Основа основ
Большинство преимуществ печей Кузнецова дает принцип свободного прохода газов. Поясним опять на примере.
Представим себе печь со сложной системой дымовых ходов: утермарковку, четырех-пяти оборотную голландку. В этом тесном лабиринте неизбежно будут возникать сильные завихрения. Слыхали, как печь гудит? Это лишь незначительное проявление бушующей в ней вихревой энергии. А взяться ей неоткуда, кроме как из закладки топлива. Если каналы достаточно длинные и узкие, то на первый взгляд ничего тут страшного нет: вихри, пока доберутся до трубы, рассеются, остывая, и все равно отдадут свою энергию телу печи, а оно – в помещение. Но на деле проявляются нюансы, о которых будет сказано далее в тексте. Из-за них КПД канальной печи свыше 60% – исключительная редкость.
В канальной печи, пока она топится, мечется огромный поток энергии, и на отопление или подогрев воды можно, не нарушая ее работы, взять лишь небольшую ее часть. Такая печь в чем-то похожа на ядерный реактор. Не пугайтесь, только по синергетике, т.е. по путям циркуляции энергии в ней. В ядерный реактор приходится закладывать топлива в десятки раз больше, чем необходимо для обеспечения проектного энерговыхода. Иначе нейтроны просто вылетят наружу, не успев встретить готовые их принять атомы урана. В канальной печи – горячие вихри, не успев остыть, вылетят в трубу или, наоборот, остынут сразу, дав дым и сажу.
А вот кузнецовки (о подробностях ниже) по синергетике уже ближе к термоядерным реакторам будущего. «Термояд» звучит страшновато, но это только по ассоциации с водородной бомбой. На самом деле теромядерные реакторы вполне безопасны.
Почему? Потому, что в них вырабатывается энергии ровно столько, сколько должно уйти потребителю, а технологический запас по мощности для разреженной плазмы нужен мизерный. Если вдруг камера токамака или стелларатора внезапно полностью разрушится, плазма полностью высветится (тяжелых-то атомов в ней нет) и остынет, прежде чем дойдет до стен помещения. Ремонтники выругаются – то ли дело в дежурке лясы точить – но уже через 5 мин. смогут притупить к ликвидации без защитных средств.
Так что же общего у печей Кузнецова с термоядерными реакторами? То, что энергия дымовых газов благодаря принципу свободного прохода не прокручивается много раз в потоке, пока не протолкнется в тело печи, а пропитывает его сразу же. И деться ей оттуда теперь некуда, кроме как в помещение и/или водогрейный регистр.
Преимущество колпаковой печи
Выделяют ряд положительных качеств подобных конструкций для домашнего интерьера. Они заключаются в следующем:
- Для создания такой печи используют качественный материал;
- Минимальные расход материала. Готовая конструкция получается компактной и легкой;
- Процесс горения в такой печи происходит на средней скорости. Продукты распада не образуют плотных частиц. В результате на поверхности стенок дымохода отсутствуют следы гари и копоти;
- Большая часть дымохода или металлической трубы должна располагаться выше уровня крыши. Специалисты рекомендуют не пренебрегать данным требованием, а соблюдать параметры конструкции, которые должны быть не менее 5 м;
- Устройство данной конструкции отличается своей неприхотливостью и простым обслуживанием. При наличии узкого канала необходимо осуществлять очистку, позволяющую снизить уровень сажи. Если вовремя не удалять продукты горения, то уровень тяги резко сокращается, что сказывается на скорости сгорания топлива и выделении тепла;
- Конструкция быстро нагревает, что сказывается на температуре в закрытой площади;
- Печи этого вида обеспечивают равномерный поток тепловой энергии, а также накапливают её на поверхности кирпичных стенок.
