1. Назначение и классификация каминов

Отопление как средство создания необходимых комфортных условий возникло в древнейшие времена и с тех пор является спутником человека на пути цивилизованного развития. Первым обогревательным средством, примененным еще первобытным человеком, стал обычный костер, который служил одновременно и для приготовления пищи, и для обогрева. Значение открытого очага в жизни человека трудно переоценить, ибо в течение многих тысячелетий он, без преувеличения, являлся центром общественной жизни людей. Помимо огромного утилитарного значения (приготовление пищи, обогрев), объединению людей вокруг открытого огня содействовало его какое-то притягательное свойство, не утратившее своего значения и в наши дни. Наконец, огонь являлся лучшим защитником от хищных животных. Неудивительно, что, когда человек стал строить жилище, он в первую очередь перенес в него открытый огневой очаг. Характерно, что в своем близком к первобытному виде открытый очаг не утратил своего значения до настоящего времени и нередко применяется для отопления жителями Крайнего Севера и среднеазиатских республик.

Использование открытого огня в закрытых помещениях характеризуется тем, что продукты сгорания топлива непосредственно смешиваются с воздухом помещения, благодаря чему, с одной стороны, достигается максимальное использование теплоты газов, но, с другой стороны, происходит загрязнение воздушной среды. Ввиду несовершенства организации процесса горения в открытом очаге продукты сгорания обычно несут мельчайшие частицы золы и несгоревшего топлива, что вызывает задымление окружающего воздуха. На определенном этапе развития культуры и повышения санитарно-гигиенических требований к среде обитания это стало существенным недостатком. Наметился переход на системы с отводом продуктов сгорания от очага через дымовые каналы в атмосферу. В связи с этим возникла необходимость в устройстве специальных ограждений для очага горения и газоотводящих каналов.

Такой системой явился камин (в переводе с латинского языка означает очаг), по существу представляющий собой каменную нишу с выложенным в ней костром. По-видимому, от названия "камин" произошло привычное слово комната, т. е. отапливаемое помещение. Вывод дыма в атмосферу позволил резко улучшить воздушный климат и гигиеническую обстановку жилища, Поэтому переход от очага к камину можно без преувеличения считать первым качественным скачком в отопительной технике.

Сегодня камины можно встретить и у городского, и у сельского жителя, они стали привычной деталью интерьеров кафе, туристических баз, отелей, кемпингов, гостиниц.

Причина популярности этого старинного очага заключается в естественной тяге человека к теплоте, уюту, в его давней любви и уважении к огню. Камин создает особый климат спокойствия. Возросший интерес к камину объясняется тем" что по новому уставу садоводческих товариществ в садовом домике теперь разрешается иметь камин или печь.

Желание иметь уютное красивое жилище выступает на первый план у всех нас и тем самым предъявляет определенные требования к архитекторам и строителям, которые должны создать на небольшом пространстве атмосферу полноценного отдыха с помощью камина. Поэтому необходимо разрабатывать конструкции каминов, соответствующих современной культуре жилища.

Принцип действия камина основан на излучении теплоты от горящего топлива и от разогретых стен топочного пространства. Камин не имеет петлевых дымооборотов, присущих печи, и горячие газы из топливника уходят в дымовую трубу напрямую. Камин не предназначен для аккумуляции теплоты, он имеет малую теплоемкость и греет только тогда, когда горит топливо, но при этом начинает отдавать теплоту сразу и быстро обогревает холодные помещения.

К тому же камин обеспечивает перемещение воздуха в помещении и вентилирует последнее, поэтому в нем всегда создается свежий воздух и не образуется сырость. Для того чтобы камин быстро прогрелся и начал интенсивно излучать теплоту, его стены должны быть массивными.

