1. Особливості колпакових печей Кузнєцова
2. До питання про те, чи може піч функціонувати без примусової тяги
3. Конструкція і принцип дії
4. Розрахунок купольних опалювальних приладів
5. Що знадобиться для будівництва
6. Підготовчі роботи
7. Як спорудити піч за допомогою схеми порядовки своїми руками
8. Що слід враховувати під час будівництва
9. Відео: Будівництво опалювально-варильної купольної печі

Про колпакових печах знають не тільки в Росії, але і далеко за її межами. Поряд з конструкціями канального типу вони опалюють безліч будинків, вражаючи навіть бувалих пічників своєю економічністю і продуктивністю. На жаль, про їх творця - І. В. Кузнецова, знають далеко не всі. Але ж на рахунку винахідника понад півтори сотні різних конструкцій, так полюбилися власникам заміських осель за незвичайне зручність, невибагливість і комфорт. Технологія, розроблена відомим пічників, дозволяє споруджувати обігрівальні прилади в сучасних будинках, отримуючи при цьому не тільки якісне опалення, але і стильне доповнення інтер'єру. В рамках цієї статті ми розповімо про секрет успіху і конструктивних особливостях унікальних опалювальних агрегатів, а також поділимося технологією будівництва своїми руками однієї з найбільш популярних купольних печей Ігоря Вікторовича Кузнєцова.

Особливості колпакових печей Кузнєцова

У печах Кузнєцова вдало поєднуються старовинні російські традиції і технологічні форми сучасності

Ковпакові печі Кузнєцова, які в народі шанобливо називають «Кузнецівці» або «Ковпаківка», вигідно відрізняються від інших твердопаливних агрегатів підвищеної теплової віддачею і економічністю. Якщо говорити мовою теплотехніки, то розробки відомого пічника мають ККД, яке наближається до 80%, тоді як енергоефективність знайомої всім російської печі ніколи не піднімалася вище 60%. Настільки значущих показників продуктивності вдалося досягти завдяки абсолютно новим принципом руху газів всередині печі, на якому і базується більшість розробок Кузнєцова.

У всіх раніше відомих конструкціях розігріті продукти згоряння рухаються по лабіринту каналів, по шляху втрачаючи тепло на нагрівання цегли. При цьому для нормальної роботи печі потрібна хороша тяга, інакше припиняється відтік газів з робочої зони, а, отже, і погіршується теплообмін. Крім того, підвищення тиску в робочій камері створює перешкоду вступнику до вогнища повітрю, що переводить піч в режим газогенератора - вона починає тліти і коптити.

Особливості руху газів в купольних печах

Використовувані Кузнєцовим принципи вільного переміщення газів припускають зовсім інший спосіб теплообміну. Кілька склепінь-ковпаків, розміщених всередині опалювального приладу, виробляють ступінчастий відбір тепла від висхідних гарячих потоків. У міру остигання продукти згоряння опускаються вниз і заміщаються газами з більш високою температурою. Щоб наочно уявити собі цей процес, досить згадати, як себе веде струмінь диму, запущена в перевернутий стакан. Спочатку вона піднімається, стикається з дном і віддає йому своє тепло, а потім розсіюється і по стінках опускається вниз.

Звичайно ж, «Кузнецівка» влаштована набагато складніше, та й процеси, які в ній відбуваються, більш багатогранні, ніж в описаному вище прикладі. Проте саме завдяки тому, що рух гарячих мас відбувається природним чином, вдається досягти приголомшливої ​​економічності і тепловіддачі. Що ж стосується тяги, то, здавалося б, затримка диму в куполі печі повинна приводити до її погіршення. На практиці ж природна конвекція усередині ковпака забезпечується не тільки за рахунок димоходу, як в канальних печах, але ще і завдяки розрідженню повітря під склепінням, чому сприяє висока температура продуктів згоряння, які туди спрямовуються. Як наслідок, працездатність споруди забезпечуватиме навіть коротша димова труба, ніж того вимагає будь-яка шведська або голландська піч.

