Строительство печей и каминов в настоящее время переживает период бума. Несмотря на частично утраченные традиции и сложности качественного строительства, все больше людей используют традиционные для России системы отопления. Конечно, для России классическим домашним очагом считается русская печь, но вниманием не обделены также камины и садовые очаги, заимствованные у других народов.
Основные отличия строительства каминов, печей и садовых очагов
На протяжении многих тысячелетий сохранение огня являлось залогом выживания человека. С древних времен человек работал над формой и схемой универсального очага, по мере распространения поселений людей появились различные варианты очагов, которые дошли до наших дней. Хотелось бы отметить несколько гениальных конструкций отопительных систем, которые предопределили современные конструкции отопительных систем, в том числе, печей, каминов и садовых очагов.
Система центрального отопления Древнего Рима
Весомый вклад в развитие систем отопления внес Древний Рим. Здесь специальные печи применялись для обогрева терм (римских бань). Именно римляне первыми разработали сложную систему печного отопления горячим воздухом. В банях, а после и жилищах обогревались стены и полы горячим воздушным потоком, поступающим из огромной печи. Это первая реализация человеком отопления с помощью «теплых полов» и теплых стен.
Схема римской бани с централизованной системой отопления
Система отопления в римских термах подразумевала подачу горячего воздуха из печи в полые пространства стен и пола бани. Пол бани держался на кирпичных опорах, которые стояли в шахматном порядке, чтобы подольше задержать дым в этом кирпичном лабиринте. Сложная система отопления состояла в последовательном направлении дыма в многочисленные пустоты, которые задерживали дым в своей полости и «заставляли» отдавать инфракрасное тепло воздуха кирпичу. В стенах обогреваемого помещения также имелись прямоугольные кирпичики с полой емкостью, которые были прикреплены металлическими скобами. Подобные централизованные системы отопления имелись также во дворцах и римских виллах высших особ Древнего Рима.
Другим изобретением римлян считаются римские камины. Здесь система отопления основана на обогреве помещения лучистой энергией огня, которая множественно отражается от стенок топки и попадает в помещение. Важным моментом для конструкции камина является эффективный отвод угарных газов и углекислоты, которые выделяются при сгорании топлива. Неправильная конструкция каминов может привести к повышению концентрации токсичных газов в помещении и даже смертельным случаям.
На раннем этапе развития молодая Европа заимствовала у Рима демократичный и красивый источник обогрева — камины, централизованная система отопления, разработанная римлянами, в Европе не прижилась.
Камины — традиционная система отопления в Европе
Сохранение огня для человека всегда было очень сложным, особую проблему создавало отопление больших домов, которые находились в северной части Европы. Для отопления таких зданий, как правило, использовалась одна большая печь с открытым огнем. Очевидно, что чем больше печь, тем проще было поддерживать огонь за счет медленно сгорающего топлива. Большей частью в цокольных этажах находились кухонные очаги, которые также отапливали дома. Для локального отопления комнат использовались индивидуальные камины, до 16 века они были доступны только высшей знати.
Камины и схема устройства классического камина
До 1529 года в странах Европы существовал папский налог на печные трубы. Помещения отапливались при помощи одной печи, из которой подавался горячий воздух в другие помещения через единую систему дымохода. Каминная стена долго была несущей конструкцией здания. После отмены папского налога и вплоть до 20 века в Европе обогрев зданий осуществлялся за счет сложной системы дымоходов, идущих от каминов или печей, которые должны были обогревать все комнаты.
Домовая централизованная система отопления камином
После отмены налога на печные трубы камины быстро распространились по Европе, однако, это привело к трагическим последствиям — в 1666 году сгорел Лондон. Его отстроили заново из камня, и во всех домах опять же имелись камины. Каминная традиция сохранилась в Европе и по сей день, во многих странах камины используются как единственный способ отопления жилища.
Русская печь
Русская печь во многом повторяет идею, предложенную римлянами, то есть в ней реализовано отопление помещения за счет передачи тепловой энергии нагретого дыма кирпичной кладке в момент прохождения дыма по сложной системе воздуховодов.
В русской практике печи совмещали в себе очаг, отопительную систему, плиту для приготовления еды и духовку для выпекания хлеба и сушки продуктов питания. Это одна из самых массивных конструкций печи, известной в истории. Прообраз русской печи появился более 3000 лет назад, тогда древний очаг люди впервые поместили под глиняный свод.
