Сокращенная версия статьи Афанасьева Ш.К. - Ещё раз о каминах. Шаг к альтернативному камину.
Памяти Колеватова Вадима Михайловича посвящается.
На фоне решения коренных проблем обустройства русской бани, которой в наше время успешно занимаются ведущие специалисты печники и инженеры Московской гильдии печников, каминные проблемы многим кажутся слишком мелкими и неинтересными. Так ли это? Хочу оспорить такое мнение. Считаю, что до сегодняшнего дня общепринятая классификация каминов безнадёжно устарела. Начинаю с этого, так как она крайне важна для единообразного понимания ряда вопросов, которые зачастую имеют практическое значение. Вот основа, на которую мы сегодня опираемся: 1. Камины классические с насадной трубой и, те же камины, подсоединяемые к коренным трубам. 2. Открытые и закрытые камины. Это, пожалуй, и вся классификация.
Считаю, что она должна быть значительно расширена, что я и попытаюсь сделать в этой статье. Но прежде берусь утверждать, что второй тезис, кстати, широко укоренившийся (об открытых и закрытых каминах), в корне ошибочен.
Во-первых, классический камин закрытым быть не может по определению. Если каминный топливник закрыть дверкой, то такая конструкция превращается в печь со всеми её признаками (повышенный КПД, снижение расхода воздуха, соответственно дополнительно выделяемое тепло, которое следует не выпускать под потолком, а как-то иначе его использовать, например, аккумулировать).
Название таким конструкциям должно быть «каминная печь», или печь каминного типа ПКТ, у которой основная функция отопительная. А слово «каминная» является определением (какая печь, печь, оборудованная каминным топливником для обеспечения её дополнительной каминной функцией). Да, такая печь превращается в камин, если эксплуатировать её с открытыми дверками или вовсе их удалить. Кстати, каминная функция будет полноценной, если такая печь оснащена летним ходом, обеспечивающим снижение КПД данного устройства камина-печи до минимума.
О расширении классификации каминов, оно также имеет практическое значение, по ходу об этом будет сказано. Замечу, что каждая группа каминов имеет своё назначение и, соответственно, свои конструктивные особенности. Итак:
Камины повышенной теплоотдачи.
Камины кирпичные или блочные. Блоки формуются из специальных материалов.
Камины облицованные (изразцы, плитка, керамогранит, мрамор и т.д.) Имея в виду не вопросы дизайна, а технологические приёмы его воплощения.
Камины металлические: чугунные или из листового металла (чаще заводской готовности).
Камины кирпичные, предназначаемые для объединения с печью на едином основании.
Камины с подом топливника располагаемом на нулевом уровне (уровне пола).
Камины кирпичные с дымовой камерой, располагаемой над каминным столом.
Здесь можно было бы поставить многоточие, так как наверняка что-то упущено. Предвижу вопрос: а зачем это нужно? Ответ, как обычно, очень прост и лежит на поверхности. Каждая группа каминов тщательно изучается и прорабатывается, накапливается определённый, зачастую бесценный опыт, который редко когда обобщается. Такой опыт важен для многих печников, особенно для нового поколения специалистов печников.
Остановимся на последней, казалось бы, самой безобидной, седьмой группе каминов.
Надстройки над каминным столом явление нередкое. Чаще они делаются для улучшения общего вида камина. Для дизайнера такой камин всегда более привлекателен, чем камин, над каминным столом у которого торчит одна дымоходная труба. С этим трудно спорить, если учесть, что общий вид камина (как законченного изделия), важен как для заказчика, так и для исполнителя.
Если же отвлечься от общего вида камина, у меня лично всегда возникает вопрос: а что там внутри топливной камеры? Чаще всего ничего – просто дымовая камера. Мне кажется, что авторы таких каминов грешат против возможностей, которые им предоставляются. Вот здесь я хочу ещё раз обратить внимание читателя на то, что сказано выше о бесценном опыте.
1. Если ваш камин с дверкой (это каминная печь!), у вас была возможность сделать, практически, в тех же размерах (габаритах) не суррогат, а настоящую каминную печь. Назову два таких проекта из числа многократно проверенных: финская каминная печь и каминная печь Кузнецова ОВИК-19. Я умышленно обхожу стороной других авторов каминных печей по одной причине: любая печь, в том числе и каминная, прежде чем получить рекомендацию к внедрению, должна пройти суровые испытания. Замечу, что в процессе испытаний изделие камин и печь подвергается доводке (доведению конструкции «до ума») и только после этого проект печи камина получает сертификат на дальнейшее использование.
