И светят, и греют

Традиционная печь — предмет преимущественно утилитарный, предназначенный для обогрева помещений и приготовления пищи. Классический камин, напротив, служит больше для антуража: создает в комнате особый уют и позволяет хозяевам и их гостям любоваться игрой открытого пламени. Каминные печи, с одной стороны, отличаются высоким КПД и способны выполнять отопительные функции, а с другой — имеют элементы остекления и позволяют созерцать игру живого огня.

Лучшее — от прототипов

Отопительная печь состоит из емкости-топливника, топочного отверстия и дымохода. Общий принцип ее работы следующий. Дрова, уголь или пеллеты загружают через топочное отверстие в топливник и поджигают. В процессе их горения выделяется тепло. Окружающий воздух, нагреваясь, начинает двигаться вверх по системе труб, создавая в топливнике зону низкого давления и тем самым заставляя поступать туда прохладный воздух из помещения. Иными словами, возникает так называемая естественная тяга. Прежде чем выйти на улицу через наружное отверстие трубы, горячие газообразные продукты сгорания проходят замысловатый путь по каналам-дымооборотам внутри печи, что обеспечивает максимальную эффективность обогрева помещения.

Способность печи накапливать тепло зависит от толщины ее стенок и от того, насколько велики аккумулирующие свойства сырья, из которого они сделаны. К теплоемким материалам, например, относятся талькомагнезит и другие природные камни, а также керамика различных видов (кафель, изразцы и т.п.). Нагревшись во время сжигания топлива, они постепенно излучают «запасенное» тепло в комнату. Но при этом присутствует и конвекция (циркуляция) воздуха: он нагревается от поверхностей печи и вытесняется вверх, поскольку с повышением температуры становится легче. На его место «заступают» более тяжелые прохладные слои из нижней части помещения, с которыми затем происходит то же самое. Постепенно вся движущаяся в потоке воздушная масса прогревается.

В зависимости от соотношения излучающей и конвекционной составляющих отопительные печи принято подразделять на накопительные и, соответственно, конвекционные. Если у первых, более массивных, обе указанные характеристики почти равнозначны (с небольшим перевесом излучения), то у вторых, которые существенно легче, аккумулирующая способность намного меньше (на ее долю приходится лишь около 30%). Вообще, чем тоньше стенки, тем быстрее печь нагревается, однако и ее тепловая «разрядка» тоже происходит быстрее, следовательно, топить ее требуется чаще. Как правило, теплоемкие модели могут обогревать только то помещение, в котором они расположены. Конвекционные же способны отапливать и смежные комнаты. Сегодня проектировщики и производители предлагают такие печи, которые не только создают естественный поток теплого воздуха вдоль своих наружных стенок, но и обладают целым рядом дополнительных функций, оптимизирующих процесс отопления дома.

Что касается каминов, то выделяют два их типа: открытые и закрытые. В первых огонь разводят в нише, образованной кладкой из кирпича или камня. Дверец в данном случае не предусматривается, обычно перед топливным отверстием устанавливают лишь отдельный защитный экран. Но за возможность любоваться непосредственно живым огнем приходится платить: тепло не задерживается в помещении надолго — большая часть горячего воздуха довольно быстро улетает в трубу. КПД таких моделей всего 15–20%, поэтому для постоянного обогрева жилья использовать их нерационально. Чтобы увеличить теплоэффективность, производители стали монтировать в ниши каминов металлические (чугунные и стальные) ящики-топки — сначала со сплошными, а потом и с остекленными дверцами. Это сразу же увеличило КПД изделий до 60–75% и позволило управлять процессом горения за счет регулировки количества воздуха, подаваемого в топочную зону. Чем меньше его приток, тем более продолжительное время горит топливо: на одной закладке дров закрытый камин способен работать в 4–5 раз дольше, чем открытый. А если к тому же его дверца является панорамной, то есть имеет большие габариты (а иногда и выпуклую форму) и выполнена из прозрачного огнеупорного материала, то за игрой пламени можно наблюдать без всяких помех. Чтобы этому процессу ничто не мешало, современные топки оснащают системой, препятствующей образованию копоти на стекле. Существуют и другие полезные опции, превращающие камин в высокотехнологичный тепловой прибор: функция вторичного дожига, сводящего на нет вредные выбросы и еще больше увеличивающего КПД прибора; автоматическая регулировка заслонок; удобный подъем стекла; поддержка постоянного пламени при разных мощностях.

