10. Различные виды очагов [1987 Мякеля К.

Последние 20-30 лет открытый очаг был одним из известных символов финского обычая жизни. Активные разговоры на энергетические темы в последнее время заставили многих новых застройщиков отказаться от мысли о возведении открытого очага. Многие считают старый уютный очаг несовременным, и наиболее беспокойные хозяева уже успели разобрать очаги в своих домах и заменить их чем-то другим, зачастую намного менее выгодным. Такой очаг как дополнительный источник комфорта в жилом помещении, конечно же, имеет право на свое существование.

10.1.1. Определения. Печь (печь, действующая по принципу противотока, вертикальная печь, отопительная печь) - отопительное устройство, базирующееся на использовании принципа противотока (см. рис. 10) и оборудованное входными дверками; присоединительная труба расположена в ее нижней части (см. разд. 10.2).

Очаг (открытый очаг) представляет собой очаг без входных дверок, который присоединяется к дымоходу в верхней части. Зачастую очаг вместе с дымовой трубой образует единое целое.

Комбинация очага с печью представляет собой печь или очаг, оборудованный довольно большими входными дверками и имеющий, как правило, верхнее и нижнее соединение с дымовой трубой (см. рис. 16).

Обогревающий очаг обозначает такой очаг или такую комбинацию очага с печью, теплоотдача которых существенно повышена путем определенных усовершенствований. К этой группе можно отнести также термины, выдуманные скорее всего рекламой, например, очаг с камином, теплоаккумулирующий очаг, эффективный очаг, обогревающий очаг, очаг центрального отопления, энергетический очаг и т. д.

10.1.2. Принцип действия открытого очага. Для горения дров в открытом очаге требуется 6- 9 м³ воздуха в расчете на 1 кг дров, т. е. как и для других очагов. При таком расходе воздуха обеспечивается эффективное горение дров с образованием все же некоторого количества дыма. Этот дым имеет два возможных цути выхода из очага: небольшое тесное и темное отверстие на потолке топки или просторный проем в комнату. Понятно, что дыму легче выйти в комнату, чем в дымоход, к тому же покрытый сажей.

Что же преграждает путь дыму из очага в открытую комнату?

В очаге нет входных дверок, поэтому путь дыму из очага в комнату преграждает только поток воздуха, направленный из комнаты в очаг и далее через дымоход в атмосферу. Практические измерения показали, что такой поток воздуха может выполнять функции входных дверок, преграждая попадание дыма в комнату при условии, что скорость его составляет не менее 0,25 м/с.

Рассмотрим этот вопрос на небольшом примере. В очаге с размером входного проема 100 X 50 см сжигается 5 кг дров в течение 1 ч. Чтобы предотвратить попадание дыма в комнату в очаг за 1 ч необходимо обеспечить подачу воздуха не менее V = 1 X 0,5 X 0,25 X 3600 м³ = 450 м³.

Полученное количество воздуха примерно в 1,5 раза превышает объем всего здания, т. е. рассматриваемый очаг обусловливает кратность обмена воздуха в 1 ч, равную 1,5. С другой стороны, для нормального горения 5 кг дров требуется всего 30-40 м³ воздуха.

Таким образом, несмотря на то, что для горения дров не требуется интенсивного обмена воздуха, однако для предотвращения возможности попадания дыма в открытую комнату необходимо обеспечить подачу воздуха, в 10-30 раз большую, чем это необходимо для собственного горения дров.

Рис. 79. Чтобы дым не попадал в комнату, необходимо обеспечить подачу в очаг в 10-30 раз большего объема воздуха из помещений квартиры, чем это теоретически требуется для нормального горения дров

10.1.3. Из опыта эксплуатации открытого очага. Коэффициент полезного действия открытого очага. Если учесть, сколько воздуха требуется для открытого очага и сколько энергии расходуется на его протапливание, то все это будет соответствовать тому, что показано на рис. 80.

Рис. 80. Полный КПД открытого очага с учетом подогрева необходимого для него воздуха никогда не будет очень хорошим - эта величина может принимать даже отрицательные значения

Колосники с отверстиями или без отверстий? Для очагов с входными дверками наличие колосников с отверстиями почти всегда обязательно для достижения благоприятного КПД. Точно так же и в открытом очаге применение колосников с отверстиями способствует более полному и равномерному сгоранию дров. Однако количество воздуха, поступающего через отверстия в колосниках, составляет только 2-6% общей потребности воздуха для очага, поэтому значение колосниковой решетки для открытого очага заключается только в том. что сокращается время использования очага и тем самым немного уменьшается количество воздуха, идущего в атмосферу.

Перекрытие заслонки не способствует повышению КПД очага, поскольку с уменьшением площади поперечного сечения дымохода уменьшается не только количество дымовых газов, выходящих наружу, но также и количество воздуха, поступающего в очаг, т. е. уменьшается тот поток воздуха, который необходим для предотвращения попадания дыма из очага в комнату.

