- Разновидности отопительных колпаковых печей — принцип работы и монтаж
- Подготовительные работы
- Основа основ
- Принцип действия
- Принцип действия
- Какие материалы и инструменты используют?
- Достоинства купольных печей
- Виды колпаковых печей
- Что еще следует знать
- Особенности кладки: материалы и рекомендации
- Особенности печей Кузнецова
- Что понадобится для строительства
Разновидности отопительных колпаковых печей — принцип работы и монтаж
Подготовительные работы
В первую очередь необходимо выбрать место для строительства печи. Проще всего делать это до постройки дома — тогда и печь, и здание проектируются совместно так, чтобы отапливались три или хотя бы два помещения. С уже готовым домом дело обстоит сложнее. В таком случае печь стремятся встраивать в межкомнатную перегородку, поскольку внедрение её в несущую стену требует сложных расчётов и опасных трудоёмких работ (часть стены придётся разобрать, удерживая нагрузку от перекрытия системой перемычек и колонн).
Можно, конечно, ограничиться простым пристенным вариантом расположения, но тогда отапливаться будет только одно помещение.
На выбранном месте нужно построить железобетонный фундамент. Его размеры должны превосходить размеры печи хотя бы на 100 мм с каждой стороны. Не допускается объединение фундамента печи с фундаментом здания — оба сооружения дают различную осадку и одно из оснований будет тянуть за собой другое, вызывая его перекос.
Под печь обязательно обустраивается железобетонный фундамент
Глубина заложения фундамента зависит от несущей способности грунта, глубины его промерзания, способа эксплуатации здания (периодически/постоянно). Обычно в зданиях с круглогодичным проживанием людей, расположенных на устойчивом грунте, фундамент заглубляют на 400–600 мм. На дно выемки следует в качестве упрочняющего слоя насыпать щебёнку, а поверх неё — песчаную подушку.
Далее все делают по традиционной технологии — устанавливают опалубку, фиксируют арматурный каркас и заливают бетоном. Переходить к возведению печи следует только после полного созревания бетона и набора им достаточной прочности — на это обычно уходит около месяца.
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.
Принцип действия
Такой обогрев эффективен для помещений общей площадью до 60 м2, поэтому сама по себе конструкция печи отличается компактностью, не требует высокого дымохода и работает по схеме «автоматическая вьюшка».
Газы в таком дымоходе движутся по законам естественной конвекции, вольно и не ограничиваясь стенками каналов и задвижками. При этом не нагретый поток воздуха просто обтекает горячий воздух, а не выдувает его из печи.
Теплоотдача данной печи зависит от типа конструкции и вида топлива, которое используется.
В качестве примера можно рассмотреть печку с наружной стенкой в полкирпича с водогрейным коробом, духовкой и чугунной варочной панелью на две конфорки.
- Для увеличения теплоотдачи топливник перекрывается чугунной плитой. Теплоотдача зависит от толщины плиты, поэтому плиту желательно брать толщиной как можно больше. Над ней оборудуется варочная камера в нише со стальными дверцами. Духовка размещается сбоку от топливника;
- Установка отопительно-варочной печи проводится с расчетом на двойной режим работы: летний и зимний. При работе в летнем режиме печь используется как кухонная плита. При работе горячий газ идет под варочную панель, духовку, а далее – в дымовую трубу;
- В зимнем режиме работы горячий газ проходит через плиту и духовку, а далее поступает в верхнюю камеру через отопительные каналы, нагревая помещение, а уже потом удаляется в дымоход.
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.
Какие материалы и инструменты используют?
Строительные работы будут невозможными без использования соответствующего инвентаря и необходимых материалов. До начала возведения конструкции нужно убедиться, что готовые составляющие имеются в наличии. Для колпаковой печи понадобится такой материал:
Кроме этого, работа не будет обеспечена, если не обеспечить наличие следующих инструментов:
Для выполнения работы нужно приобрести правило.
Достоинства купольных печей
Этот принцип использован во множестве печей различного назначения. Колпаков может быть несколько, они могут иметь симметричное или несимметричное строение, располагаться рядом (горизонтально) или один над другим (часто используют этот вариант для экономии места). Такая особенность дает возможность проектировать печи любого вида и конфигурации, под любые помещения и условия. При этом характеристики остаются высокими: КПД выше 80% для купольных печей Кузнецова почти норма.
Во второй колпак можно устанавливать любые устройства: варочную поверхность, теплообменник, каменку, водогрейный бак, хлебную печь и т.д. Модификаций много и все объединяет одно: высокая эффективность, экономичность, равномерное прогревание. Причем при вертикальном расположении колпаков низ греется более интенсивно, чем верх. Так что в помещении с такой печью находится комфортно.
