Огородник
Назад

Отопительные печи Кузнецова - чертежи, порядовка колпаковой банной кирпичной печи своими руками, фото и видео

Опубликовано: 30.03.2020
Время на чтение: 12 мин
0
3

Преимущества и недостатки колпаковой печи

Осенью в саду и в огороде работы еще много, а световой день короткий, и хочется сделать больше, все успеть. К вечеру накапливается усталость. И потому очень приятно помыться в бане, провести вечер и ночь в тепле.

С наступлением холодов тяга к вечернему теплу жилища растет. Но что делать, если в городской квартире отопление еще не включили, а ночевка в дачном домике требует работы электронагревателя и большого расхода электроэнергии. К тому же, широкое распространение такого метода обогрева отдаляет людей от общения с природным естеством – живым огнем.

https://www.youtube.com/watch/8Rbd28W_bZA

Мы с женой как-то вернулись на дачу после 4-х-дневного отсутствия. Дом встретил нас холодом и сыростью. Затопили мини-камин, затем печь. Через 4 часа дом наполнился теплом.

Лето 2019 года тоже выдалось холодным, поэтому сожгли весь переходящий запас сухих дров, но ничего, нашли простое средство растопки новыми дровами. Тем более что отопление дровами полезно еще и получением минерального удобрения – древесной золы.

Содержание минералов в древесной золе, %
Вид дров  Р2О5   К2О СаО Источник
береза 7,1   13,8 36,3 Освоение дачного участка / Ю.М. Андреев, 
Москва: ЭКСМО-Пресс: Лик пресс, 2001, – стр.114 
сосна 2,0 6,9  31,8

Два года назад в магазинах появилась древесная зола в упаковке 1 л по цене 65 рублей. При этом название древесины, из которой она была получена, на пачке не указывалось. А ведь состав золы важен для растений.

Кирпичная колпаковая печь отличается набором положительных моментов, создающих ей отменную репутацию среди других видов устройств:

  • Экономичность и простота. В процессе строительства требуется сравнительно небольшое количество материалов для работы, что считается одним из основных критериев при выборе типа постройки.
  • Легкая система конструкции. Процесс возведения печи не предусматривает сложных механизмов, поэтому справиться с задачей под силу даже начинающему строителю.
  • Простота в обслуживании. Небольшая печь шведка из кирпича не сильно прихотлива в уходе благодаря удобной конструкции.
  • Высокая скорость работы. Конструкция отличается высоким прогревом, как следствие — за минимальный срок способна подарить тепло помещению.
  • Разнообразие в оформлении. Каждый может самостоятельно подобрать наиболее подходящий вариант дизайна печи.
alt
В печи происходит неравномерный нагрев.
  • Отсутствие возможности струевого ввода потока воздуха при недостаточно нагретой трубе и ограниченной тяги.
  • В отличие от канальной конструкции, в колпаковой печи нагрев происходит с неравномерным дожигом.
  • Большой объем потребляемого топлива является существенным недостатком. Однако, если учитывать некоторые особенности процесса топки, затрат можно избежать.

Механизм работы

Основные две характерные черты печей длительного горения — эффективная работа и продуктивность. Иначе говоря, коэффициент полезного действия функционирования устройства достигает высоких отметок. Отличия от других печей проявляются в совершенно другой газовой системе, которая продумана более грамотно и рационально.

Теплый воздух дольше остается в печи, тем самым обогрев помещения длится больший промежуток времени. Холодные потоки воздуха, наоборот, высвобождаются через дымоход. Свое название отопительные кирпичные колпаковые печи получили за счет того, что нижняя часть устройства и очаг объединяются одним колпаком, который разделяет воздух. Горячий газ поднимается под колпак, тем самым задерживается там и концентрирует тепло.

