История создания и виды каминов
Камины из года в год становятся все более популярными в нашей стране. Предком камина был обыкновенный открытый очаг, служивший не только для отопления жилища, но и для приготовления пищи. Вокруг очага складывали камни, "оправу" для огня, а газы, образующиеся в результате горения, выходили в атмосферу через специальное отверстие в крыше. Со временем стали применять специальные колпаки, через которые отводился из помещения дым. Размеры первых каминов были таковы, что над ними можно было подвесить котел для приготовления пищи или вертела для жаренья тушек дичи и домашних животных. Такие камины до наших дней сохранились в старинных замках. Например, камин, сохранившийся в старинном аббатстве Мон-Сен-Мишель во Франции, своими размерами напоминает комнату, и до сих пор поражает современников своим величием. Кроме того, камин часто служил оборудованием в домашней мастерской ремесленника. При помощи огня камина выливали свечи или красили ткани. Часто камин применяли для копчения мяса, а золу и сажу использовали в мыловаренном производстве. Средневековый камин представлял собой выложенный из кирпича топливник, опирающийся на украшенные резьбой колонны. Нередко они были выполнены в виде человеческих фигур.
За столетия своего существования внешний вид и конструкция камина подверглись существенным изменениям. Камин переместили к стене. Следующим шагом в его развитии стало слияние топки и дымохода со стеной. Появились изощренные, динамичные формы каминов, соответствующие той или иной стилевой эпохе. В эпоху Ренессанса иногда строили камины "машероне" - гротескное изображение лица с широко открытым ртом. Этот тип камина трансформировался впоследствии в камин-скульптуру с обтекаемыми формами из гнутых медных листов. В VIII веке графом фон Румфорд был впервые сконструирован камин, отражающий в помещение значительную часть тепла. Конструкция этого камина отличалась небольшой топкой и отражающей тепло задней стенкой. Несмотря на все ухищрения, КПД камина оставался очень низок по сравнению с печами, поэтому его все больше стали использовать как декоративный элемент интерьера, а зону у его открытого огня - для отдыха и проведения досуга. Архитектурное творчество каминов достигло своей вершины, когда в конце XVIII и в начале XIX века английские архитекторы Р. Адам и Д. Стоун построили камин с квадратными пропорциями топки. Такой тип каминов до сих пор именуют "английским". Популярности каминов в наше время способствует притягательная сила открытого огня. Работающий камин хорошо проветривает помещение, что особенно важно для поддержания в нем здорового климата.
Камин становится неотъемлемой частью усадебного дома или садового домика. Ценность камина возрастает, когда после длительного отсутствия в сырую холодную погоду нужно быстро прогреть жилище. Благодаря лучистой энергии открытого огня камин быстро прогревает помещение, создавая уют и комфорт.
Камин является одной из разновидностей печи. Рассмотрим основные приемы и методы построения каминов, их теплотехнические характеристики и особенности этого уникального обогревательного оборудования.
Коэффициент полезного действия (КПД) камина
Камин способен очень быстро прогреть лучистой энергией огня помещение, но аккумулировать тепло он не может. Быстрый и эффективный прогрев помещения происходит благодаря наличию открытого неглубокого топливника и отсутствию дымооборотов. Таким образом в зону горения топлива поступает большое количество воздуха, способствующего интенсивному горению. Такое количество воздуха, поступающего в топливник, значительно снижает температуру отходящих газов, уменьшая тягу в камине. Для улучшения тяги в камине не устраивают дымооборотов, а дымовую трубу стараются делать как можно ровнее, без большого количества поворотов. Такое выполнение трубы значительно снижает КПД камина, который во многих случаях не превышает 10-15. По мере выгорания топлива тепло прекращает поступать в помещение, которое быстро остывает. Существует множество конструкций каминов, которые в процессе совершенствования меняют свой внешний вид, габариты, отделку и теплотехнические характеристики. Для этого, в топках каминов устанавливают различные перегородки, регулирующие количество поступающего воздуха, меняется глубина и габариты топочного пространства. Все эти усовершенствования направлены на увеличение КПД камина, его эффективность и совершенствование дизайна.
Применяя различные приспособления: дымовой зуб, принудительные дымососы, дефлекторы и т.д., иногда увеличивают КПД камина до 20-25%. На современном рынке появились камины зарубежного производства, позволяющие регулировать тягу. Топливник таких каминов закрывается огнеупорным кварцевым стеклом. Благодаря наличию специальных приспособлений такие камины могут иметь КПД до 80. Современные камины являются дополнением к центральному отоплению или отопительной печи. Для рядового потребителя самым приемлемым вариантом увеличения КПД камина является строительство печи-камина, которая совмещает в себе одновременно функции печи: накопление тепла, и камина: быстрый прогрев помещения.
