Výstavba těžkých kachlových kamen

Blog / 5. 2. 2002 | Autor: Vít Pešek
Pro to, abychom mohli postavit těžká kachlová kamna potřebujeme projekt. Než začneme projektovat, musíme znát parametry. Tyto se odvíjí od konkrétní tepelné potřeby dané vytápěné prostory. Nazývá se tepelná ztráta a udává se v kW/hod. Jejím výpočtem se nyní zabývat nebudeme, neboť je to úloha obecně známá. Pokud tedy známe tepelnou ztrátu, můžeme provést vlastní výpočet topidla. Pro příklad zde uvedu výpočet dle metodiky pana Ortnera.
  • 1kg. dřeva = 4 kW výkonu uvažujeme 80% účinnost celého systému, tedy 3,2 kW
  • pro akumulaci tepelné energie z 1 kg. dřeva potřebujeme 100 kg šamotu. (1 m´ délka tahu)
  • při povrchové teplotě kachlů 60 °C dostaneme 600 W/m2.
  • tepelná ztráta místnosti je vypočtena na 4 kW/hod.
  • jmenovitá doba topení (perioda přikládání) 12 hodin

Z těchto vstupních údajů nejprve vypočteme potřebné množství energie na jedno přiložení:
4 x 12 = 48 kW

Dále vypočteme potřebné množství dřeva pro jedno přiložení:
48 / 3,2 = 15 kg

Nyní vypočteme potřebnou hmotnost šamotu:
15 x 100 = 1500 kg

Dále vypočteme otopnou plochu potřebnou pro předání tepla.
4000/600 = 6,66 m2

A minimální množství kachlů (formátu 22 x 24 cm)
6,6/(0,22 x 0,24) = 126 ks.

Zde máme parametry pro projekt kamen. Tento výpočet vychází z předpokladu použití správných technologických postupů při stavbě, ale též z použití správných materiálů. Např. oněch výše uvedených 3,2 kW energie lze z 1 kg. dřeva získat pouze při jeho dokonalém spálení. To znamená při teplotách 900 - 1.000 °C. Takto spalovat dřevo lze pouze ve speciálně zkonstruovaných spalovacích komorách. V žádném případě v ohništi s roštěm.

Šamotové prvky (desky, cihly) hrají též významnou roli v životnosti a akumulační schopnosti kamen. Zjednodušeně se dá říci, že čím větší objemová hmotnost, tím větší akumulační schopnost. Ale šamot přitom musí zůstat pórovitý. Nesmí tzv. slinout. Jinak po prvním tepelném šoku nevydrží vlastní tepelné pnutí a popraská.

Pro náš vytápěný prostor tedy potřebujeme kamna s vysokoteplotním ohništěm, s celkovou hmotností šamotu okolo 2.000 kg, s otopnou plochou cca 6,5 m2, což zhruba odpovídá 130 ks kachlů.

Při vlastní stavbě pracujeme s mnoha odlišnými materiály a tedy musíme dodržovat mnoho různých postupů. 

Pro výrobu tepelné energie nejčastěji používáme tzv. biotopeniště, což je spalovací komora s regulovaným přisáváním a předehříváním spalovacího vzduchu, která má pod stropem umístěnu specielní žárovzdornou izolační vrstvu. Tato tepelná izolace nejen zvyšuje spalovací teplotu, ale ještě snižuje tepelné namáhání překladových šamotových desek, čímž zvyšuje jejich životnost. Spaluje obyčejné suché dřevo při teplotě 950 - 1.000 °C. (Nekouří se z komína.)
Aby při provozu topidla nedocházelo k praskání spár z důvodu tepelné roztažnosti materiálů, používáme tzv. dvouplášťovou konstrukci. To znamená, že se tahový systém nikde nesmí dotýkat kachlového pláště ani říms.