Однако металл (особенно сталь) — материал не слишком теплоемкий (быстро нагревается и остывает), недаром исконное предназначение классического камина не сводится к долговременному обогреву дома. Чтобы улучшить аккумулирующие свойства прибора и предотвратить быстрое прогорание стенок его топливника, последний начали футеровать изнутри жаростойкой керамикой: шамотом или вермикулитом. Это наряду с другими нововведениями и привело в итоге к появлению комбинированных устройств, известных как печи-камины на базе закрытой металлической топки.

В основе — металл

У современных печей-каминов предусмотрена полезная функция управления подачей в топку воздуха, необходимого для поддержания горения. Такая регулировка осуществляется непосредственно пользователем либо автоматически (в этом случае прибор сам распознает и сигнализирует, когда топка прогревается, нужно ли подложить в нее дрова и т.п.). При необходимости систему можно отключить и перейти на ручной режим.

Важными достоинствами печей-каминов на базе закрытой металлической топки являются мобильность и компактность. Кроме того, приборы отличаются оптимальным соотношением скорости нагрева и длительности теплоотдачи. Хотя надо заметить, что топки из листовой стали прогревают помещение оперативнее чугунных; правда, и остывают они быстрее. Эти особенности нужно учитывать при выборе печи-камина, сопоставляя их со своими потребностями. Кроме того, коэффициент теплового расширения у стали выше, чем у чугуна, поэтому и геометрия топки при нагреве больше подвержена изменениям. Кстати, данный факт обязательно учитывается производителями при выборе облицовочных материалов и конструкций. Что касается времени горения топлива, то, по утверждению специалистов, оно зависит не от материала изготовления топки, а от ее конструктивных свойств, плотности стыковки деталей, эффективности дозирования подаваемого воздуха, наличия системы вторичного дожига. Ну а добиться одновременного функционирования домашнего теплогенератора в роли печи и камина можно несколькими способами.

Важно, чтобы сталь, используемая для изготовления топок, содержала не менее 13% хрома и не более 0,2% углерода. Тогда поверхность их стенок не будет окисляться при нагреве. Для сравнения: у высоколегированной топочной стали температура появления окалины составляет около 750°С, в то время как у обычной черной — всего 400°С.

«Шуба» для топки

Самый простой метод — придать закрытой металлической топке аккумулирующие свойства, облицевав ее теплоемким материалом: камнем (например, природным минералом талькомагнезитом) или керамикой (плиткой, панелями, толстостенными фаянсовыми изразцами). Такое отделочное покрытие корпуса способно превратить в накопительную каминную печь даже традиционную буржуйку. Изразцы от остальных видов отделки отличаются наличием особых встроенных крепежных приспособлений на задней стороне. С лицевой же стороны они обычно украшены рельефом, росписью в виде узоров или жанровых рисунков. Как правило, производители облицовочных материалов предлагают продукцию сериями. В каждую входят детали нескольких размеров и форм: прямые, угловые, карнизные, бордюрные и т.п. Чтобы согласовать друг с другом разное тепловое расширение металла и керамики (или камня), а также обеспечить связь плиток со стенками топки, применяют монтажные конструкции с использованием специальных прутьев, рамок, каркасов.

У керамики масса достоинств: она выдерживает высокие температуры, не выделяя при нагреве никаких вредных веществ, не подвержена изменению цвета под воздействием солнечного излучения. К тому же ее поверхность в отличие от металлической остается не слишком горячей. У талькомагнезита вообще одно из названий — «печной камень». Этот минерал отличается оптимальным соотношением аккумулирующих свойств и теплопроводности: накопив тепло, он долго и эффективно отдает его (как и керамика — в виде излучения). Таким образом, облицовка металлических топок несколько увеличивает время прогрева печи-камина и последующей теплоотдачи, но вместе с тем снижает частоту закладки дров и их расход.

