Обзор и возведение колпаковых печей Кузнецова

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.

Особенности эксплуатации печи

• Первое — это автоматический режим горения топлива.

  В обычной печи при растопке поддувало рекомендуется открыть на максимальную ширину, чтобы создать большую тягу в печи. Затем, по мере усиления огня в топке, дверцу постепенно прикрывают, чтобы температура пламени несколько снизилась, а тепло в большей степени передавалось в помещение.

  В колпаковых печах манипуляции дверцами и печными задвижками не имеют смысла. Интенсивность горения регулируется соотношением объёма колпаков и топочной камеры. Это происходит автоматически, нужно лишь разжечь огонь и заложить необходимое количество дров или другого топлива.

• Второе, что приятно поражает — это отсутствие необходимости ежедневных чисток зольника.

  Любой горючий материал сгорает в печи полностью, без твёрдого остатка. Сажа на стенках печи почти не образуется: в результате пиролиза происходит окисление углерода до состояния угарного (и частично углекислого) газа.

Дымоходная задвижка, прикрытая неплотно, не приведёт к выхолаживанию печи: горячие газы будут находиться в куполе до тех пор, пока не отдадут всю тепловую энергию кирпичам.

В летнем режиме печь Кузнецова из отопительно-варочной превращается просто в варочную. Для этого достаточно открыть специальную задвижку (её так и называют — задвижка летнего хода), после чего дымовые газы будут поступать в дымоход напрямую, минуя колпаки. Нагреву, соответственно, будет подвергаться только варочная плита.

Температуру внутри варочной камеры можно регулировать задвижкой, установленной на отходящем от неё вытяжном канале. Закрыв задвижку и дверцу камеры, её легко можно превратить в духовку. Для удобства пользования в стенках можно зафиксировать полочки для противня.

Если нужно быстро прогреть помещение или обсушиться, дверцу варочной камеры открывают. При этом температура на конфорках остаётся достаточно высокой для приготовления пищи.

Возведение колпаковой печи

Перед постройкой печи Кузнецова своими руками, необходимо знать некоторые правила:

1. Не на всех схемах заметно, что внутренняя кладка огнеупорного кирпича должна производиться на ребро. Керамический кирпич кладётся по усмотрению.
2. Связку кирпичей проволокой необходимо делать через каждые 2-3 ряда.
3. Производить первую растопку на минимальных температурах. Постепенно увеличивать жар.
4. Обработка наружного кирпича огнеупорным составом желательна, но не обязательна.
5. Каждый металлический элемент печи должен устанавливаться с учётом возможного расширения при больших температурах.
6. До начала кирпичной кладки, нужно проверить кирпич на наличие трещин, сколов и различных других дефектов.
7. Основание печи делается отдельно от фундамента здания.
8. При порядовке кирпича, между огнеупорным и керамическим кирпичом необходимо оставить небольшой зазор. Эта мера предостережёт кладку от разрыва при температурном расширении.

Порядовка – это набор чертежей, для поэтапного возведения печи. На чертежах изображён каждый ряд кирпичей в подробностях. Вносить поправки в эти схемы категорически не рекомендуется, так как это проверенные работы.

Пошаговое строительство колпаковой печи:

Шаг 1 — фундамент

После выбора схемы будущей печи, необходимо сделать качественный фундамент под неё. Фундамент печи не должен быть соединённым с фундаментом дома. Основание должно быть ровным во избежание дальнейшем деформации постройки. Сам фундамент должен быть на 20 сантиметров выше уровня пола и на 10 сантиметров больше по периметру, чем сама печь. После откапывания ямы и сооружения опалубки, необходимо насыпать песочную подушку около 20 см, закрепить армирующий каркас из металлических прутьев и можно заливать раствор.

Шаг 2 — кладка печи

После полного застывания основания можно приступать к кирпичной кладке. Перед кладкой первого ряда, необходимо постелить на фундамент слой отражающей фольги. Если дом деревянный, то перед фольгой требуется положить лист асбеста.

Порядовки колпаковой печи:

Красным обозначен керамический кирпич, жёлтым – огнеупорный.

Некоторые кирпичи придётся разделять пополам, некоторые стачивать и делать нестандартную форму.

Кладку нужно производить равномерно. Кладка боковых стенок должна происходить справа налево. Во втором ряду устанавливается дверца поддувала и окошко для чистки печи. По окончанию второго ряда можно начинать делать канал для дыма.

