Современная металлическая топка — сложная инженерная конструкция, оснащенная множеством функций. Ее назначение — не просто согреть дом, но сделать это максимально эффективно и экономно, а еще лучше, если с помощью топки можно решить и другие задачи, например, организовать горячее водоснабжение. К тому же она должна быть красива и органично вписываться в дизайн камина, да и всего интерьера в целом.
Магический ящик
© Contura
© Chazelles
© Spartherm Feuerungstechnik GmbH
История каминов открытого типа, в которых огонь разводится в нише из камня, насчитывает много столетий. Их КПД составляет в среднем 15%. На рубеже XIX и XX веков появились камины с очагом, помещенным в закрытый объем металлической топки («вставки», «кассеты»). Это усовершенствование повысило КПД камина до 75%.
Несколько позже дверцу закрытой топки стали оснащать огнеупорным стеклом, что позволило беспрепятственно любоваться игрой пламени. Тяга в топке создается за счет естественного движения воздуха. Но теперь появилась возможность регулировать процесс горения. Закрытая топка экономична, не выжигает много кислорода из воздуха помещения и безопасна, так как ее дверца является надежной защитой от искр и случайных угольков. У нее имеются шиберная заслонка, регулирующая поток воздуха, и зольник, который легко очищать.
Современные каминные топки отличаются разнообразным дизайном: они могут быть угловыми, двусторонними, полуостровными или островными. Впечатляет и широкий выбор стекол для топок: они бывают плоскими, призматическими или цилиндрическими, дверцы могут открываться вбок или вверх (дверца гильотинного типа, которую оснащают системой противовесов, позволяющих легко открывать стекло и фиксировать его в нужном положении). Последний вариант — настоящая находка для поклонников открытого огня. Особенно эффектно выглядит камин с поднимающимся стеклом, расположенный в центре помещения.
Двусторонние топки (их еще называют туннельными) эффективно зонируют пространство, например, когда их устанавливают в простенке между двумя комнатами. Загрузку топлива и розжиг производят с любой стороны.
Идущие в ногу
© MCZ GROUP S.p.A.
© Brunner
© MCZ GROUP S.p.A.
© Schmid Feuerungstechnik GmbH & Co.KG
Современные стальные и чугунные топки имеют сходные технические характеристики, однако эти два металла друг друга не заменяют и не вытесняют, а скорее дополняют, так как сейчас практически не изготовляют топки, используя только один из этих двух материалов. Чугун, правда, обладает большей теплоемкостью, чем сталь (560 Дж/К против 500 Дж/К), но сталь, соединенная с шамотом, будет в итоге иметь не меньшую теплоемкость, чем чугун, поэтому стальная топка, футерованная шамотными кирпичами, нагревается, аккумулирует тепло, а потом отдает его в помещение так же медленно, как и чугунная. Применение огнестойких материалов для внутренней облицовки топки позволяет существенно повысить температуру в камере сгорания и обеспечить тем самым более полное и чистое сжигание топлива. Нефутерованные стальные топки сейчас практически не выпускаются. Выполняя аккумулирующую функцию, шамот еще выступает в роли излучателя тепла в помещение через стекло или открытую дверцу. К тому же шамотная облицовка очень красива, по-настоящему нарядна. Когда камин разгорается как следует, огонь выжигает золу, осевшую в начале растопки на стенках, и футеровка сохраняет свой чистый цвет. При желании можно заказать топку, отделанную изнутри черным шамотом, что весьма эффектно. Стоит отметить, что многие современные производители используют для футеровки не только шамот, но и вермикулит, а также различные инновационные материалы, как правило, на основе жаропрочной керамики.
Чтобы стенки стальной топки не прогорали, ее изготавливают из высоколегированной нержавеющей стали с содержанием хрома выше 13%, а углерода — не более 0,2%. Температура образования окалины у нее выше 750°С (у черной стали окалина появляется при 400°С, что ниже температуры стенок в металлической топке).
Коэффициент теплового расширения стали больше, чем чугуна: соответственно при нагревании этот материал сильнее деформируется. Поэтому термически нагруженные детали, например, колосниковые решетки, рассекатели пламени и дымосборники, как правило, выполняют из чугуна.
Чугунные топки дольше, чем стальные, держат тепло. Но они тяжелее, и в некоторых ситуациях при монтаже может потребоваться усиленный фундамент. (Это бывает необходимо и при установке камина или печи, оснащенных дополнительными теплонакопительными элементами.) К достоинствам чугунных печей можно отнести прочность, долговечность, высокую устойчивость к перегреву и прогоранию.
Явный прогресс
© MCZ GROUP S.p.A.
© AUSTROFLAMM
© Chazelles
© Contura
© Spartherm Feuerungstechnik GmbH
Среди усовершенствований, общих и для стальных, и для чугунных топок, — системы «чистое стекло», двойной дожиг, автоматическое управление горением вплоть до возможности интегрирования очага в схему «умного дома» и комбинирования с другими источниками тепла.
Ведущие производители топок, разрабатывая систему «чистое стекло», используют компьютерное моделирование потоков воздуха в камере сгорания. Существуют активная и пассивная системы очистки стекла. Обе основаны на процессе обдувания закрытой дверной створки потоками воздуха, не позволяющими саже оседать на ней.
В пассивной системе холодный воздух естественным путем засасывается в топку через специальные отверстия над стеклом и, скользя по нему вниз, захватывает продукты горения, препятствуя их осаждению на стекле.
