Итальянцы, канадцы, американцы на пикниках чаще всего используют грили с очень простым устройством: газовая горелка, колосник, уголь, решетка, шампуры. Эти изделия появились на свет в условиях конвейерного производства и рассчитаны на массового потребителя. Дизайн и потребительские свойства у них унифицированы, функции минимальные, размеры позволяют втиснуть все это хозяйство в багажник, да так, чтобы осталось место и для остальных вещей. В то же время стоящие отдельно садовые печи под навесом либо расположенные в беседке или летней кухне украшают ландшафт, принося с собой уют и покой. А если душа просит чего-то основательного, тогда лучше обратиться к специалистам-печникам или попробовать сложить садовую печь самому.
В данном разделе мы и займемся обзором капитальных садовых и уличных печей, рассмотрим основные принципы их работы, определимся с терминологией и чтением условных обозначений, а также познакомимся с готовыми проектами. И если наука возведения капитальных очагов вас увлечет, кто знает, может быть, и вы придумаете и сложите чудо-печь, которую наперебой будут расхваливать авторы подобных изданий.
Современные тенденции возведения капитальных кирпичных печей
Конструктивные особенности капитальных очагов под открытым небом или в беседке подчинены целевому назначению и функциям, которые можно разбить на три группы:
1 – печь: казан, духовка, коптильни;
2 – барбекю: мангал, гриль, вертел;
3 – санитарная зона: разделочный столик, мойка, буфет и т. д.
Главная особенность таких очагов – их многофункциональность (в одном сооружении помещается целая кухня) и приспособленность к местным климатическим условиям (они работают одинаково хорошо и зимой, и летом, кладка и облицовка выдерживают любые температурные перепады). Печь-камин, мангал-камин, барбекю-коптильня, печь-сушилка-коптильня становятся все более популярными элементами современного подворья.
В дизайне подобных очагов просматриваются две основные тенденции: горизонтальные линии, вертикальные и шатровые профили.
В горизонтальных параллельных композициях все элементы располагаются в широких планах. В этом случае барбекю может включать в себя, помимо огневой зоны, разделочный столик, мойку, столешницу, буфет, барную стойку и т. п. Такая конструкция предполагает расположение в беседке, площадь которой не меньше 25 м.
Вертикальные и шатровые очаги не требуют значительной площади и могут возводиться на открытом пространстве. В них санитарная и термозона объединены, все составные части расположены по вертикали. Для придания большей выразительности в дизайне отделки часто применяются акцентирующие линии, например рамки и поручни из нержавейки. Столешницы, как правило, делаются из камня, для облицовки используется керамогранит, шатер оштукатуривают.
Демократичный и универсальный вариант уличного очага – стационарные приспособления для приготовления пищи на улице, которые по аналогии с комнатными часто называют садовыми каминами. Обычно они имеют нарядный каменный декор, иногда – массивные деревянные элементы и изящную металлическую фурнитуру. Самая простая конструкция включает в себя корпус со встроенной топкой, дымосборник и полки для кулинарного сырья и утвари.
Монтаж любого очага подчинен основному правилу – сделать приготовление еды праздником и выявить все лучшие вкусовые качества продуктов. Расстояние от углей до шампуров или решетки должно быть строго определенным, иначе шашлык или стейки либо подгорят, либо останутся полусырыми. Чем больше будет дыма в коптильне и чем меньше открытого пламени, тем лучше прокоптится мясо.
Корпус простого очага функционально делится на две части – одна является цоколем печи, а другая приспособлена для разведения огня. Поэтому конструкцию выполняют из огнеупорного материала или создают комбинированный корпус, где футеруют внутреннюю поверхность топки. Универсальным и недорогим строительным материалом для подобного сооружения служит обыкновенный красный кирпич, он вполне выдерживает довольно высокую температуру. Для топки желательно использовать более качественные и дорогие материалы – шамотный кирпич либо натуральный камень. Но здесь легко попасть впросак: большинство камней непригодны для печных целей, так как многие породы разрушаются при сильных перепадах температур. К счастью, существует такой камень, как талькохлорит, обладающий уникальными термическими свойствами: он выдерживает как сильное повышение, так сильное понижение температуры, а температура его плавления составляет 1630–1640 °C. К тому же талькохлорит легко поддается обработке и имеет прекрасные декоративные качества: бывает однородным темно-серым, но в зависимости от примесей – белым, коричневым, с зеленоватым или желтоватым оттенком, а также (реже) красным или темно-вишневым с матовым, шелковистым блеском.
