Печное отопление малоэтажных зданий: Практическое пособие.
§ 54. КАМИНЫ
Общие сведения о камине. Камин — местный источник теплоты без конвективной системы, представляющий собой топливник (очаг), частично огражденный стенками или полностью раскрытый с боковых сторон. Камины относятся к наиболее древним нагревательным приборам, которые применялись для отопления жилищ. Открытый камин с дымоотводом использовался еще в 820 г. н. э., о чем свидетельствуют археологические раскопки последних лет.
Несмотря на то, что камин как отопительное устройство в функциональном отношении несовершенный, его нельзя рассматривать как сугубо декоративный элемент интерьера. В индивидуальных домах наиболее полно используют преимущества камина, как не теплоёмкого отопительного прибора, позволяющего быстро поднять температуру помещений и увеличить их воздухообмен. Это совместно с эстетическим и психологическим воздействием камина на пространственную структуру жилища повышает значимость камина.
При устройстве камина следует выполнять все требования к помещению, в котором размещается камин. Площадь комнат или веранд, оборудованных камином, должна иметь соответствующее объемно-планировочное решение и быть не менее 20 м2.
Камин может эффективно функционировать лишь при соблюдении определенных соотношений размеров его составных частей и учете физических явлений, протекающих в процессе горения топлива в не полностью огражденном топочном объеме. Открытый огонь и большое зеркало лучистой теплоотдачи камина определяют многократный воздухообмен помещения. Атмосферный воздух поступает к камину в основном через не плотности оконных и дверных проемов. Следовательно, при излишней герметизации притворов сгорание топлива будет неполным, а помещение — задымленным. Камин не следует размещать в зоне действия интенсивных воздушных потоков, так как они отрицательно влияют на спокойное распространение огня в слое топлива. Таким образом, теплоисточник открытого пламени располагают в аэродинамической тени помещения, под которой понимают участки с небольшой скоростью воздушной среды. Не рекомендуется сооружать камин таким образом, чтобы его основная теплоотдающая плоскость находилась против наружной стены и оконными проемами, так как это ведет к чрезмерному воздухообмену в доме.
При установке камина у внутренних стен в газоходах поддерживается необходимое для стабильной тяги разрежение, что обусловливается достаточно высокой температурой отходящих газов. Однако в этом случае могут возникнуть сложности при организации дымоотвода и подачи воздуха. В некоторых случаях к каминам, установленным в глубине помещения, воздух поступает по специальному каналу непосредственно под топливник. Это снижает сверхнормативный приток холодного воздуха в помещение. Расположение камина и дымовых труб у наружных стен упрощает подвод воздуха, однако при этом требуются специальные мероприятия по теплоизоляции газоходов, предотвращающие излишнее охлаждение дымовых газов.
Разновидности камина.
В зависимости от излучения камины бывают с одно- и двусторонним излучением и с излучением по периметру камина©
Камин с односторонним излучением (рис. 95, а), наиболее распространенный в строительстве усадебных домов и коттеджей, характеризуется следующими преимуществами: высокой степенью излучения благодаря развернутым боковым стенкам и наклонной задней плоскости; эти же элементы служат аккумуляторами теплоты, что повышает КПД камина.
Камин с двусторонним излучением (рис. 95, б) по теплотехническим показателям уступает устройству с односторонним излучением, что определяется увеличенным количеством воздуха, поступающего из помещения в дымовую трубу. Одновременно снижается количество лучистой теплоты, поступающей от такого камина, так как открытая боковая плоскость камина излучает энергию в сторону от зоны, где происходит обогрев жителей дома. Однако пространственное эмоциональное воздействие камина с двусторонним излучением очень высоко, поэтому такие конструкции камина нередко используют в современном интерьере усадебных домов.
Камин с трехсторонним излучением (рис. 95, в) так же, как и предыдущий, может быть оригинально решен в декоративном отношении. Однако как отопительный прибор такой камин неэффективен, а для отвода дыма он требует устройства металлического зонта (дымовой камеры), далеко отстоящего от стен.
Проект ©
Камин с односторонним излучением.
Камин с двухсторонним излучением.
Камин трехсторонний©
Камин©
Функциональная схема камина. Рассмотрим конструктивные элементы камина (рис. 96) и их функциональное назначение.
Зольник камина 1 служит для сбора золы и остатков несгоревшего топлива. Перед камином находится площадка 11, выложенная из огнестойкого материала, как подтопочный лист камина. Размеры площадки камина приведены на рис. 97 и в табл. 9.
