Выбор камина или печи для отопления

Опубликовано в Сантехника

Выбор камина или печи для отопления

Современные технологии позволяют извлекать тепло буквально из воздуха и земли. Конструкторы и изготовители энергоэффективных приборов бьются за каждый процент их КПД. Поэтому возможность просто затопить камин или печку, понаблюдать за игрой живого огня. Услышать потрескивание горящих дров, уловить аромат печного дыма, выйдя на улицу, часто рассматривается как атрибут роскоши или проявление романтической нерасчетливости.

 Выбор камина или печи для отопления

Выбор камина или печи для отопления 

Современные технологии позволяют извлекать тепло буквально из воздуха и земли. Конструкторы и изготовители энергоэффективных приборов бьются за каждый процент их КПД. Поэтому возможность просто затопить камин или печку, понаблюдать за игрой живого огня. Услышать потрескивание горящих дров, уловить аромат печного дыма, выйдя на улицу, часто рассматривается как атрибут роскоши или проявление романтической нерасчетливости. Но при правильном выборе обогреватель на твердом топливе способен эффективно решать и отопительные задачи.

Немного термодинамики

Выбор камина или печи для отопления

Общее начало термодинамики гласит: любая изолированная система будет стремиться к состоянию термодинамического равновесия, подразумевающему постоянство температуры во всем объеме окружающей среды. Именно так происходит в отапливаемом жилом доме — от источника тепла энергия «старается» равномерно заполнить собой все внутреннее пространство и по возможности проникнуть за его пределы — через стены, окна, перекрытия, какими бы утепленными они ни были.

Тепло распространяется тремя способами: кондукцией, конвекцией и излучением. В первом случае имеет место перетекание энергии от более нагретого участка тепло проводящей среды к менее нагретому.

Конвекция — распространение тепла потоками жидкости или газа. Обтекая нагревательный прибор и забирая его энергию, воздушные потоки распределяют ее в объеме отапливаемого помещения. Различают естественную и принудительную конвекцию. Естественная возникает из-за разницы в плотности нагретого и холодного теплоносителя. Принудительная конвекция подразумевает использование механических устройств, в случае с воздухом - вентиляторов.

Излучение - передача энергии электромагнитными волнами, которая происходит без всякого промежуточного носителя – от более нагретого тела к менее нагретому. Количество передаваемой тепловой энергии тем больше, чем выше температура излучающей среды. Максимальное излучение происходит от видимого пламени в топке источника тепла (спектр — от ультрафиолета до инфракрасных лучей). Но даже если перепад температуры между поверхностями и телами составляет всего несколько градусов, тепловое излучение имеет место.

Как правило, при работе системы отопления передача тепла осуществляется комбинированно. Так, при топке кирпичной печи энергия пламени излучением и конвекцией (с потоком дымовых газов) передается кладке, распространяется в ней кондукцией, а потом отдается в помещение — опять излучением и конвекцией. Но в зависимости от конструкции обогревателя при его работе может преобладать тот или иной вид теплопередачи.

Условия комфорта

Выбор камина или печи для отопления

Ощущение теплового комфорта очень индивидуально и зависит от обстоятельств. После лыжной прогулки вам наверняка захочется устроиться поближе к «лучащим» печке или каминному стеклу, но постоянно находиться возле сильно нагретой поверхности не так уж приятно.

Ощущение теплового комфорта человека зависит от движения воздуха (сквозняки неприятны), его влажности (слишком сухой, как и чересчур влажный воздух вызывает дискомфорт), температуры воздуха и поверхностей. Наиболее комфортно большинство людей чувствуют себя, если разница температур различных поверхностей в помещении (радиационная асимметрия) не превышает 5 °С, разница температуры воздуха и поверхностей помещения в целом — 4 °С, а перепад температур по высоте человека меньше 3 °С.

Разумеется, к этому нужно добавить точное и непрерывное поддержание определенной температуры комнатного воздуха.

Движение воздуха в помещении желательно свести к минимально необходимому. Он должен содержать достаточное количество кислорода, а углекислого газа, продуктов сгорания топлива и пыли — минимальное.

