Печи кузнецова: секреты популярности и особенности кладки

Принцип действия печи

В основе лежит принцип свободного движения газов. Для циркуляции воздуха в обычной печи необходимо воздействие внешней энергии, то есть, создания принудительной тяги в трубе.

Когда газы находятся в замкнутом пространстве, при наличии постоянного источника тепла, они под собственной тяжестью разделяются – холодные оседают вниз, горячие поднимаются наверх. При этом в области высоких температур давление растет, а там, где холодно – падает и вырабатывается энергия.

Выходит, турбулентное движение возникает автоматически благодаря законам физики. Это значит, что если грамотно направить конвекционные потоки, то тепловая энергия будет переноситься самими массами газа.

При электрической подаче тепла тяговой трубы не требуется. Если печь отапливается дровами, то неизменно продукт горения должен выходить наружу.

Благодаря хитрой конструкции, он скапливается на последней стадии своего пути, оказываясь как будто под колпаком. Там он снова перегорает, до конца отдавая своё тепло, и затем уже в виде бесполезного газа выводится на улицу, не охлаждая систему. Такие печи ещё называют колпаковыми.

Основополагающая особенность газового наполнения полостей состоит в том, что, сколько бы ни было отсеков у печи, они все заполняются газом равномерно и во всех происходят одинаковые физические процессы. Создать нечто подобное при помощи тяги, принципа противотока (широко применяемого в Европе) или других конвективных способов невозможно.

Вот почему подобные печи – это инновация в системе печного отопления.

Они сами себя регулируют и, какую бы конфигурацию им ни придавали, они всегда работают по естественному принципу.

Принцип устройства печи довольно прост: нижний ярус и топливник (его еще называют очагом) объединены в единое пространство – колпак, внутри которого и происходит свободное движение горячих газов.

Самые горячие, более легкие, газы перемещаются к верхней части колпака, а «тяжелые» холодные – находятся в нижней. А между ними циркулируют газы, имеющие промежуточную температуру.

Нагретый воздух долго удерживается в печи, передавая жар стенам колпака, а остывший по специальному проходу отводится в дымоход. В колпаке температура горения очень высока. Коэффициент полезного действия подобной печи в три раза выше, чем у традиционной русской.

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

Формирование второго уровня

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

Не забываем про вытяжку

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

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

Преимущества закрытой каменки

Пример печей с закрытым типом каменки Первые бани, построенные «по-черному», строились таким образом, чтобы камни лежали на пути огня. Имели прямой контакт с пламенем, за счет чего раскалялись докрасна. Сейчас такой тип бань встретить можно редко ввиду большого количества хлопот, связанных с эксплуатацией постройки. Открытая каменка, выполненная своими руками или приобретенная, не имеет прямого контакта с огнем. Температура камней повышается, благодаря контакту со стенками печи, тепло передается от камня к камню.

Чем большей будет площадь соприкосновения камней с нагретой огнем стенкой, тем быстрей и лучше они прогреются. Имеются котлы, в которых камни располагаются тонким слоем, почти полностью прижимаясь к одной из нагретых стенок. Подобная конструкция легко справляется с генерацией требуемого количества пара и нагревом парилки.

Имеются модели с двумя типами каменки, открытым и закрытым, установленными одновременно. Но приобретать подобный тип печи нет смысла. Продуктивней для прогрева камней использовать закрытую каменку, конструкция которой похожа на духовой шкаф.

Построенная своими руками печь с закрытым типом каменки

Во время прогрева помещений дверь «духовки» закрывается, и жар идет сквозь камни, быстро их нагревая. После прогрева дверца открывается, оставаясь в таком положении до конца банных процедур. Выходит, что вначале температура в бане высокая, влажность низкая. Постепенно воздух остывает, насыщается влагой.