Некоторые печи Кузнецова больше похожи на произведения искусства
Нужно отметить, что кирпича для строительства такой печи требуется намного меньше: больше пустого места внутри. Потому и печь прогревается быстрее. Но, что характерно, она не остывает быстрее. Происходит все с точностью до «наоборот»: купольные печи Кузнецова дают гораздо меньшие суточные колебания температуры, чем более массивные аналоги с большим количеством каналов. А все потому, что в колпаках остается самая горячая часть газов, а вниз оседает и отводится из печи самая холодная. Остывает печь, таким образом, медленнее.
Из-за того, что отсутствуют или почти отсутствуют узкие каналы, колпаковая печь имеет меньшее сопротивление воздушному потоку, так что дымоходы имеют меньшую длину. Потому и строить ее проще, и фундамент нужен не такой массивный, хотя нужен обязательно.
Печной комплекс, построенный по принципу колпаковых печей
После растопки и выхода на рабочий режим регулировать работу печи со свободным движением газов не нужно. Процесс получается саморегулирующийся. Если топливо разгорается очень сильно, количество горячих газов верху увеличивается и выжимает более холодные во второй колпак. А более холодные — это в том числе и поступающий из поддувала воздух. При недостатке воздуха пламя притухает, горячих газов становится меньше, они поднимаются выше вверх и снизу поступает большее количество воздуха. Горение снова активизируется. Потому задвижки в двухколпаковых печах Кузнецова хоть и есть, но используются они крайне редко, преимущественно для нестандартных режимов.
Еще один печной комплекс
Автоматическая регуляция процесса горения приводит к практически полному сгоранию любого топлива. То есть такая печь всеядна и не особо требовательна к кондициям топлива. При использовании влажного топлива она дольше выходит на нормальный режим, но затем процесс стабилизируется и образовавшаяся сажа выгорает. Это, кстати, еще один плюс купольных печей: чистить их нужно очень редко, так как и золы остается мало, и сажа сгорает.
Виды колпаковых печей
И.В. Кузнецов разработал более полутора сотен моделей печей, которые могут использоваться для самых разных целей.
При этом их конфигурация и размеры могут варьироваться в зависимости от расположения колпаков. Обычно, в целях экономии площади занимаемой печью, колпаки располагаются вертикально. Друг над другом. Но могут быть расположены горизонтально. В этом случае печь получается низкой, но длинной.
Впервые столкнувшись с печами Кузнецова на его сайте, печники-любители путаются в маркировке печей, не зная, какую конструкцию выбрать для конкретных целей.
Система маркировки Кузнецовым своих печей не представляет сложности:
Ориентируясь на маркировку, можно выбрать необходимый тип печи. Достоинством любого проекта печей Кузнецова является то, что для каждого из видов существует несколько размеров с различной производительностью теплоотдачи. И каждый проект дается в привязке к планировке и площади отапливаемого помещения. Поэтому нет необходимости производить самостоятельные довольно сложные расчеты , чтобы остановить выбор на том или ином варианте.
Что еще следует знать
Топочная камера соединяется с колпаком вертикальной щелью, которую называют сухим швом. Необходимость в таком конструктивном решении вызвана движущимися в обоих отсеках конвекционными потоками. Часть дымного газа, содержащая большое количество пара, затягивается в топочную камеру для повторного цикла, что улучшает сгорание летучих частиц и вызывает турбулентность.
Поддувало заполняется воздухом не только через колосник, но и сверху, посредством полостей в стенках. Опять же это требуется для полного сгорания летучих частиц, ведь воздух, поступивший через колосник, при достижении верхней части факела практически не содержит кислорода.
Над топочной камерой располагается решетка из огнеупорного кирпича, именуемая катализатором. Она разогревается до высоких температур и как бы дожигает все, что остается после неполного сгорания топлива.
Особенности кладки: материалы и рекомендации
Для кладки корпуса и дымохода использовать рекомендовано обычный глиняный полнотелый кирпич. Марка М150 и выше, размер 250*120*65 мм. Рассчитать количество кирпича для печей Кузнецова несложно: нужно количество рядов выбранной вами модели умножить на 0,8. Этого количества хватит на кладку корпуса (с учетом боя и отбраковки). Для дымохода считать нужно отдельно. Схема расчета чуть другая: вы знаете сколько кирпичей на один ряд, умножаете на количество рядов (у каждого разное в зависимости от габаритов печи и высоты здания), добавляете 10% на бой и получаете искомое число.
