Типы открытых каминов - сильные и слабые стороны конструкций

Эта статья о том, как выбор той или иной конструкции открытого камина влияет на его потребительские качества. Необходимо отметить, что эксплуатационные риски окончательно определятся совокупностью факторов, в которые входят не только базовая конструкция, но, в том числе, конкретная реализация (размеры), материалы, из которых сделан камин, "золотые ручки", строившие камин, дымоход, расположение камина и, в конце концов, даже набор погодных факторов в месте эксплуатации. Автор отдает себе отчёт в этом. Однако, статья только о той части возможных потребительских рисков открытого камина, которые вытекают исключительно из выбора конструкции. "Возможных" - по скромному мнению автора (имхо), конечно.

В настоящее время есть две базовые конструкции открытого (т.е. без стекла) камина. В одном случае дымосборник делается широким (в размер верха топки или даже более), а потом он, тем или иным образом, так или иначе, переходит в дымоход. Это простейшая конструкция древнего очага, см. картинку 1. Есть оригинальный вариант, в котором дымосборник аэродинамически гладко-воронкообразно, по параболе, переходит в трубу. Несмотря на свою древность, “очаговая” конструкция активно используется, например, чукчей в чуме (дымосборником служит сам чум, а дымоходом - отверстие сверху), а также всеми "счастливыми" обладателями подобной конструкции, которые регулярно задают на форумах вопрос - а почему ОНО дымит? Второй тип конструкции предполагает локальное заужение дымосборника над топкой, далее следует расширение конструкции, которое называется дымовой камерой, и только потом камин подсоединяется к дымоходу.

Критерием этой классификации служит разделение движения газов в дымосборнике на движение с тягой и движение без тяги. Известно, что горячие дымовые газы всплывают (по закону Архимеда) в более холодном окружающем воздухе. В том случае, если эти горячие "пузыри" всплывают вперемешку с окружающим холодным воздухом - это реализация движения без тяги, т. к. каждый пузырь всплывает как бы сам по себе. В случае, если каждый локальный объем дымовых газов окружён другими горячими газами и возникает сплошной канал, то это движение называется "с тягой". Такой процесс происходит со значительно большей скоростью (расходом), чем "без тяги". Многие вспомнят, что обычный костёр сначала разгорается медленно, а потом при наличии большого количества топлива начинает гореть интенсивным, высоким и устойчивым пламенем с гулом. Это как раз переход на движение с тягой.

В очаговой схеме возможны реализация горения как с тягой, так и без тяги. Дым может заполнить дымосборник и трубу только частично. В этом случае будет наблюдаться безтяговое движение дымовых газов. Возможно, что в трубе поток дыма "захлебнётся', и выше будет только дым. Тогда в какой-то части трубы будет локально реализовано движение с тягой. Граница перехода начинает работать как всасывающее устройство для низлежащих воздуха и дыма. Положение границы перехода и качество перемешанных с воздухом дымовых газов выше границы определят силу (величину) тяги (разряжения). Понятно, что чем ближе к верху портала будет располагаться эта граница, тем сильнее будет "подсос" и тем больше вероятность, что камин не будет дымить. Замечу, что наличие тяги не является необходимым условием недымления очага. Он может прекрасно работать (в смысле не дымить) и без тяги. Действительно, если костер мал, а дымосборник и труба велики, то весь дым потихоньку уйдёт сам по себе. Другое дело, что многим это не интересно - хочется минимизировать размеры.

Проблема, однако, состоит в том, движение дымовых газов с тягой в “очаге" подвержено неустойчивости. Дело в том, что при увеличении тяги, например, при переходе от режима без тяги к режиму с тягой, камин по схеме “очаг” начнёт интенсивно засасывать холодный воздух. Чем больше тяга, тем больше холодного воздуха забирается. Действительно, раструб зонта “очага” раскрыт наружу, ничто не препятствует такой динамике. Этот холодный воздух часто не успевает смешаться с дымом и, попадая в трубу, прерывает сплошной дымовой канал, тем самым останавливая движение с тягой. Камин резко переходит в режим без тяги, "пыхает", а пламя и дым вырываются через портал на зрителя - стелятся горизонтально, см видео.

https://drive.google.com/open?id=16gS9kTIx-f8yvoxYpJLhq2ZAonaJhXkE

https://drive.google.com/open?id=1ZmA1i4aseCD7azIb0eZFtI9jOm90IYwE

В технике это называется паразитной положительной обратной связью, которая проявляется в неустойчивой работе камина. Эта неустойчивость существенна, т. к. проистекает из конструкции, вернее из несовершенства конструкции. В том или ином виде справиться с этой проблемой можно только на уровне печного мастерства (искусства), вручную подбирая параметры дымосборника и трубы “очага”, а также режимы горения, которые подавляли бы эту неустойчивость. Например, заполнив топку дровами полностью, т. е. устроив максимальный костёр, наверное, можно чего-то добиться. Или, наоборот, максимально увеличив дымосборник и трубу очага (либо уменьшив размер костра), можно попытаться вообще не допускать режима с тягой и эксплуатировать такой камин исключительно без тяги. Смотрите картинку так называемых аргентинских грилей, где костёр сбоку и, самое главное, костёр невелик относительно размера камина.