Закрытая каменка может быть построена в двух вариантах:

1. Периодического действия. Через печь при данном виде конструкции проходит весь дым и отчасти пламя. Пока дрова полностью не сгорят, открывать дверцу нельзя. Каменная поверхность будет подвергнута налету сажи, и если на камень потом налить воды, вся сажа распространится по помещению. Здесь камня класть много не нужно, ведь контакт со стенкой только с одной стороны, отчего верхняя часть кладки может прогреваться недостаточно.
2. Постоянного действия. Огонь и дым полностью изолированы от камней. Каменка изолирована, и ей можно пользоваться как во время топления бани, так и после этого.

Фирменная печь с закрытым типом каменки Преимущества закрытых каменок:

1. Прогрев камней очень глубокий. Благодаря этому создается отличный пар. Это и есть основное, ради чего каменку делают закрытой.
2. Высокая скорость нагрева камней. Не требуется протапливать баню несколько часов, ведь для нагрева обычно хватает минимального количества времени, в зависимости от количества камней и объема конструкции.
3. Тепло держится очень долго по сравнению с другими типами печей. Баню можно не подогревать дровами длительное время, но пар от камней будет еще долго держаться.
4. Возможность регулировки температуры в помещении. При открывании дверцы каменки, температура в комнате сразу начнет повышаться, ведь придет значительный приток тепла. Если становится жарко, дверцу можно прикрыть. Даже при заливании каменки водой можно ненадолго закрыть дверцу, после чего камни снова прогреются за счет внутреннего жара.

Расчет печи

Чтобы сделать надежную печь Кузнецова для 2-х этажного дома или для маленького садового домика потребуется выполнить несложные расчеты

Но если важно определить точную мощность печи для дома, такую работу лучше доверить профессионалам

Для примера сделаем расчет для небольшого, одноэтажного домика, площадью 35 м2 , объемом 77 м3, с 1 окном и дверью

Для расчета важно знать формулу и несколько основных коэффициентов. Нам потребуется перемножить объем с суммой коэффициентов слоя теплоизоляции (1,2) и стеклянного окна (1,2) и приплюсовать коэффициент материала деревянной двери (1,5)

Подставляем данные и выполняем расчеты: 77*(1,2+1,2)+1,5. Округляем результат в большую сторону, получаем необходимую мощность печи 21 кВт.

Для определения самих габаритов печи соблюдают несколько пропорций:

• исходя из объема комнаты определяется площадь отверстия топки. Они должны рассчитываться в пропорции 50-70 к 1;
• глубина топочного отсека определяется в пропорции 1 к 2.

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.

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.

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.

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.

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.

Колпаковая печь Кузнецова своими руками

Чтобы создать такую конструкцию своими руками, следует знать о свойствах системы свободного движения газов:

• Газ полностью заполняет помещение любого объема. Таким образом, колпак можно изготавливать любой формы и размера.
• Каждое горизонтальное сечение стен колпака нагревается до одинаковой температуры.
• Источник, дающий тепловую энергию, можно произвольно располагать в нижней части колпака.
• Возможность одновременно применять несколько источников, обеспечивающих теплом.

Если печь своими руками возводят впервые, не рекомендуется использовать для этого свой проект. Это довольно сложно и при этом часто возникают ошибки. Лучше воспользоваться готовыми чертежами, которых в интернете очень много. Сразу сложные проекты выбирать не следует, лучше начать с простых конструкций.

Начинать складывать сооружение нужно со строительства фундамента и подойти к этому процессу необходимо со всей ответственностью, иначе конструкция может покоситься или треснуть. Поэтому основа для нее должна быть твердой, чтобы выдержать большой вес сооружения.

Печной фундамент из бетона лучше всего закладывать при строительстве дома. Шириной он должен быть на 10 см больше самой печи. Довольно сложно самостоятельно встраивать печь в готовый дом. Лучше всего, если это будут делать профессионалы.

Следует обратить внимание на то, печной фундамент не следует связывать с основным, чтобы впоследствии печь не повело в сторону или не разорвало

Что необходимо для возведения печи Кузнецова своими руками

Чтобы сложить колпаковую печь Кузнецова своими руками, следует запастись подробными схемами и чертежами. Существует более 150 вариантов такого сооружения с подробными инструкциями и чертежами по их возведению.