Рис. 81. Подача наружного воздуха в очаг посредственно по прямому трубопроводу улучшает величины КПД очага

Подача наружного воздуха непосредственно в очаг способствует повышению его КПД. Зачастую можно слышать утверждения о том, что подача наружного воздуха при помощи трубы непосредственно в очаг способствует повышению его КПД в результате уменьшения влияния воздуха, поступающего через окно и щели в дверях. На практике же через трубу, показанную, например на рис. 81, в очаг попадает только 10-20% всего количества воздуха, которое необходимо для нормального функционирования очага. Остальная часть, т. е. 80-90% необходимого количества воздуха, будет поступать все же из жилой комнаты. Решение, показанное на рис. 82, несомненно, имеет некоторые преимущества, однако и такой очаг нельзя считать экономичным с точки зрения расхода энергии. Переоборудование очага,показанное на рис. 83, обеспечивает более существенные изменения и превращает его в некое отопительное устройство.

Рис. 82. Предварительный подогрев подаваемого в помещение наружного воздуха и распределение его внутри помещения, несомненно, улучшает КПД очага, однако и этот очаг еще нельзя назвать 'энергетическим очагом'

Очаг должен иметь дымоход достаточно большого сечения. Дымоход должен обеспечивать удаление из очага газов, образующихся при горении дров, а также воздуха, количество которого превышает объем газов в 10-30 раз. Поэтому сечение дымохода должно быть достаточно большим. Тот факт, что для очага без входных дверок требуется дымоход большего сечения, чем для очага с дверками, по-видимому, многим читателям известен на примере печи-каменки в банях: при закрытой дверке тяга в печи-каменке хорошая, однако при открывании дверки для добавления дров в топку из нее в помещение бани вырываются клубы дыма. На рис. 84 показано соотношение величин поперечного сечения дымохода и входного проема очага в зависимости от высоты дымовой трубы при различной конструкции дымохода.

Рис. 83. Только предварительный подогрев в очаге поступающего в помещение наружного воздуха и интенсивное его распределение в этом помещении способствует превращению очага в отопительное устройство: 1 - поступление холодного наружного воздуха; 2 - предварительно нагретый воздух интенсивно распределяется в помещении до того, как он попадает в очаг и далее через него - в дымохол

10.1.4. Конструкция и размеры кирпичного очага. Конструкция очага показана на рис. 85. Названия его деталей несколько не совпадают в различных районах Финляндии, однако здесь приведены наиболее распространенные из них.

О правильных размерах очагов существует столько мнений, сколько людей их высказывает. На рис. 86 показаны размеры очага, рекомендуемые шведскими специалистами.

Рис. 84. Графики зависимости отношения площади поперечного сечения дымохода к площади входного проема открытого очага высоты дымовой трубы

Размеры и модель очага выбираются в зависимости от помещения, для которого он предназначен, и по этому вопросу нельзя давать никаких особых инструкций. Если очаг нравится пользователям, то его можно считать хорошим, если не нравится, то его считают неудовлетворительным. На рис. 87 приведены примеры различных очагов.

Рис. 85. Наименования различных деталей открытого очага: 1 - дымовая труба: 2 - дымоход; 3 - дымовая камера, 4 - заслонка, 5 - дымовая полка; 6 - вход (дыма); 7 - косая верхняя часть задней стенки; 8 - задняя стенка очага: 9 - колосниковая решетка, 10 - зольник

10.1.5. Улучшение функционирования очага. Если при использовании очага дым выходит в жилое помещение, то улучшение, естественно, касается изменения условий тяги. Однако, если необходимо изменить отопительные характеристики очага, то термин "улучшение функционирования очага" можно применять для обозначения двух процессов:

для повышения теплоотдачи (мощности) очага, когда требуется повысить температуру воздуха внутри помещения;

для уменьшения потребности воздуха для очага, когда требуется поддержать неизменную температуру внутри помещения или улучшить условия тяги в очаге.

Увеличение теплоотдачи (мощности) очага. Обеспечение эффективности теплоотдачи требуется в помещениях, в которых необходимо за короткое время повысить температуру воздуха, например для просушивания домика. На рис. 88-89 показано несколько дополнительных устройств, удовлетворяющих вышеизложенным требованиям. Поскольку после обогрева воздуха внутри помещений потребность в тепловой мощности снижается, то было бы целесообразным удалять из очага дополнительные устройства по достижении требуемой температуры воздуха в помещении.

Рис. 86. Рекомендации шведских исследователей по выбору размеров очага

Почти все устройства, предназначенные для улучшения теплоотдачи очага, каким-то образом обогревают воздух, поступающий в помещения, поэтому при выборе и монтаже такого устройства необходимо обращать особое внимание на температуру воздуха, выходящего из такого устройства, и на имеющиеся поблизости деревянные конструкции. Если температура подогретого воздуха все время остается ниже 130°С, то считается, что опасность возникновения пожара отсутствует.