Принципиальное решение проблемы неустойчивости работы камина c тягой нашёл на рубеже XVIII-XIX веков сэр Бенджамен Рамфорд, который заузил дымоход камина, выложив дополнительные ряды кирпича у задней стенки камина, см картинку 1 “Рамфорд”. Камин получил заужение и зуб и с того времени превратился в классический английский камин. Рамфорд стал героем, а камины перестали мучить счастливых англичан дымом через портал. Заслуга Рамфорда состояла в том, что заузив дымоход, он, с одной стороны, создал препятствие холодному воздуху легко проникать в дымосборник, а, с другой стороны, создал узел эффективного перемешивания (выше заужения) холодного воздуха и дымовых газов, тем самым опустил границу тягового движения максимально низко к заужению. Оба эти обстоятельства положительно сказались на тяге камина и конструктивно подавили неустойчивость.

В чём проблема классического Рамфорда (английские камины с тех пор так и называются)? В том, что он стал очень плоским (топка не глубокая), и костер выполз наружу портала. Для кирпичных и каменных порталов это не составляло проблемы. Но люди хотели красоты и каминов, облицованных керамикой. Задача состояла в том, чтобы, не потеряв заужение и зуб, задвинуть костёр подальше в глубь камина. Сделать это можно было двумя способами. Или просто отодвинуть заднюю стенку камина вглубь, превратив заужение в обратное сопло (диффузор), или, оставив заужение на месте, подвинуть вглубь только нижнюю часть задней стенки.(плюс всевозможные комбинации этих двух идей). Первая конструкция с передним зубом сейчас называется камином Рамфорда-Баркли, а вторая с задним зубом в русскоязычной литературе (почему-то) - классическим английским камином. см картинку 2.

Каждая конструкция имеет свои сильные и слабые стороны. Так камин с передним зубом (прямой задней стенкой) легко разгорается, т. к. имеет практически прямой ход для дыма. При этом, заужение в случае трапецевидной в плане топки превращается из щели в трапецию, имеющую меньшее гидродинамическое сопротивление, что тоже облегчает запуск. Камин с передним зубом позволяет зажигать большой полноценный костёр. Дрова горят интенсивным высоким пламенем и, таким образом, эффективно согревают помещение лучистым теплом. Для усиления отопительного эффекта такого камина портал делают квадратным или вытянутым в высоту, показывая зрителю красивые языки пламени “в полный рост”. При этом, поскольку заужение отодвинулось от портала, то при прочих равных условиях риск дымления при слабом горении (догорании) возрастает.

Горение Рамфорда с передним зубом (камин в постройке)

https://drive.google.com/open?id=13S0v-Z5KV5kkoc7wx123s57bm1Y9xFTS

Возвращаясь к идее конкретного риска, отметим, что один и тот же риск порой бывает "тяжело нести", а порой "легко". Так, например, в случае эксплуатации камина с обратным зубом в качестве уличного печного устройства, мы имеем большое число плюсов. Камин легко разжигается даже в холодную погоду, согревает большим пламенем окружающее пространство, пламя интенсивное и крайне устойчивое, что и нужно на улице, где есть всегда тот или иной ветер, который срывает горение. Вопрос: можно ли мириться с риском возможного (обращаю внимание - ВОЗМОЖНОГО!) поддымливания при догорании? На улице! Я думаю, что это разумная, к тому же только возможная, плата за все плюсы этого камина - нести такой риск, по моему, легко.

Но в доме такой риск не оправдан - отделка, мебель и т. п. Здесь идеально подходит вторая конструкция - с задним зубом. Этому камину сложнее разгораться чем Рамфорду, из за того что дыму нужно огибать холодный зуб. Но зуб и труба нормального домашнего камина находятся в тепле и, как правило, в доме с отоплением уже существует изначальная воздушная тяга в трубе даже без горения. При этом, очень многим нравится спокойное невысокое пламя в камине (релакс, отдых), и с ветром в доме бороться не нужно. Режим более спокойного пламени оптимален для камина с задним зубом - засасывающая щель находится максимально близко к верху портала. Риск дымления при розжиге остаётся - ничего "бесплатно" не бывает - выигрываешь в одном, проигрываешь в другом.

Горение камина в “спокойном” режиме.

https://drive.google.com/open?id=124soj0jAUrZ3aKI5efajgPPAq2pkzTmK

Думаю, что вдумчивый читатель уже обратил внимание на то, что риски дымления характерны не для основного режима работы камина, а для переходных процессов - розжига и догорания. Дальнейшее снижение рисков дымления путём оптимизации этих процессов уже зависит от реализации и относится к категории печного опыта или мастерства.

