Рекомендации по выбору камина

Разнообразие решений в мире каминов

В окружающем нас мире доминирует разнообразие форм, различных решений одних и тех же проблем в зависимости от потребностей и обстоятельств. Это также касается строительства и эксплуатации печей и каминов. В Польше появляется все больше хороших компаний, которые хотят и могут выполнить камин по индивидуальному плану, так, чтобы он действительно соответствовал нашим нуждам и желаниям. В настоящее время в Европе используется несколько техник строительства печей и каминов с учетом требуемого уровня рекуперации и передачи тепловой энергии, а также выделяется несколько основных печных и каминных систем в зависимости от их конструкции и применения. В этой статье я хочу рассказать вам о некоторых технических решениях и надеюсь, что после этого вам удастся найти идеальное сочетание техники и формы. Однако в самом начале я хочу обратить ваше внимание на три общих аспекта, связанных с функционированием отопительных печей и каминов. Первый – это мощность топки. Оставим в стороне заводские таблички и технические характеристики, которые указывают производители. Для нас более достоверным методом определения мощности будет расчет ее количества, получаемого от горения древесины, поскольку камера сама по себе не может быть источником киловатт, в отличие от помещенных туда дров. Из одного килограмма сухой выдержанной древесины модно получить около 4 кВт энергии. Принимая в расчет потери и максимально возможную отдачу энергии получаем около 3,2 кВт/кг. Чтобы определить реальную отопительную мощность нашей топки нам необходимо умножить количество древесины в камере топки на количество получаемой из нее тепловой энергии. К примеру, в средней по размеру каминной вставке помещается около 3 кг древесины. Это значит, что его тепловая мощность составляет примерно 9,6 кВт. Однако в процессе получения тепловой энергии также большое значение имеет процесс горения. Этот процесс будет наиболее эффективным, если мы позаботимся о правильном доступе к нему кислорода, так, чтобы древесина при высокой температуре сгорала чисто, оставляя после себя лишь небольшое количество золы и чистое окно. Такой идеальный процесс горения длиться от 1 до 2 часов, в зависимости от количества древесины в камере. Многие производители и установщики рекомендуют останавливать процесс горения путем ограничения доступа воздуха. Эти рекомендации продиктованы попытками увеличить эффективность камина как главного элемента простой системы (о чем мы расскажем чуть позже), однако в результате мы получаем явное снижение мощности при горении и закопченное стекло.

Второй аспект – это окно топки, которое как с эстетической, так и с технической точек зрения является ключевым элементом. Большинство из нас, думая о камине, представляет огромное панорамное окно и вид неукротимого пламени. Однако чаще всего мы не думаем о том, к чему приводит такой выбор. Через окно топки выходит значительная часть произведенной энергии – от 10 до 40%, а в случае вставок с двумя окнами, расположенными друг напротив друга, – эта цифра доходит до 60%! В результате очень часто энергии, которая уходит через окно, не хватает в другом месте, где она нужна гораздо больше. В небольших помещениях хорошо изолированных домов достаточно быстро происходит перегрев и, как следствие, начинается проветривание помещений, происходит потеря тепла и мы испытываем так называемый эффект «холодной спины». В случае печных топок часто ограничиваются размеры окна, все чаще используются двойные стекла для уменьшения тепловой эмиссии. Именно окно соединяет в себе абсолютно противоположные элементы эстетики и функциональности, ведь его размер обратно пропорционален тепловой эффективности системы. При выборе размера окна мы должны решить, что для нас важнее: декоративность или функциональность установки?

Третий из интересующих нас аспектов – это распределение энергии, произведенной в топке. Существуют три основных пути, по которым тепло из нашей топки поступает в окружающую среду. Я специально использовал слово «топка», а не печь или камин, потому что сейчас мы рассматриваем способы высвобождения энергии внутри печи, а не ее передачу дальше в помещения. Первый и самый быстрый путь – это окно в дверце топки, второй – это корпус нагревательной вставки, через который выходит примерно 35÷45% произведенной энергии, третий – это дополнительные нагревательные поверхности, благодаря которым мы можем рекуперировать значительное количество энергии. Без таких поверхностей они будут безвозвратно потеряны.
Выбор вставки, ее типа и мощности – это самый первый и очень важный шаг. Однако именно дополнительная нагревательная поверхность впоследствии будет определять характеристики нашей печи или камина. И здесь мы имеем довольно внушительный арсенал решений для конвекции, аккумуляции и нагрева воды.

