одноколпаковая печь для бани
Колпаковая печь: принцип работы и пошаговая инструкция по изготовлению
Колпаковая печь – одна из популярнейших разновидностей печей. Её ещё называют “Кузнецовка” по фамилии создателя В.И. Кузнецова. Колпаковые печи отличаются своей эффективностью и экономичностью от других типов печей. А с правильной схемой в руках, многие самостоятельно собирают подобные тепловые устройства. Главное придерживаться точных размеров и использовать только качественный материал при строительстве.
Принцип работы колпаковой печи Кузнецова
Основой принципа работы колпаковых печей является свободное движение газов.
Колпаковая печь Кузнецова
Обычное канальное отопление (традиционные русские печи), подразумевает под собой движение разогретого воздуха по дымоходу. Стенки дымохода нагреваются, передавая тепло в помещения, а остывающий воздух под действием тяги выходит через трубу наружу. Однако у канальных печей есть существенные минусы:
Процесс работы колпаковой печи Кузнецова, заключается в вытеснении остывающего воздуха из под колпака горячим потоком. В конструкции данной печи присутствуют один или два колпака, которые задерживают тёплый воздух. Остывая, он вытесняется новыми горячими потоками. Проходя через колпаки, воздух под действием вытеснения выходит из печи. Процесс мощности горения и регулировки температуры в колпаковой печи происходит самостоятельно. Количество колпаков обуславливается количеством отопительных помещений. Чем большую площадь нужно обогреть, тем больше колпаков необходимо. Так достигается требуемая производительность.
Колпаковая печь может играть двойственную функцию. Колпак может служить для приготовления пищи или выполнять функцию ёмкости для нагрева жидкости. В связи с функциональными отличиями печи Кузнецова можно разделить на такие виды, как:
Независимо от вида и функциональности колпаковой печи, принцип действия не меняется.
Расчёт колпаковой печи
Расчёт размера будущей печи, основывается на теплопотери обогреваемого помещения. Это не простой процесс, которые требует помощи разбирающегося человека.
Для начала необходимо высчитать кубатуру помещения. Размеры берутся по наружному периметру здания. Связанно это с тем, что помещение отдаёт тепло наружной стороной стен. Далее общую кубатуру необходимо умножить на 21.
Полученное число и есть теплопотеря рассчитываемого помещения. Дальнейшим действием будет деление теплопотери на 300. Это число обозначает теплоотдачу квадратного метра печи, именно прогреваемой поверхности. Получившееся число, это внешние габариты будущей печи.
Если приступать к строительству без опыта, то конструкцию внутреннего устройства печи лучше взять из готовых схем, а не придумывать самостоятельно.
Необходимые материалы
Перед началом строительства, необходимо купить все требуемые материалы и подготовить необходимые инструменты, что бы ни приостанавливать постройку.
Огнеупорный кирпич
Материалы для строительства печи:
Инструменты для строительства “Кузнецовки”:
Так будет выглядеть минимальный набор инструмента, без которого не удастся добиться нужного результата.
Возведение колпаковой печи
Перед постройкой печи Кузнецова своими руками, необходимо знать некоторые правила:
Порядовка – это набор чертежей, для поэтапного возведения печи. На чертежах изображён каждый ряд кирпичей в подробностях. Вносить поправки в эти схемы категорически не рекомендуется, так как это проверенные работы.
Пошаговое строительство колпаковой печи:
Шаг 1 — фундамент
После выбора схемы будущей печи, необходимо сделать качественный фундамент под неё. Фундамент печи не должен быть соединённым с фундаментом дома. Основание должно быть ровным во избежание дальнейшем деформации постройки. Сам фундамент должен быть на 20 сантиметров выше уровня пола и на 10 сантиметров больше по периметру, чем сама печь. После откапывания ямы и сооружения опалубки, необходимо насыпать песочную подушку около 20 см, закрепить армирующий каркас из металлических прутьев и можно заливать раствор.
Шаг 2 — кладка печи
После полного застывания основания можно приступать к кирпичной кладке. Перед кладкой первого ряда, необходимо постелить на фундамент слой отражающей фольги. Если дом деревянный, то перед фольгой требуется положить лист асбеста.
Порядовки колпаковой печи:
Красным обозначен керамический кирпич, жёлтым – огнеупорный.
Некоторые кирпичи придётся разделять пополам, некоторые стачивать и делать нестандартную форму.
Кладку нужно производить равномерно. Кладка боковых стенок должна происходить справа налево. Во втором ряду устанавливается дверца поддувала и окошко для чистки печи. По окончанию второго ряда можно начинать делать канал для дыма.
Далее укладываются ряды между поддувалом и дверцей печи. В это же время создаются внутренние перегородки. На 5 ряду нужно установить колосник.
Возведение печи по порядовке, несложное задание, однако необходимо всё делать внимательно что бы не допустить ошибку.
Шаг 3 — проверка
После окончания кладки, должно пройти не менее суток, для полноценного застывания раствора. По истечению этого времени, можно провести проверку печи.
Для первой растопки достаточно небольшого количества топлива. Постепенно температуру необходимо увеличивать. Во время такой проверки печь подвергнется обжигу, определиться работоспособность, а так же герметичность.
При обнаружении нарушений герметичности, необходимо как можно быстрее устранить их. При пробном разогревании, температуру требуется поднять до 700-900 градусов.
Особенностью колпаковых печей Кузнецова, является технология “плавающей топки”.
Для такого типа топки используется сухой шов.
Сухой шов – это специальный зазор, который находиться на дне топки возле крайнего угла. Благодаря этому шву, происходит безопасное разделение газа в топке на горячий и холодный.
При кладке граней, можно использовать закруглённый кирпич. Он подойдёт к разным видам интерьера. Ещё один плюс закруглённых краёв заключается в меньшей деформации от физических воздействий.
При выборе материла для теплоотражения, может встать вопрос о покупке рубероида вместо теплоотражающей фольги. Лучше использовать фольгу, вследствие металлической составляющей.
Подводя итоги можно сказать, что печь Кузнецова по готовым порядовкам, сможет сделать человек без опыта. Однако стоит помнить, что строгое исполнение правил и технологий готовых чертежей – прямой залог успеха. Можно изменять размер, но следует помнить о правильной порядовке. Собственные изменения могут привести к разрушительным последствиям.
При появлении определённых сложностей, лучше обратиться к специалистам. Особенно при строительстве печи с 2 и более колпаков.
Преимущества и недостатки “Кузнецовок”
Колпапоковые печи отличаются от других видов печей большим количеством преимуществ:
Колпаковая печь
Недостатков у таких печей гораздо меньше чем преимуществ. К минусам можно отнести:
Правильно подобранный тип колпаковой печи, сможет обеспечить не только обогревом жилых помещений, но и помочь при готовке пищи или нагреве воды
Печь Кузнецова для бани своими руками
Из существующих вариантов обогрева печь Кузнецова для бани можно считать наиболее удачным решением при любом размере помещения. В отличие от большинства существующих проектов с замысловатыми переплетением каналов и греющих поверхностей, банная печь Кузнецова выглядит достаточно просто и доступно для постройки своими руками. Правда, чтобы добиться от колпаковой печи кузнецовской схемы высоких показателей, мало качественно сложить кирпичную коробку печи, нужно еще как минимум понимать принцип ее работы.
Кирпичная печка Кузнецова занимает в бане минимум пространства
Кирпичные банные печи Кузнецова
По конструкции это классические дровяные топки с прямым сжиганием топлива на чугунных колосниках, основная часть тепла выделяется через фронтальную поверхность и боковые карманы, именуемые колпаками. Таких полостей может быть в печи одна или две. Устройство кирпичной печи для бани со встроенным колпаком было придумано довольно давно, Кузнецов лишь доработал принцип и придумал оригинальную схему.
В классическом варианте полость колпака находится рядом или сверху топки
Схема топки Кузнецова
Благодаря новациям Кузнецова удалось решить две довольно серьезные проблемы:
Важно! В целом кирпичная коробка получается компактной и легкой, поэтому очень часто кирпичная печь Кузнецова для бани ставится на простой бутовый фундамент или даже на деревянные полы.
В среднем высота печи Кузнецова с учетом полости для каменки не превышает 110-120 см, ширина и длина в основании – 80х90 см. Это оптимальный вариант для парилки и обогрева бани. При таких габаритах взрослому человеку одинаково удобно управляться и с поливом засыпки в каменке, и с чисткой топки и подзольника.
Основным элементом печи Кузнецова является колпак. Большая часть горячих продуктов горения не выбрасывается через свод топки в трубу дымохода, а дополнительно попадает в боковую полость, где отдает тепло, охлаждается, и только после этого через дымовой канал выбрасывается вверх, на крышу.
Вспомогательная полость может применяться для монтажа теплообменника под горячую воду в бане
Виды печей
Колпак в качестве элемента системы каналов используется довольно давно. В разных вариантах исполнения, от кирпичного свода в печи до чугунной плиты или засыпки камнем. Наиболее простая банная колпаковая печь может иметь встроенный стальной или медный свод, существенно улучшающий условия для движения раскаленных газов.
Дополнительная полость может быть надстроена над топкой для лучшего подогрева камней или встроенного бака для воды.
Кирпичные банные печи Кузнецова отличаются от классических версий топок с колпаком по трем условиям:
Колпаковую печь – каменку, работающую по схеме Кузнецова, легко отличить по наличию дополнительного окошка с дверцей, расположенного рядом с зольником.
Это означает, что при правильно выбранной своими руками порядовки банной печи Кузнецова можно полностью избежать столь неприятных явлений, как появление обратной тяги в трубе и набрасывание сажи из дымохода на крышу бани.
Достоинства
Основные преимущества печи Кузнецова – это не только отсутствие сажевых пятен на крыше бани или защита от забросов дыма внутрь парилки. Достоинств у системы Кузнецова довольно много, можно перечислить лишь наиболее важные:
Особенностью конструкции Кузнецова является то, что в процессе дожигания газов под сводом топки в верхней части колпака развивается очень высокая температура. Это способствует глубокому сжиганию газов, продуктов термолиза дров. На первый взгляд пустяк, но если кому-то придет в голову топить печь в бане сосновыми дровами или нарезанными чурками от деревянных шпал, ничего страшного не произойдет. Ничего, кроме постороннего запаха, не появится.
Кузнецов, разрабатывая в прошлом веке свою версию дровяной печи для бани, придумал интересное устройство, известное, как сухой шов. По сути, это вертикальная щель или зазор 1,5-2 см между стенкой и торцом перегородки, отделяющей пространство колпака от топки. Через верхнюю часть зазора горячие газы перетекают из топки в колпаковое пространство.
Через нижний край шва более холодные балластные газы, не поддерживающие горение, прямиком отправляются в дымоход, не отбирая драгоценное тепло у продуктов горения. Именно благодаря этому устройству печь Кузнецова получила широкое распространение, как наиболее экономичная для обогрева бани, жилых помещений, для сушки продуктов и выпечки хлеба.
Как сделать печь Кузнецова для бани своими руками
Выбирая схему кирпичной каменки, всегда приходится «привязывать» ее к особенностям устройства внутреннего пространства бани и учитывать собственные возможности. Не всем дано выложить печь – каменку с несколькими карманами и перегородками внутри. Поэтому, если есть навыки и опыт в укладке печей для бани, можно испытать свои силы в постройке полноценной системы Кузнецова. Для первого же опыта, возможно, лучшим решением будет более простой вариант с одним карманом.
Чертеж и порядовка
Ниже представлен универсальный вариант каменки с размерами основания 630х1020 мм. Высота печи составляет всего 1050 мм.
Среди достоинств данной схемы можно отметить простую раскладку перегородок внутри печи. К отрицательным сторонам относят наличие каминного зуба. Без него печь будет неэкономичной. Обычно такие каменки применяют в небольших банях, где каменка одновременно прогревает и парилку, и мойку с предбанником.
Порядовка для классической системы Кузнецова с двумя колпаками
Простой вариант печи Кузнецова
Более доступный для изготовления своими руками и одновременно экономичный вариант печи приведен на схеме ниже. По сути, простейшая печь Кузнецова представляет собой коробчатый корпус, сложенный из красного кирпича, внутри которого выделено три полости. Первая отведена для обустройства топки. Вторая и третья соответственно используются для дожигающего колпака и вытяжного подъемного канала.
Перегородка и внутренняя поверхность топки подлежат облицовке шамотным кирпичом, что позволяет избежать прогаров и растрескивания перегородок и наружных стен печи.
При желании печь Кузнецова можно выполнить с полостью для подогрева воздуха или ограничиться простейшим решением, но с установкой дожигающей катализаторной решетки из шамотного камня.
Какие материалы нужны
Для выкладки наружных стен печи Кузнецова рекомендуется использовать красный керамический камень марки М150 размером 250х120х65 мм, без облегчающих кромок и полостей. В среднем на одну печку уйдет не менее 200 шт. кирпича. В качестве кладочного раствора можно использовать замес на глине и низкомарочном цементе, но лучше купить хороший клей для каминных и кирпичных печей бани.
То же самое касается укладки огнеупора, топку по рекомендациям Кузнецова выкладываем шамотом ШБ8, остальные части, в том числе колпак и полость под сухим швом, кирпичом Ш5. Клей для шамота нужно покупать, любые самодельные растворы рассыпаются в течение месяца, даже при небольшой нагрузке бани.
Также потребуется асбестовое волокно в шнурах, базальтовый картон толщиной 5 мм, металлические, лучше чугунные вставки в портал печи, а также сопутствующая запорная арматура, чугунный колосник, дверцы и задвижки.
Кроме того, для обустройства фундамента печи Кузнецова в бане потребуется бутовый камень, песок, щебень, небольшое количество рубероида и металлическая сетка для армирования подошвы.
Каменку для бани строим из полнотелого красного и шамотного кирпича
Необходимые инструменты
Для строительства печи Кузнецова используется тот же набор приспособлений, что и для любой кирпичной каменки в обычную баню. Кроме шанцевого инструмента, для рытья мини котлована потребуются:
Особое внимание уделяем нарезке и раскройке кирпича под укладку печи. Если красный керамический режется более-менее сносно даже угловой машинкой, то шамот приходится вырезать в несколько проходов, под небольшой нагрузкой, не допуская перегрева и термических ударов. Шамотный камень легко скалывается в неожиданных местах. Резать кирпич для печи системы Кузнецова придется много и часто.
Подготовка фундамента
Прежде всего нужно рассчитать общий вес печи Кузнецова, отдельно считаем количество красного и шамотного кирпича. К полученному добавляем вес дымохода и каменной засыпки. Если вес получился более 400 кг, то нужно будет делать индивидуальный фундамент.
Обычно основание внутри бани заливают в виде бетонной плиты. В грунте отрывают котлован, размеры которого должны быть больше габаритов печи минимум в 1,2-1,5 крат. На дно осыпается песок с мелким гравием. Далее укладывают бутовый камень, поверх которого заливают бетонную подушку. На деревянный пол бани лучше не ставить, слишком уж горячей получается топка Кузнецова.
Последним этапом на бетон наплавляют рубероид и укладывают базальтовый картон термоизоляции. При этом плоскость основания должна быть выше уровня пола в бане минимум на 40-50 мм, а образовавшуюся щель по периметру фундамента затирают термостойким герметиком.
Кирпичная кладка
Строительство каменки Кузнецова начинается с выкладки первого ряда, обычно это площадка или сгон из керамического камня в два слоя с перекрытием швов.
Далее необходимо выложить из шамота дно и желоб зольника, укладываем чугунный колосник и формируем из красного кирпича наружные стены и перегородку, отделяющую топку от пространства колпака и дымоходного канала. Толщина шва не должна быть больше 7 мм.
Стены нужно будет выложить на высоту топливной камеры, после чего изготавливаем главные детали печи Кузнецова – решетку из шамота и сухой шов. Стены внутри печи закрываем базальтовым картоном и заклеиваем тонкими шамотными плитками.
Далее устанавливаем дверцу в топочную камеру, обязательно привязываем ее проволокой, швы и стыки неплотно забиваем асбестовым шнуром. Процедуру заделки нужно будет повторить после первого протапливания и охлаждения без помывки в бане.
Верхнюю плоскость закладываем кирпичом, в потолочном своде каменки устанавливаем чугунную задвижку со штоковым приводом.
Возможные сложности
Большинство проблемных ситуаций с системой Кузнецова возникает из-за неправильной эксплуатации. На первых порах нельзя греть помещение бани на полной мощности. Факел внутри кузнецовской топки почти втрое выше, чем у обычной печи, поэтому стены и особенно свод очень быстро нагреваются. В результате появляются трещины и выкрашивается кладочный клей.
Кроме того, все металлические детали внутри топки должны иметь свободную посадку, чтобы тепловое расширение металла не разорвало шов или не выдавило камень.
Еще одна проблема может возникнуть в ситуации, когда дверца топки рамкой плотно соприкасается с раскаленным шамотом, со временем огнеупорный камень выдавит металлическую основу, и аппарат Кузнецова без видимых причин начнет дымить внутри бани.
Заключение
Печь Кузнецова для бани можно считать самым современным решением, экономичным и надежным в эксплуатации. Единственный недостаток заключается в высокой цене, поэтому ставить ее внутри бани имеет смысл лишь при условии, что парилкой пользуются как минимум 30 часов в неделю. В противном случае проще в бане поставить современную чугунную каменку с экраном из кирпича.
Колпаковая печь Кузнецова: простая конструкция для постройки своими руками
О колпаковых печах знают не только в России, но и далеко за её пределами. Наряду с конструкциями канального типа они отапливают множество домов, поражая даже бывалых печников своей экономичностью и производительностью. К сожалению, об их создателе — И. В. Кузнецове, знают далеко не все. А ведь на счету изобретателя более полутора сотен различных конструкций, так полюбившихся владельцам загородных жилищ за необыкновенное удобство, неприхотливость и комфорт. Технология, разработанная известным печником, позволяет сооружать обогревающие приборы в современных домах, получая при этом не только качественное отопление, но и стильное дополнение интерьера. В рамках этой статьи мы расскажем о секрете успеха и конструктивных особенностях уникальных отопительных агрегатов, а также поделимся технологией строительства своими руками одной из наиболее популярных купольных печей Игоря Викторовича Кузнецова.
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
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
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
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.
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.
Видео: Строительство отопительно-варочной купольной печи
Как видите, при аккуратной и вдумчивой работе повторить существующую конструкцию несложно. Порядовки печей Кузнецова не являются коммерческой тайной, поскольку сам автор предоставляет доступ к чертежам и схемам всем желающим. Учитывая огромное разнообразие отопительных агрегатов различного назначения, не составит труда найти колпаковую конструкцию, которая идеально подойдёт под ваши условия. Важно только помнить — в печном деле мелочей не бывает!