Для строительства будет нужна порядовка – это пошаговая инструкция, на которой показана поэтапная выкладка каждого кирпичного ряда в отдельности

Новичкам крайне важно придерживаться порядовки и ничего не менять при сооружении конструкции

Для строительства потребуются следующие материалы:

• Кирпич огнеупорный для топливника.
• Огнеупорная глина.
• Металлическая проволока.
• Печное литье: задвижка, топочная и поддувальная дверка, колосниковая решетка, очажная плита.
• Кирпич для наружной кладки.
• Очищенный песок. Перед тем как замесить раствор, его необходимо просеять через сито. Лучше всего использовать горный песок, в котором очень мало примесей.
• Стальной уголок.

Вместо глины и песка можно использовать готовый печной раствор, продаваемого в специализированных магазинах. Такая покупная смесь состоит из правильных пропорций. Чтобы печь прослужила довольно долго, все материалы должны быть высокого качества.

Следует учесть, что каждое сооружение обладает своими тонкостями кладки, поэтому важно не только тщательным образом изучить порядовку печей Кузнецова, но и обратить внимание на комментарии к схеме. https://www.youtube.com/embed/jdgcwyEWdqQ

Тонкости кладки колпаковой печи Кузнецова

Профессионалам довольно просто выложить печь своими руками, а вот новичкам это покажется достаточно сложным процессом. Главное, чтобы при кладке колпаковой печи Кузнецова порядовка играла первостепенную роль.

Существует несколько нюансов, которых нужно придерживаться при строительстве сооружения:

• В процессе нагревания кирпич начинает расширяться. Именно поэтому огнеупорная оболочка должна со всех сторон иметь пустое пространство.
• Каждый третий ряд кладки из кирпича следует прокладывать металлической проволокой для усиления связки.
• Печные металлические элементы устанавливают с учетом их расширения, возникающего при высоких температурах. Кирпич и металл необходимо разделять специальной прокладкой.
• После того как сооружение будет готово, кирпич необходимо обработать огнеупорным составом.
• Обжиг печи рекомендуется начинать с небольшого нагрева и постепенно увеличивая его интенсивность.

Рекомендации начинающим печникам

Вот еще несколько полезных советов новичкам от профессионалов:

1. Канал между первым и вторым ярусом прокладывается в четверть кирпича, чтобы увеличить длину топки.
2.  На 17-18 ряду делается верхнее перекрытие колпаков.
3. На 21 ярусе оставьте два прохода вдоль боковых внутренних стенок.

На чертежах все это показано и во время работы обычно не вызывает затруднений.

Закончив кладку, проведите первую растопку. Используйте минимум топлива, чтобы нагрев проходил медленно и постепенно. Во время этой топки проходит обжиг печи, проверяется ее работа, герметичность швов в местах установки дверей и задвижек. Обнаружив недостатки, устраните их.

Как видите, простейшую отопительную или банную печь Кузнецова реально сложить самостоятельно. Если же работа кажется вам очень трудоемкой и сложной, или вы хотите установить многофункциональную печь, – обращайтесь к профессиональным печникам. Они выполнят работу быстро, с учетом всех нюансов, а готовая печь будет качественной и красивой.

Какая печь лучше: колпаковая или канальная?

Не все виды печей первоначально были изготовлены для снабжения теплом дома. Например первая разработка и применение “кузнецовки” было в металлургии. За счет высокой производительности и быстрому прогреву поверхности, она очень успешно применялась в плавлении руды. Конструкции канального типа изначально были приспособлены для бытовых нужд и первоочередными их задачами были: снабжение помещения теплом, готовка еды. Учитывая эти особенности, многие пользователь постоянно задаются вопросом: какая же из двух вариаций лучше?

Для того, чтобы ответить на этот вопрос, отметим основные технические показатели, плюсы и минусы обеих печей.

Канальная печь. Принцип функционирования такого устройства заключается в движении нагретого воздуха из топки в систему дымоотведения. Минус подобного процесса — это образование и выделение большого количества дыма при растопке. Это обусловлено тем, что тяга возникает только в случае, если канал хорошо прогрет. Еще один недостаток заключается в том, что дымоходная труба обязательно должна быть высокой.

