Колпаковые и двухколпаковые печи для отопления дома

Конструкционные особенности

В настоящее время существует более 100 различных видов конструкций. Однако несмотря на разнообразие форм и дизайнерских решений, строение у всех печей одинаковое. Кузнецов, изобретая свою печку, первоочередными задачи для себя ставил: эффективность и высокая производительность. Для того, чтобы достичь этих показателей, особую роль создатель уделил расположению внутренних каналов колпаковой печи.

Колпак — это отдельная камера, где задерживается нагретый газ, за счет этого, достигается высокий КПД, а топлива расходуется намного меньше.

В стандартном варианте “колпаковки” — два колпака. Нижний находится в непосредственном контакте с топочной камерой, а другой колпак расположен в верхней части печки. Основная функция первого заключается в разделении газов на горячие и холодные потоки. В этом состоит главное отличие “кузнецовки” от канальной печи, где теплый воздух, под действием тяги выходит наружу.

В колпаковой печи, поток нагретого воздуха, который выходит из топки, направляется вверх конструкции, под первым колпаком он задерживается и долго накапливает тепло.

Печь для бани Кузнецова

Затем поток движется через проход во вторую камеру, где он также задерживается под вторым колпаком, поскольку проход находится у основания. В результате, перед тем как выйти по дымоходу, горячий воздух долго накапливает тепло внутри печи. Благодаря этому КПД очень высокий — 90-95 %, что практически вдвое превышает производительность канальной печки.

Еще одна важная составляющая устройства, придуманного Кузнецовым, — это механическое управление потоками. Для этого в агрегате устанавливаются задвижки, которые при необходимости могут задерживать и менять направление горячего воздуха.

https://youtube.com/watch?v=Ffp6_DdSdH0

Преимущества и недостатки печи

Преимущества:

• высокий показатель коэффициента полезного действия 75-85% (КПД);
• топливо сгорает при высоких температурах;
• печь работает на всех видах твердого топлива — древесина, каменный и бурый уголь, брикеты и т.д.;
• несложность в обслуживании, нет необходимости чистить протяженные каналы (малое образование сажи);
• долговечность эксплуатации печи;
• эстетичный, оригинальный внешний вид;
• высокая эффективность, многофункциональность;
• экономичность;
• длительное сохранение тепла;
• форма и дизайн печей могут варьироваться в зависимости от назначения;
• при периодичности топливных закладок в кузнецовку всего два раза в сутки можно иметь тепловой режим в доме, выгодно отличающийся даже от режима квартир с центральным отоплением.

  Квартира в многоэтажке имеет более частые температурные колебания, чем частный дом, отапливающийся печью Кузнецова, дающей равномерную тепловую отдачу между топками;

• совмещение печи Кузнецова и водяного отопления дома несложно и часто применяется на практике.

  Внутри топки устанавливают трубчатый теплообменник и соединяют его с трубопроводом отопительного контура. Основной плюс — теплотехника и теплоотдача печи при модернизации остаются неизменны, без малейших снижений эффективности;

• конструкция кузнецовки позволяет устраивать невысокие дымоходы, причем снижения тяги при этом не происходит. Данный факт несколько удивляет тех, кто впервые знакомится с конструкцией и работой данных печей;
• особенности внутренней конструкции печей Кузнецова позволяют устанавливать агрегат практически в любых помещениях любых размеров, независимо от того, для чего помещение предназначено.

  И в кухнях, и в общих комнатах печь выглядит солидно и эстетично, и органично вписывается во многие интерьеры;

• самая интересная и необычная в контексте домовой печи особенность кузнецовки: можно не закрывать вьюшку. Эта важнейшая деталь печи и одно из условий безопасной повседневной эксплуатации — для печи Кузнецова нужна только в том случае, если наступает внештатная ситуация.

  Дело в том, что когда процесс сгорания топлива подходит к завершению и начинается остывание, тяга в каналах печи перераспределяется самопроизвольно, «автоматом».

Именно печи колпакового типа и стали основой для создания многих бытовых, отопительных и варочных печей нового типа, которые дают значительно лучший эффект при меньшем расходе топлива.

Что можно сказать о недостатках печи.

В техническом отношении их нет, но кое-что учитывать все же нужно.

Печь Кузнецова не может иметь массивных стенок — это свело бы на нет многие из её достоинств. Но при этом она подвергается довольно высоким тепловым нагрузкам.

Поэтому данный агрегат должен быть тщательно рассчитан и выверен на этапе разработки и столь же тщательно, со скрупулёзным соблюдением всех требований технологии, построен. При малейших отклонениях от технического регламента «кузнецовка» получится весьма недолговечной.