Конвекция: система отопления, суть которой заключается в быстром обмене и прохождении воздуха через камеру камина. Ее преимущество – быстрая передача тепла от топки в помещение. В этом случае за относительно короткий промежуток времени мы получаем большое количество тепловой энергии. Для достижения такого эффекта необходимо использовать дополнительные металлические нагревательные поверхности, которые значительно увеличивают передачу тепла от продуктов сгорания, охлаждая их н пути от топки до входа в дымоход. Ключевую роль здесь играет поверхность. Такие конструкции предусматривают два варианта использования металлических радиаторов. Первый – это установка стального радиатора непосредственно на патрубке отвода продуктов сгорания. Наставные радиаторы просты и недороги в установке, не вызывают ненужного сопротивления и не требуют дополнительного обслуживания или ремонта. Чаще всего они используются в установках малой и средней мощностей. Второй вариант – это использование чугунных коробчатых радиаторов. Существует множество конфигураций этих устройств, но их общим преимуществом является очень большая площадь (до 2 м2), а также возможность одновременно использовать сразу несколько радиаторов. При их использовании можно получить огромное количество горячего воздуха. Этот тип радиаторов используется в каминах и печах со средней и высокой отопительной мощностью. Они провоцируют незначительное сопротивление тяги и нуждаются в периодическом техническом обслуживании вместе со всей отопительной установкой. Помните: независимо от того, предусматривает ли изначальная, заводская конструкция вставки возможность конвекционного отопления (стальные колпаки с трубчатыми теплообменниками) или нет, для увеличения количества получаемого тепла радиатор может использоваться всегда.