Модель Григорьева отопительно-варочной печи с повышенной теплоотдачей
Русская печь обязательно содержала варочную камеру, которая располагалась в самой глубокой части печи. Это было сделано для того, чтобы угарные газы не преодолевали газовый порог и не загрязняли воздух дома. Конструкция русской печи сделана таким образом, чтобы печные газы сгорали полностью, что требовало также более простой конструкции дымохода. Массивная часть печи — груба, содержит несколько полых емкостей, через которые проходит воздух и прогревает всю кирпичную конструкцию печи.
Русская печь строится только из качественного красного кирпича на глиняном растворе, такая конструкция имеет наибольшую тепловую эффективность. Для дополнительного сохранения тепла печи на чердаке устраивается массивный «боров».
Отопительно-варочная печь с камином
Массивные русские печи были распространены по всей России. Аналог русской печи существовал в Северном Китае и Скандинавских странах. Популярность этих печей связана с тем, что они были способны поддерживать стабильную температуру в доме, это особенно важно для северных стран с характерными долгими зимами и сильными морозами.
Схема наиболее распространенной модели толстостенной печи
Значительный прогресс в печном производстве России произошел при Петре I, когда печи стали предметом научного исследования. С 18 до начала 19 века русское печное дело занимало первые позиции в Европе, было разработано большое количество моделей печей, которые устанавливались в Германии, Франции и Англии.
Основное отличие русских печей от западноевропейских отопительных аналогов состоит в сложной системе воздуховодов, которые позволяют сохранять тепло горячего воздуха, поступающего из печи и удерживать стабильную температуру в здании.
С появлением газового отопления использование русских печей в домах были сведено к минимуму, однако с повышением цен на газовое топливо печное строительство вновь стало актуальным. Некоторые владельцы домов используют печное отопление в дополнение к системе солнечных батарей, что позволяет не только приобщиться к традициям прошлого, но и обеспечить полную автономию от городских коммунальных сетей.
Садовые очаги
Садовые очаги стали популярны в средиземноморских странах. Однако актуальность такого сезонного обогрева оценили и в России. Очевидно, что в садовых очагах «используется» только лучистая энергия огня, то есть садовые камины строятся без внутренних полостей. При постройке садовых каминов меньшее внимание уделяется безопасности за счет хорошей вентиляции и быстрому рассеиванию угарных газов.
Как построить русскую печь с камином. Модель печи-камина Масютина
Огонь — это одна из тех немногих вещей, на которую можно смотреть бесконечно. Невозможно противоречить тому, что живой огонь завораживает, расслабляет и производит на любого человека неизгладимое впечатление. Камин в доме считается прообразом древнего очага, который возрождает в каждом человеке его природные качества. Камин также является признанным предметом роскоши и достатка.
Современный камин в интерьере гостиной
Актуальность объединения открытого очага с русской печью — это не дань современности, подобные исследования и оригинальные модели предлагали наши предшественники, начиная с 16 века. Они также хотели совместить возможность наблюдать за открытым огнем с отопительной способностью русской печи. В те времена такие попытки были стремлением предложить европейцам русскую универсальную печь, которая будет включать и излюбленный камин. Научное изучение печного дела дало свой результат. Если традиционные русские печи имели КПД около 20-30%, то печи, созданные на базе научной теории, показывали эффективность 70-80%. Также появились печи, совмещающие в себе достоинства русской печи и камина.
Существует несколько известных моделей печей-каминов, которые заслуживают особого внимания, но, на наш взгляд, наиболее интересными можно считать производную модель на базе печи Кузнецова, разработанную И.С.Погородниковым, а также небольшую современную печь-камин В.М. Масютина.
Колпаковые печи с каминами
Печь Кузнецова-Погородникова
Конструкция печи Кузнецова основана на гидравлической теории пламенных печей, которая разработана русским металлургом В. Е. Грум-Гржимайло. Суть теории состоит в том, что горячие газы, имеющие малую молекулярную массу, поднимаются наверх, а холодные газы опускаются вниз. В результате учета гидравлических характеристик была сконструирована модель дровяной печи, имеющей отличные характеристики. Конструкцию этой печи еще называют «двухъярусным колпаком».
В печи Кузнецова отсутствуют традиционные для русской печи потолочные каналы дымооборота, вместо этого горячие газы выходили в колпак — боров. Наиболее горячие газы скапливались в верхней части колпака, где отдавали свое тепло, а температура достигала 975°С. Газы под колпаком охлаждались и постепенно спускались, где поступали в дымовую трубу. Высокая температура в колпаке предполагала сжигание трудно-сгораемых газов.