Далее укладываются ряды между поддувалом и дверцей печи. В это же время создаются внутренние перегородки. На 5 ряду нужно установить колосник.

Возведение печи по порядовке, несложное задание, однако необходимо всё делать внимательно что бы не допустить ошибку.

Шаг 3 — проверка

После окончания кладки, должно пройти не менее суток, для полноценного застывания раствора. По истечению этого времени, можно провести проверку печи.

Для первой растопки достаточно небольшого количества топлива. Постепенно температуру необходимо увеличивать. Во время такой проверки печь подвергнется обжигу, определиться работоспособность, а так же герметичность.

При обнаружении нарушений герметичности, необходимо как можно быстрее устранить их. При пробном разогревании, температуру требуется поднять до 700-900 градусов.

Особенностью колпаковых печей Кузнецова, является технология “плавающей топки”.

Для такого типа топки используется сухой шов.

Сухой шов – это специальный зазор, который находиться на дне топки возле крайнего угла. Благодаря этому шву, происходит безопасное разделение газа в топке на горячий и холодный.

При кладке граней, можно использовать закруглённый кирпич. Он подойдёт к разным видам интерьера. Ещё один плюс закруглённых краёв заключается в меньшей деформации от физических воздействий.

При выборе материла для теплоотражения, может встать вопрос о покупке рубероида вместо теплоотражающей фольги. Лучше использовать фольгу, вследствие металлической составляющей.

Подводя итоги можно сказать, что  печь Кузнецова по готовым порядовкам, сможет сделать человек без опыта. Однако стоит помнить, что строгое исполнение правил и технологий готовых чертежей – прямой залог успеха. Можно изменять размер, но следует помнить о правильной порядовке. Собственные изменения могут привести к разрушительным последствиям.

При появлении определённых сложностей, лучше обратиться к специалистам. Особенно при строительстве печи с 2 и более колпаков.

Рекомендации для самостоятельного возведения

Решив возвести печь по одной из порядовок Кузнецова своими руками, приготовьтесь к тщательной и скрупулезной работе. На схемах вы найдете графическое изображение каждого ряда, однако перед началом кладки необходимо познакомиться с особенностями техники, в частности:

• выбором и предварительной обработкой кирпича;
• покупкой металлических деталей (плит, заслонок, дверок, задвижек);
• определением наиболее подходящего места;
• подготовкой основания и фундамента;
• возможностью оборудования дымохода и др.

Лучшим материалом для внутренней кладки «кузнецовок» признан шамотный огнеупорный кирпич (Ш-5, ШБ-8), для внешнего оформления – керамика (М-150). Для усиления кирпичных стен используют металлические элементы (арматуру, проволоку). Чтобы печь функционировала с максимальной теплоотдачей, опытные мастера оттачивают не только свои умения, но и каждый кирпичик – в буквальном смысле. Они шлифуют каждую деталь, именно поэтому проекты, выполненные профессионалами, выглядят безупречно.

Кладка из шамотного кирпича

Имея на руках авторскую порядовку, рекомендуем не экспериментировать, а соблюдать обозначенный порядок. Отхождения от схемы не гарантируют полноценной теплоотдачи.

Плюсы и минусы печей Кузнецова

В одном из колпаков можно установить емкость для нагрева воды

Любым конструкциям для обогрева присущи достоинства и недостатки. Выбирая колпаковый вариант построения, учитывают положительные свойства:

• Меньшее количество кирпичей в постройке, так как купола полые.
• Кузнецовки меньше по массе, а фундамент проще.
• КПД купольных моделей достигает 80%, что позволит экономить топливо.
• Печи Кузнецова строят с разной конфигурацией куполов (в горизонтальной и вертикальной плоскости), поэтому можно обогревать высокие дома и просторное одноэтажное жильё.
• Пустоты в кладке и тонкие стенки прогреваются быстрее по сравнению с классическими русскими печами. В то же время горячий воздух сохраняется в куполах, а не уходит через дымоход, поэтому остывают кузнецовки долго.
• Во втором отсеке можно установить теплообменник для воды. Отсутствует непосредственный контакт пламени и стенок теплообменника, что исключает прогорание металла. В качестве ёмкости для нагрева воды можно использовать металлический или алюминиевый бак.
• Дополнительная заслонка переводит устройство в режим летнего использования — второй и третий колпак исключаются из процесса, и печь можно использовать только в режиме приготовления пищи, не нагревая воздух в помещении.