Как нужно складывать печи колпаковые

Своими руками сложить печь Кузнецова нетрудно. Следующие сведения будут необходимы для правильной постройки:

• Газ способен заполнить любой объём, который будет предоставлен. Соответственно форма колпака не имеет значения, она может быть любого размера.
• Стенки колпака одинаково нагреваются в каждом горизонтальном сечении. Верхняя часть резервуара является самой горячей.
• Источник тепла может быть размещён произвольно, однако он должен находиться в нижнем ярусе колпака.
• Возможно использование нескольких тепловых источников.

Не рекомендуется делать собственный объект, если это первый опыт кладки. Во-первых, это сложно, а во-вторых, существует большая вероятность ошибиться. Лучше воспользоваться готовыми планировками, они есть в интернете. Не стоит выбирать сразу сложные конструкции, лучше начать с чего-то простого.

Для того чтобы сложить печь Кузнецова, необходимы:

• Болгарка;
• Проволока металлическая;
• Уголок стальной;
• Печное литьё: дверки, задвижка и решётка колосниковая. Поддувальная, очажная и топочная плита;
• Песок. Он должен быть очищенным, его должно быть больше глины в два раза.
• Раствор, предназначенный для кладки (вода, глина и конский навоз). Глина должна быть огнеупорной;
• Дрель с насадкой миксер или перфоратор;
• Колосник;
• Стальная пластина;
• Кирпич полнотелый, предназначенный именно для этих работ. Кирпич должен быть огнеупорным. А также необходим кирпич для кладки снаружи.

Готовый печной раствор может заменить глину и песок, его можно купить в строительном магазине. В данной смеси все пропорции уже соблюдены. Чтобы печь служила долго, все материалы должны быть высокого качества.

Кое-что еще о кладке

Нередко изготавливаются печи Кузнецова для бани. Порядовка такого назначения очень редко возводится собственноручно. Обусловлено это довольно сложной конструкцией. Но стоит понимать, что грамотно сделанная банная печь выполняет огромное количество задач. К примеру, она обеспечивает обогрев нескольких помещений: парилки, предбанника, моечного помещения. Помимо этого, она готовит пар, обеспечивает вентиляцию и греет воду. Как ни странно, но со всем этим справляется всего одна банная печь Кузнецова. Порядовка практически не имеет каких-либо принципиальных отличий, но важна точность изготовления.

Подробнее о преимуществах

Металл намного мягче керамики, однако по прочности он сопоставим с ней. Его можно плавить, резать и гнуть, ковать и сверлить, после чего он не требует дополнительных трат энергии на обжиг. Есть много способов обработки металла с широкой научной базой, и это является еще одним плюсом в пользу материала.

При создании металлической печи можно применять различные конструкционные новшества, которые улучшают технические характеристики. В результате КПД кирпичной печи в среднем составляет 70%, а металлические печи имеют показатель равный 85-90%.

Сравнение

Опять же, если сравнивать металл и керамику, то прочность кирпича при уменьшении толщины падает, а у металла, наоборот, растет. В результате вес и себестоимость тепла печей из металла меньше в 10-20 раз, чем у оборудования из кирпичей. На современном рынке хорошее отопительное оборудование из металла для дома в 100 м2 можно приобрести за 300 долл., а оборудование «с рук» — и вовсе за 50-100 долл.

Помимо этого, это цельная конструкция – она легко транспортируется, устойчива к толчкам, ударам, падениям. Ее мобильность сочетается с отсутствием необходимости устраивать фундамент. Весь монтаж сводится к установке дымохода в дымовой канал. Если надобность в печке отпала, то ее легко демонтировать и хранить.

Другой плюс – высокая теплопроводность металла. Из-за этого теплоемкость печи невелика, и дом быстро нагревается. Этот фактор дает высокий КПД.

Бытовая эксплуатация и сертификация

Также металлическое изделие однороднее кирпичной кладки и не обладает пористой структурой. Оно не боится сырости и отопительных перерывов, ему не нужны разгонные протопки. В такую конструкцию легче встроить варочную плиту и водогрейное оборудование из-за высокой теплопроводности металла и быстрого догорания дымовых газов.

Если металлическая печь выпущена на заводе, то ее можно сертифицировать в части пожаробезопасности как полностью готовое к работе изделие. Разрешение пожарной инспекции получить намного проще, чем на другое печное строение. Некоторые модели печек из металла заводского производства вообще не требуют оформления документов – нужен только отдельный от вентиляции дымоход.