Проблема испытаний печей не нова, кстати, И.В. Кузнецов в одной из своих статей рассказал об испытаниях своей печи во Франции и о том, как у них организован сам процесс испытаний. И в нашем отечестве есть подвижки, я имею в виду организацию первого в России участка испытаний на фирме «Ками» у С.И. Серёгина в Петрозаводске.
Хочу обратить внимание: проблема испытаний, существовавшая ранее, существует сегодня, будет ею оставаться всегда, даже если через энное число лет у нас появится желанный «Центр по испытанию печных конструкций». Ясно, что он не будет госструктурой, она (структура) должна быть коммерчески самоокупаемой. Нужно понимать, что испытание каминов и печей – это мероприятие весьма дорогостоящее, (зачастую бывает и многократной): расходы на материалы, зарплату испытателей и обслуги, амортизацию оборудования и помещения. Такие затраты будут неподъёмными для частных лиц, их может позволить себе только крупная и финансово – успешная коммерческая фирма. Но это в будущем. А, что сегодня? Как быть той части печников и специалистов, которые подвержены «изобретательскому зуду» и постоянной «самодеятельности»? Признаем, что во многом и благодаря им, существует прогресс и не только у нас, но и там «у них». Да, им прямая дорога в гильдию печников.
Роль гильдии печников будет возрастать, если она сумеет закрепить опыт, полученный в процессе испытании банных печей. И если она сможет, таким же образом, и дальше стимулировать работу членов гильдии и печников. Отдельные проекты своих членов (да и не только своих) следует предлагать для внедрения только после их тщательной проверки и испытаний.
Что касается авторов (членов гильдий) таких работ, им нужно взять за правило: не следует переоценивать свою самодеятельность, заказчикам надо предлагать проекты только из числа одобренных печным сообществом. Полагаю, что такую оценку сообщества, зачастую можно расценивать даже как более высокую, чем получение свидетельства-патента на изобретение.
2. Если ваш камин без дверок, и вы его делали камином с повышенной теплоотдачей (распространенный вариант для деревянных дач), чаще за счёт циркуляции воздуха за стенками топливника дымовую камеру следует так же использовать. Например, в варианте верхнего колпака в печах Кузнецова. Делать что-то мудрёное не следует, т.к. вы можете потерять тягу на преодоление сопротивления в камере, рискуя в итоге получить дымящий камин. В варианте колпака потери тяги минимальные.
3. Открытый камин в коттедже в таком варианте вообще неприемлем. Там применяются другие решения.
И наконец, главное, ради чего автор взялся за настоящую статью. Необходимо вернуться к вопросу, который ставился на форуме Е. Колчина «Печных дел мастера» в разделе «Классические камины», где обсуждалась статья И.В. Кузнецова «Камины, печи, печи с каминами» и Камин, предложенный А.И. Ищенко.
Данная группа каминов имеет следующие отличительные признаки:
Наличие дымовой камеры с зауженной горловиной. Размеры горловины в дымовой камере, точнее её площадь, должны иметь довольно чёткое соотношение с площадью сечения новой каминной трубы камина.
Каминная труба представляет собой: нержавеющую трубу круглого сечения, которая «упаковывается» в кирпичную трубу с теплоизоляцией.
Площадь сечения такой трубы может быть меньше расчётной в два и более раз.
Данные признаки по дымоходной трубе, следует рассматривать как временные, по мере набора опыта эксплуатации таких каминов, позднее их можно будет расширить.
Сказанное выше означает, что основные исходные данные (для ТЗ) для проектирования камина имеются.
На этом этапе предполагается проработать рабочую схему камина, по которой могут проектироваться типовые камины (открытые) всех основных типоразмеров.
Итак, двуединая задача.
Выбор рабочей схемы типового альтернативного камина.
Подбор каминных труб для каждого типоразмера камина в двух вариантах: обычном и альтернативном камине и их сопоставление.
В части подбора каминных труб можно обратиться к шведской диаграмме, которой пользуется большинство специалистов
(Обе диаграммы приведены в книге Камины. Современный взгляд. Изд. Аделант, Москва 2006-2008, рис. 3.1 и 3.2.).
