Печи Кузнецова, их виды и особенности

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

Печи, созданные по проектам Игоря Кузнецова, в настоящее время являются одними из самых эффективных среди всех существующих конструкций. Вот уже полста лет такими печами пользуется огромное количество людей не только в нашей стране, но и за её пределами. Построить своими руками такую печь в своём доме или на даче можно, если придерживаться рекомендуемой схемы кладки определённой модели.

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

Отопительная печь Кузнецова своими руками

И.В. Кузнецовым разработано множество вариантов печей самого разного предназначения:

• для отопления;
• для приготовления пищи;
• для бани;
• для улицы (барбекю);
• с лежанкой и много других вариантов.

Когда вы решили класть печь своими руками и определились с вариантом, то главное – это раздобыть грамотные чертежи для порядовки. Порядовка печи кузнецова – это инструкция, которая показывает способ выкладки каждого из рядов кирпича и их последовательность. Чертежи печей Кузнецова несложно найти на сайте самого создателя, который любезно делится своими достижениями с любителями все делать своими руками. Сама порядовка чем-то напоминает пошаговую инструкцию по сбору сложного конструктора, так что, приложив старания, разберется любой.

Если вы столкнулись с печной кладкой впервые, то все ваше внимание должно быть сосредоточено на соблюдении порядовки

Материалы

Печи Кузнецова гораздо меньше стандартных, поэтому материала на ее изготовление нужно до 2 разов меньше. Но это одновременно и большая ответственность, поскольку легкая конструкция должна быть выполнена со скрупулезной точностью.

Итак, материалы для печи:

1. Огнеупорный кирпич (шамотный);
2. Кирпич для тела печи (внешняя кладка);
3. Огнеупорная глина (около 100 кг);
4. Чистый песок;
5. Проволока из металла;
6. Стальной уголок;
7. Литые элементы: задвижка, дверки для топки и поддувало, колосниковая решетка, плита очага.

Песок: его нужно очищать через сито с отверстиями 1,5 мм. Лучше всего брать горный песок, который почти не содержит мусора. Простейший вариант – купите готовую смесь глины и песка специально для печной кладки в строймагазине.

Кирпич: шамотный кирпич нужно брать марок ШБ-8 или ШБ-5, а керамический кирпич не менее М150 марки. Размеры глиняного кирпича – 250/120/56 мм, шамотного ШБ-8 – 250/123/65 мм, ШБ-5 – 230/114/40 мм. Количество кирпича, которое вам понадобится можно посчитать по схеме порядовки или другим способом.

Фундамент

Но самая первая задача – это фундамент, который легче запланировать сразу при постройке дома. Фундамент должен быть больше размера печи на 10 см по всему периметру. Он будет выдерживать достаточно большой вес, поэтому к нему нужно подойти со всей строгостью. Для этого нужно соблюсти следующие нормы:

Печной фундамент не должен быть связан с фундаментом дома; Если печь будет располагаться возле одной из стен, то печной фундамент должен быть не менее чем на 5 см отдален от основного, а пустоту между ними нужно засыпать песком; Важно обеспечить для фундамента хорошую гидроизоляцию. Для этого на дне котлована образовать песчаную прослойку, а застывший фундамент обернуть рубероидом; Хорошо если фундамент будет усилен армировкой – металлическим каркасом.

Верхний уровень печного фундамента идет заподлицо с основным

До необходимого уровня докладывают кирпичом

Верхний уровень печного фундамента идет заподлицо с основным. До необходимого уровня докладывают кирпичом.

Кладка кирпича и «плавающая» топка

Топка выполняется из шамотного кирпича, а тело печи из керамического, а это значит, что при нагревании и остывании они ведут себя по-разному. Поэтому сама топка должна быть плавающей, с этой целью вокруг нее делают специальный сухой шов. Это делается для того, чтобы разные по физическим характеристикам кладки шамотного и керамического кирпича не порвало при эксплуатации.

«Сухой шов»: между шамотным и керамическим кирпичом нужно удалить кладочный раствор, а в образовавшуюся пустоту нужно вложить минеральный картон.