Для оборудования небольших комнат следует подбирать компактные проекты
При выборе строительного материала рекомендуем обратить внимание на кирпич, натуральный камень. Такие типы основы быстро накапливают и медленно отдают тепло внутрь комнаты, сауны и даже бани
Второе: тепловая нагрузка
На голых принципах ничего не работает. Чтобы теоретически абсолютно правильная печка хорошо грела, сушила и варила, ее нужно также правильно выполнить в материале. Применительно к колпаковым печам (и особенно – к двухколпаковым) это значит, что тепловая нагрузка на материал должна быть высокой. Сделать колпаковую печь массивной, с толстыми стенками – все равно, что жечь костер в пещере. Чтобы почувствовать тепло, нужно сесть у самого огня, а уж копоти будет…
Взгляните на рис. На нем – чертежи и порядовки некоторых печей Кузнецова: банной, отопительно-варочной, двухконтурного водогрейного котла и усовершенствованной русской с лежанкой. Не будучи опытным печником, видно, что материала на единицу выделяемой мощности (500 Вт*кв. м наружной поверхности) в печи Кузнецова идет в полтора-два раза меньше, чем в традиционных. Вообще, любая колпаковая печь «пустее» внутри равной по мощности канальной.
Порядовки некоторых печей Кузнецова
С одной стороны, это хорошо, кирпич-то с кладочным раствором денег стоят. Но с другой – требует тщательнейшей разработки и соблюдения технологии постройки (см. ниже). Тепловая нагрузка, от которой не шелохнется груда булыжника, тонкую кирпичную стенку разрушит уже при разгонной топке.
Для печей Кузнецова важна и строительная механика. Прочность стенки на глиняном растворе при уменьшении ее толщины падает гораздо быстрее, чем на цементно-песчаном. Поэтому фундамент под эти печи нужно выполнять особенно тщательно в точном соответствии с рекомендациями автора. Им же необходимо неукоснительно следовать при постройке.
Схема колпаковой печи Кузнецова
Принцип действия устройств Кузнецова учитывает естественные свойства горячего воздуха и, выделяющихся при сгорании топлива, газов. Конструкция кирпичной печки отличается тем, что дым удерживается внутри самой печи. Для этого оборудуется так называемый колпак — топочная камера, представляющая собой закрытый купол, куда поднимается наиболее раскаленный воздух, вытесняя остывающий через нижний боковой отвод.
Фото 1. Схема колпаковой печи Кузнецова, показаны особенности движения газовых потоков в устройстве.
Вентиляционное отверстие под днищем топки обеспечивает постоянный приток холодного воздуха. Из-за того, что раскаленный воздух удерживается в печке как можно дольше, эффективность теплоотдачи увеличивается в три раза по сравнению с другими подобными устройствами.
Добиться таких результатов конструкторы пытались и в случае традиционных печей — для этого разработаны модели с системой дымоходных каналов. В них горячий воздух также задерживается внутри устройства, но удлинение дымохода естественным образом ухудшает вытяжку, поэтому эффективность обогрева вырастает ненамного.
В случае устройств Кузнецова тяга не нарушается, а горячий воздух удерживается не за счет увеличения длины канала. Это происходит благодаря естественным свойствам раскалённых газов подниматься и вытеснять более холодные. Размеры такого типа печи могут варьироваться в зависимости от необходимой мощности и площади помещения, которое требуется отапливать. Модели с одним колпаком обычно компактны и подойдут для обустройства небольшого дачного домика.
Особенности печи Кузнецова
Эффективность и экономия углеводородов – главная особенность этих разработок
Изобретатель главное внимание уделяет рациональной циркуляции газов внутри конструкции, — внутренние каналы устроены таким образом, что позволяет создать интенсивные потоки сгоревших продуктов с теплым воздухом внутри конструкции, которые передают максимально возможное тепло на стенки печи
Задержка нагретых воздушных масс в полостях – это главное и основное условие для максимальной теплопередачи от сгоревших углеводородов. Так называемая колпаковая конструкция позволяет закручивать воздушный поток внутри камер, задерживаясь там, что и отличает от всех других обогревательных устройств на дровах, где нагретый воздух не встречает сопротивления и почти вся тепловая энергия вылетает в трубу.
