Для российского потребителя камин — вещь скорее душевная, чем утилитарная, которой пользуются не ради обогрева, а для теплого общения. Но одно другому не мешает, что доказывается присутствием на рынке каминов с расширенными отопительными функциями.
Вода внутри топки
Камин водяного типа по-другому еще называют «камин с водяной рубашкой», «камин с теплообменником», «термокамин», «водяной камин» или «камин-котел». Принцип его действия тот же, что и у обычного камина с закрытой металлической топкой. Только конструкторы, добавив металлические плоскости внутри топки, сделали ее стенки двойными с трех сторон (а также в области сужения топки к выходному патрубку — для отбора тепла у газов, пытающихся унести его в дымоход). Образовавшееся пространство, называемое водяной рубашкой, предназначено для заполнения водой. Таким образом, изнутри греется вода, что позволяет подключить к камину накопительный бак для горячего водоснабжения (ГВС) или радиаторы для отопления. В простых вариантах камина осуществляется естественная циркуляция воды (теплоносителя) в контуре. Но в усовершенствованных моделях присутствует циркуляционный насос.
Термокамину отводится роль основного или резервного источника тепла, дополняющего уже существующую систему отопления. Он может взаимодействовать с электрическими или работающими на самых разных видах топлива котлами, а также солнечными коллекторами, помогая в решении как задач отопления (в том числе и за счет устройства теплых полов), так и ГВС.
В последнем случае он взаимодействует чаще всего с накопительными бойлерами косвенного подогрева воды, когда циркулирующая в отопительном контуре вода проходит через теплообменник бойлера и нагревает находящуюся в емкости воду. Вода при этом аккумулирует тепло и остается достаточно теплой даже через 10 часов после завершения процесса горения в топке камина. Чтобы гарантированно обеспечить температурные параметры воды, в бойлер могут быть вмонтированы ТЭНы. После сгорания топлива в топке камина они включаются, если камин разжечь, то выключаются.
В случае принудительной циркуляции теплоносителя могут использоваться трубы маленького диаметра (всего 10–15 мм) и радиаторы с повышенным гидравлическим сопротивлением, а при наличии в водяной рубашке пластинчатых теплообменников удается обеспечить жилье и теплом, и горячей водой в двух точках водоразбора. Помимо каминов, растапливаемых дровами, существуют и модели, приспособленные для сжигания пеллет. Данный вид топлива позволяет автоматизировать подачу сжигаемого материала в топку, тем самым минимизируя участие человека в процессе обслуживания камина.
В содружестве аэродинамикой
В камине, предназначенном для обогрева помещения воздухом, используется явление конвекции, для реализации которого создается зазор между плоскостями. На этот раз не внутри топки, а извне — между наружной ее поверхностью и специальным покрывающим топку кожухом (конвективной камерой). Базой для указанной конструкции может служить любая топка закрытого типа. Многие производители изготовляют для них соответствующие кожухи, которые образуют вместе с топками моноблок. Благодаря описанной конструкции возникают условия для движения нагретого воздуха внутри зазора. Воздушные системы каминного отопления работают на принципе многократного прохождения воздуха обогреваемого объема через упомянутый зазор за счет естественной конвекции либо по принуждению.
Для возникновения воздушного потока в зазоре в нижней и верхней частях кожуха устраивают специальные отверстия. При естественной конвекции холодный воздух, попадая под кожух через нижние отверстия, нагревается в пространстве зазора и поднимается вверх. Далее поток разделяется: часть воздуха идет в помещение, где расположен камин, а часть — в соседние или находящиеся на следующем этаже комнаты. Чтобы это произошло, нужно смонтировать соответствующие воздуховоды. Их длина не должна быть слишком большой, иначе естественному потоку придется преодолевать большое сопротивление трубопровода, да и остывание воздуха даст себя знать на большой дистанции. А вот сечение воздуховода слишком малым не может быть, т.к. вновь возникнет вопрос с аэродинамическим сопротивлением. По той же причине воздуховоду лучше не иметь лишних поворотов и изгибов. Переходные отверстия, через которые теплый воздух поступает в соседние по горизонтали комнаты, располагают под потолком, а в комнатах следующего этажа — на расстоянии до полуметра от пола.
Радиус действия системы отопления можно существенно увеличить (с 2 до 10 м), если организовать принудительную конвекцию. Для достижения данной цели используют вентилятор, создающий разрежение в пространстве между топкой и конвективной камерой, куда и устремляется воздух, подлежащий нагреву. Теплый воздух нагнетается в обогреваемую комнату тем же вентилятором. При таком «волевом» подходе обогреву становятся подвластны и нижние этажи, а требования к местам расположения переходных отверстий, площади поперечного сечения и геометрии воздуховодов становятся гораздо демократичнее.