Нужно строго соблюсти еще одно правило – выступы из шамотной кладки не должны входить в углубления из керамической кладки, и наоборот. Таким образом, мы получаем абсолютно независимую топку.

Внимание: на чертежах это можно не заметить, но кладка из шамотного кирпича выполняется только на ребро. А вот керамический кирпич кладется на взгляд мастера, это касается столбиков и внутренних стенок

Проволока для усиления

Металлическая проволока должна использоваться для прокладывания каждого третьего ряда, чтобы усилить кладку. Вам понадобится примерно 5 метров такой проволоки. Не во всех статьях написана эту небольшая деталь, но весьма важная.

Фурнитура

Металлические детали включают в кладку, соблюдая зазор на расширение кирпича от нагрева – 5 мм. Этот зазор заполняется огнеупорной ватой.

Описание принципа работы

В целом работа печи Кузнецова основана на свободном движении газа. При этом многое в системе зависит от формы колпака. Непосредственно тепловая энергия переносится к камере под большим давлением. При этом газы непрерывно передвигаются внутри колпака. Охлажденный воздух всегда остается внизу. Однако теплый газ всегда стремится вверх.

Таким образом, самая высокая температура образуется в колпаке. В результате в каналах печи имеется большое давление. При непрерывном движении воздуха стенки конструкции сильно нагреваются. При этом скорость обогрева зависит от количества горизонтальных либо вертикальных сечений.

Преимущества и недостатки печи

Преимущества:

• • высокий показатель коэффициента полезного действия 75-85% (КПД);
  • топливо сгорает при высоких температурах;
  • печь работает на всех видах твердого топлива — древесина, каменный и бурый уголь, брикеты и т.д.;
  • несложность в обслуживании, нет необходимости чистить протяженные каналы (малое образование сажи);
  • долговечность эксплуатации печи;
  • эстетичный, оригинальный внешний вид;
  • высокая эффективность, многофункциональность;
  • экономичность;
  • длительное сохранение тепла;
  • форма и дизайн печей могут варьироваться в зависимости от назначения;

  • при периодичности топливных закладок в кузнецовку всего два раза в сутки можно иметь тепловой режим в доме, выгодно отличающийся даже от режима квартир с центральным отоплением.

    Квартира в многоэтажке имеет более частые температурные колебания, чем частный дом, отапливающийся печью Кузнецова, дающей равномерную тепловую отдачу между топками;

• совмещение печи Кузнецова и водяного отопления дома несложно и часто применяется на практике.

  Внутри топки устанавливают трубчатый теплообменник и соединяют его с трубопроводом отопительного контура. Основной плюс — теплотехника и теплоотдача печи при модернизации остаются неизменны, без малейших снижений эффективности;

• конструкция кузнецовки позволяет устраивать невысокие дымоходы, причем снижения тяги при этом не происходит. Данный факт несколько удивляет тех, кто впервые знакомится с конструкцией и работой данных печей;

• особенности внутренней конструкции печей Кузнецова позволяют устанавливать агрегат практически в любых помещениях любых размеров, независимо от того, для чего помещение предназначено.

  И в кухнях, и в общих комнатах печь выглядит солидно и эстетично, и органично вписывается во многие интерьеры;

• самая интересная и необычная в контексте домовой печи особенность кузнецовки: можно не закрывать вьюшку. Эта важнейшая деталь печи и одно из условий безопасной повседневной эксплуатации — для печи Кузнецова нужна только в том случае, если наступает внештатная ситуация.

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  Дело в том, что когда процесс сгорания топлива подходит к завершению и начинается остывание, тяга в каналах печи перераспределяется самопроизвольно, «автоматом».

Именно печи колпакового типа и стали основой для создания многих бытовых, отопительных и варочных печей нового типа, которые дают значительно лучший эффект при меньшем расходе топлива.

Что можно сказать о недостатках печи.

В техническом отношении их нет, но кое-что учитывать все же нужно.

Печь Кузнецова не может иметь массивных стенок — это свело бы на нет многие из её достоинств. Но при этом она подвергается довольно высоким тепловым нагрузкам.