Рис. 87. Открытые очаги можно группировать в зависимости от степени их 'раскрытости': a - открытые с одной стороны; b - открытые с двух сторон; c - открытые с трех сторон: d - открытые со всех четырех сторон По мере увеличения степени 'раскрытости' очага растут и размеры дымохода; по месту их расположения в помещении e, f - открытые очаги с прямыми типичными стенками и очаги-печи. g, h - открытые очаги, расположенные посередине помещении: i, f, k, l - угловые; m, n, o, p - малогабаритные очаги, часто используемые для приготовления пиши; g, r, s, t - путем небольших изменений основную модель очага можно преобразовав в ряд новых модификаций; u, v, x, y - при проектировании очага а результате применения одной и той же основной идеи, например, оформления входного свода очага можно получить весьма различные очаги

Уменьшение потребности воздуха для очага. Если от очага не требуется большой мощности (т. е. имеются постоянные жилые помещения или достигнута требуемая температура воздуха внутри помещения), то для улучшения функционирования очага следует уменьшить поступление воздуха в него. Аналогичные меры приходится принимать и в тех случаях, когда в очаге отсутствует тяга. Даже если основной причиной неудовлетворительной тяги является слишком малая высота дымовой трубы, чрезмерно узкий дымоход, слишком большой входной проем очага, плохие погодные условия, особенности окружающей среды и т. д., все же в любом случае необходимо ограничить попадание в очаг чрезмерного количества воздуха (рис. 90-91).

Заслонки в системах с очагами, возведенных в период использования в качестве топлива дешевого мазута, зачастую отличались весьма существенной неплотностью. Оборудовав такой очаг плотно закрывающимися дверками, можно полный расход энергии на отопление дома уменьшить на несколько процентов, несмотря на то, что очаг не будет эксплуатироваться. Именно закрытые входные дверки предотвращают напрасный воздухообмен очага через дымовую трубу.

10.1.6. Специальные очаги. В данном разделе рассмотрим различные очаги заводского изготовления, которые фирмы-изготовители называют общим термином очаги общего назначения", которые по принципу действия во многих отношениях могут быть отнесены больше к каминам или печам.

Сердцевины очагов представляют собой металлические изделия водского изготовления, которые предназначены для вмуровывания внутрь очагов или очагов-печей. В такие очаги прохладный воздух поступает из помещения или снаружи здания, далее происходит его обогрев и выпускание в жилое помещение (рис. 92). В некоторых моделях таких очагов циркуляцию воздуха можно перекрыть после повышения температуры до требуемой величины (например, в сердцевине очага, изготовляемого фирмой "Упо"), в других моделях для этого необходимо погасить огонь в очаге с тем, чтобы избежать его перегрева.

В Финляндии сердцевины очагов изготовляются, в частности, фирмой "Аско-Упо" и называются теплоаккумулирующей сердцевиной фирмы "Упо". В Финляндию такое оборудование поставляется, в частности, под названием "Джотул 17" и "Дувр"; к этим моделям очагов можно заказать весь обширный список приспособлений. Из других очагов следует упомянуть сердцевину очага фирмы "Паллас" и кассетный очаг, которые можно приспособить даже в старых очагах.

Очаги-камины и очаги-печи представляют собой металлические конструкции, снабженные входными дверками, иногда стеклянными, и отличаются сравнительно небольшими размерами, высокой температурой наружной поверхности и большой теплоотдачей (мощностью). Более всего они пригодны для быстрого повышения температуры воздуха в помещениях для проведения свободного времени в период отпусков. Для поддержания постоянной температуры воздуха в помещении рекомендуется способ тлеющего сжигания дров с обеспечением небольшой теплоотдачи, продолжающейся в течение длительного времени. При таком режиме сжигания дров характерно обильное образование копоти, сажи, смолы и т. д., поэтому необходимо помнить об удалении сажи и очистке очага после каждого использования.

При подсоединении небольших очагов-каминов и очагов-печей к дымоходу следует учитывать, что пламя может доходить до дымовой трубы. Место такого подсоединения должно быть выполнено с соблюдением принципов, изложенных в разд. 7.2.

В Финляндии наиболее известным изготовителем очагов-печей является фирма "Кастор", осуществляющая поставки очагов- печей с товарным знаком "Кууса-мо". Фирма "Кастор" выпускает также открытые очаги марки! "Теви-авотакка".

Блочные очаги представляют собой очаги или очаги-печи, собираемые из заводских блоков, изготовленных обычно из кирпичей или камней. По техническим характеристикам они напоминают комнатные печи с теплой поверхностью и отличаются длительной и эффективной теплоотдачей.

Фирма "Финн-Такка" из Раямяки выпускает очаги, которые используются по способу, нелогичному очагу с сердцевиной. Для таких очагов характерно наличие составных частей, изготовленных из металлов и кирпичей.

Водогрейные очаги отличаются тем, что в оболочке топки циркулирует вода. Назначение таких очагов - нагревание воды для хозяйственных нужд при растапливании очага. Такие очаги - новая промышленная продукция и по ним имеется скудный опыт эксплуатации. Сравнительно низкая температура поверхности оболочки топки обусловливает интенсивное образование копоти и сажи, поэтому для обеспечения хорошего КПД необходима регулярная очистка поверхностей нагрева.

10. Различные виды очагов

10.1. Очаги