Колосниковую решетку камина и под 2 (см. рис. 96) используют для укладки топлива и организации процесса его горения.Топливник камина 3 состоит из двух боковых и одной задней стенок, обеспечивающих высокую степень излучения. Заднюю стенку камина 4 выполняют наклонной, что повышает эффективность лучеиспускания и обеспечивает пожаробезопасность камина. Иногда топливник камина облицовывают чугунной плитой, увеличивая тем самым теплоотдачу камина. Чтобы обеспечить хорошую тягу и бездымное горение, топливник камина должен быть определенных размеров: глубокие топливники снижают тепло производительность камина, а топливники малой глубины не обеспечивают достаточно полного отведения дыма из камина и могут являться причиной загазованности помещений.
Конструктивные элементы камина©
Открытую часть топливника камина оформляют в виде квадратного, прямоугольного и полукруглого порталов. Правильное соотношение между глубиной В и шириной А топливника (см. рис. 97) должно составлять 1: 2 или 2:3.
Дымовой карниз камина 5 (см. рис. 96) представляет собой выступ над открытой частью камина. Карниз камина выполнен с желобом, который собирает конденсат, выпадающий из отходящих газов во время растопки камина. При отсутствии желоба конденсат заливал бы топливо в камине.
Дымовая (жаровая) камера камина 6, расположенная между топливником и дымовой трубой, начинается от дымового карниза камина 5 и служит для сбора продуктов сгорания в периоды наибольшего дымообразования. Важно, чтобы форма дымового карниза камина была вогнутой. Это обеспечивает не только сбор влаги, но и предохраняет огонь от задувания ветром.
Клапан или задвижка камина 7, расположенный в газоходе сразу же за дымовой камерой камина, предотвращает утечку теплового воздуха из помещения и обеспечивает регулирование тяги.
После задвижки на пути движения дыма по газовому тракту размещается дымовая (горловина), выполненная в виде отвода 9 или прямого участка насадной дымовой трубы камина. Благодаря горловине холодный атмосферный воздух 2 (рис. 98) интенсивно смешивается с восходящими горячими продуктами горения 1. В результате сокращается время разогрева дымовой трубы и снижается вероятность выпадения конденсата из отходящих газов.
Рис. 98. Движение газов в дымовой камере камина: / — продукты горения, 2 — холодный воздух, 3 — дымовая камера камина©
Некоторые камины снабжены дымовым фартуком (см. рис. 97, узел I) — металлическим устройством в форме усеченной пирамиды. Фартук камина служит для облицовки жаровой камеры или является соединительным элементом, расположенным между топливником и дымовой трубой. В большинстве случаев дымовой фартук служит декоративной отделкой камина.Габаритные размеры каминов и дымовых труб приведены в табл. 9, размеры топливника выбирают в зависимости от объема отапливаемого помещения.
Камин сооружают из различных строительных материалов. Топливник камина выкладывают из огнеупорного кирпича — прямого или фасонного шамотного. Для внешнего оформления камина, используются также естественный камень, облицовочный кирпич, мрамор, листовой металл, древесина, обработанная огнезащитной смесью (антипиренами).
Камины кирпичные, сложенные своими руками просушивают в течение 15...25 дней при температуре воздуха около 20°С. После этого кирпичный камин несколько раз слегка протапливают и вводят в эксплуатацию. В качестве топлива желательно применять сухие дрова твердых пород — березу, дуб, бук. Поленья длиной 300...400 мм укладывают пирамидой, что создает оптимальные условия для медленного сгорания дров, при котором рационально используется его теплота сгорания.
Камин облицованный. На рис. 99 приведены проект чертеж камина с односторонним излучением, используемого для отопления помещения объемом 90 м3. Как и все печи, камин имеет отдельный дымоход и соответствующий фундамент. На фундамент камина укладывают гидроизоляцию, по которой делают стяжку из цементного раствора, состоящего из 1 ч. цемента и 3 ч. песка. Через 3...4 дня, после того как раствор наберет некоторую прочность, возводят конструкции камина.