В тех частях печи, где достигаются наиболее высокие температуры, связующим материалом служит глиняно-песчаная смесь с добавлением глины и кремнийорганической мастики (1/20 часть цемента, 1 часть песка, 2 части глины, 1/10 часть термостойкой массы), либо готовая огнеупорная кладочная смесь. Если очаг целиком сложен из материала, не выдерживающего высоких температур, например из каменных блоков, то поверхность топки обязательно следует сделать огнеупорной. Для этих целей подходят перечисленные термоустойчивые материалы либо самодельные, на основе глинисто-песчаной смеси с добавлением кремнийорганической мастики (1 часть песка, 1 часть глины и 1/10 часть термостойкой массы). Возможно также использование листового чугуна толщиной 5–25 мм.
Не стоит бояться наряду с цементом и глиной применять современные пластификаторы, герметики, огнеупорные смеси. Например, в местах примыкания металла к кирпичу можно использовать материалы на основе полностью аморфного кремнеземного волокна (95–98 %), выдерживающие температуры до 1200 °C. В некоторых случаях оправдывает себя температурный шов из термоцемента и термоклей. Для наблюдения за процессом приготовления пищи в дверцы можно вставить термостекло; для предотвращения распространения дыма на оголовок дымовой трубы монтируется дымоулавливатель и дымоотсос. В термозоне из-за высоких термодинамических нагрузок используется чугун, в дымовой зоне, где температура не выше 150 °C – черная сталь, в пищевой зоне – нержавейка и титан.
Другая важная функциональная составляющая очага, с помощью которой формируется традиционный образ уютного сада, – дымосборннк. Он герметично стыкуется с дымоходом. В недорогих каминах его складывают из обыкновенного кирпича или монтируют из черного металла. В более дорогих моделях применяют нержавеющую сталь или листовую медь. Часто за основу берется сварная армированная конструкция, которая обрабатывается глиняно-песчаной смесью с добавлением цемента.
Для защиты конструкции от дождя и снега проектируют крышу или навес над дымосборником и трубой или предусматривают на дымосборнике, столешницах и верхних полках так называемые капельники, чтобы вода не накапливалась на облицовке, а стекала на землю. Очаг не будет намокать в том случае, если он находится внутри беседки, при этом труба дымохода должна располагаться снаружи. Поскольку в итоге вся конструкция получается довольно тяжелой, для нее необходим отдельный фундамент.
В соответствии с дизайнерским замыслом внешняя поверхность корпуса очага может быть облицована. Для этого применяют натуральный камень, штукатурку (1 часть цемента, 3 части песка, 1/10 часть термостойкой присадки) или комбинацию указанных материалов. Используют и декоративные деревянные детали, но при этом необходимо позаботиться о термоизоляции подобных элементов и соблюдать нормативные расстояния – размещать дерево как минимум в 30 см от дымохода и топки.
Даже самая простая по конструкции печь имеет свои особенности. Экономичные по расходу топлива конструкции обычно проектируются для отопления домов, а вот печи для приготовления пищи обладают изрядным "аппетитом". Впрочем, подобной неприятности удастся избежать, заложив в проект печи заслонку в дымоходе. Если заслонка изначально не предусмотрена, приходится регулировать тягу всевозможными подручными средствами и опытным путем находить оптимальный режим сгорания дров.
Итак, печи могут быть изготовлены из разного материала – чугунные, кирпичные, каменные; разной формы и конструкции – с духовками и коптильнями, пирамидальные и в виде русской печки. Самая простая конструкция – это топка, оснащенная зонтом, навесом и дымоходом, с двумя полочкам по бокам, на которых размещаются продукты, специи, посуда и т. п.
В многофункциональных печах предусмотрены духовые шкафы для выпечки и запекания мяса, камеры для холодного и горячего копчения. Продукт для копчения подвешивается в дымоходе, а топка герметично закрывается специальной дверцей. В зависимости от конфигурации очага одна топка может использоваться для всех кулинарных операций, но также возможно заложить в проект две или три топки. Конечно, такие сложные очаги способен создать только специалист, обладающий знаниями в области термодинамики, строительных технологии и… кулинарии. Мы же пока познакомимся с азами печного мастерства.
