Колпаковые печи чертежи

дея, заложенная в основу колпаковой печи, была разработана и впервые реализована русским профессором, основоположником отечественной школы теплотехники Владимиром Ефимовичем Грум-Гржимайло. В настоящее время его работы, в части совершенствования конструкций имеющихся и создания новых проектов кирпичных печей, достойно продолжает и развивает Игорь Викторович Кузнецов.

Принцип перемещения газов в колпаковых печах

Понять его можно на простейшем примере. В стакан, перевёрнутый вверх дном, снизу подаётся струя дыма. Она поднимается до донышка, а затем, остывая, стекает по стенкам стакана.

То есть наблюдается свободное движение газов под действием существующих физических законов. Именно в этом и заключается принципиальное отличие печей рассматриваемого типа от иных конструкций, где газы перемещаются принудительно, за счёт организации тяги.

Колпак становится своеобразным уловителем для горячих газов. Холодные, как более тяжёлые, опускаются вниз. Возникает турбулентность, способствующая более полному восприятию тепла стенками колпака.

В вариантах, доработанных Кузнецовым, благодаря использованию принципа свободного перемещения дымовых газов, их энергия не прогоняется многократно в потоке, пока не отдаст большую часть своего тепла телу печи. Она греет его сразу.

Простейшая принципиальная схема конструкции колпаковой печи.

Наиболее частым решением в современных отопительных устройствах подобного типа является двухколпаковая схема.

Алгоритм работы выглядит следующим образом. Воздух попадает в топливник через поддувало. В верхней части топки расположено хайло.

В одноколпаковых печах здесь формируется газовая вьюшка. Это происходит за счёт того, что нагретые газы, собравшиеся под колпаком, исключают «продувание» тяжёлым холодным воздухом данного объёма (сравните с пробкой, удерживающей воду в перевёрнутом стакане).

Если печь двухколпаковая, то тяга, возникающая во 2-ом колпаке, делает вьюшку неустойчивой. Ранее это было первоочередной причиной, из-за которой такие печи практически не строили.

При растопке печи в первую очередь горят наиболее лёгкие и активные фракции. На данном этапе процесс горения сопоставим с режимом пиролиза. Преимущество печей Кузнецова заключается в том, что они изначально сконструированы под этот режим. Газы, выделяющиеся в процессе пиролиза, дожигаются под сводом первого колпака. Фактически данное подсводное пространство играет роль дожигателя в печах пиролизного типа.

Процесс горения, происходящего под 1-ым колпаком, фактически является саморегулирующимся. Когда топливо в топочной камере разгорается интенсивнее, чем требуется, то:

• формирующаяся под ним газовая «подушка» дожигаемых газов расширяется в единственную, доступную для этого, сторону, вниз;
• это приводит к усложнению, идущего вниз, оттока холодных газов;
• уменьшение оттока ослабляет тягу;
• интенсивность горения падает.

При ослаблении горения происходит обратная реакция. На завершающем этапе топки, когда горение идёт в малоактивном режиме, либо на стадии дотлевания оставшихся углей, оба колпака переходят на режим работы теплоприёмников (аналогично канальным печам). Они просто добирают остатки тепла.

Но и на этом этапе преимущества колпаковых печей явно выражены. В канальных печах, в соответствии с законом Бернулли, большая часть данного тепла улетучивается в вытяжную трубу. А под колпаком практически всё оно уйдёт на нагрев стенок.

Если снаружи дует сильный ветер, то в печах канального типа процесс дожигания приходится прерывать, выгребая из топливника не догоревшее топливо и угли, после чего закрывать вьюшку. Иначе печь очень быстро остынет.

В печах колпакового типа подобная проблема отсутствует в принципе. Резко расширяющийся переход от дымохода к наружному колпаку исключает сквозняки в печи. Поэтому можно дожигать топливо полностью.

Вопрос устойчивости газовой вьюшки можно решить в 2-ухколпаковых печах, используя следующее техническое решение. Расстояние кольцевого зазора №1 (между внешней стенкой 1-го колпака и внутренней стенкой второго) должно быль больше аналогичного расстояния №2 (между внутренней стенкой 1-го колпака и топливником).

Идеальным вариантом печи рассматриваемой конструкции является изделие, круглое в поперечном  сечении (как в работах Грум-Гржимайло). Внешний корпус печи, в подобном случае, одновременно играет роль 2-го колпака. В нём также существует своя «зона дожигания», в которой идут термохимические реакции, располагающаяся под сводом такой печи.

Именно здесь происходит нейтрализация угарных газов, а также различных окислов азота. Последние возникают из-за существенных температур сгорания, превышающих этот показатель для канальных печей (пламенных). Поэтому в дымоход поступают только пары Н₂О и СО₂. Подобные печи изначально изготавливались из металла.

Их можно выложить и из кирпича. Однако в двухколпаковой кирпичной печи очень сложно, в техническом плане, обустроить дверки прочистные. Да и вопрос чистки тоже весьма проблематичен.

Данную проблему удалось обойти изменением подхода к размещению колпаков. Вместо принципа матрёшки используется каскадная последовательность. Колпак №2 монтируется над колпаком №1. А соединяющий их дымоход выполняется с тыльной части печи. Подобное размещение снижает КПД максимум на пару процентов.

При любом решении во 2-ой колпак прекрасно вписываются, при необходимости, регистры подготовки горячей воды. На КПД это не повлияет, так как основное тепло печь получает от 1-го колпака.

Возрастание стоимости топлива явилось дополнительным побуждающим мотивом для возрождения двухколпаковых версий печей. Регистры во втором котле не нарушают режима горения, а колпак 1, выложенный их кирпича с низким показателем теплопроводности, выступает прекрасным изолятором высокотемпературного каскада от теплопотерь паразитного типа.

Во 2-ой колпак газы поступают с температурами:

• достаточно низкими, что позволяет использовать теплообменники, изготовленные из обычных материалов, без учёта необходимости противодействия прогоранию, либо оседанию сажи;
• достаточно высокими для эффективного разогрева воды. При величине КПД = 80%, температура газов задаётся диапазоном (200-400)°С.

Достоинства рассматриваемой конструкции

Сравнение колпаковых печей с канальными позволяет отметить их значительную устойчивость к возможным деформационным нагрузкам. Изделие требует минимального времени для прогрева и сохраняет тепло очень долго, даже если заслонка приоткрыта.

Подобные печи характеризуются:

• длительными сроками эксплуатации;
• минимальными количествами сажи и копоти. Практически всё это сгорает до состояния золы;
• КПД подобных печей ≥ 80%;
• Технология кладки доступна даже начинающему печнику. Достаточно строго следовать порядовкам;
• Система имеющегося нагрева тела печи превосходит по эффективности аналогичную конструкцию у канальных печей;
• Простота обслуживания. Требует чистки значительно реже иных конструкций кирпичных печей;
• Может возводиться на объектах любого назначения (жилой дом, баня, офис, квартира и т.п.);


• В настоящее время существует свыше ста вариантов чертежей (порядовок) и схем двухколпаковых печей разной конфигурации, объёмов и назначения;
• Не требует специального расчёта тяги и высоты дымохода;
• Требуется минимальное время на растопку;
• Допустима установка значительных нагревательных элементов;
• Тело печи прогревается равномерно (верх/низ);
• Способна долго сохранять тепло.