Сначала выкладывают кирпичные стенки зольника высотой около 400 мм, отстоящие одна от другой на расстоянии 460 мм (разрез А—А). Толщину стенок камина принимают не менее 120 мм. На зольник камина укладывают металлоконструкции: два стальных тавра 8 и уголок 2 с размерами полок 45x45 мм; их длина, определяемая габаритами топливника камина по фасаду, увеличена на 100 мм. В декоративных целях перекрытие зольника камина, служащее одновременно подом топочной камеры, выполняют уширенным, выступающим за пределы стенок. В этом случае длину металлоконструкций увеличивают до соответствующих размеров. Расстояние между таврами зависит от размеров применяемого шамотного кирпича, из которого формируют основание топливника камина. В центре пода топливника камина укладывают колосниковую решетку, подобранную под основной для данного района строительства вид топлива. После устройства пода камина приступают к кладке топливника камина. Боковые стенки топочного объема камина располагают под углом к задней плоскости. На высоте 550 мм от пода топливник перекрывают швеллером 3 № 12 длиной 1200 мм, развернутым полками вверх.
Перекрывая топочную камеру камина, получают опору для хайла 6, которая образуется с помощью боковых, передней и задней наклонных стенок. Заднюю наклонную стенку камина облицовывают огнеупорным кирпичом, опирающимся на заделанные в кладку стальные скобы (рис. 99, узел I). Хайло камина со стороны передней части газового тракта облицовывают листовым металлом толщиной 3...5 мм. Установленный на швеллере 3 металлический дымовой фартук служит опорой передней скошенной стенки и соединяет топливник с дымовой трубой 7, образуя промежуточную дымовую камеру 4. Над камерой 4 монтируют задвижку / размером 200 х 200мм.
Рамка задвижки, выполняемая из угловой стали 35 х 35мм, служит упором для дымовой трубы, по которой отводятся продукты сгорания в атмосферу. Снаружи дымовую трубу обкладывают кирпичом, что соответствует противопожарным требованиям. Передняя плоскость каменной кладки трубы опирается на несущий верхний швеллер 3, размеры которого идентичны нижнему. Дымоходная труба придает жесткость конструкции, упрощает кладку и повышает герметичность дымохода.
Эффективная высота 1 газоходов (рис. 100) — расстояние от нижней грани дымового карниза до устья дымовой трубы — должна соответствовать значениям, приведенным в табл. 9. Устье грубы, не должно иметь карниза, так как горизонтальные выступы ухудшают тягу. Верхние плоскости устья оформляют в виде граней, скошенных под углом 35...45° (рис. 100; узел I). Минимальная высота 2 оголовка трубы над коньком или кровлей крыши составляет для металлических, асбестоцементных и других материалов с подобной им степенью возгораемости - 300 мм, а для конструкций, образованных из рулонных и аналогичных им покровных изделий,-500 мм. Наружные стенки дымовой трубы в местах прохода через сгораемое перекрытие 4 (рис. 100; узел II) расширяют, образуя разделку 3 не менее 250 мм.
Учитывая, что режим эксплуатации камина характеризуется периодичностью и имеет сезонный характер, устье трубы защищают зонтом, который отстоит от верхней его грани на расстоянии, равном внутреннему диаметру трубы. Дополнительно верхние грани устья заключают в металлическую обойму или покрывают морозостойким бетоном толщиной не менее 80 мм.
Рис. 99. Камин, облицованный деревянной рейкой: 1—задвижка камина, 2 — уголок, 3 — швеллер, 4 — дымовая камера камина, 5 — канал трубы камина, б — хайло камина, 7 —дымовая труба камина, 8 — тавр, 9 — продухи, 10 — кирпичная кладка камина©
После того как кирпичная кладка камина завершена и просушена, кирпичный камин проверяют при работе в номинальном режиме. Если при этом не будут выявлены дефекты конструкции кирпичного камина, производят декоративную отделку фасадной стены камина. Кирпичный камин приобретает современный внешний вид, если его кирпичный фасад облицован деревянной рейкой, пропитанной огнезащитным составом.
Расход материалов
Шамотный кирпич, шт………………80
Огнеупорная глина с шамотом, кг …………………….80
Тавр 45 х 45 х 4 мм, м…………………………………..2,4
Уголок 45 х 45 х 4 мм, м……………………………….1,2
Швеллер № 12, м ……………………………………1,2
Швеллер № 14, м ……………………………………2,4
Скобы из полосы 25 х 3 мм, шт………………………...10
Листовая сталь толщиной 3...5 мм, м2 …………………2
Рейка деревянная шириной 70 мм, м…………………...30
Огнезащитный состав, л…………………………………6
Рис. 100. Дымовая труба камина:— эффективная высота, 2 — высота оголовка, 3 — разделка, 4 — перекрытие
Кирпичный камин на железобетонных консолях. В интерьере помещения эффектно выглядит кирпичный камин, нижняя плоскость которого приподнята над полом. Такой кирпичный камин становится оригинальным композиционным центром жилья.