Колпакова твердопаливний теплогенератор в розрізі

Треба сказати, що збільшення тепловіддачі «кузнецовок» відбувається не тільки завдяки більш досконалому способу конвективного теплообміну, але й через відсутність системи газоходів. Оскільки відразу ж за димарем гирлі печі переходить в широкий ковпак, в купольних агрегатах відсутній ефект прискорення газового потоку в вузьких каналах, описаний термодинамічних законом Бернуллі. У підсумку після прогорання дров гарячі гази не йдуть в димар, а тривалий час циркулюють під ковпаками, віддаючи залишкове тепло і забезпечуючи менші добові коливання температури.

До питання про те, чи може піч функціонувати без примусової тяги

З більш досконалої конструкції печі виникає маса достоїнств:

• потрібно менше матеріалів для будівництва;
• з продуктами згоряння несеться менше твердих частинок, тому чистити стінки обігрівального агрегату доведеться набагато рідше;
• можливість установки короткого димоходу;
• робота практично на всіх видах твердого палива;
• невибагливість в експлуатації - купольні печі вимагають обслуговування набагато рідше, ніж канальні;
• наявність вільного простору всередині печі дозволяє встановити контур гарячого водопостачання;
• рівномірний прогрів і тепловіддача протягом тривалого часу;
• швидкий вихід на робочий режим.

Неможливо не відзначити і той факт, що завдяки своїй оригінальній конструкції печі Кузнєцова дають широкі можливості в плані дизайну інтер'єру, будучи певною єднальною ланкою між теплою «лампової» російською піччю і високотехнологічним обладнанням сучасних осель.

Опалювально-варильна піч Кузнєцова є вельми компактним опалювальним приладом

Існує безліч конструкцій побутових купольних теплогенераторів І. В. Кузнєцова, здатних виконувати цілий ряд завдань:

• опалювальні печі використовуються для обігріву житлових приміщень;
• варильні призначені для приготування і розігрівання їжі;
• банні створені для опалення бань і саун;
• зовнішні встановлюють в зонах відпочинку. Печі цього типу поділяються на обігрівальні і універсальні (з варильною поверхнею, барбекю, казаном або мангалом);
• хлібні дозволяють виготовляти будь-яку випічку і нерідко поєднуються з варильні;
• камінні крім основного призначення виконують ще й естетичну функцію.

Як бачите, перелік «колпаковок» надзвичайно широкий, хоч він і не вміщає всього розмаїття печей спеціального призначення і суміщених агрегатів, розроблених відомим конструктором і його подвижниками.

Конструкція і принцип дії

Вираз «Все геніальне - просто!» В повній мірі стосується конструкції купольної печі, яка дозволяє реалізувати переваги вільного руху газів. Найпростіший двухколпаковий агрегат, представлений на малюнку зліва, працює наступним чином. Повітря, необхідне для горіння дров, надходить через піддавали 1. Топку 2 виконують у вигляді звужується сопла, завдяки чому вдається не пропускати зовнішнє повітря надміру. В іншому випадку він буде відразу ж йти в другій ковпак, захоплюючи за собою розігріті гази. Перешкоджає надходженню важкого холодного повітря і так звана газова в'юшки, яка утворюється під куполом. До слова, через простій конструкції встановилася всередині печі атмосфера часто буває нестійкою - її зриває тяга з боку зовнішнього ковпака. Саме тому двухколпаковие печі, відомі задовго до народження Кузнєцова, не мали популярності.

Принцип дії двухколпаковой печі

Під час активного горіння дров не встигли окислитися киснем повітря горючі гази піднімаються під купол 4 внутрішнього ковпака 3. Там вони спалахують під дією відкритого полум'я і високої температури. Можна сказати, що під ковпаком виникає зона, подібна до тієї, яка утворюється в камері допалювання звичайної піролізної печі. Важливо й те, що процес пиролитического горіння сам себе регулює - при дуже інтенсивному полум'я утруднюється відтік продуктів згоряння, а відповідно, зменшується і тяга. Якщо ж піролізні гази вигорають, то процес відновлюється. В цей же час не менш важливі процеси відбуваються і під склепінням другого ковпака. У цій зоні вступають в реакцію оксиди азоту і монооксиди вуглецю (чадний газ), які в результаті реакцій розпадаються на безпечні компоненти. При правильній роботі купольного агрегату в димохід йде переважно водяна пара і вуглекислий газ.

