Устройство камина: виды и принцип работы

В настоящее время камины приобретают все большую популярность. Классические варианты устанавливают, как правило, только в качестве декоративного элемента или дополнительного источника обогрева. Дело в том, что устройство не предусматривает аккумуляцию тепла, помещение быстро охлаждается после того, как пламя погаснет.

Классическая конструкция служит дополнительным источником вентиляции помещения, что в условиях сурового российского климата не является плюсом. Чтобы избежать негативных факторов и создать душевность атмосферы, разработчики нашли доступные способы сохранить красивую традицию обогрева частного дома.

Камин на дровах и угле – один из самых распространенных вариантов в загородных домах. Возводится из всевозможных материалов – кирпича, бетона, листовой стали или другого металла. Отличительная черта всех классических разновидностей – прямая дымовая труба, соединенная с широким открытым пространством топливника.

Рассмотрим основные элементы камина.

• Под – нижняя строго горизонтальная часть конструкции, предназначенная для расположения дров. Может быть глухой или с колосниками – отверстиями.
• Топливник – пространство для огня. Заднюю стенку для увеличения отражения тепла в комнату располагают под наклоном. В некоторых классических вариантах также выкладываются и боковые стенки.
• Дымовая камера – соединяет топливник и трубу, необходима для сбора газов во время сильного образования дыма.

• Дымовой зуб или газовый порог – выступ в камере, который препятствует возникновению обратного потока и обеспечивает сбор конденсата во время растопки. Ширина элемента совпадает с аналогичной величиной камеры.
• Труба или дымоход – служит для отвода дыма. Бывает квадратной, круглой или прямоугольной формы. Для регулировки тяги по длине конструкции устанавливают одну или две задвижки. Они же препятствуют естественной вентиляции во время простоя камина.
• Портал – входное обрамление топливника, служит ограничением рабочей зоны и декоративным элементом одновременно.

Формы портала могут быть различными в зависимости от стиля оформления. П-образные присущи английскому, старогерманскому, французскому стилям, а также минимализму и хайтеку. К форме «Д» тяготеют кантри и современный модерн. Металл позволяет создать любую конфигурацию от классического бочонка до замысловатого птичьего гнезда или груши.

Выбирая камин для дома, стоит присмотреться не только к внешнему оформлению, но и к месту будущего его расположения.

По типу конструкции различают:

• встроенные (закрытые) – устраиваются в углублениях стен или специально спроектированных ниш, портал не выступает за линию стены;
• полуоткрытые – частично выступают за линию межкомнатных перегородок;
• в проемах – угловые варианты, которые могут обогревать сразу два помещения;
• настенные – исходя из названия, не имеют под собой точки опоры, закрепляются на стене или в углу; как правило, небольшие по объему;
• открытые.

Принцип работы камина простой. Распространение тепла в комнате осуществляется за счет лучевой энергии от огня и нагревающихся элементов конструкции, что создает незначительное движение конвекционных потоков.

Внушительный размер дымохода предупреждает попадание углекислого газа в помещение. Тяга довольно большая, необходимая скорость движения воздуха в трубе – не менее 0,25 м/с.

Теплоотдача классического камина небольшая – 20%, остальное выходит через трубу.

Увеличить интенсивность отдачи тепла можно и несколькими способами:

• дополнительной установкой боковых и задних стенок конструкции;
• использованием металла в качестве обшивки стенок топливника;
• оборудованием портала огнеупорной дверкой, которая полностью прикрывает топливник (для металлических изделий).

В продаже можно встретить большое разнообразие уже готовых топок из огнестойкой стали. Профессионалы рекомендуют отдать предпочтение моделям из чугуна: они застрахованы от деформации при высоких температурах. Но основной ориентир для готовых изделий – это соответствие характеристик модели, указанных в техпаспорте, к условиям именно вашего помещения.

Ограничение зоны открытого огня также сказывается на интенсивности обогрева.

