друг друга. Костёр является величайшим изобретением человечества. Чёрные (курные) бани — это фактически сочетание костра и воды. Пустоты между поленьями костра практически представляют собой множество микротопок с горящими деревянными «стенками». Скорость горения «стенок» может целенаправленно изменяться подбором размера и порядком укладки поленьев, их шуровкой, увлажнением, продувкой воздуха и т. п. В этом отличие костров от лесных и бытовых пожаров, которые «управляемы» весьма условно (в части тушения). Но, конечно, теория локальных костров лежит в основе теории распространяющихся пожаров. Первичными отличиями костра от полена являются: во-первых, возможность подогрева поленьев (для сушки, воспламенения и горения) другими уже горящими поленьями и во-вторых, возможно затруднённый доступ кислорода к месту горения. Если воздух подавать во все промежутки между поленьями в достаточном количестве, то пламя костра низкое (сосредоточено в закладке дров). Но если воздуха в закладке дров не хватает, то летучие продукты пиролиза вырываются из межполенных промежутков и догорают над костром в виде «столба огня».

Теория топочных процессов включает вопросы газодинамики струй и течений, кинетики химических реакций горения, теплообмена с поверхностями топки и каналов (Г.Ф. Кнорре, Топочные процессы, М.; Л.: Госэнергоиздат, 1959 г.; М.А. Глинков, Основы общей теории печей, М.: Металлургиздат, 1962 г.). Многочисленность факторов делает оптимизацию топок весьма сложной задачей даже для специалистов. Настоящая книга не ставит задач по анализу и систематизации тех миллиардов различных конкретных конструкций печных устройств, которые были разработаны человечеством в ходе эволюции, тем более, что толковому печнику психологически и технически проще придумать сотню новых конструкций, чем довести одну единственную (А.И. Рязанкин, Секреты печного мастерства, М.: Народное творчество , 2004 г.). Мы остановимся только на одном, но самом главном, с нашей точки зрения, моменте: взаимосвязи процесса горения каждого индивидуального полена с процессами работы всей печи в целом.

Тепло, выделившееся в результате химической реакции горения дров, разделяется в печи на две части: на «полезное» тепло, идущее на нагрев помещения (стен, потолка, пола, воздуха, людей, самой печи и т. п.), и на тепло, безвозвратно и «бесполезно» выброшенное из дымовой трубы в атмосферу. Слово «бесполезно» поставлено в кавычки из-за того, что наряду с действительной невозможностью использования тепла дыма, выброшенного в атмосферу, для нагрева помещения, тем не менее, тепло дыма было полезно и необходимо, поскольку именно это тепло создавало тягу в трубе для подачи воздуха в печь. Бывает так, что «тепловая» цена за тягу оказывается несуразно высокой, и дачник пытается снизить эту цену. При этом у дачника фактически только два пути: снижать температуру выбрасываемых дымовых газов или снижать массовый расход дымовых газов (при одной и той же скорости горения дров). Исторически на этапе перехода от открытых очагов через камины к печам снижался массовый расход дымовых газов (или, что одно и то же, расход подаваемого воздуха). На этапе перехода к многооборотным печам снижалась температура выбрасываемых дымовых газов. Сейчас, на этапе перехода к герметичным металлическим печам, стремятся ещё больше снизить массовый расход дымовых газов.

Часто в быту полагают, что дымовая труба нужна в печи только для того (или прежде всего для того), чтобы выводить из печи дым так, чтобы он не попал в помещение. Но ведь печь — это не устройство для производства дыма, а аппарат для выработки тепла. Так что сам по себе дым в печи — это вторичный и второстепенный фактор-следствие. Главное в печи — это то, что в ней горят дрова. И труба нужна печи в первую очередь для того, чтобы побуждать (создавать) в печи непрерывное течение газов (свежего воздуха, подводящего кислород к зоне горения, и дымовых газов, отводящих из зоны горения продукты сгорания). Причем, продукты сгорания — это самое полезное в печи, поскольку именно они содержат то тепло, ради которого и жгут дрова. Но охлаждённые (после отбора тепла) продукты сгорания (дымовые газы) конечно лучше выводить за пределы бани, минуя помещение, но уже только в целях улучшения санитарно-гигиенической обстановки.

Как мы уже убедились, аэродинамика топок отличается от аэродинамики дымовых каналов, причём не только из-за того, что в топке «горит огонь», но и из-за того, что топки являются не каналами (трубами), а полостями (сосудами, объёмными элементами печи). В этом разделе мы начнем рассматривать особенности подобных полостей в печах (то есть существенных расширений дымовых каналов), движения газа в которых порой заранее не может предсказать даже опытный печник. Одно дело, когда дым движется единым потоком по трубе постоянного малого сечения, когда картина одномерная и знакомая всем «по водопроводному шлангу». Но стоит только этот шланг бросить концом в заполненную водой бочку, то сразу станет ясным, что картина потоков в бочке может быть намного более сложной, чем в шланге.Сейчас трудно представить себе, что еще во времена Петра Великого никто в мире не знал, что такое воздух и что такое дым. Только при Екатерине Великой люди «догадались», почему дым поднимается вверх — мол существует некая субстанция «флогистон» (огненная материя с отрицательным! весом), якобы содержащаяся во всех горючих веществах. В 1783 году братья Монгольфье впервые наполнили флогистоном воздушный шар (аэростат), и этот воздушный шар действительно оторвался от земли. И хотя толпы людей видели, как флогистон поднял вверх воздушный шар, тем не менее, впоследствии оказалось, что флогистона в природе не существует вообще.

Ещё при жизни Грум-Гржимайло было доказано, что в реальных печах «свободного движения газов» практически никогда не бывает. Это объясняется тем, что печи состоят не только из полостей (колпаков), но и из дымовых каналов весьма ограниченного проходного сечения. Такие каналы, как правило, «захлёбываются», и движения газов в печах начинают целиком определяться влиянием дымовой трубы. Чтобы популярно пояснить суть реальных явлений и устранить многие недосказанности, «расширим» простейшую гидравлическую модель печей до некой «супергидравлической модели». Как и ранее, для наглядности будем проводить известные аналогии между течениями воды и течениями газов. А именно, будем использовать тот очевидный факт, что легкий горячий газ всплывает в тяжелом холодном газе в принципе точно также (аналогично), как тяжелая вода падает в легком воздухе. Подобная аналогия, конечно же, крайне условна — ясно, например, что вода падает с утоньшением струи (и не увлекая окружающий воздух), а горячий дым от костра поднимается с утолщением струи ( увлекая за собой громадные количества окружающего воздуха). Тем не менее, такая аналогия позволяет прогнозировать принципы движения легких (именно легких!) дымовых газов методом «переворачивания вверх ногами» знакомых всем с детства водных течений.