Камин©одностороннего излучения, приведенный на рис. 101, а, б, может отопить в осенне-весенний сезон помещение площадью около 40 м2. Основной несущий элемент камина — нижняя железобетонная консоль 1 толщиной 80 мм, утолщенный конец которой закреплен в стене дымовой трубы 4 (рис. 101, в). Размеры утолщенного конца 250x150 мм. Вылет консоли, равный 700 мм, определяет глубину топливника. Длина консоли пода топливника камина по фасаду 1040 мм. В качестве арматуры для бетона используют проволочные стержни диаметром 4...5 мм.Соотношение сторон топочной камеры камина©составляет 1: 2 (800 х 400 мм). Дымосборник камин© 8 выполняют в виде железобетонной рамы, несущая консоль 2 которой заделана в заднюю стенку камина, а боковые и передние ее стороны (консоль 9) расположены над топливником камина. В декоративных, теплотехнических и противопожарных целях заднюю стенку топливника камина выполняют наклонной и облицовывают огнеупорным кирпичом или чугунной плитой в виде отражателя. Таким образом, удается избежать завихрения потока отходящих газов и задымления помещения.На уровне дымового карниза камина монтируют дымовой клапан 7. Камин подсоединяют к дымовому каналу 3 через дымовую горловину 6 и отвод 5.
Кирпичный камин может быть модифицирован в камин с двусторонним излучением. Для этого левую боковую стенку топливника камина не экранируют, а правую выкладывают вплотную к межкомнатной перегородке.
Дымовые 3 и вентиляционные каналы камина располагают во внутренней стене здания, что облегчает конструкцию камина и выполнение работ по его сооружению.
Рис. 102. Английский Камин© Камин упрощенной конструкции:
а — обший вид камина, 6 — камин вид спереди, в — вертикальный разрез камина; 1 — топливник камина, 2 — доска, 3 — задвижка, 4 — под. 5 — площадка, 6 — уголок, 7 — портал камина. 8 — чистка, 9 — стенка камина
Английский камин© Камины упрощенной конструкции. В тех случаях, когда к декоративному оформлению камина не предъявляют повышенных требований, сооружают так называемый прямой (английский) камин (рис. 102).
Отличительная особенность такого камина состоит в том, что вертикальная тыльная стенка камина 9 на уровне дымосборника переходит в вогнуто-выпуклую плоскость гусек камина. Топливник камина 1 с выступом (обратный гусек камин) перекрывают каминной доской 2. В основании дымового канала расположена чистка 8, а на 25-м ряду канала вмонтирована задвижка 3. Боковые и задняя стенки 9 топливника, а также под 4 футерованы огнеупорным кирпичом. Перед камином выкладывают огнезащитную площадку 5. Портал 7 камина опирается на металлические уголки 6, которые придают прочность всей конструкции. Наклонную часть дымохода (увод) выполняют, надвигая один кирпич на другой.
Расход материалов на камин©
Кирпич керамический………300
Огнеупорный кирпич,шт… 120
Обыкновенная глина……… 0,1
Огнеупорная глина,кг………150
Песок,м3………………………0,1
Цемент,кг…………………… 8,0
Дымовая задвижка,шт………1
В камине (рис.103), у которого колосниковая решетка выполнена в виде корзины, можно сжигать любое твердое топливо, включая антрацит. Колосниковая решетка-корзина 2 установлена на подколосниковый упор 10.
Надпортальный карниз камина 4 устанавливают на уголки 3, заделанные в кладку боковых стенок. Над карнизом камина выкладывают дымовую трубу 5 с каналом 7, который перекрывается задвижкой 6. Тыльную стенку камина 9 выполняют путем постепенного напуска кирпича и заканчивают дымовым карнизом (порогом 8).
Чертежи решетки-корнизы приведены на рис.104
Расход материала на кирпичный камин©
Огнеупорный кирпич,шт……….150
Колосниковая решетка…………..1
Дымовая задвижка 320 х210 мм, шт…………1
Огнеупорная глина с шамотом,кг………………………..80
Металлический уголок 50х50х5 мм, м…………………..3,0
Рис. 103. Камин с колосниковой решеткой-корзиной© 1 – площадка камина, 2 – решетка камина, 3 - уголок. 4 - карниз, 5 – труба камина, б –задвижка камина, 7 – канал камина, 8 – порог камина , 9 – стенка камина, 10 ~ упор.