Строго соблюсти условия комфортного микроклимата под силу лить высокотехнологичной установке, а не отдельно взятому твердотопливному камину или печи. Но загородная жизнь делает нас не столь требовательными к тепловым ощущениям.

От камелька к генератору тепла

Выбор камина или печи для отопления

Традиционный открытый камин не подходит для отопления из-за слишком низкого КПД — 10-15% (основная часть тепла уходит с дымовыми газами). Он неудобен также из-за быстрого прогорания дров с большим количеством золы и потреблением воздуха из помещения. Тепло от камина передается в основном излучением. При этом имеют место как значительная радиационная асимметрия, так и ощутимое движение воздушных масс, причем по направлению к камину, а не от него. У такого очага можно посидеть время от времени, но обогревать им жилье не получится.

Другое дело — современный камин, топливник которого закрыт термостойким стеклом. Это может быть готовый модуль или камин на основе встраиваемой чугунной или стальной каминной тонки (вставки, кассеты). Принцип их действия одинаков: топка, в которой происходит горение, обтекается снаружи потоком воздуха, затягиваемого в зазор между нею и кожухом обогревателя или каминной нишей. Нагретый воздух поступает в помещение через решетку или специальные щели в верхней части камина.

КПД закрытого камина зависит от его конструкции. При большой теплообменной поверхности топки (у чугунных моделей она достигается за счет оребрения) и налинии конвективной камеры он может составлять 85%.

Отдача тепла в помещение закрытым камином происходит конвекцией (с нагретым воздухом) и излучением от пламени в топке. И то, и другое обеспечивает быстрый прогрев комнаты. Соотношение воздушной и лучевой составляющих зависит от площади каминного стекла и металлической части топки.

Лучи от огня нагревают стены помещения, и они также начинают излучать тепло, но уже значительно более мягкое, чем сама топка.

Выбор камина или печи для отопления 

Передача лучистого тепла находящимся в помещении людям происходит не только непосредственно от отопительного прибора, но и от вторично нагретых поверхностей — стен, пола, потолка. Если они достаточно теплые, ощущение комфорта возникает у человека при менее высокой температуре воздуха, чем обычно. Желательно, чтобы стены, на которые направлено излучение, были массивны. 

С точки зрения приведенных ранее условий теплового комфорта закрытый камин также нельзя назвать оптимальным вариантом для постоянного использования в роли основного обогревателя. К тому же при его интенсивной эксплуатации пользователи могут сталкиваться с проблемой копоти на стекле — из-за недостаточно качественного топлива или при режиме длительного горения, а также при ограниченном доступе воздуха. Это не относится к каминам, в которых реализуется технология «чистое стекло».

Камин может быть оснащен распределительным кожухом, к которому подключаются воздуховоды для передачи тепла в соседние помещения дома, или водяным теплообменником.

В последнем случае появляется возможность передавать тепло в отдаленные помещения дома, запасать его впрок (в бойлере- аккумуляторе) и использовать для приготовления горячей воды. Аккумулировать тепло камина можно и за счет его комбинирования с различными теплоемкими конструкциями. 

Мала печка, да греет

Выбор камина или печи для отопления

Особенности конкретного твердотопливного отопительного прибора, определяющие его преимущественное применение, зависят от конструкции модели. Для закрытых каминов и печей-каминов важным фактором является площадь светопрозрачной поверхности.

При одинаковых объеме камеры сгорания, организации процесса горения, качестве сжигаемого топлива приборы со стеклом разного размера, вырабатывая равное количество тепла, будут отдавать
его по-разному.

Если от обогревателя требуется быстро нагреть каминный зал, следует выбрать модель с большим стеклом, то есть интенсивной лучевой теплоотдачей. А когда нужно больше тепла направить на нагрев циркулирующего воздуха, теплоносителя в водяном контуре или теплоаккумулирующей конструкции, используют обогреватель с меньшей площадью стекла или с отражающим покрытием на его внутренней поверхности.