Принцип работы
Наиболее распространённым решение является конструкция с двумя колпаками, которые находятся друг над другом. При этом во вторую камеру воздух поступает с нулевого уровня, т.е. только на пути нагретого воздуха возводиться преграда. Таким образом, воздушные массы насильно удерживаются максимально возможное время в каждом колпачном отсеке, при этом передавая практически всю энергию кирпичным стенкам печи. КПД некоторых конструкций достигает 90%!
Видео о технологии Кузнецова:
Помимо вихревых движений воздушных потоков, создаваемых в конструкциях, последние оснащаются дополнительными задвижками, которые позволяют перенаправлять тёплые газы. Таким образом, есть возможность переключать тепловые режимы.
Как выложить печь
Процесс выкладывания печей – это очень важный этап всего процесса установки, ведь именно от нее будет зависеть устойчивость и эффективность печи. Кладка проводится в два уровня. На первом вам понадобятся раствор, для которого вам понадобится глина и вода, пластина из стали, кирпичи из огнеупорных материалов.
Процесс кладки на первом уровне состоит из:
- Укладывания слоя альфоли на фундамент.
- Укладывание кирпичей на слой альфоли.
- Укладывания кирпича второго ряда, размещение поддувал и окон очистки.
- Изготовления перегородки для нижнего и верхнего отсека.
- Укладывания кирпичей из огнеупорного материала и установка ряда брусьев.
- Выкладывания каминной топки для шестого ряда.
- Выкладывания дымового отвода в седьмой ряд.
- Выкладывания специального отсека для топки из огнеупорных кирпичей в девятый ряд.
- Выкладывания решеток в двенадцатый ряд.
- Изготовления перекрытия из огнеупорного кирпича, чтобы перекрыть доступы в дымоотвод.
- Закрытия всех трубных ходов с помощью стальных пластин.
После выполнения мероприятий первого уровня, нужно переходить ко второму, здесь вам нужно:
- Выложить крышу печи.
- Перекрыть выходы в дымоходы.
- Установить паросборники.
- Создать вытяжку.
- Установить пластину, которая выполняет функцию заборника и перекрыть ее кирпичами.
- Выложить дымоходы с диаметром одного кирпича.
Принцип функционирования кузнецовской печи
Кузнецовым был предложен совершенно новый подход к построению печи из кирпича. Как известно, в печах традиционной конструкции имеются каналы, по которым происходит движение горячих газов, нагревающих кирпич. Главным фактором, поддерживающим данный процесс, является тяга. Такой принудительный метод прогревания корпуса печи характеризуется неравномерностью распределения тепла. Кроме того, он часто приводит к образованию трещин в стенках конструкции. При строительстве подобной печи, занимающей довольно много места в помещении, используется множество кирпичей.
Возникает вопрос и относительно наличия места для установки теплообменника. Это устройство теряет указанный производителем срок службы, если его разместить в самой топке. Постоянный контакт с огнем губительно сказывается на прочностных характеристиках теплообменника. Такое соседство приводит также к ухудшению условий горения топлива, снижению коэффициента полезного действия печи и образованию большого количества сажи.
В сооруженной по кузнецовскому методу печи газы движутся свободно.
Схема работы колпаковой печи Кузнецова
Такая конструкция основывается на установке внутри нее колпаков, представляющих собой сосуды, перевернутые днищем вверх. В некоторых моделях печей колпаки могут иметь верхние отверстия. Сосуды располагаются в различном порядке, однако основным условием их размещения является наличие между ними вертикальных пустотных щелей, называемых сухим швом. Образованное таким образом пространство шириной до 3 см не заполняют ни теплоизолятором, ни раствором. Вследствие этого газы свободно движутся, перемещаясь из одного сосуда-колпака в другой.