Печи Кузнецова сложнее чистить от сажи

В то же время купольные печи не лишены недостатков:

• Строительство обходится дороже, за счёт большей оплаты работы мастеров.
• Сложность и конфигурация каналов усложняет чистку от сажи и нагара.
• Внушительные геометрические размеры для мощных моделей.
• Быстрый нагрев требует повышенного расхода дров, часть которых на начальных этапах прогорает не полностью.
• По отзывам владельцев срок службы ограничивается 15-ю годами.

Принцип действия

Кузнецов предложил новый принцип построения кирпичных печей. Во всех придуманных/сконструированных ранее моделях горячие газы движутся по каналам. Проходя по ним, они нагревают кирпич, сами охлаждаются. Движение возможно только при наличии тяги. При таком принудительном принципе действия прогрев корпуса неравномерный, а приводит это к образованию трещин. Большое количество кирпичей занимает практически все пространство, и теплообменник при необходимости поставить некуда. Только поместить его в топку, где он будет контактировать с пламенем, из-за чего срок службы его очень ограничен. К тому же расположенный в зоне горения теплообменник отнимает значительную часть тепловой энергии, ухудшая условия горения топлива, что снижает КПД печи и повышает количество сажи.

Одна из канальных печей внутри выглядит так

Кузнецов использует другой, принцип движения газов в печи — свободный. Печь состоит из колпаков — перевернутых вверх дном сосудов (с отверстием вверху или без — по-разному в разных моделях). Колпаки могут располагаться друг над другом или один за другим, но обязательно сообщаются между собой при помощи сухого шва — пространства в 2-3 см, незаполненного раствором или теплоизолятором, через который и переходят газы из одного колпака в другой.

Первый колпак и топка объединены в единое пространство. При таком устройстве происходит вот что. Самые горячие газы поднимаются верх. На некоторое время они  вверху и остаются, где передают часть тепловой энергии стенам, сами остывают. По мере остывания они опускаются вниз, а на их место поднимаются более горячие. При таком построении движение воздушных масс происходит только за счет естественных физических процессов.

Принцип движения газов в колпаковых печах

Наглядно продемонстрировать процесс можно, если в перевернутый вверх дном стакан запустить струю дыма. Она поднимается вверх, достигает верха, затем остывшая часть дыма вдоль стенок опускается вниз. Приметно те же процессы, только гораздо более сложные, проходя и в печи.

На рисунке красными стрелками показана схема движения горячего воздуха в колпаковых печах. Синими стрелками показано движение холодного воздуха, попавшего в печь. Очевидно, что вверх он подниматься не будет, потому как весит больше, а пройдет понизу и почти не  повлияет на общую температуру в колпаке, что продемонстрировано на рисунке справа.

Но одного колпака для эффективного отбора тепла недостаточно, потому большинство печей имеют два или три свода в зависимости от мощности. В них происходят практически те же процессы, что и в первом: более горячие газы находятся вверху, нагревая кладку, холодные проходят понизу и выходят в дымоход.  В верхней зоне второго свода  и размещается теплообменник или любое другое необходимое для каких-либо целей устройство. Никакого открытого огня, только горячие газы и очень эффективный теплосъем: постоянно протекают воздушные потоки высокой температуры. Причем никакого влияния на процессы горения нагрев теплоносителя, камней или воды в баке не оказывает:  от топки они отделены кирпичной стенкой.

Один из вариантов колпаковой печи

Конструкция печей разной конфигурации и назначения разная, но «потребляют» они немного топлива и долго остаются горячими. Об этом говорят отзывы владельцев. Например, в доме из бруса сложена такая печь. При -25оС топят утром и вечером по 5 полешек (всего в сутки получается порядка 18 кг дров). В домике +25оС и утром не холодно. При температуре «за бортом» до -10оС топят один раз. Так что насчет эффективности вопросов нет. Если и есть вопросы, то по поводы выбора исполнителя.  Ведь параметры ее работы зависят от того, насколько правильно и грамотно сложена печь. И быстро ее не сделаешь: средних размеров и без наворотов — это 2-3 недели работы. Вообще с отзывами о печах Кузнецова все просто: люди довольны. Удовольствие, конечно недешевое, но однозначно оно того стоит. Это утверждают все владельцы таких печей. Никаких сложностей в эксплуатации, экономичны и не капризны, очень долго отдают тепло, а греются быстро.