Ныне камины редко служат только для отопления помещений, в основном их сооружают для украшения жилища. Такое изменение функционального назначения не повредило камину, наоборот, только теперь стало возможным отходить от обычных пропорций и добиваться максимальных тепловых параметров и создавать конструкции, которые вписывались бы в желаемый интерьер. Это упростило его строительство, и, как показал опыт, большинство любителей самостоятельно справляются с сооружением камина. У нас в стране камины наиболее распространены в Прибалтике, где они встречаются не только в общественных, но и в жилых зданиях.

Открытый камин является центральной точкой помещения, своего рода его фокусом. Наиболее естественно он воспринимается в гостиной или столовой, реже в спальне. Перед камином должно быть достаточно места для размещения отдыхающих, и сам камин должен располагаться так, чтобы не загромождать проходы. Нежелательно устанавливать над камином ярко горящие светильники, так как, конкурируя с горящим огнем, они уменьшают его очарование.

Общими свойствами камина и открытого очага является передача теплоты излучением, однако отдача радиационной теплоты камином значительно меньше, так как в отличие от очага, открытого со всех сторон, в камине открыта только одна, передняя сторона, через которую и осуществляется излучение, В связи с тем, что в камине продукты сгорания немедленно после излучения отводятся по каналу в атмосферу, его тепловой КПД весьма низок (10 - 12%). Общие виды каминов приведены на рис. 1. Наиболее простой вид камина показан на рис. 1, а. Здесь топливо горит на сплошном поду 2, продукты горения удаляются в дымовую трубу 1. Учитывая несовершенство сжигания топлива на сплошном поду вследствие неравномерного притока воздуха в топку, в камине (рис. 1, б) предусматривается чугунная решетка 2, которая устанавливается на таган 3, огражденный перилами 5, препятствующими выпадению топлива на пол. Под ними устанавливается зольник 6.

Рис. 1. Камины и каминопечи: а - камин: 1 - дымовая труба; 2 - под; б - камин с чугунной решеткой: 1 - дымовая труба; 2 - решетка; 3 - таган; 4 - под; 5 - перила; в - камин с воздушным калорифером: 1 - коробка; 2, 3 - входной и выходной воздушные патрубки; г - камин с трубой: 1 - душник; 2 - дымовая труба; 3 - воздушный канал; д - каминопечь: 1 - подъемный газоход; 2 - топочная дверца; 3 - опускной газоход; 4 - душник

Прежде чем давать общую характеристику каминов, следует помнить, что исторически они первыми пришли на смену огневому очагу и переняли ряд его достоинств и недостатков. К достоинствам относятся доступный наблюдению огонь с его притягательными свойствами и то, что зрелище играющего каминного огня украшает интерьер жилища, особенно в вечернее время.

Ввиду малой теплоемкости камин можно быстро растопить, поэтому он обычно используется в периодически посещаемых помещениях на турбазах, в гостиницах и т. д.

В то же время камину свойственны многие недостатки: являясь крайне малоинерционным устройством, он быстро остывает; если нужен стабильный обогрев, его необходимо постоянно топить, что крайне неудобно. Однако и во время топки камин обогревает лучеиспусканием только видимую зону, причем односторонне, а это вредно сказывается в гигиеническом отношении, так как вызывает перегрев части тела, обращенной к камину, в то время как теневая часть вовсе не обогревается. Низкий тепловой КПД каминов объясняется тем, что в открытый проем камина проникает в 10 - 20 раз больше воздуха, чем требуется теоретически. Этот воздух воспринимает часть теплоты продуктов сгорания и уносит ее в атмосферу.

Неоднократно предпринимались попытки усовершенствовать конструкцию каминов, направленные на повышение степени использования теплоты газов. Уже в XVII в. в России был создан камин (рис. 1, г) со встроенным в топливник вентиляционным калорифером, который представлял собой глухую коробку 1, имеющую патрубки для входа холодного 2 и выхода нагретого 3 воздуха. За счет нагрева приточного воздуха утилизируется часть теплоты газов и несколько повышается тепловой КПД.