Аккумуляционный камин

Аккумуляция: система отопления, которая заключается в сохранении тепловой энергии и ее рациональной отдаче в течение определенного времени. Ее преимуществом является высокая производительность, постоянная температура в отапливаемом помещении и высокий уровень комфорта при использовании. В этом случае образовавшаяся в топке тепловая энергия задерживается и «поглощается» аккумуляционной массой, а затем высвобождается в течение нескольких (до двадцати) часов. Ключевую роль здесь играет масса установки. В зависимости от способа строительства и используемых материалов различают три возможные конструкции. Первый – это легкий тип конструкции, а именно наставная аккумуляционная масса. Она состоит из специальных шайб, которые устанавливаются на предварительно подготовленную каминную вставку. Их не нужно склеивать, поскольку они имеют пазы и закрепляются уплотнительными шнурами, гарантирующими их правильную эксплуатацию. Каждая шайба весит 20 кг и изготавливается из шамотного сплава со специальными добавками. Внутри каждая модульная шайба разделена на три камеры перегородкой в виде гребного винта, а сами шайбы в собранном виде образуют спираль, через которую продукты сгорания проходят из топки. Благодаря материалу и форме такая наставная аккумуляционная масса очень эффективна. Например, температура продуктов сгорания, которая в каминной топке средних размеров составляет 500 ÷ 600 °С, после прохождения через массу из 6-7 шайб, на входе в дымоход опускается примерно до 200 °C. Такая аккумуляционная масса сохраняет тепло от 6 до 12 часов, и благодаря этому мы можем устанавливать легкие и небольшие отопительные камины. Стоит отметить, что наставная масса не вызывает ненужного сопротивления и турбулентности, а эксплуатация такой установки не требует дополнительного технического обслуживания. Вторая конструкция – это полная, тяжелая аккумуляционная масса, более типичная для кафельной печи, но также встречающаяся и в современных отопительных каминах. Наиболее распространенный вариант – это строительство классических керамических каналов с прямоугольным сечением. Такие каналы выкладываются из общедоступных шамотных плит и кирпича. Инновация заключается в том, что при строительстве печей и каминов они выкладываются отдельно от топки и частично – от облицовки. Шамотный материал, который используется при строительстве традиционных аккумуляционных каналов, нагревается очень медленно и неравномерно, имеет высокую тепловую инерцию. Преимущество этого решения состоит в относительно низкой стоимости строительства. Конструкции такого типа вызывают значительное сопротивление потокам продуктов сгорания. Кроме того, при расчете длины каналов необходимо учитывать размеры топки, и, прежде всего, вакууметрическое давление в дымоходе. В среднем, в зависимости от количества сжигаемой древесины, их дина составляет от 3 до 5 м. Стоит отметить, что такие каналы подходят для регулярно отапливаемых домов, т.к. это обеспечивает стабильно высокую тягу в дымоходе. Классический аккумуляционные каналы необходимо периодически осматривать и чистить (примерно раз в два года) через специальные смотровые отверстия. В целом, строительство такой аккумуляционной массы оправдано, ведь при низких затратах она обеспечивает высокую степень рекуперации тепла и дарит удовольствие от использования кафельной печи или отопительного камина, продолжая обогревать пространство в течение многих часов после угасания огня в печи. Третий вариант, прообразом которого стал классический шамотный печной канал, - это готовые модульные керамические каналы (МКК, KMS). Эта система родилась благодаря многолетней практике строительства кафельных печей, использующих аккумуляционную массу, а также накопленному опыту и огромным знаниям в этой области. Его превосходство основывается на двух основополагающих моментах: такие каналы идеально проводят и оптимально сохраняют тепловую энергию, возникающую в результате горения. Секрет этой системы заключается в виде и плотности материала, из которого изготавливаются ее элементы. Фасонные элементы МКК производятся из материалов с высоким содержанием силиката алюминия и карбоната кремния, которые прессуются под давлением и обжигаются при температуре 1150 °C. Плотность этого материала составляет 2,6 кг/дм3. Именно благодаря такой высокой плотности материала поглощающая способность системы МКК в два раза лучше, чем у шамотных каналов. Кроме того, они легко передают тепло от одного элемента другому, в результате чего за относительно короткое время конструкция по всей длине приобретает одинаковую температуру. Благодаря тому, что все элементы идеально подобраны, аккумуляционная масса монтируется очень легко и быстро. Отдельные элементы соединяются при помощи специального термостойкого и кислотостойкого клея. Следует отметить, что все элементы системы имеют внутри округлую форму и не вызывают сильные сопротивления (0,4 Па/м), в результате чего на них не оседает сажа и исключается обратная тяга продуктов сгорания во время подкладывания дров или розжига. Сам КПД дымохода, хоть и важен для всей установки, не влияет на возможность строительства керамической модульной аккумуляционной системы. В отличие от традиционной конструкции, размер аккумуляционной массы в системе МКК довольно легко рассчитать. В зависимости от назначения он составляет от 60 до 120 кг на 1 кг сжигаемых в топке дров. Такая аккумуляционная масса, как правило, строится автономно и не зависит от облицовки, в которую она помещается. Система МКК нуждается в периодических осмотрах и чистке через специальные отверстия (в среднем раз в два года).