Эффективность печи Кузнецова составляет 93%, когда КПД современных моделей русских печей не превышает 70-80%. В результате в печах Кузнецова при одном и том же количестве топлива можно получить большую отопительную мощность. Печь Погородникова имела два колпака, которые располагались один над другим. В результате печь хорошо прогревала нижнюю часть помещения. Исконные русские печи имели слабый нижний прогрев, поэтому в русских избах зимой ходили, преимущественно, в валенках. В печи Погородникова такой недостаток был устранен, его конструкция печи способствовала созданию здорового микроклимата для человека — хорошо прогретой должна быть нижняя часть помещения, а верхняя часть — немного прохладной.
Единственным минусом печи Кузнецова-Погородникова считаются ее массивные размеры.
Печь Кузнецова с камином, а также структурная схема печи с каналами движения воздуха
Печь-камин Масютина
Модель В.М. Масютина в отношении меньших габаритных размеров более удачная, ее размер 1,1х1,2м. Изобретена данная модель в 20 веке, она совмещает в себе особенности русских печных традиций, научных достижений и современных тенденций. При выборе подрядчика для строительства камина нужно понимать, что камин — это сбалансированная инженерная система. Если вы имеете недостаточно средств для постройки качественного камина, лучше сосредоточиться на изучении теории и построить камин самостоятельно, выбрав, например, модель печи-камина Масютина.
Печь-камин Масютина много раз испытана на практике, она надежна и экономична, теплоотдача этой печи составляет около 2000 ккал/ч. Такая печь без подключения системы отопления может нагревать помещение 20-25 м2, причем можно гарантировать стабильную температуру даже в суровые морозы. Активная площадь нагрева печи-камина Масютина составляет 10 м2, также имеется варочная поверхность с одной конфоркой и духовка, которая нагревается до температуры 50-80 °С. К отличительным чертам можно отнести наличие зимнего и летнего хода. Летний имеет меньшую длину и используется для растопки печи в сырую. Габариты камина Масютина подходят для комнаты 15-18 м2 и составляют 1095х1290 мм. Это компактная и современная модель печи с высокой эффективностью.
Выбор материалов для кладки печи
Для кладки всех печей и каминов используется исключительно глиняный кирпич без пустот размером 250x120x65 мм с весом 3,2-3,8 кг и прочностью на сжатие 50-300 кг/см2. Силикатный кирпич не используется, так как он быстро разрушается, пустотелый кирпич обладает плохой теплоотдачей.
Облицовку камина рекомендуется делать из плотных, устойчивых к температуре материалов. Печники советуют выбирать боровичский и гжельский кирпич, которые выдерживают температуру до 1000°С. В некоторых случаях можно использовать мраморные каминные порталы (стоимость хорошего портала из розового мрамора не превышает 1000 долларов без доставки).
Если вы кладете печь-камин на даче и планируете использовать его эпизодически, то вполне можно обойтись обычным красным кирпичом. При закупке кирпича нужно учитывать, что для кладки понадобиться дополнительно 20% кирпича, это может быть битый кирпич, который обрезается до 1/2, 1/4 и 3/4.
Чугунные детали
Практически все детали печи — топочные дверки, поддувальная, конфорки, выполняются из чугуна. Размеры поддувальной и топочной дверок должны быть кратны по высоте 70 мм, по ширине — 130 мм. Чугунные детали приваривают к листовой стали или крепят проволокой.
1 Традиционные чугунные элементы печи. 2 Художественные чугунные дверки для камина. 3-4 Варианты чугунных решеток и топочных дверок, это по-настоящему изысканные элементы интерьера.
Чугунная плита для печи Масютина имеет длину 430 мм и ширину от 280 до 350 мм. Колосниковые решетки выполняются цельнолитого чугуна, их размер должен быть 300х150 мм.
Духовка изготавливаются из листовой стали 1-3 мм. Духовой шкаф не должен превышать размеров 300х510 мм. Для экономии чугунные элементы могут быть заменены на менее долговечные стальные.
Фундамент
Фундамент печи-камина выполняется аналогично технологии устройства фундамента домов. Нужно учитывать размещение печи относительно примыкающей стенки, это расстояние должно быть равно одному метру. Суммарная площадь фундамента должна быть рассчитана на функциональную нагрузку в 6 т, где масса камина составит 4,5 тонны, а масса фундамента — 1,5 тонны. Несущая способность обычного грунта равна 1 кг/см2. Труба камина должна выходить на крыше возле конька, тогда улучшаются ветрозащитные и снегозащитные характеристики.
Глиняный раствор и подготовка кирпича к кладке
Кладку хорошего камина и печи делают только на глиняном растворе, глину лучше брать примороженную, перед использованием ее нужно выстоять в воде в течение несколько дней (не менее трех). Раствор делают глины с песком, при «тощей» глине в соотношении 1:1, при «жирной» глине — 1:2. Чтобы приготовить качественный раствор, размокшую глину пропускают через крупное сито (отверстие 3-5 мм), а только потом смешивают с песком.