Кладём колпаковую печь

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

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

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

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

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

Напомним, плавающей, она называется потому, что:

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

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

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

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

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

Весьма важно использовать в работе только материал, поименованный в спецификации к печи, а также указанный в порядовке. Конструкции подобных печей просчитаны и высокотехнологичны. Поэтому замена весьма негативно сказывается на работоспособности готового изделия

В лучшем случае, печь придётся ремонтировать. В худшем, разбирать полностью и выкладывать по-новому

Поэтому замена весьма негативно сказывается на работоспособности готового изделия. В лучшем случае, печь придётся ремонтировать. В худшем, разбирать полностью и выкладывать по-новому.

Кузнецовки: чертежи и их разнообразие

Благодаря основным принципам, используемым при конструировании, появилась возможность добавлять дополнительные функции без увеличения габаритных размеров печи. Основные плюсы и преимущества можно охарактеризовать следующим:

1. прогрев и отдача тепла происходит равномерно, — нижняя часть печного агрегата нагрета так же, как и верхняя;
2. размеры варочной панели могут быть различными, — нет жёсткой привязки с конструкцией;
3. нагнетание жара в колпаковой конструкции ведет к полному сгоранию углеводородов, потому сажи и дыма практически не наблюдается;
4. очень высокий КПД, вплоть до 95%;
5. равномерный прогрев оберегает кирпич от растрескивания, а кладку от деформации;
6. формы могут быть разнообразные, — печники с удовольствием помогают подобрать и разработать подходящую конструкцию;
7. многие оснащают печки водными контурами для локального отопления своего дома.

Возможность конструировать различные формы и оснащать эти конструкции отопительными контурами позволило расширить их функционал.

Кузнецовка в разрезе

• Отопительные варианты, предусматривают узконаправленное применение для эффективного обогрева домов различных размеров и этажностей.
• Варочные варианты — используют минимальное количество дров для быстрого приготовления полноценного обеда или ужина.
• Банные конструкции отличаются высоким КПД, быстротой нагрева помывочных помещений, а также согрева воды.
• Печи-камины, барбекю, грили и коптильни – могут найти своё отражение в печах этого типа.
• Комбинированные варианты, — возможность соединить многочисленные функции в одном месте.

Принцип действия

Кузнецов предложил новый принцип построения кирпичных печей. Во всех придуманных/сконструированных ранее моделях горячие газы движутся по каналам. Проходя по ним, они нагревают кирпич, сами охлаждаются. Движение возможно только при наличии тяги. При таком принудительном принципе действия прогрев корпуса неравномерный, а приводит это к образованию трещин. Большое количество кирпичей занимает практически все пространство, и теплообменник при необходимости поставить некуда. Только поместить его в топку, где он будет контактировать с пламенем, из-за чего срок службы его очень ограничен. К тому же расположенный в зоне горения теплообменник отнимает значительную часть тепловой энергии, ухудшая условия горения топлива, что снижает КПД печи и повышает количество сажи.

Одна из канальных печей внутри выглядит так

Кузнецов использует другой, принцип движения газов в печи — свободный. Печь состоит из колпаков — перевернутых вверх дном сосудов (с отверстием вверху или без — по-разному в разных моделях). Колпаки могут располагаться друг над другом или один за другим, но обязательно сообщаются между собой при помощи сухого шва — пространства в 2-3 см, незаполненного раствором или теплоизолятором, через который и переходят газы из одного колпака в другой.

Первый колпак и топка объединены в единое пространство. При таком устройстве происходит вот что. Самые горячие газы поднимаются верх. На некоторое время они вверху и остаются, где передают часть тепловой энергии стенам, сами остывают. По мере остывания они опускаются вниз, а на их место поднимаются более горячие. При таком построении движение воздушных масс происходит только за счет естественных физических процессов.

Принцип движения газов в колпаковых печах

Наглядно продемонстрировать процесс можно, если в перевернутый вверх дном стакан запустить струю дыма. Она поднимается вверх, достигает верха, затем остывшая часть дыма вдоль стенок опускается вниз. Приметно те же процессы, только гораздо более сложные, проходя и в печи.

На рисунке красными стрелками показана схема движения горячего воздуха в колпаковых печах. Синими стрелками показано движение холодного воздуха, попавшего в печь. Очевидно, что вверх он подниматься не будет, потому как весит больше, а пройдет понизу и почти не повлияет на общую температуру в колпаке, что продемонстрировано на рисунке справа.