Лабиринт снаружи

Другой способ компоновки элементов конструкций такого типа основан на комбинировании металлической топки со встроенным теплоаккумулирующим блоком. Благодаря наличию задвижек прибор либо работает в режиме камина, либо выполняет функцию отопительной печи. В первом случае горячие дымовые газы сразу уходят в трубу, а во втором — сначала пропускаются через систему дымооборотов, выполненных из теплоемкого материала, например шамота. В итоге удается накопить достаточно тепла для того, чтобы помещение прогревалось и после сгорания топлива (обычному камину такое не под силу). При этом возможность созерцать живое пламя остается.

Выпускаемые производителями модули теплонакопительных блоков позволяют быстро монтировать дымовые каналы нужной длины и любой сложности, подсоединяя их к выходному патрубку металлической топки. Из них, например, можно изготовить теплую лежанку или сконструировать отводы в соседние помещения. Порой по художественности облика такие сооружения не уступают скульптурным произведениям — и тогда домашний очаг становится композиционным центром всего интерьера. Поскольку основную аккумуляционную работу выполняет дополнительный блок, для самой топки теплоемкая облицовка не требуется. Ее отделка носит чисто декоративный характер и обычно не влияет на технические свойства теплогенератора.

Рассматриваемая конструкция печи-камина хороша тем, что каждая ее составляющая остается «самой собой». Однако в собранном виде подобное сооружение может оказаться очень габаритным. Чтобы немного уменьшить размеры прибора, металлическую топку не стыкуют с накопительным блоком, а полностью вставляют в него. Сам теплоаккуммулятор при этом выглядит как небольшой шкаф из шамота, внутренние перегородки которого образуют лабиринт дымохода.

При выборе мощности печи-камина можно ориентироваться на простое правило: каждый киловатт способен «протопить» помещение площадью 20–40 м² при высоте потолка до 2,5 м. Однако надо помнить: качество обогрева зависит еще и от местоположения прибора в доме, а также от характеристик самого жилища: его планировки, высоты потолков и т.п.

Топка с секретом

А как быть, если помещение невелико и требует совсем уж компактного очага? Есть решение и для такой ситуации. Функции печи-камина можно переложить и на саму металлическую топку, причем даже необлицованную. Для этого в верхней части ее топливника устраивают некое подобие дымооборота — монтируют горизонтальную перегородку, вынуждая горячие газы обходить ее и одновременно нагревать, прежде чем уйти в трубу. Конечно, многократных поворотов подобная конструкция не предусматривает, тем не менее аккумулированного тепла хватает на то, чтобы протопить небольшую комнату, а также нагреть полочку-плитку над топкой и приготовить пищу. Пространство над перегородкой нередко используют и в качестве камеры вторичного дожига топлива, повышая тем самым КПД очага.

Печи-камины данного типа получили название каминофенов. Обычно они продаются в полностью собранном виде и немного напоминают тумбочки, имеющие несколько ярусов: внизу — дровница, в середине — топка, а вверху — полочка-ниша арочной, прямоугольной или трапециевидной формы. Чтобы сделать внешний облик моделей более выразительным, дизайнеры предлагают различные варианты их облицовки. Среди наиболее популярных отделочных материалов — жесть, нержавеющая сталь, чугун, огнеупорное стекло, керамика, талькомагнезит, гранит, песчаник и др. Как и все прочие очаги, каминофены могут быть угловыми, поворотными, фронтальными и зонирующими.

В воздушных потоках

Другой вариант «гибридного» отопительного прибора — калориферный очаг. Он представляет собой камин, способный обогревать комнату (а при условии подсоединения дополнительных воздуховодов — и смежные помещения) конвекционным способом. Каналы для движения воздуха формируются в зазоре между наружной поверхностью топки и покрывающим ее кожухом или облицовкой. В качестве основы для такой конструкции может быть использована любая топка закрытого типа. Часто кожух образует вместе с ней неразъемную конструкцию — так называемый моноблок.