Далее камины стали оснащать дымооборотами и превращать их таким образом в каминопечи. Первые попытки такого рода были связаны с устройством дымооборотов из металлических насадных труб (рис. 1, г). Здесь насадная дымовая труба 2 заключена в воздушный канал 3, в котором нагревается циркулирующий наружный или комнатный воздух. Поднимаясь вдоль раскаленной насадной трубы, воздух нагревается и через жаровой душник 1 выходит в помещение. Недостатком такой конструкции является малая теплоемкость насадной трубы, а также сильный ее разогрев при топке, что приводит к пригоранию воздушной пыли на ее поверхности.

На рис. 1, д показана каминопечь с кирпичными дымооборотами. Продукты сгорания последовательно проходят подъемный 1 и опускной 2 газоходы (разрез 1 - 1), а затем из нижней части направляются в дымовую трубу. Газоходы со всех сторон окружены циркуляционными воздушными каналами 3, в нижнюю часть которых (разрез 2 - 2) поступает холодный, а через душник 4 выходит нагретый воздух. Стенки каналов 3 выкладываются толщиной в ¹/₄ кирпича и заключены в стальные футляры. Дальнейшие усовершенствования каминопечей еще более приблизили их конструкцию к типично печной.

Главное отличие камина от печи заключается в большом сечении топочного отверстия, что с технической стороны имеет такие недостатки; в топливник проникает большое количество избыточного воздуха; возможно временное опрокидывание тяги из-за случайных причин.

Для устранения этих недостатков камины стали оснащать двойными дрерцами (рис. 1, д), перекрывающими все сечение камина. Наружная дверца - декоративная, внутренняя - рабочая с поддувальными отверстиями. Обычно топка производится при открытой наружной и закрытой внутренней дверцах, но при желании можно топить камин с обеими открытыми дверцами.

В итоге длительной эволюции конструктивного совершенствования каминов к настоящему времени определились следующие их разновидности:

закрытые или встроенные в капитальные стены;

полуоткрытые или пристроенные к стене;

открытые или свободно стоящие.

Конструкции каминов показаны на рис. 2. Конструкция закрытого камина показана на рис. 2, а, на котором показано, что топочное пространство камина и дымоход утоплены в массиве стены. Основное достоинство закрытого камина заключается в том, что он не занимает полезной площади помещения.

На рис. 2, б показаны пристроенные к стене полуоткрытые камины. Дымоходы от этих каминов могут прокладываться как внутри стены, так и пристроенными к стене (не связанными с конструкцией стены).

Полностью открытые камины (рис. 2, в) эстетически наиболее выразительны и вместе с тем просты в изготовлении. Открытые камины весьма эффективны и в своем функциональном назначении, так как теплота распространяется от них во все стороны, а не односторонне, как у встроенного в стену камина.

Рис. 2. Конструкции каминов: а - закрытый; б - полуоткрытый; в - открытый

Наряду с этими бесспорными достоинствами открытое расположение камина имеет и ряд недостатков, основным из которых является то, что он занимает большую, по сравнению с другими типами каминов, площадь в помещении, В связи с открытым расположением огня требуется выполнять дополнительные противопожарные мероприятия. Эти обстоятельства следует принимать во внимание при выборе типа сооружаемого камина.

Помимо способа расположения каминов относительно несущих стен они различаются и по способу передачи теплоты в помещение. В этом отношении к настоящему времени определились две их основные разновидности:

с чистым излучением (старогерманский камин), в котором обычно эффект излучения усиливается за счет того, что задняя и боковые стенки устанавливаются с наклоном и, кроме того, в задней стенке делается чугунная вставка (рис. 3);

Рис. 3. Камин с чистым излучением (старогерманский): 1 - зольник; 2 - золовой канал; 3 - решетка топливника; 4 - заслонка; 5 - отверстие для чистки газохода

с излучением и дополнительным конвективным нагревом воздуха, при этом боковые и задняя стенки выполняются двойными, нагрев воздуха осуществляется за счет конвекции (естественной циркуляции) во внутреннем кожухе (рис. 4).