Перед кладкой нужно проверить качество глиняного раствора:
Методы определения пластичности глиняного раствора: 1 – Определение пластичности раствора «веслом»: а) низкая пластичность («тощий»), б) нормальная пластичность, в) высокая пластичность («жирный»). 2 – Определение пластичности при помощи «шарика»: а) шарик малой пластичности, б) шарик нормальной пластичности. 3 – Определение пластичности методом «жгутика»: на рис.3слева определяем растягиванием жгутика, справа — сжатием. Нормальный вариант (б).
Вымачивание кирпича перед кладкой в течение нескольких дней, чтобы вышли пузырьки воздуха
Кладка
Кладка печи-камина Масютина выполняется по схеме, которая позволяет сориентироваться в последовательности кладки и соблюсти все размеры печи.
Схема кладки печи-камина Масютина 1 – стальной уголок длиной 400 мм 2 – стальная полоса длиной 400 мм 3 – дверка поддувала 4 – кирпичные вкладыши для прочистки 5 – колосниковая решетка камина 6 – колосниковые решетки печи 7 – дверка топки 8 – чугунная плита 9 – стальные уголки длиной 650 мм 10 – каминная доска 11 – духовой шкаф 12 – стальной уголок длиной 500 мм 13 – задвижка летнего хода 14 – задвижка камина 15 – задвижка зимнего хода
Печи-камины имеют пустоты в своей полости, которую нагревает проходящий дым перед выходом на улицу, а также каминную часть, позволяющую наслаждаться открытым огнем. Опорой кирпичам в пустотах служит металлическая арматура.
Традиционные камины имеют меньшую теплоотдачу. Они рассчитаны на обогрев помещения конвекционным методом в момент горения камина. Камины рассчитаны на краткосрочное сохранение тепла.
Камин в интерьере и саду. Как сделать самому
Камины являются красивым украшением не только любого интерьера, но и сада. На протяжении столетий архитекторы, использовавшие камины в интерьерах, ориентировались на то, что больше всего тепла исходит от лучистой энергии живого огня. Именно поэтому порталы каминов делались максимально открытыми.
1 – Садовый камин в стиле американского кантри, Аризона, США. 2 – Садовый камин в русском стиле
Камины отличает более простая конструкция, чем в печах, поэтому их проще построить самостоятельно. Камины могут быть установлены как в доме, так и на улице. Мода на уличные камины пришла с берегов Пиренейского полуострова, где достаточно прохладно в вечернее время, а люди проводили много времени на открытых террасах.
Безусловно, имеет смысл сделать камин в саду на летней террасе. В российских условиях, когда температура воздуха падает к вечеру достаточно сильно, камин в саду является буквально спасением и единственной возможностью находиться на открытом воздухе в прохладные дни.
Классический садовый камин
Постройка садового камина
Это хорошая возможность оценить свои силы перед строительством интерьерного камина. Садовые камины менее требовательны и просты, при их постройке применяется классическая схема кладки. Садовые камины чаще строятся на цементном растворе, это обеспечивает их долговечность.
Схема строительства садового камина (в садовом камине нужно учесть яму для зольника)
Интерьерные камины
При самостоятельной постройке интерьерного камина лучше ориентироваться на универсальную модель Румфорда, эта модель стала популярна с 1850 года. Модель Румфорда имеет ровную заднюю стенку и округлую внутреннюю стенку камина, такая конструкция позволяет выводить в трубу весь шельф дыма. Эта модель является самой компактной из всех моделей каминов.
Камин Румфорда
Модель Румфорда агрегировала в себе все знания своего автора. Его камин спроектирован таким образом, чтобы отражать все лучистое тепло в комнату за счет увеличенного размера топки. Дополнительно в модели Румфорда задние стенки топки расположены не под прямыми углами, это гарантирует многократное отражение лучистой энергии.
Внутренний переход в трубу камина Румфорда имеет округлость — обтекаемое «горло», такая форма учитывает ламинарность потока газов. В этой модели подогретый воздух не смешивается с угарным газом, поэтому этот камин более безопасен и полезен, через камин осуществляется естественная вентиляция помещения. Модель Румфорда также уникальна тем, что конструкция словно создает стеклянный барьер для угарных газов, которые выходят только в трубу — за счет обтекаемого «горла» и узкой высокой топки полностью исключаются турбулентные потоки воздуха возле огня. Размещение камина на уровне пола приводит к медленному втягиванию холодного воздуха в вентиляционную трубу камина.