В нижней части подобных печей-каминов имеются специальные отверстия, через которые затягивается холодный воздух. Постепенно нагреваясь, он поднимается по системе каналов и затем через верхние отверстия отопительного прибора выходит в помещения. Повысить КПД агрегата помогает подогрев его основания, благодаря которому температура воздуха в начале конвекционного пути быстрее повышается.

Каналы, предназначенные для транспортировки тепла в соседние помещения, не должны быть слишком длинными и извилистыми, иначе воздух будет остывать прямо в них, не доходя до цели. Когда смежные отпаливаемые помещения располагаются на том же этаже, что и комната с печью-камином, отверстия, через которые нагретый поток попадает в них, выводят под потолком. Если же они находятся этажом выше — на расстоянии не более 0,5 м от пола. По мнению специалистов, оптимальная длина воздуховодов при использовании воздушно-каминной системы отопления за счет естественной конвекции — 2–3 м.

Конвекционные печи-камины очень эффективны в домах сезонного проживания (в которых зимой хозяева бывают лишь наездами), поскольку они начинают отдавать тепло практически сразу после растопки и могут очень быстро прогреть выстуженные помещения. Кстати, в этом случае удобны системы не только естественной, но и принудительной конвекции, оснащенные вентиляторами, которые позволяют увеличить радиус действия системы с 2 до 10 м.

Усовершенствованные способы сжигания топлива позволяют довести КПД водяных печей-каминов до 75%. Мощность представленных на рынке моделей данного типа варьируется от 15 до 32 кВт. Им под силу обогреть от 80 до 300 м² жилья. Чтобы довести температуру воды в таких агрегатах до 65°С, в первые 2 ч после начала растопки потребуется использовать до 8 кг мелких поленьев. Затем процесс горения просто поддерживают, периодически подбрасывая крупные поленья (по 2–3 шт. через каждые 5–6 ч).

В содружестве с водой

И наконец, еще один вариант печей-каминов — модели с водяной «рубашкой», или термокамины. Пока они распространены меньше, чем рассмотренные выше разновидности, однако определенную известность уже получили. Тепловым агентом в них выступает не воздух, как у калориферных агрегатов, а вода. По принципу действия они схожи с обычными каминами, имеющими закрытую металлическую топку. Только в данном случае в ней (в области выходного патрубка) дополнительно смонтирована металлическая емкость-«рубашка» с водой, которая отбирает тепло у газов, поступающих в дымоотвод. Это дает возможность подсоединять к камину радиаторы отопления, установленные в комнатах. При работе простых моделей данного типа осуществляется естественная циркуляция теплоносителя в контуре, при функционировании более сложных — принудительная (к системе подключают насос). Обычно внутри «рубашки» имеются еще и ребра-пластины, позволяющие более эффективно отбирать тепло. Вода хорошо аккумулирует энергию и остается теплой даже спустя 10 ч после угасания огня в топке.

Такие печи-камины чаще всего являются резервным источником тепла, используемым в дополнение к уже существующей системе отопления. Они могут применяться вместе с электрическими или иными котлами, солнечными коллекторами, успешно помогая в решении задач отопления и горячего водоснабжения. Например, нередко эти модели взаимодействуют с накопительными емкостями (бойлерами), работающими по принципу непрямого подогрева: циркулирующая в отопительном контуре вода проходит через теплообменник бойлера и нагревает влагу, находящуюся в нем.

Кстати, специалисты не рекомендуют эксплуатировать термокамины в режиме медленного горения, поскольку это понижает температуру в топке и может привести к образованию конденсата на «рубашке» и в дымоходе. Как правило, водяные модели разрешается использовать и без подсоединения к системе обогрева: теплообменник не испортится. Однако его износ ускорится. Подключенную к радиаторам, но не заполненную влагой каминную печь топить нельзя: пострадают элементы отопления. Не следует запускать ее и при слишком малом количестве воды в емкости (менее 50 л), поскольку та закипит.

Текст: Владимир Бреус