Системы принудительной конвекции могут включать и устройства фильтрации и увлажнения воздуха, выполняющие некоторые климатические функции. Конечно же, такой усложненный способ отопления обойдется дороже, чем предыдущий. Кроме того, за его достоинства придется заплатить еще и абсолютной тишиной, поскольку шум, хоть и в самых малых дозах, но все же будет присутствовать. Вентилятор может располагаться не только в начале канала, но и в подкровельной части дома. В этом случае от воздуховыпускного отверстия моноблока к вентилятору прокладывается теплоизолированный воздуховод, а вентилятор гонит теплый воздух в каждое из отапливаемых помещений по отдельному каналу. В этих целях используются вентиляторы с одним входным присоединительным патрубком и несколькими выходными.
Производителями каминов для воздушного обогрева выпускаются и моноблоки с естественной конвекцией, в которых предусмотрена возможность установки вентиляторов и перехода на принудительную конвекцию, или моноблоки с уже вмонтированными вентиляторами в комплекте с пультами управления. Системе можно задать, как правило, три возможных режима работы: медленный, быстрый и ожидания. Кроме того, камины с водяным и воздушным обогревом могут оборудоваться процессорными устройствами, позволяющими их интегрировать в состав систем отопления и вентиляции «умного дома».
Пересечение свойств и областей применения
По экономичности каминный способ водяного отопления несколько уступает традиционным котловым системам. Но при каких-то определенных условиях камин может оказаться почти «монополистом». К примеру, при удаленности отапливаемого объекта от газовых и электрических магистралей и нерегулярном посещении его хозяевами почему бы не совместить обогрев помещений с одновременным времяпрепровождением у камина? Или почему не использовать подобный камин для обогрева домика в отдаленном медвежьем уголке владений, куда прокладывать отопительные трубопроводы нецелесообразно? При этом в каминных системах отопления построек временного проживания используют антифриз вместо воды, чтобы не иметь проблем с замораживанием систем. Главным объектом обогрева для воздушных каминов также являются отдельные комнаты в домах непостоянного пребывания человека.
В зависимости от наличия или отсутствия электроснабжения здесь применяются системы естественной или принудительной конвекции. Надо сказать, что конвекция свойственна не только каминам воздушного типа, она — явление вездесущее. Собственно, водяной камин в чистом виде не существует, поскольку при его работе тоже имеет место конвекция — нагретый воздух все равно будет подниматься вверх вдоль наружных стенок даже при отсутствии кожуха. Просто передаваемая таким путем часть тепла в устройствах рассматриваемого типа невелика, и «неприрученная» конвекция не дает того обогревательного эффекта, на который способен камин с воздушным отоплением.
Кроме того, и традиционный камин тоже может обладать свойствами воздушного камина: например при облицовке металлической топки керамическими плитками оставляется зазор между поверхностью топки и плиткой, что, по сути, превращает его в каминную систему отопления с естественной конвекцией. К тому же следует помнить, что и самый обычный камин, не оснащенный ни теплообменником, ни конвективной камерой, тоже является отопительным прибором, имеющим вполне определенную мощность. Правда, она невелика и, как правило, не превышает 15 кВт, поэтому традиционный камин в качестве основного теплогенератора может использоваться лишь для обогрева небольшого пространства, т.е. помещения, в котором он установлен.
Однако это пространство можно увеличить, если продукты сгорания направить не прямиком в дымоход, а через газоходный лабиринт, так называемый аккумулирующий или тепловой щит. Подобную «пристройку» к камину даже можно превратить в лежанку. Некоторые производители пошли еще дальше, снабдив топки двумя патрубками. Тогда газы можно направлять по выбору в один из них: либо оснащенный насадкой-теплообменником для подогрева воды, либо связанный с аккумулирующим щитом.
Термокамины, осуществляющие обогрев помещений с помощью естественной циркуляции (без циркуляционного насоса), должны состыковываться с арматурой и радиаторами, обладающими малым гидравлическим сопротивлением, что подразумевает использование труб не столь маленького диаметра. Зато естественный оборот воды в контуре не требует расхода электроэнергии и не сопровождается шумом насоса и вибрацией. Да и срок службы (15–20 лет) подобной системы весьма внушителен. Но не бывает плюсов без минусов, среди которых — невозможность обогрева помещений, находящихся ниже уровня расположения камина, малая тепловая инерционность, недостаточная величина максимального удаления радиаторов от камина (до 20 м).
При пропадании напряжения в электросети система каминного отопления с принудительной конвекцией превращается в систему с естественной конвекцией. То есть горячий воздух будет обтекать обесточенные вентиляторы. При работе в штатной ситуации вентиляторы сами себя охлаждают (даже в режиме ожидания автоматически включаются при достижении температуры воздуха в 50°С и отключаются при ее падении ниже данного порога). В обесточенном же состоянии вентиляторы этого сделать не могут. Вывод здесь очевиден: лучше не пользоваться системой с принудительной конвекцией при отсутствии электричества.
Мощность представленных на рынке водяных каминов составляет от 15 до 32 кВт. При современных способах сжигания топлива их КПД может достигать 75%. Им под силу обогреть жилище площадью от 80 до 300 м². Для нагрева отопительной воды до 65°С в камине мощностью 32 кВт требуется израсходовать 8 кг мелких поленьев в первые два часа. Затем процесс горения поддерживается подбрасыванием крупных поленьев (до 25 см в диаметре) — из расчета 2–3 полена на 5–6 часов.