Такая конструкция снижает прогрев каменной обшивки камина, в других моделях излишний нагрев конструкции может привести к пожару. Топка Румфорда имеет небольшие полости, сохраняющие тепло. Камин традиционно строится из красного кирпича на глиняном растворе и облицовывается по желанию. Для самостоятельного строительства камина достаточно определиться с размерами и следовать схеме.
Схема камина Румфорда (вертикальное и горизонтальное сечение)
Подключение печи или камина к системе отопления дома
Камины и печи могут не только обогревать воздух в примыкающих помещениях, но и позволяют подключать систему отопления с традиционными батареями. В этом случае традиционная печка играет роль котла и дополнительного источника тепла в гибридных системах с использованием котлов разного типа для отопления помещения.
Такое водяное отопление от печи широко применялось до массового использования газовых котлов. Основная идея водно-печного отопления состоит в том, что вода движется в системе из-за разности температур под воздействием гравитационного поля, постепенно обогревая радиаторы. Дело в том, что масса холодной воды больше, чем масса теплой воды. Даже при отсутствии насоса гравитационная циркуляция воды достаточна, чтобы нагреть большой дом от одной печи. Нормальное функционирование системы предполагает подогрев воды на 250°С за один цикл. При недостаточной циркуляции воды может быть установлен насос, который обеспечит принудительную циркуляцию воды в системе.
В сельской местности к водяному отоплению подключают как газовые котлы, так и печи, используя их в разное время года. Водяное отопление может быть реализовано при помощи камина, в этом случае функции обогревателя будет выполнять камин.
Водяной контур может быть проведен в кирпичной кладке садового камина, что позволит прогревать воду в бассейне. Это создаст дополнительный комфорт во время вечернего отдыха на открытом воздухе.
Подключение водяного отопления к печи Труба водного контура системы отопления прокладывается в толще каменной кладки печи в зоне максимального нагрева, где прогревается циркулирующая вода. Таким образом, более прохладная вода постоянно опускается в нижнюю часть системы, а теплая вода поднимается.
Обогрев комнат можно сделать и при помощи интерьерного камина. В этом случае применяется водяное и воздушное отопление. Воздушное отопление осуществляется с помощью прокладки труб, в которые поступает горячий воздух, а также при помощи нагрева теплоносителя в радиаторах. С помощью камина можно организовать отопление пола в комнатах на верхних этажах, в таком случае горячий воздух подается в полость пола. Нужно отметить, что такая конструкция будет подразумевать неравномерный подогрев поверхности.
Камин с воздушным и водным контуром для отопления помещений
Простая печь-каменка для садовой бани
Печи могут быть использованы для разных целей. Мы хотим рассказать о строительстве простейшей печи-каменки для бани. Такие печи должны обеспечивать максимальный нагрев помещения парной и подогревать воду для душа. Схема печи для бани на приусадебном участке приведена ниже:
1 – Печь-каменка для бани с подогревом воды. 2 – Схема кладки печи, «порядовка»
Приведенная на рисунке печка-каменка прогревает парную до 80°С. Печка долгое время сохраняет тепло и полностью просушивает баню после купания.
Для устройства такой печи понадобится 176 кирпичей на высоту бани 2 м, однако количество может быть больше при увеличении высоты печи, один ряд имеет высоту 70мм. Расчетные размеры парной — 3,0x3,5 м. Для строительства понадобятся поддувальная и топочная дверцы, два колосника, вьюшка и сплошная чугунная плита 710х410 мм, а также задвижка.
Используя схему-порядковку, показанную на рисунке, можно без труда выложить такую печь для собственной бани. Учитывайте, что в третьем ряду устанавливается поддувальная дверца, в пятом ряду — вьюшка, в шестом устанавливаются колосники. В седьмом ряду монтируется топочная дверца духовка с размерами 375х250х280 мм. Духовка сваривается из стали 8 мм, с лицевой стороны должна иметься отбортовка, а также дверца из стали толщиной 2 мм. В 11 ряду устанавливается стальная заслонка, которая будет удобна для быстрой расточки печи. При открывании заслонки газы будут выходить в трубу, а при закрытой заслонке будут идти вокруг каменки.
В 13 ряду кладется чугунная плита. Бак для этой плиты не встроенный, он ставится на печь, 40-литровый бак закипает за полтора часа.
Живой огонь привлекает каждого человека, открытый очаг — это превосходный способ релаксации и возможность отдохнуть от бешеного ритма жизни цивилизованного мира. Традиции печного и каминного строительства несколько утрачены, но огромный опыт, полученный предками, позволит вам создать свой собственный домашний очаг и наслаждаться благодатным теплом огня в любое время года.