Коли горіння дров добігає кінця, ковпаки виступають в ролі накопичувачів, утримуючи під своїми склепіннями розігріті повітряні маси. На відміну від канальних печей, де залишкові продукти горіння просто «вилітають у трубу», в «Кузнецівці» вони віддають всю свою енергію цегляних стін.

Ідеальним варіантом двухколпаковой печі був би агрегат круглої форми. В цьому випадку тіло опалювального приладу могло б виконувати функції верхнього купола. На жаль, на практиці спорудити такий теплогенератор складно не стільки через сферичної форми, скільки з причини труднощів з облаштуванням прочисток і люків для їх обслуговування. Через це ковпаки з'єднують між собою широким каналом, який проходить в задній частині печі. Ця особливість відображена на схемі, розташованої праворуч.

При необхідності інтеграції в піч водогрійного контуру його встановлюють під склепінням другого ковпака. Такий спосіб не впливає на теплове рівновагу системи і не робить негативного впливу на режим горіння палива.

Ще більше підвищити ККД печей цього типу дозволяє установка декількох каскадів, кожен з яких складається з двох ковпаків, проте зважаючи на складність монтажу і підвищених вимог до термостійкості футерування подібні конструкції популярністю серед пічників-любителів не користуються.

Принципова схема найпростішої печі Кузнєцова

Описані вище принципи природного руху гарячих газів повністю витримані в печах, розроблених І.В. Кузнєцовим. На наведеній вище схемі одного з таких агрегатів цифрами позначені: 1 - топкова камера; 2 - так званий сухий шов; 3 - внутрішній купол;

4 - теплообмінник; 5 - верхній купол; 6 - димар. Як бачите, топка і нижній ковпак об'єднуються в один простір, розділене вузьким каналом, який називають «сухим швом». Це дозволило створити у внутрішньому куполі і зоні спалювання умови, найбільш підходящі для вільного руху гарячого газу до склепіння ковпака, а охолодженого - в сторону топки.

Розрахунок купольних опалювальних приладів

Не вдаючись в складні термодинамічні викладки, наведемо найпростішу методику розрахунку Колпакової печі, якою користуються не теоретики, а самі що ні на є справжні пічники з великим стажем роботи і десятками успішно працюють опалювальних прібооров в активі.

Якщо за основу планується взяти одну з існуючих конструкцій, то буде потрібно порахувати тепловтрати приміщення. Для цього визначають його обсяг, грунтуючись на габаритах зовнішніх поверхонь стін і стель. Щоб спростити собі задачу, можна виміряти внутрішні розміри і додати до них подвоєні значення товщини стін. Отримавши кубатуру приміщення, множать її величину на 21 - усереднене значення теплових втрат для 1 кубічного метра загального обсягу. Потужність печі повинна бути на 15-20% більше отриманих значень.

Мініатюрна піч, призначена для опалення двоповерхового будинку

Тепер що стосується випадку, коли з якої-небудь причини жоден із знайдених проектів вас не влаштовує. Вихід один - створити опалювальний прилад самостійно, грунтуючись на загальних принципах будівництва колпакових печей і способах визначення їх внутрішніх розмірів за методом пропорцій. Все, що для цього буде потрібно - правильно визначити зовнішні габарити обігрівального агрегату. Методика розрахунків в цьому випадку також не відрізняється складністю. Перш за все, отримане значення тепловтрат треба розділити на 300 - теплову потужність, яку можна зняти з 1 кв. м зовнішніх стінок печі. При цьому беруться до уваги тільки активні поверхні, тобто ті, які безпосередньо беруть участь в теплообміні. Таким способом одержують площа стінок, розташованих вище колосників. Додавши до них квадратуру інших частин печі, отримують загальну площу твердопаливного теплогенератора. Його висоту і ширину визначають згідно співвідношенням конструкції, взятої в якості прикладу.