Поэтому данный агрегат должен быть тщательно рассчитан и выверен на этапе разработки и столь же тщательно, со скрупулёзным соблюдением всех требований технологии, построен. При малейших отклонениях от технического регламента «кузнецовка» получится весьма недолговечной.

Особенности эксплуатации

Колпаковая печь обладает высокой скоростью нагрева, уступая в этом отношении только «буржуйкам». Кроме того, печь очень чистая — в ней почти не остается сажи и золы. Первая чистка такой конструкции понадобится не ранее, чем через 2-3 года (обычно, гораздо позже, в зависимости от интенсивности пользования).

Основной особенностью такой конструкции является безопасность. Нагрев происходит из-за наличия пробки горячих газов в верхней части колпака, поэтому, необходимость в закрывании вьюшки отпадает. Потери тепла через дымоход практически отсутствуют. Угарный газ выгорает в зоне максимального нагрева, и через дымоход выводится лишь незначительное его количество.

Подготовительные работы перед сборкой печи

Перед тем как начать возводить печь необходимо подробно изучить план помещения, где будет стоять печь. Так как она весит достаточно много, фундамент должен быть хорошо укреплён.

Следующая информация поможет правильно и качественно построить печь, чтобы избежать проблем при её дальнейшей эксплуатации.

• Колпак и очаг должны совмещаться сухим швом — размер 2–3 сантиметра. Он необходим для правильного перемещения потоков воздуха. Насыщенные парами воды тяжёлые газы будут перемещаться в очаге, и создавать определённую вибрацию, повышая качество сгорания дров.
• Нельзя объединять топочную с колпаком, так как дрова должны сгорать в определённом объёме. Только так сможет создаваться максимально высокая температура.
• Над топочной камерой должен быть устроен катализатор из огнеупорных кирпичей в виде решётки. Здесь они раскаляются до максимума и дожигают то, что сгорело в очаге.

Если печь будет строиться в деревянном доме, то очень важно оградить стены от сильного перегревания. Для этого на стыках стен и самой печи рекомендуют установить прокладки из огнеупорного материала. Также на стыках печи зазоры, которые будут заполнены огнеупорным материалом, нужны для свободного хода расширения кладки во время её нагревания

Иначе раствор на швах будет давать трещины, и печь будет деформироваться

Также на стыках печи зазоры, которые будут заполнены огнеупорным материалом, нужны для свободного хода расширения кладки во время её нагревания. Иначе раствор на швах будет давать трещины, и печь будет деформироваться.

Полезные советы мастерам перед началом работы

• Огнеупорная защита внутри печи должна располагаться таким образом, как — будто она зависла в воздухе. То есть она не должна соприкасаться со стенками печи.
• Внутреннюю кладку необходимо устанавливать на ребро. Внешняя кладка делается на усмотрение мастера.
• Проволока нужна для усиления кирпичной связки. Поэтому через каждые 2–3 ряда необходимо её прокладывать, чтобы печь была более прочной и устойчивой.
• После полного высыхания раствора стенки печи надо обработать специальным огнеупорным веществом.
• Пробная растопка должна осуществляться с минимальной возможной температуры, с поэтапным прибавлением жара.

Принцип работы печи

Поддерживаем тепло в доме в соответствии с погодой, печь удобно топить вечером 2-3 часа. Каждая закладка дров – 3-5 поленьев длиной 33 см ограничивается размерами топливника в плане – 38×38 см. При каждой топке сжигаем 12-17 поленьев, за сезон 4 куб.м с учетом бани и печи сжигания мусора.

Основная часть тепла аккумулируется в колпаке, позволяющем круглосуточно сушить мокрые полотенца, промокшую одежду. Перекидной рукав позволяет погреть спину, быстро снять усталость. Печь работает следующим образом: продукты горения (дым) делают 4 поворота:

Схема движения (поворотов) дыма помечена цифрами в кружочках.

1-й поворот – на угол 90 градусов из топливника в колпак;2-ой поворот – в колпаке дым разделяется на два потока и каждый огибает угол 180 градусов по дуге колпака;3-й – на угол 90 градусов – правый поток дыма из колпака попадает в перекидной рукав (короткий путь), а левый поток, пройдя под колпаком (длинный путь), тоже оказывается в перекидном рукаве;4-й – на угол 90 градусов из перекидного рукава в трубу.