Конструкция и работа печей
Печью называется устройство для отапливания различных строений (например, дома, бани) или получения высокой температуры, необходимой для приготовления пищи, а также в том или ином технологическом процессе (обжиг керамики, термообработка металлов, лабораторные исследования).
В зависимости от конструкции печь может топиться твердым (дрова, древесный, каменный уголь, торф), жидким (керосин, мазут, нефть и пр.) или газообразным (природный газ) топливом. Особняком стоят печи, использующие для нагрева электрическую энергию (электропечи). В уличных печах, служащих для тепловой обработки продуктов питания, в подавляющем большинстве случаев используются дрова или уголь. Исключение составляют разве что подзабытые нынче примусы с керогазами, заправляющиеся керосином, и современные горелки, работающие от газовых баллонов небольшого размера. Впрочем, последние вошли в моду преимущественно у туристов, а в повседневном быту возиться с керосиновыми горелками сейчас вряд ли кто согласится без особой на то надобности.
Бытовые печи на твердом топливе делятся на два вида: печи с принудительным движением газов (канальные) и печи со свободным движением газов (колпаковые). Первые в свою очередь различаются по конфигурации дымоходов (каналов): с последовательными каналами, противоточная система (финская), комбинированные и др.
Срок службы печи зависит от способности топки и корпуса не растрескиваться. Прочность этих частей печи зависит от конструктивных решений. Главный элемент любой печи – это топливник. Корпус отопительной печи состоит только из топливника и системы дымооборотов. В варочных и других видах печей могут еще предусматриваться плиты, духовки, водогрейные коробки и т. п.
Тепловые процессы внутри печи
В состав печного топлива входят углерод, водород, кислород и минеральные добавки. Кроме того, в топливе содержится вода в свободном состоянии. Даже сухие дрова содержат в себе 8–10 % воды (по массе). При горении углерод и водород соединяются с кислородом воздуха. Реакция происходит с выделением теплоты.
В результате горения образуются газообразные и твердые продукты. Газообразные продукты горения – углекислый газ и водяной пар – вместе с азотом воздуха (который не принимает участия в горении), пройдя по внутреннему устройству печи, уносятся в атмосферу. Твердые продукты – зола – выпадают в зольник через прозоры колосниковой решетки. Мельчайшие частицы золы, так называемые уносные частицы, проникают во внутренние каналы и постепенно засоряют их.
В бытовых печах нельзя достичь полного сгорания топлива. Попутно с углекислым газом (диоксид углерода СО) образуется окись углерода СО, или, как ее обычно называют, угарный газ. Угарный газ ядовит, и вдыхание его человеком приводит к отравлению организма, а порой и к смерти. При неполном сгорании мельчайшие частицы углерода уносятся вместе с газами в атмосферу, образуя дым, и частично оседают на внутренних поверхностях дымоходов в виде сажи. Естественно, что при неполном сгорании топлива теплоты выделяется меньше, чем при полном. Чтобы в топливнике происходило сгорание топлива, близкое к полному, необходимо обеспечить достаточный приток воздуха в топливник и своевременное удаление из него газообразных продуктов горения. Первое условие удовлетворяется за счет установки колосниковой решетки соответствующих размеров, второе – за счет устройства дымовой трубы достаточной высоты.
Устройство топливников
Топливник (топка, горнило) – это камера внутри массива печи, в которой сгорает топливо. Его конструкция должна удовлетворять следующим требованиям: вмещать необходимое количество топлива (не менее 75 % всего топлива, потребного на одну топку); обеспечивать достаточное поступление воздуха к горящему топливу; сохранять высокую температуру в зоне горения. Топливник подвергается наибольшей тепловой нагрузке и потому должен выполняться из достаточно прочного материала. Как правило, он кладется из огнеупорного кирпича. Если топливник кладется из обычного кирпича, его футеруют огнеупорным кирпичом на растворе из огнеупорной глины с шамотным порошком. Толщина футеровки должна составлять полкирпича. Подобная кладка показана на рис. 51 специальной штриховкой.