Размер стекла рассматривается как критерий, по которому различают вид обогревателя: если площадь стекла меньше 600 см2, прибор относят к печам, если больше — речь идет о камине.

Печь-камин — более утилитарный источник тепла, предназначенный в первую очередь для обогрева, а не украшения помещения. При этом возможность созерцать вид живого огня сохраняется.

Выбор камина или печи для отопления 

Преимуществами готовой печи-камина являются легкость, компактность, простой монтаж, относительно небольшая стоимость, быстрая отдача тепла.

Механизмы теплоотдачи зависят от конструкции печи. Если речь идет о простой металлической модели, то тепло от печи передается излучением от стекла, конвекцией окружающему воздуху (в комнате происходит его естественная циркуляция), а также излучением, которое не такое жесткое, как от пламени за стеклом, но и не совсем комфортное для постоянного пребывания в комнате.

Если конструкция печи-камина предусматривает обтекание нагретых поверхностей потоками воздуха в пространстве между корпусом и кожухом (как у камина), преобладать будет конвективная теплоотдача. Такая печь безопаснее чисто металлической (меньше вероятности обжечься).

Металлическая печь или печь-камин быстро разогревается, но и довольно быстро остывает после прогорания дров. Модель из чугуна будет держать тепло несколько дольше стальной печи, но все равно ее массы недостаточно для того, чтобы запасти тепло надолго, а высокая теплопроводность металла способствует быстрой отдаче энергии.

Печи-камины редко оборудуют распределительными коробами, т.е. при их использовании отсутствует возможность управлять потоками нагретого воздуха, направлять их в другие помещения.

Про запас не согреешься?

Выбор камина или печи для отопления

Компактная печь, в том числе каминная, заводского исполнения, может иметь теплоаккумулирующую оболочку или другие конструкционные элементы из камня или керамики. Получая тепло от нагретого воздуха, оболочка разогревается и отдает энергию в окружающее пространство излучением, которое значительно мягче, чем от обзорного стекла или металлического корпуса, и конвекцией — нагревая окружающий воздух. После прогорания дров запасенная энергия отдастся также воздуху, заполняющему зазор между облицовкой и топкой, по каналам внутри теплоаккумулирующей конструкции или через конвекционную камеру.

По такому же принципу строится капитальная конвекционно-аккумулирующая печь: в ее полой конструкции, сложенной из кирпича или камня, располагаются металлическая топка и система дымооборотов из теплоаккумулирующего материала. Дверь топки может иметь стекло. Подобная печь характеризуется высоким КПД и обеспечивает как быструю теплоотдачу — за счет нагрева воздуха, так и долговременную — излучением от нагретой поверхности. При этом теплый воздух передается по конвекционным каналам в соседние помещения. Внутри печи можно расположить дополнительный накопитель или теплообменник водяного контура.

Такая печь — неплохое решение для дома как с периодическим, так и с постоянным проживанием, поскольку способна быстро обогреть дом и аккумулировать тепло, увеличивая интервалы между закладками дров. В помещение, где находится сама печь, кроме конвективных потоков поступает комфортное инфракрасное излучение. Но в другие комнаты будет подаваться только нагретый воздух (при разводке по каналам). Чтобы обеспечить в них полноценный комфорт, исключить «излучение наоборот» от наружных стен, скорее всего, потребуются дополнительные обогреватели.

Привычная нам массивная аккумулирующая печь отдает тепло мягким излучением и конвекцией окружающего ее воздуха. При правильном расположении такая печка может обогревать смежные помещения (так всегда делалось в сельских домах) при условии, что теплоотдачи выходящей в каждую комнату поверхности достаточно для покрытия ее тепловых потерь. Правда, массивная печь сначала долго разогревается и лишь потом начинает согревать помещение, направляя значительную часть тепла на стены. Это плохо, если вы приезжаете в загородный дом только на выходные. Следует учесть и невозможность регулировать ее теплоотдачу: если на улице потеплеет и в доме станет жарко, придется распахивать форточки.