Возвращаясь к теме очагов, т. е. к конструкциям с дымосборниками без заужения, можно отметить, что это рабочий вариант для мангалов-барбекю. Хотя я не очень понимаю зачем нужны кирпичные барбекюшницы, когда все правильные повара готовят на металлических мангалах. Шашлык в правильном железном мангале, как правило, получается вкуснее, чем в кирпичной барбекюшнице из-за того, что ней часто мясо пережаривают/пересушивают. Это связано с том, что в случае барбекюшницы жарко стоять рядом с ней и контролировать жарку так как это нужно/можно делать, стоя непосредственно над железным мангалом. Но это личный взгляд автора, впрочем его многие разделяют, но, конечно, не печники, которые зарабатывают от количества кирпичей). Но если обсуждать эту проблему исключительно в теоретическом плане, то использование широких дымосборников в режиме "без тяги" для мангалов-барбекю вполне оправдано. Это означает, что дымосборник/зонт должен быть большим и труба должна быть широкой (очень).

Ну и наконец, окончательно и бесповоротно можно победить дым, поставив в камин стеклянную (открывающуюся) дверку для переходных режимов. В некотором смысле, это не спортивно. Зато надёжно.

Итак, сухой остаток. Камины разные важны, камины разные нужны!

Для улицы, функция обогрева, высокий огонь, высокий квадратный (или высота больше ширины) портал - камины с обратным зубом - Рамфорды. Для дома, релакс, спокойное пламя, высота портала меньше ширины - камины с задним зубом. Для барбекю - камины без зуба с широкими дымосборником и трубой в режиме без тяги с маленьким костром, как в аргентинских грилях.

В заключении приведу небольшой список литературы, раскрывающий эту тему более широко. Делайте осмысленнЫЙ выбор, пожалуйста. Успехов!

1. Хошев Ю. М. Дровяные печи. Процессы и явления. Книга и бизнес. Москва. 2014
   
2. Хошев Ю. М. Газодинамика классического камина

https://www.forumhouse.ru/threads/25862/
3. Кузнецов И. В. Камины, печи, печи с каминами.
4. Афанасьев Ш. К. Ещё раз о каминах. Шаг к альтернативному камину.

 

Наверное вы печник со стажем можете ответить на ряд вопросов пользователя камина, у меня он так же поддымливает в конце топки и хочется чего то сделать
1 у Хошева есть схема камина с двумя дымоотсосами, как она ?
2 Хошев упоминает. о возможности перекрытия топки камина колосниковыми решетками вместо сужения и зуба, вы видели такие камины?
3 у меня есть предположение, если камины могут иметь большие и малые порталы большие и малые топки. с разными сочетаниями размеров, то в случае малого портала и большой топкой, портал будет создавать сопротивление поступающему в большую топку воздуху и ней будет иметь место эффект понижение давления (на доли процента) и этот эффект будет тем сильнее, чем больше разница в размерах вопрос, камин будет меньше дымить?

 

С наступившим!
- Я, к счастью, каминщик молодой), у меня нет учителя (потому что мои печные учителя в каминах понимают меньше меня), поэтому, я разбираюсь в теме самостоятельно. Однако, я термодинамик и газодинамик по первому образованию и тема мне близка. Эта статья является, на самом деле, результатом обдумывания и опыта постройки 8 моих каминов. Это уличные рамфордыи камины типа мангалов для шашлыков.
- а если сделать как сделал Рамфорд, см статью?
- 1. думаю, что мертвая конструкция, т. к. над косой полкой не будет тяги - перемешивание выше. Кроме того, сорпротивление щелей больше, чем в топке.
- 2. не видел
- 3. конечно, ведь топка работает в безтяговом режиме - чем ниже зонт/портал, тем лучше

 

Прошу меня извинить, но не исключено, что я не смогу отвечать до 27 января, но потом - обязательно

 

Откройте форточку, на этапе дожига (в конце топки) и напишите результат.
Сзема, на рисунке, нерабочая

 

У меня дверца над порталом складная, ее опускаешь и угли догорают полностью, но все равно интересно

Кстати соседняя тема "Газодинамика классического камина" ее ведет ученый и автор многих книг о печах Хошев Ю. М ,

 

Возник вопрос, который важен как контрольный вопрос для понимая поста выше: можно ли объединить в единый дымоход две трубы - одна от камина/печки, который внутри дома и трубу от барбекю, который находится снаружи и, например, примыкает к наружней стене дома? Ответ: нет! (можно, если вас не интересует результат). Труба от печки или камина должна работать в "тяговом" режиме и, соответственно, быть высокой и узкой (правильно узкой), а труба от барбекю должна работать в "без тяги", быть широкой и невысокой (возможно). Нет, без вариантов. ИМХО.

 

Вы просто не умеете их готовить
Дымоход один, а каналы в нём отдельно.

 

Дело в другом. Порой требования тех. задания разумны, порой нет. Нужно иметь аргументы, чтобы уметь объяснить как правильно.

 

Именно. Но не говорить категорично нет.
Кто хочет сделать, ищет возможность.
Кто не хочет, ищет причину