Особенности кладки: подготовка материалов

Печь колпаковая, которая описывается в статье, создается из полнотелого глиняного кирпича, который кладется в основу дымохода и корпуса. Следует выбирать изделия марки М-150 и выше, тогда как размер кирпича должен составить 250 x 120 x 65 мм. Для того чтобы определить количество кирпича для укладки такой печи, необходимо умножить количество рядов на 0,8. Этого объема будет достаточно для кладки корпуса, учитывая отбраковку и бой.

Для расчёта материала, который лежит в основе дымохода, необходимо действовать по другой схеме. Для начала определяется число кирпичей на один ряд, это число умножается на количество рядов. Для каждой конструкции это значение будет зависеть от высоты здания и габаритов печи. К полученному значению следует добавить 10% на бой, так удастся получить искомое число.

Достоинства и недостатки

Тяга в печи осуществляется за счет пустот внутри

Коэффициент эффективности превышает показатель традиционных печек, у которых он составляет значение в диапазоне 70 – 85%. В конструкциях Кузнецова полностью выгорает сажа, поэтому срок между двумя соседними чистками исчисляется 3 – 4 годами.

Достоинства моделей изобретателя:

• тяга осуществляется за счет пустот внутри (колпаков), а не каналов, поэтому уходит меньше кирпича;
• печи работают на любом топливе, не только на дровах;
• использование короткого дымового канала также экономит средства на обустройство;
• происходит равномерная теплоотдача в течение суток;
• есть возможность обогрева нескольких уровней дома от одного устройства;
• в конструкцию вставляют контуры ГВС и пароводяного отопления, ее совмещают с варочной плитой, лежанкой, духовкой, камином.

Формирование второго уровня

Продолжают кладку обычным способом, заборная пластина фиксируется с одной стороны раствором. В 19 ряду необходимо установить в центре дымосборника кирпич, который станет колонной под крышу печки. Нужно оставить за плитой пазуху шириной в один кирпич. Работают по тому же принципу до 21 уровня.

Не забываем про вытяжку

Теперь перекрывают канал, который ведет к трубе, дым будет выходить уже из пазухи, которую оставляли в нижней части. В следующем ряду на фронтальные стены духовки устанавливается пластина из стали. Можно для этого использовать и заводской обод с дверцей, что значительно упростит дальнейшее строительство паросборника.

На этом этапе делают вытяжку, будет достаточно ¼ кирпича. Продолжают укладку до 24 ряда, а уже на нем необходимо выложить ступеньку и присоединить паросборник к дымоходу, притом сделать канал закрытым. В 27-м устанавливают заборную пластину, а в 28-м накрывают конструкцию кирпичной крышей. На следующем уровне прикрепляют трубу диаметром в один кирпичик. Колпаковая печь готова.

https://youtube.com/watch?v=RLxNrRHIP2M

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

Преимущества и недостатки “Кузнецовок”

Колпапоковые печи отличаются от других видов печей большим количеством преимуществ:

Колпаковая печь

1. Основным преимуществом колпаковых печей является высокий показатель КПД. Около 80-85%. Это намного выше, чем у других типов печей.
2. Сгорание топлива происходит при очень высоких температурах, без сторонних технологий.
3. Для колпаковых печей подходит любое топливо. При сгорании остаётся крайне малое количество сажи.
4. Вследствие минимального образования сажи, данные печи не требуют постоянной чистки.
5. Возможность объединения колпаковой печи и водяного отопления дома. При этом технические характеристики печи не изменяются.
6. Короткий дымоход. Благодаря такому типу конструкции происходит экономии на строительных материалов. Однако сила тяги не снижается.
7. Такая печь подходит для любого помещения, вне зависимости от размеров комнаты и ее назначения.
8. Дизайн “Кузнецовки” можно оформить под множество задумок заказчика.
9. В колпаковых печах, отсутствует необходимость в активном использовании вьюшки. Воздух самостоятельно распределяется.
10.  Долговечность. Благодаря равномерному нагреванию и остыванию печь менее подвержена деформации.
11. Простота сборки. Даже человек без опыта, следую необходимым инструкциям, может сложить печи Кузнецова. Однако это не всегда так.

Недостатков у таких печей гораздо меньше чем преимуществ. К минусам можно отнести:

1. Необходимость помощи мастера при строительстве нескольких куполов. Такие услуги стоят соответствующих денег.
2. Массивный размер. Однако и стандартные русские печи не отличаются маленьким размером.
3. Не всегда удаётся получить от колпаковой печи 80% КПД. Обычно этот показатель 55-60%.

Правильно подобранный тип колпаковой печи, сможет обеспечить не только обогревом жилых помещений, но и помочь при готовке пищи или нагреве воды