Чтобы легче представить себе схему работы колпаковой печи Кузнецова, нужно визуализировать в своем воображении костер, разожженный на открытом воздухе. В результате того, что воздух имеет неограниченный доступ к пламени, от костра идет незначительное тепло, которое сразу же рассеивается в пространстве. Можно изменить характер процесса нагревания воздуха вокруг костра, если накрыть его колпакообразным сосудом, например, казаном большого размера
При этом внизу важно оставить зазор, чтобы совсем не загасить пламя. Как результат, горячий газ естественным путем поднимается к днищу казана и ограничивает доступ поступающего снаружи воздуха
После отдачи тепла стенкам сосуда он, спускаясь к открытому проему, постепенно охлаждается и выходит наружу, а его место занимает следующая порция жара
После отдачи тепла стенкам сосуда он, спускаясь к открытому проему, постепенно охлаждается и выходит наружу, а его место занимает следующая порция жара
После отдачи тепла стенкам сосуда он, спускаясь к открытому проему, постепенно охлаждается и выходит наружу, а его место занимает следующая порция жара.
Такой саморегулирующийся процесс характеризуется возможностью дозировки наружного воздуха и нахождения разогретого газа в сосуде до полного остывания.Схема работы колпаковой печи Кузнецова
Описанный выше принцип используется в печах Кузнецова, для которых применяются сразу два колпака, соединенные сухим швом. Такая нестандартная конструкция способствует повышению эффективности передачи достаточного количества тепла от печки в помещение, где она установлена. Горячие газы сначала заполняют собой первый колпак, тем самым нагревая его стенки, а затем, охлаждаясь, уступают место горячему потоку, который поднимается из топки.
Стараясь оптимизировать этот процесс, изобретатель еще на первой его стадии, которая начинается после топливника, решил разделить поток газов в соответствии с их температурой. С этой целью он использовал перегородку для отделения пространства колпака от топки. При этом барьер не достигает дна сосуда. В результате такого разделения горячие газы сразу же устремляются к своду колпака, а поток более низкой температуры направляется по сухому шву через щель в перегородке. Таким образом, за счет скопления под сводом горячих газов и наличия барьера в первый колпак воздух поступает только в необходимом количестве. Это способствует полному сгоранию топлива с образованием определенного количества золы.
Аналогичный процесс движения газов происходит и в колпаке, установленном над первым.
Чертеж колпаковой печи Кузнецова
Менее горячие продукты горения размещаются внизу сосуда, а раскаленные газы стремятся к своду и при остывании отдают тепло на кирпичные стенки. Затем они опускаются вниз и по дымоходу выводятся наружу. За счет оснащения печи двумя колпаками, в которых происходит естественное нагнетание и движение газов, создание принудительной тяги в дымоходной трубе не требуется.
Показатели результативности колпакового метода
Печь нужно топить два раза в сутки
Печки нужно топить два раза за сутки, чтобы создать в помещении комфортный микроклимат. Средний расход поленьев для обогрева 100 квадратов площади составляет 16 – 17 кг в сутки. Скептики утверждают, что длительное удерживание дыма ведет к ослаблению тяги в дымоходе, но это не так:
- Разрежение дыма в полости колпака показывает значение на уровне 0,18 hPa, что считается нормальным показателем по отношению к атмосферному давлению и создает условия для природной конвекции.
- Открытая дверка камеры поддувала способствует уплотнению воздуха, который идет на замену разреженных потоков в колпаке.
- Труба для отвода дыма является трубопроводом для отработанных газов, благодаря выверенной длине обеспечивает высокую скорость передвижения.