Водяное отопление: специфическая система отопления, в которой вода используется как рабочая среда для распределения тепловой энергии, образующейся в топке печи или камина. Степень участия воды в отопительном процессе определяется конструкцией конкретных отопительных вставок и дополнительных теплообменников. В зависимости от выбранного решения, котлу передается от 3 до 75% произведенной энергии, а остальное передается печке. Такие технические решения всегда представляют собой комбинацию двух систем: конвекционно-водяной или аккумуляционно-водяной, гораздо реже самостоятельно. Существует два способа передачи тепла воде. Первый – это водяной наставной теплообменник. Наставной котел устанавливается в верхней части корпуса или на дымовом патрубке, где температура продуктов сгорания самая высокая. Дым, проходя через водяной теплообменник, отдает ему большую часть своей тепловой энергии, за счет чего вода, находящаяся в теплообменнике, нагревается. Таким образом, нагретая вода попадает в систему центрального отопления. Наставной котел в самой распространенной версии, из-за особенностей конструкции, как правило, устанавливается стационарно, без возможности последующего демонтажа, так что каждый раз, когда вы будете разжигать камин, будет нагреваться и вода. Сразу же хотелось бы сказать, что существуют и конструкции с теплообменниками, которые можно подключать или отсоединять от системы в зависимости от наших потребностей. Как правило, такие технические решения имеют очень высокую тепловую мощность и используются вместе с большими топками. Наставные котлы являются прекрасным дополнением системы отопления, и благодаря простоте установки и легкости эксплуатации становится все более популярным источником тепла в доме. Наставной котел, благодаря своей конструкции и принципу работы, может использоваться с большинством каминных топок без ущерба для их эстетической ценности. Второй способ – это каминная вставка с водяной рубашкой или интегрированной системой теплообменников. Он не относится к группе дополнительных нагревательных поверхностей, но ввиду своей чрезвычайной эффективности не сказать о нем при обсуждении способов высвобождения тепловой энергии просто нельзя. Топки с водяной рубашкой позволяют рекуперировать до 50% образующейся тепловой энергии и перенаправить ее на центральное отопление или подогрев воды для хозяйственных нужд. Очень важно, чтобы камера сгорания была изолирована от воды в рубашке, так как чрезмерное охлаждение внутренней части топки приводит к снижению тепловой эффективности, грязному сгоранию и закопчению окна. Кроме того, хорошие установки, как правило, имеют двойную защиту от разрушения (от избыточного давления и перегрева), что обеспечивает длительную и безопасную эксплуатацию. Такие установки из-за относительно большого одномоментного энергетического ресурса должны использоваться вместе с буферным баком, согласно правилам использования возобновляемых видов топлива, таких как древесина, солнечная, геотермальная энергия и вода. Каминные вставки с водяной рубашкой также часто комбинируют с наставными котлами для увеличения объемов тепла, передаваемых для центрального отопления – такой тандем способен рекуперировать более 70% тепла для последующего подогрева воды. Печи с водяной рубашкой используются как основная система горячего водоснабжения и отопления всего дома. Принимая решение в пользу водяной установки, стоит обдумать способ распределения полученного тепла. Так, тепло, образующееся в топке, при помощи простой системы подается непосредственно к радиаторам или – в более эффективных конструкциях – к буферному баку, из которого затем разводится на отопительные контуры и хозяйственную воду. Основное различие между этими методами заключается в том, что в первой, более простой и дешевой, системе распределение тепла происходит только во время горения топки, а во второй, благодаря использованию ранее накопленных в буфере запасов, - в течение всего дня, по необходимости.

Процесс сгорания охапки дров в топке похож на спектакль в трех действиях, где каждая часть одинаково важна и необходима. Выделение тепла из полена, его выход через окно, корпус, дополнительные нагревательные поверхности, а затем передача в помещение, в котором находится камин или печь, представляют собой непрерывный процесс. В этом процессе должны участвовать все элементы, ведь иначе он будет неполным или неправильным. Например, неправильно подобранная топка: если она будет слишком маленькой, в комнате будет холодно, или она попросту разрушится из-за чрезмерного использования, а если она будет слишком большой, то маленький объем древесины в ней не сможет правильно сгореть. Отсутствие дополнительных нагревательных поверхностей приведет к тому, что реальная производительность системы существенно ниже, а 1/3 потенциальной тепловой энергии будет улетать в трубу. Это же настоящее расточительство! Неправильно подобранная специалистом нагревательная поверхность приведет к неправильной и не соответствующей ожиданиям пользователей работе системы: поверхность камина будет слишком горячей, массив печи будет оставаться холодным, а пространство за печью - ледяным, в комнате, где стоит печь, будет слишком жарко, а дальние комнаты так и не смогут прогреться. В конце концов, передача тепла в окружающую среду – это большой финал и решающее слово в выборе системы отопления, полностью соответствующей нашим вкусам, ритму жизни и ожидаемым результатам. Выбор правильной системы печной системы является ключом к нашему удовлетворению, и этот выбор велик: аккумуляционная печь, которая будет нагреваться несколько часов, но и удерживать тепло будет в течение суток, отопительный камин закрытого типа, который всей своей поверхностью будет излучаться тепло в течение многих часов, конвекционный камин, «производящий» за несколько минут столько горячего воздуха, что им можно согреть даже неизолированные производственное помещение, комбинированная печь с водяной установкой как основная система отопления всего дома и т.д., и т.п. На самом деле неважно, какая из систем лучше, важно, чтобы она лучше всего подходила именно нам.

Дорогие читатели, клиенты, инвесторы, архитекторы! Давайте будем более разборчивыми и требовательными. Многих из нас так сильно привлекает красота огня и тепло семейных посиделок у камина, что мы с легкостью позволяем вводить нас в заблуждение и идти по проторенной дороге. В конце концов, времена того единственно верного пути уже прошли, а рынок сегодня предлагает нам множество решений для любых идей даже самых взыскательных клиентов.

С самыми теплыми пожеланиями,
Роланд Булавски