С годами тепловое расширение вызывает большие напряжения в печи, корпус и оболочка которой должны выдерживать эти напряжения. Почти в каждой печи образуются тонкие трещинки, вызываемые тепловыми расширениями. Такие трещинки портят только внешний вид печи, не сказываясь на ее работе. Рельефная поверхность или выделенные швы скрадывают их и делают невидимыми на поверхности.
Рис. 51. Топливники:
а – для дров; б – для каменного угля; 1 – поддувало; 2 – топливник, 3 – свод; 4 – колосниковая решетка; 5 – металлический ящик для сбора золы; 6 – шахта (клетчатой штриховкой отмечена кладка огнеупорным кирпичом)
При кладке следует учитывать вид топлива, на который рассчитана печь. От этого зависят размеры топливника и зольника. Качество топлива определяется прежде всего его теплотой сгорания, то есть количеством теплоты, выделяемой при сгорании 1 кг топлива. В табл. 1 приведена теплота сгорания различных видов твердого топлива.
Таблица 1. Теплота сгорания некоторых видов твердого топлива
Наиболее экологически чистое топливо – дрова. В древесине содержится: серы – до 0,02 %, азота – до 0,12 %, золы – до 0,5 %. Теплота сгорания древесины весьма заметно зависит от ее влажности. Так, при сгорании 1 кг сухих сосновых дров выделяется 4500 ккал, при влажности дров 30 % – 3250 ккал, при 50 % – 2050 ккал.
При валке влажность древесины составляет 50–55 %. Через 1–2 года влажность при хранении древесины на открытом воздухе снижается до 23 %, а в теплом помещении – до 15 %.
Как уже говорилось, при выборе размеров топливника руководствуются, прежде всего, предполагаемой максимальной теплоотдачей печи и видом используемого топлива. Для уличных печей, разумеется, имеет значение только второй параметр. Для упрощения процесса кладки длина и ширина топливника должны быть кратными размерам кирпича.
Конструкция типовой топки из шамота для казанка и духовки эквивалентна мощности 15 кВт, топка барбекю размером 750 × 700 × 500 мм – мощности электрогриля 12 кВт. Это значит, что приготовление еды займет не больше времени, чем на обычных газовых или электрических плитах или в духовках.
После укладки топлива под перекрытием топливника должно оставаться пространство, необходимое для сгорания всех проходящих по нему несгоревших частиц топлива. В этом случае горение заканчивается внутри топливника и топливо используется полностью. Учитывая то, что, прогорая, топливо дает угли, которые вовсе не способствуют нормальной работе печи, был создан такой элемент, как колосниковая решетка, или колосник.
Колосниковая решетка представляет собой обычную стальную решетку с различной частотой расположения прутьев для каждого вида топлива. Так, частота решетки для сжигания торфа и кизяка составляет примерно 10 мм. Для сжигания каменного угля используются решетки, состоящие из 4-см пластин, что предотвращает быстрое прогорание решетки, ведь температура горения угля гораздо выше, чем, к примеру, дерева, и улучшает приток воздуха в топливник. Располагается колосниковая решетка между топливником и зольной камерой, примерно на 1–2 ряда кладки ниже топочной дверцы. Очень часто колосник имеет небольшой наклон вперед.
Дрова и торф содержат много летучих веществ и дают при горении высокое пламя. Они должны иметь большой объем топочного пространства. Высота такого топливника, считая от колосниковой решетки, колеблется от 800 до 1000 мм (рис. 51, а). Колосниковую решетку ставят ниже уровня топочной дверцы, чтобы угли не выпадали наружу. Каменный уголь и антрацит для горения требуют сильной подачи воздуха к горящему слою. Для этого топлива необходимы тяжелые колосниковые решетки, которые располагают в неглубокой шахте и заглубляют на 300–350 мм (рис. 51, б). Нижняя часть топливника над решеткой значительно сужена, чтобы антрацит горел сравнительно толстым и равномерным слоем.
Зольная камера
Зольная камера располагается непосредственно под колосниковой решеткой и отвечает за два процесса: накопление золы и поступление воздуха в топку. В зольной камере обычно устанавливают дверцу, которая называется поддувальной. В старых образцах печей вместо дверцы поддувальный шлюз наполовину закрывался обычным кирпичом.