Кладём колпаковую печь

Чтобы печь, идеальная в теории, хорошо грела на практике, варила и сушила, её требуется правильно сложить и использовать для этого нужные материалы. Это утверждение справедливо вдвойне, когда речь идёт о печах рассматриваемого типа.

В двухколпаковых печах тепловая нагрузка на материалы предельно высокая. Поэтому легко совершить ошибку и выполнить подобную конструкцию с массивными стенами. Огонь в ней гореть будет, а вот вместо ожидаемого тепла получите дым и копоть.

Анализ порядовок печей Кузнецова различного назначения, в основу которых положен 2-ухколпактовый вариант, (отопительно-варочных, для бани, с установкой водогрейного котла двухконтурного и т.д.), позволяет выявить весьма характерную особенность. На единицу N_выд, равную 500 Вт/м² внешней поверхности материала расходуется меньше почти в 1,5 раза, чем в изделиях традиционных конструкций.

Это имеет как плюс (удешевление конструкции из-за необходимости меньшего количества кирпичей и раствора для кладки), так и минус. Такие изделия предъявляют высокие требования к разработке и неукоснительного соблюдения всех технологических нюансов ведения кладки. Так как фактическая тепловая нагрузка, безопасная для толстостенной печи, способна разрушить стенку тонкую уже на стадии разгонной топки.

Строительная механика тоже должна быть близка и понятна печнику, решившему выложить колпаковую печь своими руками. Простейшее подтверждение данному тезису – прочностные характеристики стенки, выложенной с использованием глиняного раствора, если уменьшается её толщина, падают значительно быстрее, чем у цементной кладки. Это предъявляет повышенные требования к фундаменту подобной печи. Печник обязан неукоснительно следовать рекомендациям автора порядовки, с которой он работает. Причём, не только при обустройстве фундамента, но далее, на всех остальных этапах кладки печи.

Априори высокие нагрузки, действующие на материалы, из которых изготовлены любые модели колпаковых печей разработки Кузнецова, изначально подразумевают готовность печника детально проработать конструкцию и следовать конструкторским принципам, имеющим статус основополагающих.

Их первоосновой является плавающая топка. Выкладывается она из огнеупорного кирпича (шамотного). Наиболее востребованными марками являются Ш-5, а также ШБ-8. Остальное тело печи кладётся из кирпича рядового керамического, марок от М150 и выше.

Напомним, плавающей, она называется потому, что:

• Вокруг топливника со всех сторон, либо в строго установленных порядовками местах, формируется сухой шов.

Техника его выполнения следующая. После завершения кладки последнего ряда шамотного кирпича, производится удаление кладочного раствора изо всех швов между ним и керамическим кирпичом. В образующиеся пустоты вставляются специальные прокладки, которые готовятся из различных типов минерального картона. Чаще всего используются каолиновый и базальтовый. Возможно использование иных технологий, которые обязательно оговариваются в спецификации, имеющейся на конкретную печь.

• Несвязность модулей. Этот принцип подлежит неукоснительному соблюдению. Шамотный кирпич в любых вариантах не должен вставляться в пазы между керамическим кирпичом (обратное утверждение также справедливо), даже если имеются демпфирующие швы.

Теплоёмкость шамотного кирпича и его ТКР значительно отличаются от тех, которые имеет рядовой керамический кирпич. Поэтому топка, при наличии связи с основным телом печи, просто порвёт кладку уже на стадии растопки.

Именно поэтому требуется выполнять топливник для подобных печей в качестве достаточно компактного модуля, вставленного в гнездо, подготовленное из кирпича керамического. При этом существует ряд технических нюансов обеспечения отведения газов через дымоход.

Весьма важно использовать в работе только материал, поименованный в спецификации к печи, а также указанный в порядовке. Конструкции подобных печей просчитаны и высокотехнологичны. Поэтому замена весьма негативно сказывается на работоспособности готового изделия. В лучшем случае, печь придётся ремонтировать. В худшем, разбирать полностью и выкладывать по-новому.

Практические шаги

В настоящей статье мы затронем только основы практической кладки. Помочь разобраться в вопросе более детально позволит знакомство с видео, которые в избытке имеются в интернете.

Например, здесь:

Если вы хотите разобраться в вопросе всесторонне и приступить к работе «во всеоружии», рекомендуем приобрести какой-либо учебник по кладке печей. Например, Симаков В.Г. «Печи, камины, барбекю». Москва, ЭКСМО, 2011 год.

На сайте И.В.Кузнецова, в разделе колпаковые печи, чертежи (именуемые порядовками) на печи любого назначения, мощности и комплектации доступны для ознакомления и скачивания без ограничений.

Материалы

Если вы планируете класть печь по одному из существующих проектов, то вам следует получить на неё два документа: спецификацию, в которой перечислены все необходимые материалы в варианте: название материала / марка/ потребное количество/ средняя цена на рынке. Последний пункт требуется уточнять на дату принятия решения о кладке печи.

Как правило, независимо от выбранного варианта будущей колпаковой печи, для её возведения потребуется приобрести:

• Мастику огнеупорную (специальная сухая смесь для кладки шамотного кирпича);
• Огнеупорный кирпич (шамотный);
• Керамический одинарный полнотелый кирпич (от М150 и выше);
• Материалы для приготовления кладочных растворов: цемент, глина, песок;
• Фанера многослойная листовая для опалубки;
• Лист стальной для пола перед топочной дверцей;
• Арматура и армирующая проволока;
• Уголок стальной;
• Брус строганый деревянный;
• Печная фурнитура (задвижки, дверки, вьюшки);
• Фольга металлизированная;
• Варочная панель (если плита отопительно-варочная);
• Решётка колосниковая.

Инструмент

Чтобы иметь возможность выполнить любую технологическую операцию в процессе изготовления кирпичной колпаковой печи мастеру потребуется:

• Электродрель со специальной насадкой, либо миксер строительный;
• Пила дисковая;
• Болгарка ;
• Кусачки и плоскогубцы;
• Кельмы (мастерок);
• Лопата совковая;
• Уровень (лучше лазерный).

У профессионального печника этот перечень значительно длиннее. Здесь перечислен только основной инструмент.

В идеале кладкой печи следует озаботиться на стадии строительства дома. Это гораздо проще, дешевле и эффективнее.

Однако современные технологии позволяют вписать печь в готовый дом. Подобная работа требует больше времени и расходов, а также проведения дополнительных расчётов.

В заключение настоящей статьи предлагаем вам фотоотчёт о кладке двухколпаковой отопительно-варочной печи Кузнецова. С приложением порядовок и вертикальных разрезов.

Удачной работы!

znatoktepla.ru

Особенности колпаковых печей Кузнецова

В печах Кузнецова удачно сочетаются старинные русские традиции и технологичные формы современности

Колпаковые печи Кузнецова, которые в народе уважительно называют «кузнецовки» или «колпаковки», выгодно отличаются от других твердотопливных агрегатов повышенной тепловой отдачей и экономичностью. Если говорить на языке теплотехники, то разработки известного печника имеют КПД, которое приближается к 80%, тогда как энергоэффективность знакомой всем русской печи никогда не поднималась выше 60%. Столь значимых показателей производительности удалось достичь благодаря совершенно новому принципу движения газов внутри печи, на котором и базируется большинство разработок Кузнецова.