Отопительные печи Кузнецова - чертежи, порядовка колпаковой банной кирпичной печи своими руками, фото и видео

Конструкция колпаковой печи

Отопительные печи Кузнецова - чертежи, порядовка колпаковой банной кирпичной печи своими руками, фото и видео

Печка с колпаком была разработана инженером Игорем Кузнецовым в начале 60-х годов прошлого столетия. Впоследствии российский металлург Леонид Котляр усовершенствовал конструкцию так, чтобы она сохраняла тепло до 19 часов. Особенность «кузнецовки» в том, что нагретый воздух не уходит из трубы, а сбирается под колпаком.

Конструкция двухметровой высоты с основанием 1м*1м может достигать тепловой мощности в 3,5–4,5 кВт. Достаточно такой колпаковой печи для отопления дома в 50 квадратных метров в умеренной климатической зоне, если топить ее дважды в сутки.

Изобретатель усовершенствовал конструкцию, добавив еще один колпак. В  двухколпаковой отопительной печи Кузнецова первый накрывающий элемент связан с топочным отсеком и разделяет холодный и нагретый потоки. Второй колпак располагается в верхней печной части, задерживая горячий воздух, который до того как попасть в дымоход, долго отдает кирпичам тепло.

Двухколпаковая печь экономнее расходует топливо и обычно снабжена варочной поверхностью. Это позволяет готовить вкусные блюда без расхода электричества или газа. В конструкции печки уже предусмотрена вытяжка – нет необходимости монтировать дополнительную вентиляционную систему.

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.

Предлагаем ознакомиться  Как сделать чай без чая

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).

alt

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.

печь кузнецова своими руками

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.

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

Схема движения (поворотов) дыма помечена цифрами в кружочках.

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

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

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

Предлагаем ознакомиться  Стелющиеся декоративные растения

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

Конструирование печи

На протяжении многих веков печь располагалась в центре избы, на ней готовили еду, обогревались и спали. Для этого надо было залезать на лежанку под потолком.

Теперь лежанку можно располагать на высоте сиденья дивана. Несмотря на давнюю известность такой простоты, как перекидной рукав между печью и трубой, в индивидуальном строительстве она не используется. Чтобы исправить эту досадную оплошность, а также в связи с необходимостью замены прогнившего пола, я занялся разработкой проекта колпаковой печи на бетонном фундаменте со стальным каркасом.

После разработки конструкторской документации (КД) стал искать печника. Провел много переговоров, но каждый предлагал изготовление уже освоенной им печи, на КД смотреть не желали. Тогда остановился на двух молодых людях, умеющих делать кирпичную кладку и сварку стальной арматуры. В течение лета изготовили фундамент печи, два месяца ушло на его выстаивание, и затем была завершена кладка всех элементов печи в соответствии с КД.

КД разработана по представленной схеме колпаковой печи. Данная схема известна, но в технической литературе я не нашел сведений о ее практическом исполнении (не было примеров порядовки кирпичной кладки).

Фундамент печи выполнен на слое щебенки, которой пришлось засыпать всю площадь комнаты (площадь, огражденную фундаментом). Это решение подсказало "озеро" воды после вскрытия прогнившего пола.

Как установить своими руками?

alt
Для строительства может понадобиться красный кирпич.

Отопительная система колпакового типа предполагает наличие необходимых для работы элементов в виде инвентаря и материалов. Точный список всего необходимого зависит от конкретной модели конструкции, размеров и других характеристик. Все же имеется стандартный набор, являющийся основой для любого проекта. В него входит:

  • красный кирпич;
  • шамотный огнеупорный материал;
  • колосник;
  • панель с чугунной плитой на две конфорки;
  • дымоходная задвижка;
  • шкаф духовой;
  • задвижка прямого хода и плиточной камеры;
  • поддувальная, прочистная и топочная дверца;
  • уголки стальные;
  • полка для ниши и сушильной камеры;
  • лист предтопочный (стальной);
  • молоток кирка;
  • мастерок;
  • резиновый молоток;
  • уровень строительный;
  • отвес;
  • шнур малярный;
  • емкость для раствора.