Практика показывает, что её использование вполне оправдывает себя, поэтому искать ей какую-либо альтернативу вроде бы и не требуется.
Однако есть и другая возможность: воспользоваться опытом фирмы «Шидель», который ею обобщён в свою диаграмму.
Считаю второй вариант предпочтительным, т.к. он разрабатывался с расчётом на применение только труб круглого сечения и, что немаловажно в нашем случае, для труб с высокой степени чистоты внутренней поверхности (шероховатости).
Сравнение результатов расчёта по обеим диаграммам показывает небольшую разницу в пользу Шиделя, и объясняется это причинами, о которых сказано выше. По части выбора схемы для конструирования альтернативного камина, автором прорабатывались (в Архикаде) основные узлы обеих схем. В первом случае это вариант с поворотной заслонкой, установленной в горловину камина, образованную основным и обратными «зубами».
Конструктив этого узла осложняет два обстоятельства: 1) необходимость доступа к днищу дымовой камеры, которую следует периодически прочищать от неизбежных «осадков» из трубы, расположенной над ним. Прочистные окна должны дополнять конструкцию по бокам. Заслонку можно поднять ради упрощения этого узла. Её (заслонку-задвижку) желательно выбирать из числа покупных, отечественных и финских, предлагаемых на рынке. Во втором варианте, где горловина поднята, практически, те же проблемы, но попроще. Главное преимущество (о нем говорилось в статье Кузнецова и обсуждалось на форуме): тепловой напор на перекрытие колпака создает в горловине силу, противодействующую противотоку в трубе, возникающему при появлении разрежения воздуха в помещении. Важна высота положения горловины, в первом варианте она традиционно мала.
Для полной и объективной характеристики альтернативных каминов необходима практическая их проверка и проведение испытаний. Представляется, что эту часть работы можно предложить тем профессионалам печникам, которые проявят практический интерес к альтернативным каминам и возьмут на себя письменное обязательство по составлению небольшого «отчёта» при условии и возможности хотя бы годичного наблюдению за своими каминами. Со стороны автора им будет оказано всяческое содействие в проектировании камина.
Выше говорилось о том, что методика, является универсальной, надёжной и многократно проверенной системой расчёта каминов всех типов. Поэтому, вроде бы и искать альтернативу, в виде какого-либо улучшения изложенной методики, нет необходимости.
Однако практика строительства каминов ставит новые задачи, решение которых требует новых подходов, выходящих за пределы, указанной системы расчетов.
Перечислим вопросы, о которых может идти речь (специалисты и печники вполне могут дополнить данный перечень):
- По мере необходимого роста сечений каминных труб (для каминов с большими порталами), сами трубы становятся экономически всё более затратными и более трудоёмкими сооружениями. Проблема желательного снижения площадей сечения применяемых труб для каминов с большими порталами, где ширина портала (окна) камина 3 кирпича и более, становится всё более очевидной.
- Существует проблема каминных комплексов – конструктивного объединения печей и каминов (2 и более единиц) с выходом на единый дымоход. Проблема заключается не только в желательном снижении сечения трубы, но и, что важнее, в обеспечении надёжного функционирования составляющих элементов каминного комплекса.
- Зачастую планировочные решения принуждают специалистов ставить в больших помещениях камины с нелогично малым порталом из-за недостаточного сечения труб закладываемых в проекты проектировщиками зданий. Задача увеличения каминных порталов при использовании труб с заниженным сечением также весьма актуальна.
Проблема очевидна. Понятно, что в системе комплекса камин - труба решение надо искать в устройстве самого камина. Что же касается каминной трубы, то максимум возможного, что можно сделать для улучшения работы камина, это использование «идеальной» трубы. Уточним этот термин: круглое сечение трубы с максимально гладкими стенками, ось трубы прямая без изломов плюс хорошая теплоизоляция трубы.
Остановим внимание на устройство каминного зуба. Специалистам известно, что в некоторых случаях с помощью каминного зуба можно добиться более устойчивой работы камина. Известно, что полоса сужения (горловина), образуемая между тыльной стороной перекрытия портала и каминным зубом должна как-то соразмеряться с площадью сечения трубы. Очевидно, что для практического применения нужны более чёткие рекомендации.