Во всех ранее известных конструкциях разогретые продукты сгорания двигаются по лабиринту каналов, по пути теряя тепло на нагрев кирпича. При этом для нормальной работы печи требуется хорошая тяга, иначе прекращается отток газов из рабочей зоны, а, следовательно, и ухудшается теплообмен. Кроме того, повышение давления в рабочей камере создаёт препятствие поступающему к очагу воздуху, что переводит печь в режим газогенератора — она начинает тлеть и коптить.

Особенности движения газов в купольных печах

Используемые Кузнецовым принципы свободного перемещения газов предполагают совершенно другой способ теплообмена. Несколько сводов-колпаков, размещённых внутри отопительного прибора, производят ступенчатый отбор тепла от восходящих горячих потоков. По мере остывания продукты сгорания опускаются вниз и замещаются газами с более высокой температурой. Чтобы наглядно представить себе этот процесс, достаточно вспомнить, как себя ведёт струя дыма, запущенная в перевёрнутый стакан. Сначала она поднимается, соприкасается с дном и отдаёт ему своё тепло, а затем рассеивается и по стенкам опускается вниз.

Конечно же, «кузнецовка» устроена намного сложнее, да и процессы, которые в ней происходят, более многогранны, чем в описанном выше примере. Тем не менее именно благодаря тому, что движение горячих масс происходит естественным образом, удаётся достичь потрясающей экономичности и теплоотдачи. Что же касается тяги, то, казалось бы, задержка дыма в куполе печи должна приводить к её ухудшению. На практике же естественная конвекция внутри колпака обеспечивается не только за счёт дымохода, как в канальных печах, но ещё и благодаря разрежению воздуха под сводом, чему способствует высокая температура продуктов сгорания, которые туда устремляются. Как следствие, работоспособность сооружения будет обеспечивать даже более короткая дымовая труба, чем того требует любая шведская или голландская печь.

Колпаковый твердотопливный теплогенератор в разрезе

Надо сказать, что увеличение теплоотдачи «кузнецовок» происходит не только благодаря более совершенному способу конвективного теплообмена, но и по причине отсутствия системы газоходов. Поскольку сразу же за дымоходом устье печи переходит в широкий колпак, в купольных агрегатах отсутствует эффект ускорения газового потока в узких каналах, описанный термодинамическим законом Бернулли. В итоге после прогорания дров горячие газы не уходят в дымоход, а длительное время циркулируют под колпаками, отдавая остаточное тепло и обеспечивая меньшие суточные колебания температуры.

К вопросу о том, может ли печь функционировать без принудительной тяги

Из более совершенной конструкции печи проистекает масса достоинств:

• требуется меньше материалов для строительства;
• с продуктами сгорания уносится меньше твёрдых частиц, поэтому чистить стенки обогревающего агрегата придётся намного реже;
• возможность установки короткого дымохода;
• работа практически на всех видах твёрдого топлива;
• неприхотливость в эксплуатации — купольные печи требуют обслуживания намного реже, чем канальные;
• наличие свободного пространства внутри печи позволяет установить контур горячего водоснабжения;
• равномерный прогрев и теплоотдача в течение длительного времени;
• быстрый выход на рабочий режим.

Невозможно не отметить и тот факт, что благодаря своей оригинальной конструкции печи Кузнецова дают широкие возможности в плане дизайна интерьера, являясь неким связующим звеном между тёплой «ламповой» русской печью и высокотехнологичным оборудованием современных жилищ.

Отопительно-варочная печь Кузнецова является весьма компактным отопительным прибором

Существует множество конструкций бытовых купольных теплогенераторов И. В. Кузнецова, способных выполнять целый ряд задач:

• отопительные печи используются для обогрева жилых помещений;
• варочные предназначены для приготовления и подогрева пищи;
• банные созданы для отопления бань и саун;
• наружные устанавливают в зонах отдыха. Печи этого типа подразделяются на обогревающие и универсальные (с варочной поверхностью, барбекю, казаном или мангалом);
• хлебные позволяют изготавливать любую выпечку и нередко совмещаются с варочными;
• каминные помимо основного предназначения выполняют ещё и эстетическую функцию.

Как видите, перечень «колпаковок» чрезвычайно широк, хоть он и не вмещает всего разнообразия печей специального назначения и совмещённых агрегатов, разработанных известным конструктором и его подвижниками.

Конструкция и принцип действия

Выражение «Всё гениальное — просто!» в полной мере касается конструкции купольной печи, которая позволяет реализовать достоинства свободного движения газов. Простейший двухколпаковый агрегат, представленный на рисунке слева, работает следующим образом. Воздух, необходимый для горения дров, поступает через поддувало 1. Топку 2 выполняют в виде сужающегося сопла, благодаря чему удаётся не пропускать наружный воздух сверх меры. В противном случае он будет сразу же уходить во второй колпак, увлекая за собой разогретые газы. Препятствует поступлению тяжёлого холодного воздуха и так называемая газовая вьюшка, которая образуется под куполом. К слову, из-за простой конструкции установившаяся внутри печи атмосфера часто бывает неустойчивой — её срывает тяга со стороны внешнего колпака. Именно поэтому двухколпаковые печи, известные задолго до рождения Кузнецова, не имели популярности.

Принцип действия двухколпаковой печи

Во время активного горения дров не успевшие окислиться кислородом воздуха горючие газы поднимаются под купол 4 внутреннего колпака 3. Там они воспламеняются под действием открытого пламени и высокой температуры. Можно сказать, что под колпаком возникает зона, подобная той, которая образуется в камере дожигания обычной пиролизной печи. Немаловажно и то, что процесс пиролитического горения сам себя регулирует — при очень интенсивном пламени затрудняется отток продуктов сгорания, а соответственно, уменьшается и тяга. Если же пиролизные газы выгорают, то процесс восстанавливается. В это же время не менее важные процессы происходят и под сводом второго колпака. В этой зоне вступают в реакцию оксиды азота и монооксиды углерода (угарный газ), которые в результате реакций распадаются на безопасные компоненты. При правильной работе купольного агрегата в дымоход уходит преимущественно водяной пар и углекислый газ.

Когда горение дров подходит к концу, колпаки выступают в роли накопителей, удерживая под своими сводами разогретые воздушные массы. В отличие от канальных печей, где остаточные продукты горения попросту «вылетают в трубу», в «кузнецовках» они отдают всю свою энергию кирпичным стенам.

Идеальным вариантом двухколпаковой печи был бы агрегат круглой формы. В этом случае тело отопительного прибора могло бы выполнять функции верхнего купола. К сожалению, на практике соорудить такой теплогенератор сложно не столько из-за сферической формы, сколько по причине трудностей с обустройством прочисток и люков для их обслуживания. Из-за этого колпаки соединяют между собой широким каналом, который проходит в задней части печи. Эта особенность отражена на схеме, расположенной справа.