Но одного колпака для эффективного отбора тепла недостаточно, потому большинство печей имеют два или три свода в зависимости от мощности. В них происходят практически те же процессы, что и в первом: более горячие газы находятся вверху, нагревая кладку, холодные проходят понизу и выходят в дымоход. В верхней зоне второго свода и размещается теплообменник или любое другое необходимое для каких-либо целей устройство. Никакого открытого огня, только горячие газы и очень эффективный теплосъем: постоянно протекают воздушные потоки высокой температуры. Причем никакого влияния на процессы горения нагрев теплоносителя, камней или воды в баке не оказывает: от топки они отделены кирпичной стенкой.

Один из вариантов колпаковой печи

Конструкция печей разной конфигурации и назначения разная, но «потребляют» они немного топлива и долго остаются горячими. Об этом говорят отзывы владельцев. Например, в доме из бруса сложена такая печь. При -25оС топят утром и вечером по 5 полешек (всего в сутки получается порядка 18 кг дров). В домике +25оС и утром не холодно. При температуре «за бортом» до -10оС топят один раз. Так что насчет эффективности вопросов нет. Если и есть вопросы, то по поводы выбора исполнителя. Ведь параметры ее работы зависят от того, насколько правильно и грамотно сложена печь. И быстро ее не сделаешь: средних размеров и без наворотов — это 2-3 недели работы. Вообще с отзывами о печах Кузнецова все просто: люди довольны. Удовольствие, конечно недешевое, но однозначно оно того стоит. Это утверждают все владельцы таких печей. Никаких сложностей в эксплуатации, экономичны и не капризны, очень долго отдают тепло, а греются быстро.

Особенности колпаковых печей

1. Отличительной чертой печей Кузнецова является изолированный от основной кладки топливник (камера сгорания) которая выполняется из шамотного кирпича. Это обусловлено высокой температурой внутри камеры, которая может достигать 1200 °С . Неравномерное расширение шамотного кирпича и обычного керамического без устройства зазора между топочной камерой и стенкой неизбежно привело бы к растрескиванию печи. Пространство между топливником и стенкой обычно составляет 5 мм. В целях повышения теплоотдачи оно заполняется минеральным уплотнителем: асбесто — или минеральным картоном.
2. Второй особенностью коппаковой печи является наличие «сухого шва» — узкой (20 — 30 мм) щели в стенке топочной камеры, которая заполняется воздухопроницаемым минеральным материалом (минеральной или асбестовой ватой). Сухой шов предназначен для дополнительного притока воздуха в топочную камеру из внутреннего объема печи. Приток нагретого воздуха повышает температуру горения топлива и способствует более экономичному расходованию дров.
3. Еще одной особенностью колпаковой печи является расположение калориферов, водогрейных баков и духовок в объеме второго колпака. Такое расположение исключает непосредственный контакт труб или металлического корпуса дополнительного оборудования непосредственно с открытым пламенем или раскаленными газами. Температура во втором колпаке обычно не превышает 400 ° С , что вполне безопасно для металла.
4. Колпаковая печь имеет относительно короткий дымоход. Его задача – отведение продуктов горения, и только во вторую очередь создание тяги в печи.
5. КПД колпаковых печей некоторых моделей достигает 80% по сравнению с max. 60% для печей других конструкций. Благодаря небольшим размерам топочной камеры расход топлива очень экономичный. Он на 20 — 50% ниже, чем в печах с прямоточным отведением печных газов.

Разновидности

Как уже отмечалось, “колпаковки” по своему предназначению подразделяются на несколько видов. Подробно рассмотрим каждый из них.

Колпаковая печь для отопления дома

Сегодня, выделяется более 20 стандартных схем сооружения дома отопительных печей.

В качестве места расположения выбирается центр комнаты. У такого размещения есть ряд явных достоинств:

• комната прогревается равномерно и эффективно;
• нет охлаждающего элемента (наружной стены дома);
• свободный доступ для обслуживания;
• можно дополнительно оборудовать варочную поверхность, сушилку, водогрейный контур и т.д.

Подобные конструкции занимают немного места, внешне очень привлекательны, широкий выбор дизайнерских решений.

Устройства с варочной поверхностью

Для того, чтобы на обычной кирпичной печи Колпакова можно было бы готовить еду, достаточно добавить металлическую плиту с несколькими конфорками и немного изменить строение основания. Полноценные варочные сооружения в своей конструкции имеют пару вспомогательных горизонтальных поверхностей, а также духовку.

