Костер за стеклом
Опубликовано: 01 октября 2019 г.
742
Жаропрочное стекло для каминов
Топка современных каминов все чаще защищена и отделена от обогреваемого помещения экраном из жаропрочного стекла. При этом не только предупреждается возможность возгорания жилища от случайно выскочившего уголька или достигается защита от случайного ожога открытым огнем, но и повышается эффективность отапливания.
Повышение эффективности сжигания топлива в камине со стеклянным экраном (рис. 1) достигается, прежде всего, оптимизацией подачи воздуха для горения и поддержанием необходимой тяги. При этом благодаря прозрачности стекла не нарушается теплоотдача камина, ведь камин основную долю теплоты отдает в обогреваемое помещение инфракрасным тепловым излучением (радиацией), доля же тепла, передающегося конвективным способом от классического открытого камина невелика.
Рис. 1 Камин со стеклянным экраном
В моделях современных каминов, где, кроме стандартного фронтального остекления, применяется остекление и боковых стенок (рис. 2, 3), доля теплового излучения еще выше.
Рис. 2 Камин со стеклянной дверцей и стеклянной стенкой
Рис. 3 Кассетный камин – передняя и задняя стенки выполнены из жаропрочного стекла
Иное дело камины и камино-печи (рис.4) с дополнительными воздушными теплообменниками и даже жидкостными контурами, где доля теплоты, передающейся конвективным путем, значительно повышается.
Рис. 4 Схемы каминов с воздушным и водяным контуром отопления
Но и в этом случае стеклянный экран или дверца с жароупорным стеклом играет только положительную роль, так как позволяет контролировать и регулировать процесс горения, добиваясь его наибольшей эффективности. В итоге закрытая стеклом топка современного камина в любом случае дает больше тепла, чем открытого.
Применение закрытой топки позволяет эффективно использовать для обогрева не только тепловое излучение стеклянного окна, но и конвекцию. В моделях с воздушным отоплением холодный воздух (20–25 °С) поступает в нижнюю часть аппарата в зазор между внешним кожухом и самой топкой, нагревается от металлической теплообменной поверхности до температуры 200–250 °С, поднимается вверх и через верхнюю решетку возвращается в помещение. Оребрение поверхностей топки и кожуха способствует увеличению эффективности теплообмена. КПД топок с конвективными камерами может превышать 80 %.
Таким образом, стеклянная дверца камина или стеклянный экран обеспечивает следующие преимущества: защита помещения от возгорания из-за случайной искры (повышение пожарной безопасности), защита от случайного ожога открытым огнем, регулирование процесса сжигания топлива с повышением его эффективности и сохранением эстетического эффекта наблюдения за «живым» пламенем.
Также жаропрочное стекло находит применение в оформлении стен и изготовления защитного покрытия пола перед камином.
Жесткие условия эксплуатации требуют от жаропрочного стекла обладания необходимыми свойствами.
Свойства и состав
Наиважнейшее свойство жаропрочных стекол, используемых в дверцах и стенках каминов, связано с их главной функцией, защитой помещения от открытого огня. Свойство выдерживать высокие температуры характеризуется термостойкостью жаропрочного стекла – максимальной температурой, при которой стекло остается целым. Жаропрочное стекло должно выдерживать температуру 500-550 °C в течение нескольких тысяч часов. Для однослойных стекол допускается кратковременный нагрев до 760 °C, для многослойных — до 1000 °С. Толщина 4-5 мм считается достаточной для обеспечения прочностных характеристик таких стекол. Срок эксплуатации жаропрочных стекол составляет несколько тысяч часов при 550 °C, около 100 часов при 650 °C.
Важно и то, как быстро нагревается от огня в топке защитное стекло. Обычное стекло на открытом огне за 30 мин нагревается до температуры около 500 °С, а жаропрочное за такое же время – до 50-250°С, в зависимости от типа стекла и технологии изготовления.
Кроме того, для жаропрочного стекла, которое будет установлено в каминную дверцу большое значение имеет такая характеристика, как тепловое расширение. Коэффициент теплового расширения отражает увеличение объема при нагреве. Значение этого показателя у жаропрочных стекол более чем в 30 раз меньше, чем у обычных.
Свойства стекла зависят от его состава и технологии производства, в том числе, закаливания. Наибольшей термостойкостью – до 1000 °С обладает закаленное кварцевое стекло, на втором месте по этому критерию идут боросиликатные стекла.
Современное жаропрочное стекло – это жаропрочная прозрачная керамика, получаемая на основе нанопорошковых керамических материалов по технологии высокотемпературного прессования. Плотность такой прозрачной керамики близка к плотности монокристаллов, характеризующихся твердостью, высокой прозрачностью и минимальным рассеянием света (коэффициент преломления n = 2,08).
Повышение термостойкости стекол добиваются при помощи закаливания, химической обработки и огневого полирования.
Копоть на стекле
Единственным препятствием к сохранению эффекта передачи тепла излучением при наличии стеклянного экрана или стеклянной дверцы перед каминным огнем может служить копоть, откладывающаяся на поверхности стекла (рис. 5).
Рис. 5 Копоть на стекле каминной дверцы
Поэтому каминные экраны и стеклянные дверцы нуждаются в уходе, который, однако, заключается в простом протирании стеклянной поверхности влажной тряпкой (рис. 6). Обслуживание производят после остывания стеклянной дверцы или стенок камина. Нельзя при этом использовать абразивные чистящие средства. Кроме того, во многих современных закрытых стеклом моделях каминов предусматривается система рециркуляции воздуха, предупреждающая осаждение сажи на поверхности прозрачных конструкций.
Рис. 6 Удаление копоти со стекла каминной дверцы
Применяется также и технология пиролизной очистки, согласно которой сажа на стекле выжигается под действием высоких температур в топке. Для этого поверхность стекла должна быть обработана окисью металла с образованием защитного слоя, который не заметен глазу, но инфракрасное излучение частично отражается внутрь топки. Температура такого стекла по сравнению с обычным жаростойким стеклом повышается примерно на четверть и сажа на его поверхности выгорает. При этом снижается эффективность обогрева тепловым излучением, но сохраняется эстетический эффект камина с живым огнем и повышается конвекционная составляющая отдачи тепла в тех моделях каминов, где применяются теплообменники с контурами воздушного или водяного отопления.
Статья из журнала "Аква-Терм" №5/2019. Рубрика "Отопление и ГВС".