На КПД камина влияют и другие факторы, например, высота дымохода, место его расположения, пропорции отдельных элементов камина. Так, если чело топки увеличено, а сечение дымохода слишком маленькое, то в топке скапливается большое количество газов. Такой камин дымит, загрязняется и становится пожароопасным. При слишком высокой или низкой трубе могут нарушиться условия тяги, что немедленно скажется на КПД камина. Неправильное положение задней стенки топливника оказывает влияние на количество отраженной ею лучистой энергии, и, следовательно, снизит КПД камина.
Совершенствование каминов
Попытки совершенствования каминов продолжаются уже несколько столетий. Они направлены на более эффективное использование тепла газов, полученных при сгорании топлива. Так, еще в VII веке был построен камин, который снабжался встроенным калорифером. В результате дальнейших поисков камины стали снабжать дымооборотами, превращая их в камины-печи. В качестве дымооборотов вначале применяли металлические трубы, заключенные в канал. Воздух, поднимаясь вдоль раскаленной трубы, нагревается и через душник отводится в помещение. Затем дымообороты стали делать кирпичными. В таких каминах продукты сгорания проходят по газоходам, а затем из нижней их части выходят в дымовую трубу. Это стало приближать камины к печам, и в результате некоторых усовершенствований привело к созданию современных каминов-печей.
Экономичность работы каминов и тепловых печей характеризуется коэффициентом полезного действия. КПД любого теплового аппарата, который определяется из теплового баланса, т. е. равенства между теплотой, образовавшейся при сжигании топлива, и расходом этой теплоты на полезный обогрев.
Нестационарные камины
Камины бывают нестационарные, переносные и стационарные.
Нестационарные камины изготовляют из металла. Они наиболее эффективны как временный источник тепла, потому что с помощью такого камина можно быстро поднять температуру в помещении и поддерживать ее на необходимом уровне при незначительном расходе топлива. Эти камины работают по принципу всем известной "буржуйки". Они особенно уместны на дачах, где часто возникает потребность в быстром обогреве помещения.
Соорудить такой камин несложно. Для этого используют листовую кровельную сталь, которую соединяют кровельным методом "в замок". Однако камины из кровельной стали недолговечны и быстро прогорают. Камин из 2-3-х миллиметровой стали более долговечен, но соединение металлических деталей следует выполнять при помощи электродуговой сварки, что предусматривает наличие специального оборудования. Лучше всего такие камины изготавливать в специализированных слесарных мастерских, имеющих оборудование для резки и сварки стальных элементов. Для повышения долговечности металлического камина его топливник облицовывают изнутри жароупорным кирпичом.
Стационарные камины
Стационарные камины условно подразделяют на три основных типа. Встроенные в каменную стену, так называемые закрытые, полуоткрытые или пристроенные к стене и отдельно стоящие, островные, камины.
Закрытые камины устраивают в массиве стены, заглубляя в нее топливник и дымоходы. Устанавливать такие камины можно только в строящемся доме одновременно с кирпичной кладкой стен. Такие камины практически не занимают полезной площади помещения, что особенно ценно в дачных домиках, площадь которых невелика.
Прислоненные, полуоткрытые камины, не занимают много места, а их дымоходы могут располагаться как в массиве стены, так и вне ее пределов. Топливник такого камина обычно выступает за пределы стены на некоторое расстояние. Такой камин занимает больше места, чем встроенный, но зато его можно сооружать в уже обжитом доме. При подключении такого камина выше печных задвижек, камином и печью можно пользоваться независимо друг от друга - порознь или одновременно. При размещении такого камина в углу помещения тепло поступает только из открытого топочного пространства, так как остальные его стороны прикрыты стенами. В том случае, если камин прислонен к одной стене, то теплоотдача в помещение происходит от двух сторон топливника и его открытой зоны горения.
Открытые камины
Открытые камины располагают в любом месте комнаты и доступ ко всем его четырем сторонам свободен. Тепло в помещение поступает со всех четырех сторон, а влияние такого камина на дизайн комнаты значителен. Эти камины занимают много полезной площади квартиры, и устанавливать их следует с соблюдением мер противопожарной безопасности. Лучше всего открытые камины устанавливать на площадке, приподнятой над полом примерно на 30-35 см. Над ними подвешивают на специальных пружинах или цепях дымосборник и дымоход.