Рис. 4. Камины с подогревом воздуха: а - с калорифером: 1 - выход нагретого воздуха; 2 - дымовая заслонка; 3 - решетка; 4 - вход холодного воздуха; б - с каналом для нагрева приточного воздуха: 1 - выход нагретого воздуха; 2 - вход, холодного воздуха

С целю повышения обогревательной способности в настоящее время создаются комбинированные отопительные системы, включающие обычный радиационный камин и отопительную печь, а также камин в сочетании с водяным отоплением (в этом случае на задней стенке топки устанавливают водяные нагревательные элементы типа радиаторов, по которым циркулирует вода системы отопления). При водяном отоплении необходимо, чтобы сжигание топлива в топке производилось на колосниковой решетке.

Как уже говорилось, камины с чистым излучением имеют весьма низкий тепловой КПД.

Для того чтобы повысить теплопроизводительность камина и его КПД, были разработаны конструкции с дополнительным нагревом приточного воздуха в камине. В таком камине задняя и боковые стенки топочного пространства окружаются полостью, которая на уровне пола комнаты имеет закрывающиеся жалюзи отверстия для забора воздуха. Входящий в них воздух направляется в наиболее нагретые участки топочного пространства, нагревается и через выпускное отверстие в верхней части кожуха выходит в помещение (циркуляция воздуха). Эту полость целесообразно изготавливать в виде короба из стального листа с присоединительными элементами для входного и выходного воздушных отверстий (рис. 4, б). Недостатком такой конструкции является то, что при соприкосновении нагреваемого воздуха с раскаленной поверхностью кладка происходят пригорание содержащейся в нем атмосферной пыли, а это ухудшает санитарно-гигиенические условия в помещении.

В гигиеническом отношении поэтому лучше отопление не циркуляционным, а приточным атмосферным воздухом.

В Англии, где камины с воздушным обогревом особенно распространены, были проведены специальные исследования с целью сравнения эффективности каминов различной конструкции. Исследовались камины обычной конструкции и с дополнительным воздушным нагревом.

В результате исследований было установлено, что в обычных каминах используется 15 - 18% теплоты сожженного топлива, передающегося путем излучения, а у каминов с дополнительным воздушным подогревом использование теплоты достигает 36%, причем примерно ¹/₃ этого количества передается за счет конвекции.

В конструкциях с воздушным подогревом часто не создают дымовой карниз, а пирамидально уменьшают топочное пространство до соединения с расположенной над ним дымовой трубой. При таком решении существует некоторая опасность задувания топочных газов в отапливаемое помещение.

На рис. 5 показаны камины с боковым расположением дымового канала. Если дымовая труба располагается не прямо над топочным пространством, а сбоку от него, уменьшается опасность опрокидывания тяги в камине и задувания газов в помещение (рис. 5, б), Наряду с обычным камином, отапливаемым дровами, в Англии имеет распространение камин для сжигания угля (рис. 5, а). Топочное пространство камина имеет глубину всего 25 см при ширине 45 см и высоте 70 см. Горящий уголь лежит в футерованной топке на колосниковой решетке, под которой размещена золотая коробка. Ночью камин работает на малом огне, с закрытой заслонкой приточного воздуха. В этой конструкции для уменьшения сквозняков наружный атмосферный воздух подается в камин по подпольному каналу. Одна часть приточного воздуха направляется через колосниковую решетку в топочное пространство для обеспечения процесса горения, а другая - в воздухонагревательные каналы. Для регулирования воздушных потоков имеются специальные жалюзи.