Для шамотного ядра (если есть) рекомендован Ш-5 (230*114*40 мм) или ШБ-8 (250*123*65 мм). Его количество считается по схеме поштучно. Ядро в печах Кузнецова несвязное с корпусом, то есть, между ними нет общих точек соприкосновения. Между двумя параллельными стенками, корпуса и шамотного ядра, должна оставаться щель в 5-6 мм. Чтобы ее проще было выдержать, можно готовое ядро (обычно его кладут вначале) обернуть обычным упаковочным картоном соответствующей толщины. Вместо этого для лучшей теплоизоляции топки можно проложить теплоизолятор, базальтовый картон, например.
Барбекю тоже строить можно по принципу колпаковых печей
По высоте ряды кладки из керамического кирпича не совпадают с высотой рядов шамота. Их не нужно подгонять один под другой
Важно выдерживать вертикальность и горизонтальность, отслеживать угла, а также рекомендованную ширину шва. И тогда все будет так, как нужно
В реалии габариты керамических кирпичей отличаются от стандарта 250*120*65 мм. Если отклонения некритичные, откорректировать их можно швом. Потому и при расчетах печей и их высоты берут высоту кирпича со швом. Она должна быть 70 мм. Но делать шов более 7 мм нельзя, так что ищите кирпич подходящего качества и размера.
Сверху, в местах, где заканчивается кладка шамота, есть компенсационные зазоры, которые учитывают разные коэффициенты расширения материалов. Их соблюдать обязательно: расширение у шамотного кирпича больше, чем у керамического и если такого зазора не будет, ядро через некоторое время разобьет находящуюся сверху кладку из-за того, что расширяется сильнее.
Вырезка из порядовки печи Кузнецова с меткой
Величину зазора нужно высчитывать по отметкам на порядовке. На чертежах нанесена метка высоты последнего ряда шамота. Высоту стенки из керамического кирпича считаете сами: кол-во рядов умножаете на высоту ряда со швом (70мм) и получаете искомую величину. Она должна быть больше высоты шамота на 10-15 мм. Вот этот зазор и является компенсационным и он должен присутствовать. Образовавшуюся пустоту закладывают каменной базальтовой ватой (не стекловатой, а той, которая имеет температуру использования выше 1200оС).
Если внутри есть столбики и внутренние стенки (толщина обычно в четверть), кирпич в них можно класть плашмя или на ребро. Разницы нет, делайте как удобнее. Есть места в чертежах, где в одном ряду находится кирпич, поставленный плашмя и на ребро. В этом случае его нужно погонять под размер (пилить).
В местах установки печного литья также есть нюансы. На чертежах над дверцей топки из-за особенностей программы изображен керамический кирпич, но ставить там нужно шамот на ребро. При перепаде высот, пустоты заполняются вырезанными пластинами из шамота. Между металлическими частями и кладкой остается зазор в 5 мм — снова-таки из-за разных температурных расширений. В этот зазор укладывают подходящий теплоизолятор (с температурой эксплуатации от 1200оС).
Для теплоизоляции печного литья раньше использовали асбестовый шнур. Теперь рекомендуют базальтовую вату или картон
Теперь о растворе: для кладки корпуса (из керамического кирпича) используют глиняный или глиняно-песчаный раствор. Для кладки огнеупорного шамота используют покупные составы (огнеупорные мастики). Кузнецов перед кладкой мочить кирпич не рекомендует. Если и нужно это делать то только со вторичным сырьем. Сразу после завершения печь нужно просушить, даже в том случае, если сразу вводить ее в эксплуатацию не будете. Если этого не сделать, в последствии при нескольких первых топках будет присутствовать запах угара.
Особенности печей Кузнецова
Кроме высокой эффективности, эти устройства отличаются следующими преимуществами:
Постройка такой печи окажется вполне возможной для опытного мастера — если же опыта не хватает, рекомендуется обратиться для расчета чертежа к специалисту. При самостоятельной работе по готовой схеме требуется внимательно следовать рекомендациям, не изменяя порядовку выбранного проекта по своему усмотрению.
Что понадобится для строительства
Сразу отметим, что для строительства печи лучше не брать кирпич, бывший в употреблении. Постоянные температурные перепады и так являются не самыми подходящими условиями для его эксплуатации, а если взять материал с усталостными напряжениями, то не исключено, что через пару-тройку лет стенки печи начнут попросту рассыпаться в труху. Итак, что понадобится подготовить для реализации нашего проекта:
Если вы когда-либо выполняли кирпичную кладку, то должны знать, что для этого понадобится:
Если в процессе строительства потребуется подрезка кирпича для лицевой стороны печи, то эту работу лучше выполнять при помощи болгарки с установленным отрезным диском для камня и бетона.