Классификация по способу теплоотдачи
Камины условно различают по способу теплоотдачи. Камин может отдавать свое тепло за счет чистого излучения, так называемый старогерманский тип каминов. Эффект излучения в таких каминах стараются усилить за счет наклона задней и боковых стенок. Кроме этого, камин может отдавать тепло и конвективным методом, нагревая воздух за счет его естественной циркуляции во внутреннем пространстве кожуха. Для этого боковые и задняя стенки делаются двойными, с воздушной прослойкой.
Декоративные камины
Декоративные камины не вырабатывают тепла и служат лишь украшением интерьера. Их устанавливают в случае отсутствия технической возможности устройства дымохода. Чаще всего это происходит в домах многоэтажной застройки, конструкция которых не предусматривает дымоходов. Горение пламени в таких каминах имитируют электрическим освещением, подсвечивая дрова лампой накаливания. Для строительства таких каминов не требуется наличие огнестойких материалов.
Для того чтобы не сооружать фундамент под декоративный камин, его обычно устанавливают на деревянном каркасе и прикрепляют к стене. Обшивку камина выполняют из древесноволокнистых или древесностружечных плит, своей окраской имитирующих кирпич или природный камень. Лампочку накаливания окрашивают в красный цвет термостойким лаком и обкладывают ее дровами. Таким образом, при включенной лампочке создается иллюзия горения.
"Дворовые камины"
"Дворовые камины" - это условное название каминов, установленных вне пределов помещения. Обычно их устанавливают на верандах, террасах или просто под открытым небом, в местах, где любят собираться на отдых члены семьи. Как правило, это отдельно стоящие камины, не имеющие никакой связи со строениями усадебного дома или дачи. Вариантов построения таких каминов очень много, а их конструкция зависит от фантазии изготовителя. При их построении обычно не беспокоятся о КПД, важными в данном случае являются декоративные свойства каминов и тепло лучистой энергии открытого огня.
Размещение камина
Камины размещают в помещениях, объем которых обеспечивает достаточное для горения количество поступающего воздуха. Исходя из этого не рекомендуют ставить камины в комнатах площадью менее 20 м2. В случае размещения камина в малых комнатах следует позаботиться о дополнительном притоке воздуха в зону горения. В любом случае камин следует оградить от сквозняков и переохлаждения. Размещению камина следует уделить особое внимание: от композиции камина, его расположения всегда зависит архитектурное решение интерьера. Существует несколько способов расположения камина в комнате относительно стен, которые обеспечивают достаточный уровень комфорта. Размещают камин в помещении в местах наиболее удобных для его установки. При этом возле камина должно быть достаточно места для организации отдыха всей семьи или друзей. Не следует размещать камин в местах прохода людей, где он будет служить помехой. Вдоль стенки камин лучше ставить таким образом, чтобы по его краям оставалось не менее одного метра свободной стенки. Это даст возможность разместить с наибольшим комфортом максимальное количество людей, которые будут пользоваться лучистой энергией огня и наблюдать за процессом горения. Последний фактор тоже играет немаловажную роль. При установке пристенного камина его функциональную часть иногда скрывают фальш-стенкой, что требует дополнительной площади.
Схемы расположения каминов
Проблема размещения камина существует с момента его изобретения. Казалось бы, целесообразно было бы размещать камин у наиболее холодной наружной стенки. В этом случае дымовой канал приходится устанавливать в наружной стене, что влечет за собой сильное охлаждение дымовых газов. При этом происходят значительные потери тепла, ухудшается тяга камина и появляется угроза оседания конденсата. Для борьбы с конденсатом придется выполнить теплозащитные меры, которые значительно повлияют на себестоимость камина. Тем не менее, размещение камина у наружной стены имеет ряд преимуществ, так как этом случае конвекционные потоки воздуха равномерно распределяются в помещении. Вдоль пола к наружной стене будут двигаться уже согретые воздушные потоки, что в значительной мере повышает комфортность. Размещение камина у внутренних стен не требует дополнительного утепления дымохода, но зато холодные потоки воздуха, движущиеся по полу в сторону камина, вызывают ощущение дискомфорта. Этого недостатка лишен камин-очаг, расположенный в центре комнаты, но такой камин занимает много места, и требует дополнительных конструкций для закрепления дымосборника и дымохода.