Рис. 5. Камины с боковым расположением дымового канала: а - угольный: 1 - перекидной клапан; 2 - выход нагретого воздуха; 3 - вход холодного воздуха; б - дровяной: 1 - камин; 2 - соединительный газоход; 3 - дымоход

Английские камины сооружаются также в комбинации с водяным отоплением, для чего на задней стенке очага устраивают водяные нагревательные элементы типа радиаторов.

Для застройщиков заманчива идея объединить камин с печью, так как печь эффективна для постоянного отопления здания в целом, а камин является средством быстрого локального обогрева небольшого пространства для отдыха, а также украшает интерьер помещения.

Печь имеет свою топку и свой дымоход, а камин к ней пристраивается. Он тоже имеет свою топку, которая может быть выведена в другую комнату, свой (или частично используемый печной) дымоход. Печь и камин сооружаются в едином массиве, на одном фундаменте и имеют одну общую дымовую трубу. Все это дает большую экономию материалов и площади в помещении.

Ниже дается описание двух конструкций печи-камина: одна - компактная, рассчитанная для постройки в садовом домике, и вторая - более солидная, предназначенная для коттеджа или сельского дома площадью приблизительно 40 м².

Печь с камином для садового домика (рис. 6) состоит из обогревательного щитка и открытого камина (дымосборника) - приставки к щитку. Дымосборник подключается к щитку в районе третьего (последнего) дьгмооборота. Печь рассчитана на обогрев помещения площадью 16 - 20 м².

Рис. 6. Печь с камином для садового домика: 1 - противопожарный настил; 2 - опорный уголок; 3 - лицевая сторона; 4 - декоративный щиток; 5 - дымовая заслонка

Ее теплопроизводительность составляет 900 - 1100 Вт при одной топке в сутки. Поскольку общая масса конструкции составляет более 1000 кг, то печь с камином выкладывается на собственном фундаменте.

Каждый ряд кладки должен предварительно подбираться (развертываться) насухо (без раствора) с подгонкой кирпича и только потом укладываться на раствор. При кладке красный кирпич предварительно вымачивают в воде, чтобы он не впитывал воду из глиняного раствора. Огнеупорный кирпич не вымачивают, а только ополаскивают водой от пыли.

Дымосборнкк камина выполняется из красной меди или латуни. Можно его изготовить и из других материалов. Собирается он на каркасе из стальных уголков или без каркаса, если листовой металл имеет достаточную толщину. Верхняя часть дымосборника слегка изогнута для удобства подсоединения к отопительному щитку. Для герметизации стыка с дымоходом применяют асбестовый шнур, глину или смесь асбестовых крошек с водоэмульсионной краской ЭВА-27-А.

Основание под камин выкладывается из кирпича, уложенного на ребро. Лицевую стенку камина и основание в декоративных целях можно выложить из светло-желтого огнеупорного кирпича с расшивкой швов. По окончании работ кладка просушивается при кратковременных топках (небольшими порциями дров). При топке печи открывается одна печная заслонка, при топке камина - обе заслонки.

Для коттеджа или приусадебного жилого дома предлагается более массивная печь с пристроенным к ней кирпичным камином английского типа (рис. 7). Теплопроизводительность печи составляет 2750 Вт при одноразовой топке в сутки и 4000 Вт - при двухразовой. Дымоходы печи и камина раздельные, но конструктивно они объединены в одной трубе. Топок две, поэтому топить можно и печь, и камин одновременно или по отдельности.

Рис. 7. Печь с камином для коттеджа

Фасад комбинированного камина выполняется из кирпича хорошего качества с расшивкой швов или его можно оштукатурить и покрасить в мягкие пастельные тона. В качестве материалов для декоративной отделки камина подойдут светло-желтый кирпич, природный камень, лакированное дерево, листовая медь или латунь.

Размещать печь-камин целесообразнее всего в центральной части коттеджа, вписав его в межкомнатную перегородку. Фасад камина может выходить, например, в гостиную, а печь - в кухню. При выборе места надо учитывать, что на сквозняке камин может начать дымить.