Колпаковая печь. Данная печка работает по принципу естественной циркуляции нагретых воздушных масс. Горячий воздух поднимается вверх и направляется в колпак, отдает стенкам тепло и опускается в нижнюю часть конструкции, в систему дымоотведения через подвертки. Как уже отмечалось, выпускаются и модели с несколькими колпаками, которые отличаются еще большей производительностью. Достоинство такой печи в том, что для обеспечения нормального функционирования, ее не нужно прогревать. Дымоходная труба может быть расположена ниже, поверхность нагревается в максимально короткие сроки, однако не так равномерно, как в канальной печи.

https://youtube.com/watch?v=tpqzcNvB3ik

Таким образом, колпаковая печь Кузнецова является хорошим вариантом для отопления дома или бани, а также предоставляет возможность готовить пищу.

Инструменты и материалы, необходимые для возведения банной печи

Особенность возведения кирпичной печи Кузнецова заключается в том, что для кладки используется не только стандартный полнотелый керамический кирпич, но и специальный огнеупорный шамотный кирпич.

Дело в том, что шамотный огнеупор позволяет максимально повысить температуру горения, ведь рабочая температура для этого материала составляет 1500-1900 градусов. Но здесь возникает другая проблема – если шамотный кирпич можно легко найти в строительном магазине, то специальную шамотную тугоплавкую глину необходимо заказывать заранее. Кладка топки и основного топочного колпака делается именно на такую тугоплавкую глину, и ни в коем случае не на цементный раствор.

Внешняя кладка печи обычно делается из красного полнотелого кирпича. Рассчитать его количество можно путем простого вычисления, где количество кирпичей 1 ряда порядовки проекта умножается коэффициент 0,8 и далее на количество рядов в проекте. Первый, самый нижний ряд конструкции заполняется полностью, а вот другие ряды, например, 7 или 10 имеют меньшее заполнение, за счет устройства внутренних каналов, по сравнению с первым рядом среднее заполнение остальных рядов обычно равно 0,8. Так что вычислить количество кирпичей таким образом довольно просто.

Во время работ необходимо будет выдерживать определенные пропорции и размеры, поэтому необходимо предусмотреть определенное количество базальтовой ваты или базальтового картона. Именно этим материалом заполняются пустоты между красным и шамотным кирпичом.

Металлическая фурнитура подбирается в соответствии со вкусом и пожеланиями владельцев, но и здесь стоит прислушаться к рекомендациям специалистов. Оптимальными считаются чугунные дверки и задвижки. Сталь конечно смотрится эффектнее и красивее, но чугун способен выдерживать более высокие температуры и не испытывать при этом такой деформации как сталь.

А вот что касается теплообменника и бака для нагрева воды, то здесь, наоборот советуют использовать специальную тугоплавкую сталь. Также рекомендуется из стали сварить емкость для камней каменки. Можно в принципе использовать и чугунную плиту, но тогда объем камней необходимо увеличить в 1,3-1,7 раз.

Работа по созданию кирпичной кладки требует точности и аккуратности, поэтому в арсенале обязательно необходимо иметь:

• Мастерок каменщика;
• Строительный уровень;
• Маркерную нитку;
• Отвес;
• Молоток каменщика;
• Станок для резки кирпича.

Бывалые печники советуют иметь, кроме этого, щетку с жесткой щетиной и несколько емкостей – для раствора и для воды. Назначение щетки – очистка поверхности кирпичей перед нанесением на них раствора, просто вымачивать в воде кирпичи нерационально воды прибавляет и без того солидный вес печи. К тому же, глиняный раствор, и без того долго сохнет и лишняя вода в массе кирпичей не будет способствовать быстрому высыханию кладки.

 Ну конечно главное что нужно иметь это порядовый план кладки печи. Порядовка банных печей из кирпича Кузнецова выложена в свободный доступ, поэтому, ее можно без проблем скачать и распечатать.