• двумя стенками портала по бокам – мощности хватает только на небольшие помещения; для увеличения излучения боковым внутренним стенкам придается форма трапеции с расширением в сторону комнаты.
• одной боковой панелью – такие формы способствуют повышенному вытягиванию воздуха из помещения в трубу, зато излучение тепла распространяется на больший радиус;
• пламя открыто со всех сторон (альпийские или швейцарские камины) – неэффективны для обогрева, хотя тепло может излучаться во всех направлениях.

Производители горючих биоматериалов и пеллет тоже добились замедления процесса сжигания за счет особенностей состава исходного сырья. Уверяют, что их продукция повышает КПД обогрева до уровня голландки или шведской печи.

Увеличить теплообмен можно и за счет увеличения площади дымохода: его поверхность нагревается и также может служить источником тепла. Для этого используется рекуператор – ребристая вставка в дымоход из нержавеющей стали. Ее длина находится в пределах от 0,5 до 1 м. Сечение такой трубы должно совпадать с диаметром дымохода.

Знание особенности движения воздуха в системе поможет использовать потоки для увеличения тяги и дополнительного обогрева частного дома. А также сделать управление интенсивности подачи тепла автоматическим.

Естественный воздухообмен используется, как правило, когда камин топят от случая к случаю. Искусственный более эффективен при частой работе очага или когда система дымохода имеет сложную конфигурацию. Как бы ни уменьшали число и длину горизонтальных элементов трубы, свою негативную роль им удается сыграть.

Суть усовершенствования в том, что приток внешнего воздуха увеличивает тягу, и обеспечивает ее постоянное значение. Также он убирает воздушные пробки, образующиеся при большом перепаде температур внутри и снаружи здания. С растопкой при наступлении холодов в такой системе не возникает проблем.

Для достижения этой цели устанавливается один, а в некоторых случаях два или три вентилятора. Их встраивают на входе воздуха в топку и на пути движения потока в главном канале подальше от помещений, где живут люди. Лучшее место – на уровне чердака или подсобного помещения. Гравитационная система не перекрывается, а количество воздуха, поступающего в систему, возрастает сразу на 30-50%, пропускная способность – до 600 м3/ч.

Есть возможность автоматизации системы с подключением к датчику температуры в камине. Управлять тягой становится возможно пультом не поднимаясь с дивана.

Для оснащения нужны:

• воздухораспределители с защитной решеткой;
• теплоизолированные воздуховоды из нержавеющей оцинкованной стали, адаптеры;
• рекуператор – пропускная способность воздушного отопления рассчитывается с запасом на складки;
• вентиляторы;
• грубые фильтры;
• дроссель-клапаны – нужны для регулировки объемов поступающего воздуха.

Есть возможность автоматизации всей системы с подключением к датчику температуры в камине. Управлять тягой в таком случае легко со щита или пультом не поднимаясь с дивана.

Эффективность повышается, если трубы имеют абсолютно гладкую внутреннюю поверхность и не имеют большого числа горизонтальных и наклонных сочленений. Идеальные условия достигаются при круглом сечении деталей дымоотвода.

При всех достоинствах такого решения есть и недостатки:

• увеличение потребления энергоносителей – твердое топливо и электроэнергия;
• возникновение шума вентилятора – для подавления необходимы специальные глушители;

• шум в трубах – возникает при маленьких размерах дымохода, неправильном подборе к мощности топки;
• шум и вибрация свидетельствуют о браке при монтаже, устраняются ремонтом.

Для выяснения значений существует стандарт NF D 35376, который разработан во Франции. Он позволяет узнать номинальную мощность топки в кВт – количество тепла, которое способно обеспечить модель за три часа работы.

Очень важно не путать ее с максимальными значениями, которые обычно указываются в характеристиках для готовых изделий. Максимума обогрева камин достигает за 45 минут после растопки, и эти значения мощности в 2-3 раза больше, чем его реальные возможности.

Для ориентира:

• на уютную комнату в 10 м² с высотой потолка 2,5 м для обогрева требуется 1 кВт;
• березовые дрова (сухие, влажностью до 14%) – 1 кг при выгорании дают 4 кВт энергии.