В активной системе предварительно нагретый первичный воздух подается в топке снизу вверх вдоль стекла. Его температура достигает 250°С, что не только способствует сохранению прозрачности стекла, но и увеличивает КПД и продолжительность горения дров. Правда, для нормального функционирования системы необходимо использовать только оговоренное компанией-производителем топливо. Оно должно быть сухим (влажность — не выше 20%) и не содержать в себе смол. В России чаще применяют березовые поленья (хотя осина предпочтительнее из-за отсутствия копоти при горении), а также твердые породы дерева: дуб, ясень, граб, вяз, бук и т.д. Их древесина дает хороший жар и обеспечивает медленное сгорание.
Производители стремятся автоматизировать большинство процессов — для особого комфорта. Например, автоматическое управление распространилось на дозировку поступления воздуха, необходимого для поддержания процесса горения. «Умная система» распознает, когда топка растапливается, когда нужно подложить дрова и когда заканчивается горение. При необходимости, конечно, можно воспользоваться ручным режимом.
Не сгоревшие в очаге частицы топлива могут осесть в виде сажи внутри печи и дымохода. Чтобы все они полностью исчезали в газопламенном потоке, применяют систему двойного дожига, для которой используется так называемый вторичный, предварительно подогретый воздух, не обедненный кислородом. Он создает в дымовых газах новые очаги интенсивного горения, где и дожигаются частицы топлива, отдавая тепло стенкам топки или излучая его сквозь стекло. Двойной дожиг существенно улучшает теплотехнические характеристики очага.
Для того чтобы замедлить процесс прогорания дров, используется принцип фронтального горения: воздух подается через отверстия в верхней части дверной створки и движется к задней стенке топки. Еще один способ повышения КПД, используемый практически во всех современных очагах, — конвекционная теплоотдача. Между топкой и ее кожухом или облицовкой устраивается воздушный зазор, в котором создается конвекционное движение нагретого воздуха. Этот поток эффективно обогревает пространство комнаты, а при использовании воздуховодов — и смежные помещения.
Повышению эффективности очага способствуют и конструкционные особенности топок, например, усиленные ребра жесткости с наружной части корпуса. Они существенно снижают напряжение стали и увеличивают площадь поверхности, вследствие чего повышается теплоотдача.
Многие компании предлагают такую опцию, как установка дополнительных теплоаккумулирующих элементов. Наиболее распространенный вариант, опробованный многими фирмами и одобренный потребителями, — теплонакопительные кольца, которые размещаются непосредственно на корпусе топки вокруг дымосборника. Как правило, эти элементы изготовляют из шамота, но некоторые компании разрабатывают и патентуют собственные материалы, стремясь достичь максимально долгой теплоотдачи.
Обрамление для металла
© AUSTROFLAMM
© Brunner
© PIAZZETTA
Сошедшие с конвейера топки ждут своего модельера, чтобы «одеться» в нарядную облицовку — в соответствии с замыслом дизайнера.
В качестве материала для облицовки металлической топки используется керамика (тонкостенная плитка, толстостенные изразцы из фаянса, кирпичная кладка), а также теплоемкие природные минералы — в первую очередь, конечно, талькомагнезит.
При монтаже облицовки приходится учитывать различие материалов по коэффициенту теплового расширения. Поэтому непосредственно поверхность топки не покрывают облицовочными плитками. Взаимодействие металла топки с керамикой или камнем происходит через рамочную конструкцию.
Теплоемкая облицовка увеличивает время прогрева топки, но ощутимо экономит топливо, благодаря тому, что подбрасывать новые партии дров для продления процесса горения приходится реже.
Если стоит задача обогреть помещение быстро, то снова можно обратиться к конвекционному принципу: в нижней части облицовки устраивают отверстия для входа воздуха, который, быстро нагревшись, будет выходить под сводом печи. Но рост скорости прогрева происходит здесь за счет уменьшения теплоаккумулирующей способности печи. Наиболее сбалансированное соотношение между теплонакопительной способностью и излучаемым теплом достигается при отделке металлической топки талькомагнезитом, обеспечивающим быстрый нагрев и хорошую теплоотдачу за счет лучистого тепла.
Кроме утилитарных целей, связанных с обогревом, облицовку также применяют и для декорирования металла. При этом могут использоваться и сменные керамические панели с различным дизайном, позволяющие разнообразить обстановку каминного зала не только в пространстве, но и во времени.
Надо отметить, что каминные топки подвластны веяниям моды: например, в последние годы все тоньше становятся рамки дверец, а стекло занимает все большую площадь, делая максимально открытой картину живого огня. Кроме того, большинство компаний-производителей предлагают опционально хромированные ручки и рамки для дверец.
Критерии выбора
Чтобы очаг в доме был функциональным и эстетичным, его главная часть — металлическая топка — должна выбираться тщательно. Это тот случай, когда излишняя спешка или стремление сэкономить могут создать трудноразрешимые проблемы. Особого внимания требуют к себе несколько факторов.
Первый из них — качество материала, из которого отливается топка (металл должен быть однородным по составу, без пор, раковин и наплывов, без шероховатостей на поверхностях).
Второй — герметичность (нежелательный забор воздуха может существенно снизить эффективность печи, а также повлиять на чистоту стекла). Использование стали в качестве конструкционного материала дает дополнительные возможности минимизации зазоров. Специалисты советуют проверять данный параметр следующим образом: обычный лист бумаги помещают между закрытой дверцей и печью — если он вытаскивается с трудом, то печь герметична.
Третий — гарантийные обязательства, свидетельствующие об ответственности производителя (информация о производителе и сертификатах должна присутствовать на изделии).
Четвертый — мощность. Надо знать особенности дымохода и обсудить со специалистами вопросы взаимного соответствия объема помещения, возможностей топки и дымоходной системы. Это необходимо для правильного подбора топки, чтобы ее мощность не оказалась мала или, наоборот, чтобы она не перегревала комнату.