Іноді виникають ситуації, коли вийшов в результаті агрегат виходить занадто громіздким. Не біда - його можна спокійно зменшити на 25-30%, якщо виходити з того, що топитися піч буде вранці і ввечері.

Роблячи піч компактнішою, слід знати, що подвійна топка ніколи не дасть подвоєною тепловіддачі. Максимум, якого можна досягти - це приріст теплової енергії на 40-50%. Так що естетам і перфекціоністам доведеться змиритися з втратою в економічності опалювального приладу.

Що ж стосується сухого шва, то його виконують шириною 2-3 см, причому нижнє значення приймають під час побудови щодня експлуатованих агрегатів, а верхнє - при спорудженні «печей вихідного дня», тобто встановлених на дачах, в мисливських будиночках і т. Д .

Як і було обіцяно у вступній частині, представляємо вашій увазі порядовку і технологію будівництва нескладної у виготовленні, але дуже популярною печі авторства І. В. Кузнєцова. Її теплова потужність становить 10 кВт, чого буде достатньо для дому середніх розмірів.

Порядовка однією з найбільш повторюваних конструкцій, розроблених І. В. Кузнєцовим

Що знадобиться для будівництва

Відразу відзначимо, що для будівництва печі краще не брати цегла, що був у вжитку. Постійні температурні перепади і так є не найбільш сприятливий для його експлуатації, а якщо взяти матеріал з втомна напруга, то не виключено, що через пару-трійку років стінки печі почнуть просто розсипатися на порох. Отже, що знадобиться підготувати для реалізації нашого проекту:

• повнотіла цегла з червоної глини M 150 в кількості 754 шт. - для кладки корпусу опалювального приладу і димоходу;
• пісок, 150 кг;
• глина дрібної фракції, 130 кг;
• цегла вогнетривка - 63 шт., який знадобиться для облаштування ядра печі;
  У продажу найчастіше зустрічається шамотна цегла марок Ш-5 і ШБ-8. У нашому випадку краще взяти останній, оскільки його габарити цілком відповідають розмірам червоної цегли.
• піддувальна дверцята, 1 шт .;
• топкова дверцята, 1 шт;
• дверцята для прочистки каналів, 6 шт;
• колосникові грати, 1 шт (мінімальний розмір 250х375 мм, який можна набрати з окремих колосників);
• сталевий дріт для перев'язки рядів;
• металевий куточок;
• засувка димаря, 1 шт;
• азбестовий шнур або базальтовий ущільнювач - для герметизації місць установки чавунного лиття.

Якщо ви коли-небудь виконували цегляну кладку, то повинні знати, що для цього знадобиться:

• кельма (кельму);
• ємність для приготування розчину;
• будівельний рівень;
• схил і шнур;
• молоток каменяра;
• міксер для перемішування суміші (можна скористатися насадкою для електродрилі або готувати розчин вручну);
• рулетка;
• олівець.

Якщо в процесі будівництва буде потрібно підрізування цегли для лицьового боку печі, то цю роботу краще виконувати за допомогою болгарки з встановленим відрізним диском для каменю і бетону.

Підготовчі роботи

Перш ніж приступити до будівництва, вибирають місце і визначають конструкцію і розташування димоходу (як в приміщенні, так і на даху). Після цього можна починати роботи з облаштування основи печі. Якщо опалювальний агрегат зводиться разом з будинком, то заливають загальний фундамент. У разі коли піч кладуть в житловому приміщенні необхідно видалити частину підлоги, яка припадає на «Кузнецівці». При цьому зовнішній контур підстави печі повинен бути на 10-15 см більше його габаритів.

Варіанти розміщення димоходу для Колпакової печі

Для облаштування фундаменту роблять поглиблення 20-25 см, на дно якого насипають піщану подушку товщиною 10 см, яку проливають водою і утрамбовують. Після цього на висоті 5 см укладають армуючої сітки, по зовнішньому периметру встановлюють опалубку і заливають конструкцію бетоном. Приступати до кладки можна відразу ж після його повного схоплювання, яке в залежності від температури відбувається приблизно за 2-3 доби.