Специалисты рекомендуют выбирать мощность металлических конструкций на 10-15% больше, чем указана в паспорте готового изделия, потому что лабораторные показатели, как правило, не совпадают с реальными в условиях обычной эксплуатации.

Высокая мощность топливника позволяет при закрытой дверце быстрее протопить помещение и дольше удерживать значения температуры в режиме тления. Использовать предельный ресурс топки на длительном промежутке времени не советуют, это приведет к ее быстрому износу.

Возможность снабжать комнату теплом обеспечивается не в последнюю очередь габаритами модели.

Масштабность объекта зависит от целей установки. Для исключительно декоративных задач величины будут находиться в прямой зависимости от величин других элементов интерьера загородного дома. Обогрев требует другого подхода. Необходимо просчитать мощность камина и связать его с объемом помещения.

Базовые величины для классического полуоткрытого камина.

Чтобы соблюсти гармоничное сочетание основных элементов конструкции, необходимо учитывать следующие факторы:

• Высота прямоугольного отверстия топливника составляет в больших каминах 2/3, а в маленьких – 3/4 его ширины.

• Глубина топки должна находиться в границах от 1/2 до 2/3 высоты отверстия портала.
• Площадь проема находится всегда в соответствии с площадью помещения – от 1/45 до 1/65.
• Высота трубы увеличивает тягу, она значительно длиннее по своим значениям, чем для обычной печи. Минимальные размеры для каминного дымохода от основания – сухого пода или решетки колосника – не должны быть меньше 5 м.
• Диаметр дымовой трубы от 8 до 15 раз меньше площади комнаты. Чем меньше высота ее конструкции, тем больше сечение для равной площади помещения.

К примеру:

• для спальни 15 м² при длине дымохода 5 м сечение составит 250х250 мм;
• для просторной гостиной 70 м² при длине трубы до 10 м – 300х300 мм;
• для гостиной 70 м² при длине трубы 5 м – 350х350 мм.

Возведение таких конструкций требует многих знаний и умений. Собственными силами можно возвести фальш-очаг, он без проблем удержится на плитах перекрытия. Для настоящей отапливаемой конструкции необходимо подойти со всей серьезностью. Проектировать надо начинать на этапе планирования дома.

Необходимые этапы:

• выбрать модель и рассчитать ее мощность;
• провести расчет фундамента и его совмещение с перекрытием пола;

• запланировать и отобразить на схеме необходимые изменения в конструкции кровли;
• определить материалы и их количество для проведения всех видов работ, включая облицовку камина;
• создать эскизы и чертежи;
• предусмотреть безопасность использования, особое внимание уделить противопожарным мероприятиям.

Прежде чем обратиться к специалистам за консультацией, надо представить свой будущий камин во всей красе. Начинают с эскиза, а затем переходят к детальной проработке деталей будущего обогревателя дома.

Чертеж выполняется в четырех ракурсах: прямо, сбоку, сверху и виде в разрезе. Опытные мастера составляют подробные схемы с каждым рядом укладки кирпича и точными углами срезов элементов.

Когда речь идет о рабочих моделях камина, стоит учесть множество факторов.

• Фундамент возводится отдельно от других несущих стен и перекладин, так как нагрузки на элементы совершенно разные, может произойти перепад давления на перекрытия, ведущий к разрушению здания.
• Площадь подошвы должна быть больше основания конструкции.
• Минимальное углубление – не менее 50 см. Реальная величина зависит от свойств почвы, как и мероприятия по ее уплотнению.

• Глубина котлована под камин должна быть ниже линии промерзания грунта на 20 см.
• Свободное пространство между перекрытием здания и фундаментом не менее 5 мм. Это позволит при перепаде температур избежать трещин, деформации элементов строения и конструкцией очага. Зазор обычно заполняется песком.

О том, как сделать камин из кирпича своими руками, смотрите в следующем видео.