Виды колпаковой печи
Данные конструкции подразделяются на несколько типов, каждый из которых отличается своей функциональностью. К ним относят несколько модельных классов:
Отопительная колпаковая печь
Их выбирают для оснащения жилых и промышленных предприятий. Печи этого типа способные обеспечить равномерный поток тепла и минимальное потребление горючего материала. Однако следует учитывать, что недостатком подобного сооружения считают его внушительные габариты;
Варочная колпаковая печь
Такая модель может применяться в качестве отопительного прибора и конструкции, позволяющей использовать её в виде варочной панели. С ее помощью удается нагореть воду, разогреть или приготовить вкусное блюдо;
Такой тип колпаковой печи можно использовать для отпаивания сауны и бани разного размера;
Многофункциональная колпаковая печь
В устройстве такой конструкции может присутствовать варочная плита, духовой шкаф, сушильная камера водогрейный бак и нагревательный контур, обеспечивающий равномерное распределение тепла по периметру интерьерного пространства.
Принцип работы колпаковой печи
Колпаковая печь Кузнецова (в народе именуемая «Кузнецовка») получила название в честь своего создателя – И.В. Кузнецова, который занялся разработкой новой схемы отопления еще в начале 60-х годов прошлого столетия. Уникальная технология «свободного движения горячих газов» сразу же получила признание и стала пользоваться большой популярностью во всем мире.
Колпаковая печь Кузнецова: принцип работы
Особенность «Кузнецовки» заключается в том, что нагретые газы проходят и циркулируют по трубе благодаря собственной силе тяжести, в отличие от «принудительного» движения по дымоходу. Все мы знаем из уроков физики, что теплый воздух поднимается вверх, вытесняя холодный. Но, в отличие от канальных прототипов, здесь тепло не выходит из трубы, а собирается под колпаком. Постепенно он там остывает, и его вытесняют порывы борее горячего воздуха, поднимающиеся вверх.
Основным отличием канальной печи от колпаковой считается принцип движения горячего газа. В первой – дым как-бы вытягивается по трубе вверх, а в колпаковой – выталкивается. Сам колпак может служить емкостью для нагрева воды, приготовления пищи, сушилки и т.д. Таким образом, колпаковая печь может выполнять двойную функцию.
Печь «Кузнецовка»
То есть по функциональной характеристике, «кузнецовки» можно разделиться на:
- банные печи;
- печи для приготовления еды (хлебные, варочные, под казан, барбекю, гриль и т.д.);
- камин;
- печи для отопления;
- комбинированный тип.
Самыми распространенными являются именно комбинированные типы с возможностью приготовления еды и обогревом всего дома. Несмотря на возможность вариации стиля и формы, принцип действия колпаковой печи остается неизменным.
Схема движения газов в печи
Чтобы легче было понять основной принцип работы печи Кузнецова, представьте костер, разожженный на открытом воздухе. Из-за неограниченного доступа воздуха к огню, костер дает небольшое тепло. А теперь попробуем этот костер накрыть металлическим колпаком, оставив небольшой просвет снизу, чтобы совсем не загасить пламя. Горячий воздух пойдет вверх, нагревая стенки. Постепенно охлаждаясь, воздух начнет опускать к оставленному проему в то время, как его место занимает новая порция горячего воздуха. Это и есть принцип свободного движения горячих газов, который И.В. Кузнецов успешно применил в своей разработке.
Особенности конструкции
Сегодня в Сети можно найти более 150 разновидностей конструкции, но какой бы формы, стиля исполнения они ни были, все печи построены по одной методике. Конструктор, создавая схему кладки колпаковой печи, ставил перед собой две задачи: продуктивность и эффективность отопительной системы.
Возвести такую конструкцию не так-то просто. Необходимо четко придерживаться разработанной Кузнецовым И.В. порядовки
Изобретатель большую роль и внимание уделяет расположению внутренних каналов колпаковой печи
Колпак представляет собой отдельную камеру для задержки нагретого газа, что способствует экономии топлива и повышению КПД работы печи.
Стандартная конструкция «кузнецовки» предполагает наличие двух колпаков. Нижний объединен с топочной камерой, а второй колпак находится в верхней части печи. Задача первого колпака – разделить газы на холодные и горячие потоки. Именно это выгодно отличает колпаковую печь от канальной, где нагретый воздух, под действием тяги, свободно выходит наружу. Здесь же, горячий поток газа, выходящий из топки, стремится вверх, где задерживается под первым колпаком и долго аккумулирует тепло.