Кроме заливки Підстави, перед початком кладки нужно підготуваті розчин. Для цього беруть чисту глину и просіяній річковий пісок. Глину вісіпають у велику металеву Ємність, розминаються и замочують у невелікій кількості води. Після того як вона добре раскиснет, додають пісок і доводять консистенцію розчину до стану дуже густої сметани. Найчастіше пічники використовують пропорцію 3 частини глини на 1 частина піску, але правильне співвідношення компонентів залежить від типу глини - чим вище її жирність, тим більше буде потрібно додавати піску (аж до співвідношення 2: 1).

Приступаючи до роботи, краще роздрукувати порядовки на папері, в процесі будівництва закреслюючи кожний укладений ряд. Особливу увагу приділяють місцям установки футеровочного шару - на схемах вони виділяються пунктиром або іншим кольором. Врахуйте, що якщо замість вогнетривкого матеріалу буде використаний звичайний цегла, то така піч буде не тільки недовговічною, але і малопродуктивною.

Як спорудити піч за допомогою схеми порядовки своїми руками

1. 1-й і 2-й ряди викладають з червоної цегли. При цьому важливо пам'ятати, що будь-яка піч споруджується тільки з використанням глиняних розчинів, цемент тут недоречний. При бажанні днище «Кузнецівці» можна зробити і товщі - це піде тільки на користь теплоізоляції її нижній частині.

Укладання першого ряду ведуть суцільно

2. Починаючи з другого ряду виводять канали димоходу і монтують піддавали. У передній і правої бічної стінки встановлюють дверцята для чищення печі. Важливо виставити їх рамки за рівнем або схилу, інакше спорудження буде виглядати неохайно. Кріплення металевих елементів проводиться за допомогою сталевого дроту (краще оцинкованої), покладеної в кладку. Оскільки метал і цегла мають різний коефіцієнт теплового розширення, то при експлуатації печі шви, що примикають до чавунних елементів, будуть розтріскуватися. Щоб компенсувати зміщення конструкцій при нагріванні, між пічним литвом і цегляними стінами укладають шар азбесту або базальтової вати товщиною 5-6 мм.

Один із способів облаштування компенсаційних швів

3. Ряд №4 повинен перекрити дверцята піддувала. В якості опори для верхніх цегли використовують перекладину з металевого куточка, покладену на бічні стінки прорізу.

При будівництві печей товщина цегляних швів повинна бути більше, ніж при зведенні інших конструкційних споруд. Це пов'язано з необхідністю компенсації теплового розширення частин опалювального агрегату, які мають різну температуру.

4. Починаючи з 5-го ряду виконують вогнетривку футеровку робочої зони шамотною цеглою, поставленим на ребро. Для його кладки краще використовувати не звичайну глину, а шамотну - вона не буде вигоряти під впливом високої температури. На цьому ж етапі встановлюють і колосникові грати. Тут же доведеться і виконати перший сухий шов - на порядовке він позначається синім кольором. Для цього після викладення шамоту в строго відведених місцях глиняний розчин з кладки вилучається, а зазор заповнюється прокладками з каолінового, базальтового або іншої мінеральної картону.

Високотемпературна зона викладається шамотною цеглою

5. 6-й ряд примітний установкою топкових дверцят. Якщо естетична сторона для вас не менш важлива функціональності, то краще взяти оригінальну пічну чугуніну, яку зараз у великій кількості можна знайти в будівельних магазинах.

Монтаж топкових дверцят

6. Аналогічно перекриття піддувала, на 9 ряду закривають топковий отвір, продовжуючи зведення внутрішніх каналів печі. Не зайве буде ще раз нагадати про необхідність перевірки рівності кладки бульбашковим рівнем.

7. На рівні 12 і 13 ряду у внутрішньому просторі печі споруджуються стовпчики каталізатора.

8. 17-м і 18-м поруч перекривається нижній ковпак опалювального агрегату.