Печь с варочной поверхностью

На такой печи можно готовить полноценные блюда, абсолютно такие же, как на газовых и электрических плитах, которыми привыкли пользоваться городские жители.

Пользователи часто отдают предпочтение “кузнецовкам” с варочной плитой, т.к. подобные конструкции позволяют эффективно обогревать комнату и одновременно готовить пищу. В качестве места расположения для таких печей лучше выбирать кухню или большую комнату, объединенную с кухней.

Колпаковые печи для бани

Банные печки обозначаются специальной маркировкой — БИК. По внешнему виду готовые колпаковки отличаются от других каменок. В первую очередь, материал из которого они конструируются, отбирается очень тщательно. Во-вторых, установка купола никак не сказывается на аккуратном внешнем виде и практичности печи. Очень популярны модели с закругленными углами, благодаря которым риски получения ожога или травмирования сведены к минимуму.

Осуществив монтаж “кузнецовки” в правильном месте, вы сможете одновременно обогревать и снабжать горячей водой сразу несколько помещений — душевую, парилку, комнату для отдыха.

Печь колпаковая для бани

В бане хорошо приходит в действие принцип длительного сохранения тепла, который является характерным для колпаковых печей.

Камины, построенные по принципу колпаковых печей

Камины Кузнецова отличаются открытой конструкцией и КПД здесь немного ниже, однако показатели теплоотдачи наблюдаются высокие. За счет колпака тепло не выходит быстро в дымоход, а задерживается вверху устройства. Если сравнивать камин, сконструированный по принципу колпаковки, и обычный, то после окончания процесса горения, первый еще долго будет отдавать тепло, чего не скажешь об обычном. С таким агрегатом помещение очень быстро начнет охлаждаться.

Вариаций того, как сделать камин более функциональным — множество. Можно оборудовать сушилки для обуви или одежды, полочки и т.д. Помимо этого вы можете декорировать свой камин керамической плиткой или изразцами.

Модели для готовки еды на свежем воздухе

Специально для возможности готовить пищу на улице были разработаны целые печные комплексы, которые помимо своей функциональности, очень удобны в эксплуатации. Самый простой вариант исполнения таких конструкций — кирпичная мини-печь для барбекю.

Те, кто очень любит готовить шашлыки и блюда гриль, будут удивлены широким выбором уличных печей с послойным, пиролизным, нижним и верхним способом горения.

Колпаковая печь своими руками: рекомендации

Человеку, который впервые будет класть печку необходимо научиться быть каменщиком. Рекомендуется прежде почитать книгу и ознакомиться с информацией в интернете. Не стоит тушеваться, нужно спокойно и не спеша начать выкладывать кирпич по схеме ряд за рядом.

Необходимо помнить:

• При нагреве кирпич нагревается. Соответственно внутренняя оболочка, которая является огнеупорной должна со всех сторон иметь пустое пространство.
• Обязательно каждый третий ряд должен быть положен проволокой из металла, это позволит сделать связку более сильной.
• Все металлические элементы, включая дверь должны быть установлены с учётом их расширения при высоких температурах. Металл и кирпич нужно разделить специальной прокладкой.
• Когда все работы закончены рекомендуется обработать кирпич специальным огнеупорным составом.
• Обжигать печь необходимо с маленького нагрева, увеличивать силу нужно постепенно.

Новичкам следует помнить, что между первыми двумя ярусами прокладка идёт в четверть кирпича, это увеличивает топку в длину. Перекрытие верхнее нужно делать на семнадцатой и восемнадцатой порядовке, а на двадцать первой порядовке необходимо оставить вдоль боковых внутренних стенок два прохода. Все порядовки указаны на чертежах и, как правило, затруднений не вызывает.

После того как кладка закончена, нужно провести первую растопку. Нужно использовать минимальное количество топлива, потому что нагрев должен проходить постепенно и медленно. Во время первой топки проверяется работа печи, происходит её обжиг и герметичность всех швов, особенно где есть задвижки и установленны двери. Если вдруг обнаружатся какие-нибудь недостатки, то их сразу же необходимо устранить.

Чтобы избежать трещин в печке и её перекоса, ставить её необходимо на твёрдую основу. Готовое сооружение имеет достаточно солидный вес, поэтому к закладке фундамента необходимо подходить очень серьёзно. Рекомендуется закладывать бетонный фундамент ещё во время постройки дома. Ширина фундамента должна быть на десять сантиметров больше конструкции отопления. Встраивать самостоятельно в свой готовый дом печь сложно, рекомендуется воспользоваться помощью профессионалов.