Не следует устанавливать камин между дверными или оконными проемами. В этих местах тяга камина может ухудшаться и камин будет дымить. Во всех случаях установки камина следует стремиться к тому, чтобы его портал был обращен к центру комнаты.
Местом размещения камина может служить и терраса. Существуют варианты установки камина в саду, беседке или других местах усадебного участка. Существенным недостатком наружных каминов является то, что ими нельзя пользоваться в холодную пору года, во время грозы и сильных ветров. Камин, установленный на веранде, может быть встроенным, пристроенным и отдельно стоящим. Место для его установки выбирают так, чтобы, сидя у камина, отдыхающие были обращены лицом преимущественно к наружному пространству: в сторону сада, двора, красивого ландшафта. Встраивать такой камин можно в наружную стену дома, обращенную в сторону террасы, сада или двора.
Единственным ограничением в выборе места для установки камина может быть только повышенная пожарная опасность, или помеха в передвижении людей и транспорта. При сооружении наружных каминов приходится учитывать фактор ветра. Ветер, дующий в топку камина, меняет его тягу, и может привести к появлению дыма. Иногда при сооружении наружных каминов часто приходится строить защитные стенки.
Топливники каминов
По внешнему виду топливника камины разделяют на открытые и закрытые. От вида топливника во многом зависит КПД камина. Основным достоинством камина с открытым топливником является открытое пламя очага. Камины с закрытым топливником относятся к оборудованию нового поколения, и их КПД может достигать 75-80%. В основном это камины зарубежного производства, поступающие на отечественный рынок в виде готовых блоков. Установка таких каминов не представляет особой трудности, и осуществляется в строгом соответствии с инструкцией изготовителя.
Открытые топливники
Открытая топка представляет собой обычную нишу из огнеупорного кирпича или керамических блоков. Условно открытые топливники можно разделить на три вида. Топливник, открытый с одной стороны, представляет привычную форму камина независимо от его расположения. Пламя такого камина доступно только с одной стороны. Топливник, открытый с двух сторон, так называемый камин с угловой топкой, открывает доступ к пламени с двух сторон. Через такой камин проходит обычно очень много воздуха, поэтому они устанавливаются в помещениях большого объема. Камины, топливник которых открыт с трех сторон, совмещают в себе два камина: прислоненного и открытого. Задняя часть такого камина прислонена к стене, что дает возможность подключаться к стенному дымоходу, и в тоже время доступ к пламени осуществляется с трех сторон.
Отличительной чертой каминов с открытыми топливниками является обогревательная способность открытого огня при этом КПД такого камина составляет 5-20%. Такие значения КПД обусловлены тем, что камин работает при свободном доступе воздуха, поэтому сечение дымовой трубы делают достаточно большим. Кроме того, облицовка топливника огнеупорным кирпичом снижает его отражательную способность, так как кирпич является довольно теплоемким материалом и отдает тепло гораздо хуже, чем металлические поверхности. В этом случае, если боковые стенки сделать не прямыми, а расположить под углом с сужением к задней стенке, то тепло будет отражаться не только от задней стенки, но и от боковых. Заднюю стенку устанавливают с наклоном вперед, начиная приблизительно с одной трети высоты, что значительно повышает ее отражательную способность. Этого можно также достичь, если стенки облицовывать металлическими, лучше чугунными, плитами. Выполнив дымосборник и привод к дымоходу из металла, можно повысить теплоотдачу кирпичного открытого топливника. В этом случае вокруг металлических частей выполняется полость и два отверстия, отдушины, одно вверху и одно внизу полости. Комнатный воздух поступает в нижнее отверстие, вытесняет более легкий теплый воздух, который выходит в помещение через верхнюю отдушину. Для более полного и качественного сгорания топлива в нижней части топливника лучше установить колосниковую решетку.
Усилиями конструкторов открытые топливники постоянно совершенствуются. Для этого применяются всевозможные усилители тепла или даже специальные чугунные открытые топки, значительно увеличивающие способность камина отдавать тепло.
Закрытые топливники
Закрытые топливники характерны для современных каминов заводского изготовления. Для выполнения такого топливника топку закрывают специальными дверками из огнестойкого кварцевого стекла, улучшая условия горения топлива. Закрытые топки повышают теплоотдачу за счет более рационального сгорания топлива.
Классификация каминов по виду излучения тепла
По виду излучения тепла камины подразделяются на: камины с односторонним, двухсторонним и трехсторонним излучением. Наиболее просты камины с односторонним излучением, отличающиеся простотой конструкции и достаточно хорошей теплоотдачей. Отдача тепла в таких каминах происходит от трех стенок топливника, которые для большего эффекта делают наклонными. Это наиболее часто встречающийся вид каминов.