Вот на таком информационном фоне любая публикации по теме, затрагивающая обустройство каминного зуба (соответственно и горловины тоже), должна вызывать (по мнению автора) повышенный интерес специалистов.
В 2007 году опубликована работа И. В. Кузнецова «Камины, печи, печи с каминами». В ней, наряду с решением ряда вопросов, рассмотрен и расклад сил в камине, которые определяют его работу. На основе анализа сил, действующих в камине, их взаимодействия (с учётом влияния каминного зуба, что обычно вызывает затруднения в определении его роли в этом раскладе) можно делать верные выводы для рационального конструирования каминов.
Подчеркнём, что этот вопрос авторы многочисленных статей и книг обходят стороной, считая его весьма неопределённым и запутанным. Это, в свою очередь, также определяет интерес к указанной статье.
К сожалению, интересующий нас вопрос о сочетании проходного сечения горловины с сечением трубы в статье лишь задаётся формулой «1:1 и больше». Заметим, что «формула» концентрирует суть интересующей нас методики. И, тем не менее, данная статья, при всей важности затронутых вопросов, попутно подталкивает к поиску решения проблемы, которая выше обозначена.
Кроме решения проблемы дымления каминов (под него и даётся обоснование) интересны выводы в части обустройства дымовой камеры, выборе места установки на ней каминной трубы и подсоединения печных труб при использовании камина в комплексах.
Рассмотрим конструкцию реально действующего камина (автор А. Ищенко). Камин примечателен тем, что он создавался с учётом рекомендаций И.В. Кузнецова и, что важно, на базе собственного опыта квалифицированного специалиста. В камине решена главная задача: значительно снижено сечение трубы по сравнению с расчётным (нормативным) значением.
Главное: в выборе проходного сечения горловины и трубы. Горловина соответствует посадке покупной финской поворотной заслонки 20 х 20 см. Труба Н/Ж диаметром 20 см вставлена в кирпичную оболочку, зазор (на сторону 3 см min) между стенками заполнен теплоизоляцией. Изломы оси отсутствуют.
- Дымовая камера поднята на 1 м при этом значительно возрастает давление +Р и сила Д (см. выше), что усиливает противодействие дымлению. Выступ дымовой камеры за стену подпирается дополнительной кладкой. Трубу за стеной можно установить на камеру в любом месте без ущерба для работы камина.
- Традиционный зуб оставлен на прежнем месте, он лишь замыкает заднюю наклонную стенку, отражающую излучение камина к полу.
- К сожалению, конструкция камина является нетиповой, т.к. учитывалась необходимость размещения трубы за стеной помещения, что сказалось на выборе конструктивного решения.
На Рис.4 дана схема типового камина, на которую можно легко перенести основные параметры указанного камина. При этом необходимо учесть следующее:
- заслонка может быть установлена в любом месте (в горловине или в трубе)
- дымовая камера должна быть по возможности больше, 4-6 и более рядов кирпичной кладки. Для этого можно занимать место и выше каминного стола.
- конструктивно горловину можно сделать по-разному в том числе и в поперечном исполнении в виде решёточной кладки, где сумма промежуточных площадок-просветов, должна соответствовать заданной величине. Камин А. Ищенко демонстрирует возможности «метода сужения горловины» (см. выше, сравнительный Кd, = 1,78) о том, каков MAX предел этих возможностей пока сказать невозможно, вероятно, эта величина близка к предельному значению.
Применять на практике такой показатель следует с осторожностью (рекомендации по Кd см. ниже) и только в крайнем случае, когда все прочие подходы в решении задачи исчерпаны. Разумеется, вопрос должен решаться на этапе предпроектной проработки задания на камин.
В заключение коротко об изложенной методике.
Проблема, о которой идет речь, для отечественной практики печестроения и монтажа кирпичных каминов давно перезрела. Есть информация о том, что у нас некоторые специалисты решают подобные задачи, применяя свои методы. Имеется информация из-за рубежа: у финнов, например, есть свои отработанные решения.
Было бы полезно проанализировать и обобщить такую информацию (на сегодня она остаётся недоступной) для отработки и совершенствования метода сужения горловины. Пока же, представленный материал, не претендующий на полноту и совершенство, вполне приемлем для практического применения.
Ш. К. Афанасьев