Mezi tahový systém a zdi objektu je třeba použít v dostatečné vrstvě odpovídající tepelně izolační materiál. (Ne skelnou vatu, která působením tepla časem vymizí.) Jinak se bude teplo ztrácet, místo aby nám zůstávalo v kamnech. Fázové (vláknové) izolační materiály používáme pouze do prostor, kde nepřichází do styku s proudícím vzduchem, aby nedocházelo k poškození zdraví vdechováním těchto vláken. Pro izolaci stropu ohniště, nebo prostorů kudy kamny proudí ohřívaný vzduch používáme výhradně izolační materiály bez vláken - Vermikulit, tato látka se vyskytuje volně v přírodě. Je nechemickou cestou " nafouknuta " a poté jsou z ní vyráběny desky a tvarovky. Její použití je do 1.100 °C.

Ještě větší nároky než na šamotový materiál klademe na kachloví. To musí mít nejen odpovídající fyzikální vlastnosti jako nasákavost, objemovou hmotnost, pevnost v tahu a tlaku, ale ještě musí splňovat nemalé estetické požadavky. Glazura musí mít odpovídající provedení a odstín, jednotlivé prvky musí mít minimální rozměrové odchylky, minimální křivosti a stejné materiálové složení.
Pro skobování kachlů a šamotových prvků používáme speciální kamnářský poměděný drát. Měď totiž nekoroduje do hloubky materiálu, proto takovéto skoby vydrží celou životnost topidla. (obyčejný černý drát, nebo i pozink po 10 letech zkoroduje natolik, že přestává plnit svou funkci a kamna se pomalu začnou "rozlézat".)

Kování používáme kvalitní litinové, nebo nerez. Obyčejný černý plech má v topidle životnost 2 - 5 let. Pozor zamýšlíte-li v topidle spalovat plasty ! Uvolňují se z nich látky, které v krátkém čase změní strukturu nerezu a naprosto jej zničí. (Nejdříve změní barvu a pevnost a pak se rozpadne.) 
Kromě dvířek, trouby a skob kachlů nepoužíváme žádné další kovové prvky, či nosníky. Kovy mají větší tepelnou roztažnost než keramické materiály a kratší životnost. Pro překlady, či jiné vodorovné nosné prvky používáme speciální kamnářské materiály na bázi šamotu vytvrzujícího za studena. Tyto hmoty mají shodné vlastnosti s ostatními keramickými prvky topidla. Proto neomezují ani jeho funkci ani životnost. 
 

Kamna musí být vybavena dvěma bezpečnostními prvky.

  1. startovací štěrbinou - To je tenký průduch z ohniště rovnou do komína. Při zatápění do zcela studených kamen umožní malému množství horkých zplodin nastartovat komín. Rychle ho prohřejí, čímž se zvýší tah a kouř začne přirozeně proudit celým několik metrů dlouhým tahovým systémem.

  2. explosivní pojistkou - To je tah o průřezu komínového průduchu vedoucí z pádu (první tah za ohništěm) rovnou do komínového průduchu. Tento je přezděný tenkou šamotovou destičkou. Pokud se v kamnech nashromáždí větší množství nespálených dřevních plynů, a dojde k jejich explosi, tenká šamotová destička se vylomí a otevře cestu do komína. Tím eliminuje největší část energie, která by jinak mohla poškodit topidlo.
Toto je pouze malý náhled do problematiky navrhování a stavby kachlových kamen. Při opomenutí některé z nich jsou následky mnohdy nedozírné. Od neúměrně velkého množství ztopeného paliva, zbytečného zatížení životního prostředí (při špatném ohništi, či tahovém systému) , přes zbytečné finanční zatížení při opravách či rekonstrukcích (použití nekvalitních materiálů nebo nesprávných postupů, tedy zkrácení životnosti) až po ztráty na majetku, či na zdraví lidí požárem (při nedodržení základních bezpečnostních předpisů). Odborník, který takováto topidla staví by měl být minimálně vyučen v oboru. Pro navrhování a konstruování v brzké době bude nutná mistrovská zkouška. Je nutné si uvědomit, že kamna jsou velmi výkonné topidlo, které by mělo být odborně navrženo i postaveno. Mělo by před uvedením do provozu projít revizí jako každý jiný plynový či elektrický spotřebič. 

Teprve správně navržená a postavená těžká kachlová kamna mohou plnit to, co od nich očekáváme. S minimem dřeva a obsluhy, s nulovým zatížením životního prostředí topit, topit, topit, topit, topit, topit a topit ještě Vašim dětem.