Общая характеристика печи

Элементы колпаковой печи Занимаемая 
площадь;
габариты, м
Год 
запуска
Период сохранения 
тепла
Объем 
помещения, куб.м
Тип
трубы
Печь отопительная;
колпак h=1,6 
перекидной рукав – 1,6 м;
труба – 5,5 м. 
3 кв.м;
ширина – 1,4,
длина – 2,85,
высота – 1,6 
2005  19 часов
после завершения топки
35 – комната;
53 – комната
с открытой дверью в коридор.
Выложена пятерочкой
(дымоход –25×12,5см)

Расходные материалы:

  • кирпич обожженный – 1200 штук;
  • цемент фундамента – 500 кг;
  • уголок 3×32×32 – 12 м;
  • глина кладки – менее 1 куб.м,
  • песчано-гравийная смесь (ПГС) – 1200 кг;
  • щебень – 7 куб.м.

Узлы печи:

  • кружало – каркас свода колпака, сварная конструкция из уголков удерживает кладку свода;
  • рама перекидного рукава, сварная конструкция из уголков удерживает две порядовки кладки перекидного рукава.

Покупные изделия:

  • дверцы – 3 штуки (зольника, чистки перекидного рукава, миникамина);
  • дверца топливника (камера сгорания) – 1 штука (прозрачная);
  • пластина (конфорка) топливника (чугун должен быть), но по факту вышла сталь с толщиной листа 8 мм;
  • колосник (дно топливника с отверстиями);
  • узел заслонки – вьюшка (закрытие дымохода трубы на 2/3).

При очередном заезде на дачу первая растопка печи начинается с прогрева трубы (мини-камин, расположен у основания трубы). Прогрев трубы длится 30-50 минут. Когда печь топится ежедневно, трубу прогревать не надо.

В основном в качестве дров использую березу. Каждую топку стараюсь завершать осиной, т.к. продукты ее горения очищают дымоходы. Во-вторых, осина при сгорании издает звуки мелких взрывов (треск дров). Пламя горения просматривается через прозрачное жаропрочное стекло дверцы топливника. Приятно засыпать в темноте комнаты, освещаемой пламенем и треском дров. Ночная сказка от всполохов пламени, особенно после бани. Крепкий сон, восстанавливает силы к новому дню – ночной санаторий.

Предлагаем ознакомиться  Кирпичная печь без фундамента на пол

Строительство печи Кузнецова своими руками

Поскольку главной целью разработок Кузнецова являлась эффективность и продуктивность (он работал над повышением значения КПД), для этого требовался принципиально новый и совершенный подход. 

Кузнецовым на протяжении не одного десятка лет разработано много проектов печей самого разного назначения. Построить некоторые из них можно самостоятельно. Для этого потребуются чертежи и порядовки печей Кузнецова. 

  1. Шамотный кирпич для внутренней кладки. Посчитать его количество можно согласно порядовке. Для простой конструкции его потребуется немного.
  2. Глиняный кирпич для наружной кладки, когда создаются, в том числе колпаковые печи Кузнецова – порядовка поможет узнать его количество. Желательно приобрести изделия марки М150.
  3. Глина в количестве 100-150 килограммов. Необходимо, чтобы она была хорошего качества. В противном случае при первом же обжиге готовой конструкции раствор растрескается.
  4. Очищенный песок. Его потребуется в 2 раза больше, чем глины. В продаже имеются готовые глинопесчаные смеси. Их нужно на 500 кирпичей примерно 0,2 м³.
  5. Металлическая фурнитура – колосник, топочная и поддувальная дверки, 2 стальных уголка, 5 метров проволоки. 