При необходимости интеграции в печь водонагревательного контура его устанавливают под сводом второго колпака. Такой способ не влияет на тепловое равновесие системы и не оказывает негативного воздействия на режим горения топлива.

Ещё больше повысить КПД печей этого типа позволяет установка нескольких каскадов, каждый из которых состоит из двух колпаков, однако ввиду сложности монтажа и повышенных требований к термостойкости футеровки подобные конструкции популярностью среди печников-любителей не пользуются.

Принципиальная схема простейшей печи Кузнецова

Описанные выше принципы естественного движения горячих газов полностью выдержаны в печах, разработанных И.В. Кузнецовым. На приведённой выше схеме одного из таких агрегатов цифрами обозначены: 1 — топочная камера; 2 — так называемый сухой шов; 3 — внутренний купол;

4 — теплообменник; 5 — верхний купол; 6 — дымоход. Как видите, топка и нижний колпак объединяются в одно пространство, разделённое узким каналом, который называют «сухим швом». Это позволило создать во внутреннем куполе и зоне сжигания условия, наиболее подходящие для свободного движения горячего газа к своду колпака, а охлаждённого — в сторону топки.

Расчёт купольных отопительных приборов

Не вдаваясь в сложные термодинамические выкладки, приведём простейшую методику расчёта колпаковой печи, которой пользуются не теоретики, а самые что ни на есть настоящие печники с большим стажем работы и десятками успешно работающих отопительных прибооров в активе.

Если за основу планируется взять одну из существующих конструкций, то потребуется посчитать теплопотери помещения. Для этого определяют его объём, основываясь на габаритах внешних поверхностей стен и потолков. Чтобы упростить себе задачу, можно измерить внутренние размеры и прибавить к ним удвоенные значения толщины стен. Получив кубатуру помещения, умножают её величину на 21 — усреднённое значение тепловых потерь для 1 кубического метра общего объёма. Мощность печи должна быть на 15–20% больше полученных значений.

Купольная печь, предназначенная для отопления двухэтажного дома

Теперь что касается случая, когда по какой-либо причине ни один из найденных проектов вас не устраивает. Выход один — создать отопительный прибор самостоятельно, основываясь на общих принципах строительства колпаковых печей и способах определения их внутренних размеров по методу пропорций. Всё, что для этого потребуется — правильно определить внешние габариты обогревающего агрегата. Методика расчётов в этом случае также не отличается сложностью. Прежде всего, полученное значение теплопотерь надо разделить на 300 — тепловую мощность, которую можно снять с 1 кв. м внешних стенок печи. При этом берутся в расчёт только активные поверхности, то есть те, которые непосредственно участвуют в теплообмене. Таким способом получают площадь стенок, расположенных выше колосников. Прибавив к ним квадратуру остальных частей печи, получают общую площадь твердотопливного теплогенератора. Его высоту и ширину определяют согласно соотношениям конструкции, взятой в качестве примера.

Иногда возникают ситуации, когда получившийся в результате агрегат получается слишком громоздким. Не беда — его можно спокойно уменьшить на 25–30%, если исходить из того, что топиться печь будет утром и вечером.

Делая печь более компактной, следует знать, что двойная топка никогда не даст удвоенной теплоотдачи. Максимум, которого можно добиться — это прирост тепловой энергии на 40–50%. Так что эстетам и перфекционистам придётся смириться с потерей в экономичности отопительного прибора.

Что же касается сухого шва, то его выполняют шириной 2–3 см, причём нижнее значение принимают во время постройки ежедневно эксплуатируемых агрегатов, а верхнее — при сооружении «печей выходного дня», то есть установленных на дачах, в охотничьих домиках и т. д.

Как и было обещано во вводной части, представляем вашему вниманию порядовку и технологию строительства несложной в изготовлении, но очень популярной печи авторства И. В. Кузнецова. Её тепловая мощность составляет 10 кВт, чего будет достаточно для дома средних размеров.

Порядовка одной из наиболее повторяемых конструкций, разработанных И. В. Кузнецовым

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:

• полнотелый кирпич из красной глины M 150 в количестве 754 шт. – для кладки корпуса отопительного прибора и дымохода;
• песок, 150 кг;
• глина мелкой фракции, 130 кг;
• кирпич огнеупорный — 63 шт., который понадобится для обустройства ядра печи;
  В продаже чаще всего встречается шамотный кирпич марок Ш-5 и ШБ-8. В нашем случае лучше взять последний, поскольку его габариты полностью соответствуют размерам красного кирпича.
• поддувальная дверца, 1 шт.;
• топочная дверца, 1 шт;
• дверцы для прочистки каналов, 6 шт;
• колосниковая решётка, 1 шт (минимальный размер 250х375 мм, который можно набрать из отдельных колосников);
• стальная проволока для перевязки рядов;
• металлический уголок;
• задвижка дымохода, 1 шт;
• асбестовый шнур или базальтовый уплотнитель — для герметизации мест установки чугунного литья.

Если вы когда-либо выполняли кирпичную кладку, то должны знать, что для этого понадобится:

• кельма (мастерок);
• ёмкость для приготовления раствора;
• строительный уровень;
• отвес и шнур;
• молоток каменщика;
• миксер для перемешивания смеси (можно воспользоваться насадкой для электродрели или готовить раствор вручную);
• рулетка;
• карандаш.

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.

Подготовительные работы

Прежде чем приступить к строительству, выбирают место и определяют конструкцию и расположение дымохода (как в помещении, так и на крыше). После этого можно начинать работы по обустройству основания печи. Если отопительный агрегат возводится вместе с домом, то заливают общий фундамент. В случае когда печь кладут в жилом помещении необходимо удалить часть пола, которая приходится на «кузнецовку». При этом внешний контур основания печи должен быть на 10–15 см больше его габаритов.

Варианты размещения дымохода для колпаковой печи

Для обустройства фундамента делают углубление 20–25 см, на дно которого насыпают песчаную подушку толщиной 10 см, которую проливают водой и утрамбовывают. После этого на высоте 5 см укладывают армирующую сетку, по внешнему периметру устанавливают опалубку и заливают конструкцию бетоном. Приступать к кладке можно сразу же после его полного схватывания, которое в зависимости от температуры происходит примерно за 2–3 суток.

Кроме заливки основания, перед началом кладки потребуется подготовить раствор. Для этого берут чистую глину и просеянный речной песок. Глину высыпают в большую металлическую ёмкость, разминают и замачивают в небольшом количестве воды. После того как она хорошо раскиснет, добавляют песок и доводят консистенцию раствора до состояния очень густой сметаны. Чаще всего печники используют пропорцию 3 части глины на 1 часть песка, но правильное соотношение компонентов зависит от типа глины — чем выше её жирность, тем больше потребуется добавлять песка (вплоть до соотношения 2:1).

Приступая к работе, лучше распечатать порядовки на бумаге, в процессе строительства зачёркивая каждый уложенный ряд. Особое внимание уделяют местам установки футеровочного слоя — на схемах они выделяются пунктиром или другим цветом. Учтите, что если вместо огнеупорного материала будет использован обычный кирпич, то такая печь будет не только недолговечной, но и малопроизводительной.

Как соорудить печь при помощи схемы порядовки своими руками

1. 1-й и 2-й ряды выкладывают из красного кирпича. При этом важно помнить, что любая печь сооружается только с использованием глиняных растворов, цемент здесь неуместен. При желании днище «кузнецовки» можно сделать и толще — это пойдёт только на пользу теплоизоляции её нижней части.

Укладку первого ряда ведут всплошную

2. Начиная со второго ряда выводят каналы дымохода и монтируют поддувало. В передней и правой боковой стенке устанавливают дверцы для чистки печи. Важно выставить их рамки по уровню или отвесу, иначе сооружение будет выглядеть неопрятно. Крепление металлических элементов производится при помощи стальной проволоки (лучше оцинкованной), уложенной в кладку. Поскольку металл и кирпич имеют различный коэффициент теплового расширения, то при эксплуатации печи швы, примыкающие к чугунным элементам, будут растрескиваться. Чтобы компенсировать смещение конструкций при нагревании, между печным литьём и кирпичными стенками укладывают слой асбеста или базальтовой ваты толщиной 5–6 мм.

Один из способов обустройства компенсационных швов

3. Ряд №4 должен перекрыть дверцу поддувала. В качестве опоры для верхних кирпичей используют перекладину из металлического уголка, уложенную на боковые стенки проёма.

При строительстве печей толщина кирпичных швов должна быть больше, чем при возведении других конструкционных сооружений. Это связано с необходимостью компенсации теплового расширения частей отопительного агрегата, которые имеют различную температуру.

4. Начиная с 5-го ряда выполняют огнеупорную футеровку рабочей зоны шамотным кирпичом, поставленным на ребро. Для его кладки лучше использовать не обычную глину, а шамотную — она не будет выгорать под воздействием высокой температуры. На этом же этапе устанавливают и колосниковую решётку. Здесь же придётся и выполнить первый сухой шов — на порядовке он обозначается синим цветом. Для этого после выкладки шамота в строго отведённых местах глиняный раствор из кладки изымается, а образовавшийся зазор заполняется прокладками из каолинового, базальтового либо другого минерального картона.

Высокотемпературная зона выкладывается шамотным кирпичом

5. 6-й ряд примечателен установкой топочной дверцы. Если эстетическая сторона для вас не менее важна функциональности, то лучше взять оригинальную печную чугунину, которую сейчас в большом количестве можно найти в строительных магазинах.

Монтаж топочной дверцы

6. Аналогично перекрытию поддувала, на 9 ряду закрывают топочный проём, продолжая возведение внутренних каналов печи. Нелишне будет ещё раз напомнить о необходимости проверки ровности кладки пузырьковым уровнем.

7. На уровне 12 и 13 ряда во внутреннем пространстве печи сооружаются столбики катализатора.

8. 17-м и 18-м рядом перекрывается нижний колпак отопительного агрегата.

Вспомогательные шнуры, натянутые по углам сооружения, помогут справиться с задачей начинающему печнику

9. Начиная с 19-го ряда возводится верхний колпак с внутренними теплообменными каналами. Здесь же устанавливаются и четыре дверцы для их чистки.

10. Обязательно обратите внимание на задвижку дымового канала, установленную в 28 ряду. Она понадобится для того, чтобы печь не остывала в период между топками.

11. 29-м и 30-м рядом формируют свод верхнего купола, а начиная с 31 возводят дымоход.

Может с первого раза такая красавица у вас и не получится, тем не менее, всегда есть к чему стремиться

После того как печь будет сложена, проводят первую растопку. Не следует сразу же загружать топливник по полной — агрегат должен нагреваться неспешно, иначе не миновать появления трещин в кладочных швах. В первые минуты испытательного запуска печь может немного коптить, пока полностью не прогреется её внутренний объём. В дальнейшем выбросы дыма из топливника и поддувала недопустимы, и если они появляются, значит, нарушена технология строительства. После прогрева и обжига печи проверяют её работоспособность в различных режимах, а также обследуют наружные элементы на предмет их герметичности.

Что следует учитывать во время строительства

Сухой шов, которым топка соединяется с колпаком, нужен для координации конвекционных потоков, присутствующих в обеих камерах. Горючий газ с высоким содержанием водяного пара засасывается в топливник для повторного сжигания, что улучшает тепловые показатели работы печи и способствует появлению турбулентности в её атмосфере.

Топливная камера заполняется воздухом не только из поддувала, но и по каналам, расположенным в стенках печи. Благодаря этому под сводом колпака присутствует дополнительное количество кислорода (вторичного воздуха), необходимое для дожигания пиролизных газов. В случае использования одной только колосниковой решётки полного сжигания достичь не удастся, поскольку весь кислород будет выгорать в верхней части пламени.

Столбики катализатора устанавливаются только из шамотного кирпича, поскольку размещаются выше топки — в зоне высокой температуры. Разогреваясь докрасна, они дожигают всё, что поднимается под купол.

Учитывая некоторые особенности строительства колпаковой печи, хочется дать несколько простых советов.

1. Топочная камера не должна быть частью купола. Вся соль конструкции Кузнецова в том, что дрова должны гореть в небольшой камере — так будет намного проще создать высокую температуру, необходимую для завершения процессов пиролиза. Если же объединить топку и колпак в одном пространстве, то получится самая обычная русская печь, которая к тому же ещё и будет дымить из-за плохой тяги.
2. Обжиг печи начинают с щепок, добавляя топливо небольшими порциями в течение нескольких часов.
3. Из-за различных коэффициентов температурной деформации шамотная топка может разорвать внешний короб из красного кирпича, поэтому в местах взаимного примыкания обязательно нужны деформационные зазоры.
4. Для усиления кладки в продольные швы укладывают отрезки стальной проволоки. Необязательно выполнять перевязку постоянно — достаточно усилить каждый второй или третий шов.
5. Опытные печники не рекомендуют замачивать кирпич перед укладкой.

Напоследок заметим, что вносить какие-либо изменения в описанную конструкцию можно только в том случае, если вы хорошо разбираетесь в процессах, протекающих в колпаковых печах и уверены в правильности переделок. В противном случае эксплуатация «усовершенствованного» отопительного прибора может быть не только малоэффективной, но и небезопасной.

www.comfortclub.ru

В чем отличие

Главная особенность группы печек, изобретенных Кузнецовым — отсутствие протяженных дымовых каналов с множеством поворотов и изгибов. Чтобы максимально использовать тепло от сжигания топлива, в канальных печках предусмотрена система ходов, по мере продвижения по которым горячий дым нагревает кирпичи. При этом печь нагревается на разных уровнях неравномерно, что может привести к растрескиванию кладки. Кроме того, возникает необходимость в регулярной чистке узких мест и поворотов.

Печки Кузнецова для дома и бани лишены этого недостатка. В них горячие газы из топки поступают в так называемый колпак — внутреннее пространство, сверху ограниченное перекрытием, а снизу имеющее выход. Нагретый дым поднимается в самый верх колпака, где задерживаются до тех пор, пока не начнут остывать. По мере охлаждения они по стенкам колпака постепенно опускаются вниз, а их место занимает новая порция дыма.