Допоміжні шнури, натягнуті по кутах споруди, допоможуть впоратися з завданням починаючому пічник

9. Починаючи з 19-го ряду зводиться верхній ковпак з внутрішніми теплообмінними каналами. Тут же встановлюються і чотири дверцята для їх чистки.

10. Обов'язково зверніть увагу на засувку димового каналу, встановлену в 28 ряду. Вона знадобиться для того, щоб піч не остигала в період між топками.

11. 29-м і 30-м поруч формують склепіння верхнього купола, а починаючи з 31 зводять димохід.

Може з першого разу така красуня у вас і не вийде, проте, завжди є до чого прагнути

Після того як піч буде складена, проводять першу розпалювання. Не слід відразу ж завантажувати топливник по повній - агрегат повинен нагріватися неспішно, інакше не минути появи тріщин в кладок швах. У перші хвилини випробувального запуску піч може трохи коптити, поки повністю не прогріється її внутрішній обсяг. Надалі викиди диму з топливника і піддувала неприпустимі, і якщо вони з'являються, значить, порушена технологія будівництва. Після прогріву і випалу печі перевіряють її працездатність в різних режимах, а також обстежують зовнішні елементи на предмет їх герметичності.

Що слід враховувати під час будівництва

Сухий шов, яким топка з'єднується з ковпаком, потрібен для координації конвекційних потоків, присутніх в обох камерах. Горючий газ з високим вмістом водяної пари засмоктується в топливник для повторного спалювання, що покращує теплові показники роботи печі і сприяє появі турбулентності в її атмосфері.

Паливна камера заповнюється повітрям не тільки з піддувала, але і по каналах, розташованим в стінках печі. Завдяки цьому під склепінням ковпака присутній додаткову кількість кисню (вторинного повітря), необхідне для допалювання піролізних газів. У разі використання однієї тільки колосникових грат повного спалювання досягти не вдасться, оскільки весь кисень буде вигоряти у верхній частині полум'я.

Стовпчики каталізатора встановлюються тільки з шамотної цегли, оскільки розміщуються вище топки - в зоні високої температури. Розігріваючись до червоного, вони допалюють все, що піднімається під купол.

З огляду на деякі особливості будівництва Колпакової печі, хочеться дати кілька простих порад.

1. Камера згоряння не повинна бути частиною купола. Вся сіль конструкції Кузнєцова в тому, що дрова повинні горіти в невеликій камері - так буде набагато простіше створити високу температуру, необхідну для завершення процесів піролізу. Якщо ж об'єднати топку і ковпак в одному просторі, то вийде звичайнісінька російська піч, яка до того ж ще й буде диміти через погану тяги.
2. Випал печі починають з трісок, додаючи паливо невеликими порціями протягом декількох годин.
3. Через різних коефіцієнтів температурної деформації шамотна топка може розірвати зовнішній короб з червоної цегли, тому в місцях взаємного примикання обов'язково потрібні деформаційні зазори.
4. Для посилення кладки в поздовжні шви укладають відрізки сталевого дроту. Необов'язково виконувати перев'язку постійно - досить підсилити кожен другий або третій шов.
5. Досвідчені пічники не рекомендують замочувати цегла перед укладанням.

Наостанок зауважимо, що вносити будь-які зміни в описану конструкцію можна тільки в тому випадку, якщо ви добре розбираєтеся в процесах, що протікають в колпакових печах і впевнені в правильності переробок. В іншому випадку експлуатація «вдосконаленого» опалювального приладу може бути не тільки малоефективною, а й небезпечною.

Відео: Будівництво опалювально-варильної купольної печі

Як бачите, при акуратній і вдумливої ​​роботі повторити існуючу конструкцію нескладно. Порядовки печей Кузнєцова не є комерційною таємницею, оскільки сам автор надає доступ до креслень і схем всім бажаючим. З огляду на величезну різноманітність опалювальних агрегатів різного призначення, не важко буде знайти Колпакова конструкцію, яка ідеально підійде під ваші умови. Важливо тільки пам'ятати - в пічному справі дрібниць не буває!

Оцініть статтю:

Поділіться з друзями!