Дальше, поток стремится через проход во вторую камеру, где тоже задерживается под вторым потолком, так как проход находится у основания. Вследствие этого, горячий воздух, прежде, чем выйти по дымоходу, долго аккумулирует тепло в печи. Это дает высокий КПД – до 95 %. Если сравнить с эффективностью работы традиционной русской печи (канальной), то это больше на 45-50%.
Кроме свободного движения газа, колпаковая печь предполагает и механическое управление потоками. Для этого в конструкции устанавливаются задвижки. Они, по мере необходимости, могут задерживать и перенаправлять горячие потоки. «Летняя» задвижка предназначена для теплого времени года, когда печь используется в качестве варочной поверхности для приготовления еды. Открыв летнюю задвижку, поток горячего воздуха устремится вверх по дымоходу, не заходя под второй колпак.
Колпаковая печь для отопления дома
Печь Кузнецова своими руками
Без сомнений, печное дело – это кропотливый и трудоёмкий процесс. Однако при желании и наличии базовых навыков с возведение печи могут справиться многие.
многофунциональный вариант Русская печь достаточно сложна, и для новичка наиболее целесообразным будет использовать полностью готовые схемы, с подробными порядками. Не следует ни на шаг отступать рекомендаций, лишь после сборки одной-двух печей приходит правильное понимание, которое позволит вносить конструктивные изменения.
Наилучшее время для планирования размещения печи во время проектирования или во время формирования фундамента дома. Тогда это позволит наиболее эффективно разместить будущий отопительный элемент, сразу на несколько комнат.
Особенности печи Кузнецова
Поскольку главной целью разработок Кузнецова являлась эффективность и продуктивность (он работал над повышением значения КПД), для этого требовался принципиально новый и совершенный подход.
Из вышесказанного следует вывод: система свободного передвижения газов, созданная этим мастером, более естественна, она оптимизирует работу устройства и равномерный обогрев. Кроме этого минимизируется образование сажи.
Помимо этих преимуществ у печей Кузнецова имеются и другие положительные моменты:
- горение происходит без сажи и дыма;
- прогревание отличается большей равномерностью;
- лучшая отдача тепла;
- необходимость очистки меньше в десятки раз;
- экономичность;
- имеется больше места для размещения стального нагревательного элемента;
- низкий уровень теплопотерь;
- стойкость к появлению трещин;
- возможность менять форму и дизайн конструкции.
Необходимые материалы и инструменты
Для строительства печи нам понадобится достаточно большое количество материалов и инструментов. Данный список не учитывает устройство фундамента и дымохода.
- Красный кирпич — около 450 штук.
- Для устройства топки огнеупорный кирпич (марки ША-8) – 22 штуки.
- Дверца для топки (марки ДТ-3) размер 210х250 мм.
- Дверца для поддувала (ДПК) размер 140х250 мм.
- Решётка колосниковая размер 250х252 мм.
- Варочная панель (плита) с 2 конфорками размер 586х336 мм.
- Дверцы для варочной топки размер 510х340 мм — 2 штуки.
- Задвижка для топки размер 130х130 мм.
- «Летняя» задвижка размер 130х130 мм.
- Задвижка для трубы дымохода размер 130х250 мм.
- Уголок металлический размер 36х36х4х600 мм — 4 штуки.
- Полоса металлическая размер 40х4х600 мм.
- Лист металлический размер 600х550х3 мм.
Предпотолочный металлический лист размер 500х700х3 мм. Можно заменить керамической плиткой или любым огнеупорным материалом.
Инструменты
- Кельма.
- Отвес и строительный уровень.
- Ёмкость для замеса раствора.
- Шпатели.
- Уголок строительный.
- Перфоратор.
- Болгарка.
- Насадка миксер.