Остывший дым через канал выходит в дымоход или в еще один колпак в зависимости от конструкции и назначения печи. Постепенно, по мере прохождения через каскады колпаков, дымовые газы остывают до температуры 120-150 градусов. Температура газов на одном уровне каждого колпака одинакова, что позволяет избежать неравномерного расширения кирпича.

Достоинства колпаковых печей

Печки Кузнецова лишены большинства недостатков, омрачающих эксплуатацию канальных печек, и, кроме высокого КПД, обладают целым рядом достоинств:
• колпаковые печи могут работать на любом твердом топливе — угле, дровах, пеллетах и брикетах;
• температура в топке высока, от 600 до 800 градусов, поэтому топливо прогорает полностью, оставляя минимум золы, а отсутствие узких мест и протяженных каналов позволяет избежать осаждения сажи. В результате печь нуждается в чистке очень редко;
• на выходе из каждого колпака образуется «газовая вьюшка» — потоки теплого дыма не позволяют возникнуть противотоку холодного воздуха, поэтому печь не выпускает тепло после топки даже при открытой заслонке;
• для кладки колпаковых печей требуется меньшее количество кирпича из-за свободного внутреннего пространства;
• отопительные модификации печек при компактных размерах могут отапливать значительную площадь;
• по этой технологии можно класть печи разного назначения, с оригинальной формой и дизайном, при этом незначительные изменения конструкции не влияют на работоспособность и эффективность печи.

На первый взгляд кажется, что эти печки полностью лишены недостатков, тем не менее, при их кладке необходимо соблюдать следующие требования:

1. Кладку ведут строго по схеме, иначе печка при топке может разрушиться.
2. Топливник и часть нижнего колпака, совмещенную с ним, выполняют из шамотного кирпича, выдерживающего высокие температуры. Кладку топки ведут с использованием специального раствора на основе шамотной глины.
3. Топку выполняют плавающей, без жесткой связи с остальными элементами конструкции. Это требование обусловлено разным коэффициентом линейного расширения у шамотного и керамического кирпича.
4. Пространство в 5 мм между топкой и стенками печки называется сухой шов, из него полностью удаляют остатки раствора и заполняют прокладками из минерального картона. Некоторые виды печей требуют оставления сухого шва не заполненным для беспрепятственного движения потоков холодного воздуха.
5. При кладке стенок печи для увеличения прочности каждый третий ряд армируют кладочной сеткой.
6. Дверцы топки и зольника, а также другие чугунные элементы устанавливают с зазором в 5 см с асбестовыми компенсационными прокладками.
7. Топку печи начинают после полного высыхания кладочного раствора, постепенно наращивая температурный режим.

Виды

В зависимости от назначения, колпаковые печи бывают:
• Отопительные, предназначенные для обогрева жилища. Они могут отапливать несколько помещений, в том числе в двухэтажном доме;
• Отопительно-варочные, совмещающие две функции — отопления и приготовления пищи;
• Хлебные, предназначенные для выпечки, обычно их встраивают в комбинированную печь;
• Камины;
• Печки-каменки для бани;
• Уличные печи-барбекю, в том числе оснащенные казаном и хлебной камерой.

На основе кузнецовской технологии кладки, можно сделать целые печные комплексы, включающие и варочную плиту, и духовку, и камин, и даже оснащенные одной или несколькими лежанками. Дымовые потоки от разных источников пламени легко объединить в одном колпаке, не вызвав ненужных завихрений и противотоков.

Требования к фундаменту

Все печки, сложенные по колпаковой технологии, нуждаются в устойчивом фундаменте, не связанном с основанием дома или бани.

Высота фундамента должна быть не меньше 30 см, а его верхняя плоскость — на 5-10 см ниже чистового пола. Фундамент под печь делают из монолитного бетона марки М200 или выше с двухуровневым армированием прутком. По горизонтали его габариты должны превышать размеры печи на 10 см с каждой стороны.

Прежде чем приступить к монтажу опалубки, необходимо снять верхний слой грунта и выполнить песчаную или песчано-гравийную подушку толщиной 15-20 см с трамбовкой. На подушку обязательно кладут гидроизоляцию, после чего ставят опалубку из досок, укладывают арматуру с обязательной вертикальной перевязкой и заливают бетоном.

Сушат фундамент в течение 2-3 недель, в случае жаркой и сухой погоды его регулярно увлажняют и накрывают пленкой. После этого выполняют выравнивание цементно-песчаным раствором и приступают к кладке печи.

Простая отопительная

На чертеже представлена отопительная колпаковая печь. Топка и пространство над ней образуют колпак. Дым, поднимаясь в него, нагревает верхнюю часть печи, после чего опускается по широким каналам, расположенным с боковых сторон. Опустившись вниз, они поступают в пространство вдоль задней стенки печки, откуда поднимаются вверх и идут к дымовой трубе.

Ниже представлена схема-порядовка. Часть кирпичей, как видно из схемы, распилена для создания наилучшей аэродинамики. Пилить кирпич можно болгаркой или циркулярной пилой, заменив штатный круг на алмазный. Кирпич при этом необходимо жестко зафиксировать.

Отопительно-варочная

Печка колпакового типа, оснащенная варочной плитой и духовым шкафом. Плита служит перекрытием для топливной камеры и духовки, она утоплена в нишу, оснащенную вытяжкой. Духовку можно использовать как хлебную камеру. Вытяжка закрывается заслонкой. Топка и окружающее духовку пространство выложено из шамотного кирпича, что позволяет поддерживать в них стабильную высокую температуру.

Печка оснащена летним ходом, который закрывается заслонкой, расположенной в 21 ряду. При растопке для улучшения первоначальной тяги заслонку можно открыть, тогда дым из топливной камеры пойдет напрямую в дымоход. После того, как очаг устойчиво разгорится, задвижку постепенно закрывают, и дым направляется через каналы вдоль задней стенки печки, и она начнет работать как отопительная. Если необходимо использовать печь только для готовки или выпечки хлебной продукции, заслонку оставляют открытой на все время работы.

Видео: как сложить отопительно-варочную колпаковую печь

Отопительная с камином и лежанкой

Чертежи и схема печи взята с авторского сайта И.В. Кузнецова. Печка оснащена топкой, камином и лежанкой, степень нагрева которой регулируется задвижкой. На рисунке представлен внешний вид устройства. Топка и поддувало расположены с одной стороны, камин — с противоположной, что позволяет вывести их в разные помещения.

Топливник и каминная топка выполнены из шамотного кирпича, остальные части — из керамического. Порядовка показана ниже.

Банная печь-каменка

Еще одна авторская работа Кузнецова — печка для бани БИК-41, оснащенная встроенной каменкой и регистром, подключаемым к контуру ГВС. Общий вид банной печки представлен на рисунке.

Двухярусная колпаковая конструкция достаточно проста, вместе с тем позволяет быстро нагреть каменку и топочное отделение бани и длительно сохранять в нем температуру. За счет встроенного регистра можно решить проблему нагрева воды для душевой. Топка расположена со стороны комнаты отдыха или подсобного помещения бани. Каменка выполнена в виде духовки, дверца находится на боковой стенке.

На сайте И.В. Кузнецова можно найти и другие модели печей для бани с подходящей теплоотдачей, в том числе со встроенным камином, выходящим в комнату отдыха. Как и в других комбинированных печах, топить обе топки можно одновременно и независимо друг от друга.

gidpopechkam.ru

Почему – кузнецовки?

Но стоит ли останавливаться особо на печах именно Кузнецова? Стоит, потому что они того стоят. Игорь Викторович с самого начала рассматривал печи русского образца не как охраняемый реликт прошлого или дорогой предмет роскоши, но как непременный атрибут экономичной энергетики будущего, которое ныне – настоящее. Остальные спохватились, что называется, когда жареный петух клюнул.

В результате – кузнецовка на 4 кВт обогревает дом в 100 кв. м. так же, как фирменная «оттуда» топка на 12 кВт. Что, кстати, говорит не об изобретении вечного двигателя, а о том, что фирменные рекламисты свои проспекты творят, пожалуй, вынюхав «дорожку счастья». Во всяком случае, факт, что Кузнецову постоянно поступают заказы из США, Канады, Швеции, Финляндии, которые по печам сами не в хвосте плетутся. Конкретно же преимущества кузнецовок заключаются в следующем:

• Высокий КПД – 80% для печей Кузнецова не диво.
• Высокая температура сгорания топлива без использования технологий и материалов, требующих промышленного производства.
• Как первое следствие из предыдущего – всеядность. В кузнецовках до золы сгорает любое топливо, а осаждение сажи минимально.
• Второе следствие – несложный уход: т.к. сгорает и сажа, печи Кузнецова можно не чистить годами.
• Меньшая материалоемкость в сочетании с равномерной теплоотдачей между топками: в городской квартире с центральным отоплением температура в течение суток колеблется больше, чем в доме, отапливаемом кузнецовкой при 2-х топках в сутки.
• Широкие возможности встраивания водогрейного контура без ухудшения технических параметров печи.
• Хорошая тяга при коротком дымоходе, что удешевляет и упрощает строительно-монтажные работы при ее постройке.
• Пластичность конструкции и внешнего вида как следствие двухколпаковой схемы (см. далее): не ухудшая печи, ее можно сконструировать практически под любое помещение и требования дизайна.
• Автоматическое перераспределение тяги по каналам при переходе от протопки к остыванию, что гарантирует от угара: вьюшку почти никогда не требуется закрывать, она предусмотрена более для нештатных режимов работы.

Примечание: изобретенный И. В. Кузнецовым способ перераспределения тяги в корне отличается от известной газовой вьюшки. По нему поток, создаваемый тягой, пропускается мимо нагретых частей тела печи специальными низовыми каналами, а когда в топке горит пламя, конвекция от него оттягивает поток воздуха на себя. В результате не требуется отдельная система вентиляции помещения. Кроме того, газовую вьюшку может выдуть обратной тягой при задувании в трубу, или, наоборот, вытянуть при сильном ветре, а в кузнецовке любой поток воздуха пройдет мимо всего, что он мог бы выстудить.

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.

Первое: колпак на колпаке

Принцип построения печи, позволяющий реализовать преимущества свободного хода газов, известен давно. Это – двухколпаковая печь, схема устройства которой показана на рис. Начнем разбор с левой его поз.

Наружный воздух поступает через поддувало 1 в топку 2. Топка может быть снабжена сужающимся соплом – хайлом – в котором в одноколпаковой печи образуется газовая вьюшка: легкие нагретые газы под колпаком своим давлением не пускают «на продув» тяжелый наружный холодный воздух, как воду в опрокинутый стакан. Но в двухколпаковых печах газовая вьюшка из-за тяги со стороны второго колпака часто оказывается неустойчивой. Поэтому двухколпаковые печи до Кузнецова строили редко.

Сразу после растопки, когда горят самые легкие и энергичные фракции топлива, горение происходит в режиме, близком к наиболее эффективному пиролизному. В печах Кузнецова – в пиролизном режиме, они специально так и сконструированы. Пиролизные газы догорают под сводом 4 первого колпака 3. Подсводное пространство первого колпака аналогично дожигателю чисто пиролизной печи.

Пиролизное горение под колпаком получается саморегулирующимся: если топливо очень уж разгорелось, «подушка» догорающих газов расширяется вниз; вверх не дает свод колпака. Из-за этого затрудняется отток дымовых газов, он ведь идет вниз. Соответственно, слабеет и тяга, горение немного утихает. Если же горение ослабевает, все происходит наоборот.

При переходе горения в малоактивный режим или дотлевание углей оба колпака работают уже просто как теплоприемники канальных печей, добирая остаточное тепло топлива. Но в голландках и шведках оно большей частью «просвистывает» в трубу: согласно всем известному гидродинамическому закону Бернулли, в узком канале скорость потока будет больше. А под колпаками остаточные газы будут неторопливо ворочаться, пока их тепло не уйдет в кирпич.

Примечание: в канальных печах при сильном ветре снаружи часто приходится выгребать из топки еще тлеющие уголья и закрывать вьюшку, иначе все тепло «высвистит», пока топливо догорит до золы. В колпаковых печах этого вредного эффекта нет – резкое расширение от дымохода в колпак не позволяет ветру разгуляться в печи, и можно спокойно ждать, пока топливо не отдаст свой запас энергии до последней калории.

Идеальная двухколпаковая печь – круглая в плане. Тогда ее тело 5 является одновременно и вторым колпаком. В нем также есть невидимая зона термохимических реакций 6 под сводом. В ней нейтрализуются остатки моноокиси углерода (угарного газа) и окислов азота, образующихся в топке вследствие значительно более высокой, чем в пламенной печи, температуры сгорания. В дымоход 7 уходят только углекислый газ и пары воды.

Хотя круглую кирпичную печку обычного типа сложить можно, но, если она двухколпаковая, устроить в ней прочистные дверцы сложно, а чистить ее (когда-то же, да придется) трудно. Поэтому на практике двухколпаковые печи выполняют, если привлечь аналогию с электроникой, не по параллельной, а по каскадной последовательной схеме: второй колпак водружают на первый и соединяют колпаки между собой дымоходами (или одной сплошной широкой щелью) с тыла печи, правая поз. на рис. КПД кирпичной печи при этом падает всего на 1-2 процентных пункта.

Примечание: чтобы в круглой двухколпаковке газовая вьюшка была устойчивой, кроме ураганных ветров, кольцевой зазор L2 между первым и вторым колпаками должен быть шире такого же L1 между топкой и первым колпаком.

В том и другом случае во второй колпак можно безо всяких опасений встраивать водогрейный регистр любого типа. Основное тепло телу печи передается под сводом первого колпака. Это, кстати, тоже одна из причин, почему раньше двухколпаковки не были в употреблении: при дешевом топливе небольшое повышение КПД не окупало сложности работы, а мыться на кухне в корыте тогда было делом обычным.

Теперь и топливо дороже, и требования к качеству жизни выше. И тут второй колпак пришелся как раз кстати. Сколько бы тепла под ним не ушло в водогрейку, режим горения не нарушится: первый колпак из плохо проводящего тепло кирпича надежно изолирует высокотемпературный каскад от паразитных теплопотерь.

И в то же время газы под второй колпак подходят, с одной стороны, достаточно остывшие и прореагировавшие, чтобы теплообменник можно было выполнять из обычных конструкционных материалов, не опасаясь его прогорания и осаждения сажи на нем. С другой – температура во втором колпаке при КПД печи в 80% будет в пределах 200-400 градусов, что дает как раз достаточный температурный градиент для эффективной передачи тепла воде.

О многоколпаковках

В принципе возможно круглую колпаковую печь выполнить многокаскадной; каждый каскад – 2 колпака, с отверстием в своде и глухой сверху, как показано на рис. При трех каскадах (6 колпаков), конструкцию, которую можно условно назвать печью со свободным ходом газов (левая поз. на рис.) возможно сделать самонастраивающейся под любое топливо, от мазута до кизяка, с КПД до 97-98% в любом режиме топки. Однако точному аналитическому расчету она не поддается, а компьютерное моделирование требует достаточно мощной аппаратной и программной платформы.

Печь с четными (с отверстием в своде) колпаками, доведенными до ее пода (правая поз. на рис.), способна, в принципе, показать КПД в 85-90%, в зависимости от режима горения и вида топлива. Но и ту, и другую, во-первых, очень сложно чистить. Во-вторых, первый колпак получается очень маленьким, и температура под ним будет вполне пиролизной, около 1500 градусов. Никакой металл ее не выдержит, разве что платина. Вольфрам и тот сгорит, как нитка лампочки с разбитой колбой. А будет ли держаться на весу футеровка для пиролизных печей, на опыте пока никто не определял.

Примечание: черные пунктирные линии на рисунках – не металлоконструкции. Это образующие (параболы и прямые) соответствующих размеров: диаметров дымовых отверстий и расстояний нижних обрезов колпаков от пода.

Видео: пример проекта двухколпаковой отопительно-варочной печи

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.

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.

Примечание: И. В. Кузнецов позволяет свободно копировать свои материалы для себя, для постройки, но возражает против переизданий. Однако картинки на рис. маленькие. Дилетант по ним ничего не соорудит, а мастер знает, где можно взять полноценные чертежи. Поэтому надеемся, что Игорь Викторович простит нам это небольшое заимствование ради пользы дела.

Третье: шаг вправо, шаг влево…

Высокие нагрузки на материал в печах Кузнецова требуют не просто тщательной разработки конструкции, но и соблюдения при этом некоторых основополагающих уже конструкторских принципов. Главный из них – плавающая топка из шамотного кирпича марки ШБ-8 или Ш-5. Тело печи выкладывается из керамического кирпича марки не ниже М150.

Что значит плавающая топка? Во-первых, вокруг нее целиком, или в точно рассчитанных автором местах, должен быть сухой шов. Сделать его не так-то просто: по выкладке последнего ряда шамота (если иное не оговорено в спецификации на печь) глиняный раствор из швов между шамотным и обычным кирпичом выковыривается, а вместо него вставляются прокладки из минерального картона – базальтового, каолинового и т.п.

Во-вторых, нужно неукоснительно соблюдать принцип несвязности модулей. Что это такое, показывает рис. Никакие выступы шамота не должны входить в пазы обычного кирпича, и наоборот, даже с демпфирующими швами. ТКР и теплоемкость шамота существенно отличаются от «кирпичных», и топка, связанная с телом печи, порвет кладку при растопке. Топка «кузнецовки» должна представлять собой компактный модуль, установленный в гнездо из обычного кирпича. Как при этом устроить ее выход в дымоход, автор подробно объясняет на сайте.

Также неукоснительно нужно следовать его рекомендациям касательно выбора и подготовки материалов. «Кузнецовки» хоть и кирпичные, но высокотехнологичные, и терпят замену на эрзацы и небрежность не более, чем ракета или подлодка – замену титана и композитов жестянкой. Последствия, правда, не будут столь катастрофическими, но и видеть их придется дома, а не вычитывать в новостях. И платить из своего кармана.

В целом по технологии: печь Кузнецова может соорудить старательный, внимательный и аккуратный новичок. Но действительно опытный печник, с полупьяна, но бездумно выкладывающий действительно очень хорошую плиту или голландку, на печи Кузнецова обязательно осечется.

О последователях

Тем не менее, «кузнецовки» не есть некое чудо несказанное. Уже нашлось немало любителей и мастеров-профи, не только повторяющих оригинальные конструкции Игоря Викторовича, но и создающие свои самостоятельно. На рис. справа – чертеж, а на рис. в разделе – порядовка одной из них.

У нее две особенности. Первая – растопочные ходы на 21-м ряду. Они вполне аналогичны холостым воздушным ходам Кузнецова, но включаются в работу при растопке, ускоряя и облегчая ее. На пламени или тлении их пропускная способность не позволяет обеспечить выход газов, и канальчики эти заглушаются газовыми пробками.

Вторая – пиленые вдоль, да еще и на угол, кирпичи в 17-м, 28-м и некоторых других рядах. Вообще-то и печники, и просто строители знают, что кирпичи вдоль не пилят. Но это убеждение сложилось во времена, когда и понятия «угловая дрель», она же болгарка, не было. Об алмазном инструменте тогда только слыхали, что, мол, применяется такой где-то в секретных цехах военных заводов.

Но пилить кирпич вдоль болгаркой на весу все равно нельзя, его прочность упадет ниже предельно малой из-за биений инструмента в руках. Тут два варианта, первый: установить инструмент в станину с ходящим в вертикальной плоскости рычагом, чтобы получится отрезной станок. Такую можно сделать самому, есть и готовые в продаже.

Другой способ годится, если на хозяйстве имеется циркулярка хотя бы на 1500 обмин, а лучше – на 2500-3000. Тогда алмазный круг по камню заправляют в нее вместо штатного пильного зубчатого. Этот вариант предпочтительнее: опорная доска с уголковым упором обеспечивают рез гораздо более чистый и точный. И при необходимости можно допилить с другой стороны, не рискуя получить на спиле высокую ступеньку.

Видео: процесс кладки печи 3 х 3,5 кирпича

Еще о кругленьких

Круглые печи теоретически вообще имеют массу преимуществ, только в доме не очень-то удобны. Однако немал спрос и на компактные передвижные печи, и вот тут предельно высокий КПД круглых многоколпаковок может оказаться решающим фактором, ведь при уменьшении размеров печи ее КПД резко падает из-за закона квадрата-куба.

Такие печи, разумеется, пришлось бы делать из металла. Это решает проблему чистки, печку можно выполнить разборной. Но выбор металлов, подходящих по соотношению теплоемкости и теплопроводности, крайне ограничен. Из недорогих – только чугун, но он тяжел и хрупок.

Однако есть металлический материал полегче и попрочнее с подобными свойствами. Это – продукция порошковой металлургии. Применительно к ножам-ножницам «порошковая дрянь» вполне оправдано, но для печи, в которой ничего не работает на сдвиг, порошковые детали могут оказаться находкой.

Вторая проблема, о которой уже говорилось – жаростойкая футеровка на своде первого колпака. Если удастся решить и ее, то, возможно, труды и старания Игоря Викторовича Кузнецова дадут плоды более обширные и весомые, чем сейчас кажется.

clubpechnikov.ru