Камины с двухсторонним и трехсторонним излучением тепла широкого применения не находят. Несмотря на то, что излучение тепла в таких каминах идет в двух или трех направлениях, эффективность их значительно снижается за счет уменьшения площади отражающих тепло поверхностей. Их используют, в основном, как декоративный элемент жилища, а не как обогревательное устройство.
Классификация по виду сжигаемого топлива
По виду сжигаемого топлива камины делят на те, что работают на твердом топливе и на газе. В качестве топлива для каминов чаще всего используют дрова. В зависимости от вида сжигаемых дров меняется характер пламени. Твердые породы древесины: дуб, клен и др., горят длинным спокойным пламенем, и долго сохраняют тепло. Сжигать такую древесину лучше при больших размерах топочного отверстия. Такие дрова трудно колоть и растапливать, но, разгоревшись, они горят долго и ровно, отдавая много тепла.
Мягкая древесина при сгорании дает много искр, поэтому следует применять защитные приспособления, чтобы искры не попали на мебель или любые другие сгораемые предметы. Древесина мягких пород дает большое количество сажи, оседающей на внутренних поверхностях камина и дымохода. Тепла при этом выделяется гораздо меньше, чем при сжигании твердых пород древесины. Хвойные породы древесины при горении выделяют приятный аромат от сгоревших смолистых веществ. Красивое пламя дают при сжигании пни. Иногда для придания пламени некоторых оттенков применяют средства для окрашивания. Обычная поваренная соль придает пламени интенсивную желтую окраску, хлорид меди - голубой и зеленый цвета. Добавки можно непосредственно засыпать в очаг, но лучше приготовить раствор и пропитать им дрова. Приятный аромат дают добавки древесины или сухих веток можжевельника, вишни, старой яблони.
По внешнему виду камины обычно не классифицируются. Однако существуют определенные различия между каминами, внешний вид которых отражает некоторые стилевые признаки. Так, английский, старогерманский и др. камины во внешнем виде и конструкциях имеют определенные признаки, присущие тому или иному народу. Обычно камины различают по конструкции портала или по материалам, из которых они изготовлены. К самым распространенным моделям относятся камины с прямоугольным или сводчатым топочным отверстием. Чаще всего их строят из кирпича или камня.
Принцип работы камина
Независимо от конструктивного решения принцип работы любого камина основан на преобразовании энергии в результате сгорания топлива и передаче тепла в помещение конвекционным способом. Процесс горения поддерживается за счет кислорода, поступающего вместе с воздухом в топливник камина. В результате этого боковые и задняя стенка топливника нагреваются от энергии пламени и излучают большое количество тепла. При этом значительная часть горячих газов уходит в трубу, снижая КПД камина. Для частичного использования этого тепла разработана конструкция камина, вырабатывающая теплый воздух. В таком камине холодные потоки засасываются, проходят в полости вокруг топки и, нагреваясь, выходят в помещение через специальные решетки.
В том случае, если циркуляционный камин снабдить стеклянной, из кварцевого стекла, дверкой с отверстиями, регулирующими поступление в зону горения количество воздуха, то тепло будет аккумулироваться в топливнике. В результате регулировки количества поступающего воздуха тяга в камине уменьшится, и снизятся потери тепла с уходящими в атмосферу газами. Циркуляционные потоки воздуха будут прогреваться сильнее, отдавая свое тепло в помещение. В результате этого теплопотери уменьшатся, а КПД камина возрастет.
Разработана конструкция "мокрой" отопительной системы камина, позволяющая эффективнее использовать выработанное тепло. Для этого в камин встраивают трубчатый. 25 котел, который представляет собой сварную конструкцию из жаростойких труб. Горизонтальные трубки такого котла берутся диаметром в два дюйма (50-52 мм), а вертикальные - одно-двухдюймовых (25-33 мм). Размеры котла должны соответствовать габаритам топливника и, лучше всего, если он будет иметь такую форму, которая позволит разместить котел по периметру топливника. В этом случае поверхность котла будет максимальной и степень нагрева значительно увеличивается. Такой котел, согревающий воду, подключается к системе водяного отопления, обогревающей соседнее помещение или даже целый дом. Кроме того, он может служить источником горячего водоснабжения для бытовых нужд. Наличие водяного котла может значительно повысить КПД камина. Источник: Dom4All