Движение дыма в каждом элементе печи разное, и особенно это проявляется в перекидном рукаве, в его дымоходе, который по площади (25×25 см) в два раза превышает предшествующий дымоход колпака. Попав в перекидной рукав, дым там «отдыхает» – падает его давление, скорость, температура и он не торопится входить в трубу – делать последний поворот.

Поэтому в перекидном рукаве имеется трамплин, но и это еще не все. Устойчивая тяга трубы создается нагретым ее основанием и стенками дымохода. Заканчивая прогрев трубы, оставляем в ее основании раскаленные угли, закрываем дверцу мини-камина. Теперь (после длительного простоя) можно растапливать печь.

Высокий КПД печи обусловлен системой дымоходов, размещенных в колпаке. Дымоходы колпака прогреваются с двух сторон, поэтому нагреваются сильнее наружной кладки колпака. При остывании печи колпак дольше иных элементов хранит тепло, т.к. подогревается изнутри кладкой кирпичей внутренних дымоходов. За такое достоинство, как и за лежанку, полагается плата в виде занимаемой на полу площади.

Колпаковая печь занимает 16% площади комнаты (18 кв.м).

Зольник печи, благодаря большой высоте (25 см), позволяет удалять золу в течение месяца 1-2 раза, ее объем (8 л) удобно накапливать или сразу удобрить деревья и кустарники.

Когда печь выходит на нормальный режим работы, то дым из трубы вообще не виден или едва заметен. Иногда для малого прогрева комнаты пользуемся только микрокамином.

За период эксплуатации (14 сезонов) выявлены такие моменты в растопке:

• самое надежное – расколоть на прутики сухое полено из осины годичной и большей давности;
• при отсутствии сухих дров делаем то же самое с влажными дровами и утром складываем их колодцем в прогретую печь. За день топливник высушит содержимое, вечером будет растопка от одной спички;
• лучше газеты для поджога дров подходит береста – верхний тонкий слой кары, даже влажной березы;
• идеально для быстрой растопки подходят щепки сухой осины, ведь не зря из неё изготавливают спички.

Принцип работы колпаковой печи Кузнецова

Основой принципа работы колпаковых печей является свободное движение газов.

Колпаковая печь Кузнецова

Обычное канальное отопление (традиционные русские печи), подразумевает под собой движение разогретого воздуха по  дымоходу. Стенки дымохода нагреваются, передавая тепло в помещения, а остывающий воздух под действием тяги выходит через трубу наружу. Однако у канальных печей есть существенные минусы:

• печь быстро остывает,
• неравномерное нагревание приводит к разрушению всей конструкции,
• большое количество сажи,
• низкий КПД.

Процесс работы колпаковой печи Кузнецова, заключается в вытеснении остывающего воздуха из под колпака горячим потоком. В конструкции данной печи присутствуют один или  два колпака, которые задерживают тёплый воздух. Остывая, он вытесняется новыми горячими потоками. Проходя через колпаки, воздух под действием вытеснения выходит из печи. Процесс мощности горения и регулировки температуры в колпаковой печи происходит самостоятельно. Количество колпаков обуславливается количеством отопительных помещений. Чем большую площадь нужно обогреть, тем больше колпаков необходимо. Так достигается требуемая производительность.

Колпаковая печь может играть двойственную функцию. Колпак может служить для приготовления пищи или выполнять функцию ёмкости для нагрева жидкости. В связи с функциональными отличиями печи Кузнецова можно разделить на такие виды, как:

1. Отопительные – используются для обогрева одного или нескольких помещений.
2. Варочные – возможность приготовления пищи.
3. Банные – обогревание бань.
4. Каминные – обустройство интерьера.
5. Барбекю – устанавливаются на улице. Играют роль гриля или мангала.
6. Комбинированные – самый популярный тип печей. Выполняет как отопительную роль так и любую другую.

Независимо от вида и функциональности колпаковой печи, принцип действия не меняется.

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.