Рекомендации по заготовке дров

  • Топить можно разными дровами, но, чтобы сажа не засоряла дымоходы – 1/4-1/3 дров должна состоять из осины;
  • Выгоднее покупать дрова колодами заданной длины и колоть их самостоятельно, тогда в складируемом (продаваемом) объеме дров будет на 15% больше, а цена ниже на 20%;
  • При этом вам доставят колоды и самых больших диаметров (d{amp}gt;40 cм) от нижней части дерева, отдающей при сжигании больше тепла;
  • С колодами d{amp}gt;40 см удобно работать по схеме рубки колод большого диаметра (см. рис. выше): 1 – откалываем колуном первый сегмент (двойная линия скола), 2 – затем второй сегмент и далее простым топором завершаем работу с колодой, получая 12-17 поленьев. Молодежь с удовольствием постигает азы заготовки дров;
  • Полученные щепки складываем в отдельную тару, бережно расходуем при растопке.
  • Последний штрих использования. В печи пламя погасло, красные угли отдают последнее тепло, готовимся ко сну. Однако, преодолев дневную усталость, загружаем топливник мытым картофелем, и утром на столе красуется теплый печеный картофель.

Конечно, любая печь требует ухода и осторожности в эксплуатации, но насколько приятно осенью ощущать тепло и в доме, которое создает не электронагреватель, а живой огонь.

Если вы тоже сторонник такого способа отапливания жилища и готовы разобраться с представленными выше схемами, в вашем доме тоже может появиться колпаковая печь, которая "держит" тепло почти целые сутки. Узнать дополнительные детали проектирования, а также подробности строительства колпаковой печи от автора схем и ее владельца вы можете на странице его блога.

Фотографии Виталия Грошева.

Дополнения от автора

Поскольку к нам в редакцию продолжают обращаться читатели с просьбами уточнить некоторые детали построения печи, мы публикуем дополнения и еще несколько чертежей от автора, которыми он также решил поделиться.

1. Почему печь побелена?

Чтобы скрыть следы ремонта, который проводится летом, шпателем раскрываю трещины, образованные в швах между кирпичами. Возникновение трещин обусловлено интенсивной растопкой, когда в первые часы топки закладываем много дров. Осторожная умеренная растопка обязательна при запуске печи.

2. Раствор для ремонта, если нет сухой жаропрочной смеси – просеянная зола и цемент в дозах 1:1.

По содержанию поступивших вопросов и длительной эксплуатации (14 лет) внес изменения в эскизы печи. Изменения касаются 11 ряда порядовки кладки и того, что устанавливается на нее (плита), и выше (на 16-й ряд - кружало). Изменения представлены эскизами.

11-й ряд является верхним уровнем плиты, увеличена его ширина на пол кирпича (125 мм) и глубина на 65 мм, что увеличит теплоотдачу и полезную (рабочую) поверхность. При этом 13 кирпичей подлежат доработке. Чугунная плита оригинальная, в продаже отсутствует, надо размещать заказ изготовления отливки.

Традиционные конфорки со съемными кольцами заменены тонкой стенкой толщиной 4 мм, что предотвратит загрязнение дымом устанавливаемой посуды. Плоскость плиты должна совпадать с кирпичной кладкой. В кирпичах предварительно выполняются вырезы высотой 22 мм (высота шва и плиты).

Кружало устанавливается на 16-й ряд кирпичной кладки без раствора. Шнуры и прокладки при растопке печи сгорят, зазор теплового удлинения кружала останется. Внутреннюю поверхность кружала до установки следует проверить на шероховатость. Плоскость должна быть гладкой: в состоянии поставки холодно-катанного проката с промасленной поверхностью.

После выставления кружало обкладывается клиновыми шамотными кирпичами в три полукольца. Полукольца укладывать в два приема с интервалом не менее суток. Данное правило целесообразно использовать и при выполнении остальных порядовок печи. После укладки 4-х порядовок нужно сделать суточный перерыв под затвердевание раствора швов.

Торцевые стенки колпака завершают изготовление печи. Здесь кирпичи ставим на ребро, чем достигается min толщина стенки - 65 мм, чтобы иметь в кирпичной кладке две поверхности быстрой отдачи тепла. Данное качество полезно для быстрого прогрева комнаты после длительного отсутствия хозяев.

, , , ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector