Колпаковая печь для отопления дома

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:

печь быстро остывает,
неравномерное нагревание приводит к разрушению всей конструкции,
большое количество сажи,
низкий КПД.

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:

Отопительные – используются для обогрева одного или нескольких помещений.
Варочные – возможность приготовления пищи.
Банные – обогревание бань.
Каминные – обустройство интерьера.
Барбекю – устанавливаются на улице. Играют роль гриля или мангала.
Комбинированные – самый популярный тип печей. Выполняет как отопительную роль так и любую другую.

Независимо от вида и функциональности колпаковой печи, принцип действия не меняется.

Как строить конструкцию?

Порядовка двухколпаковой печи Кузнецова или Подгородникова выполняется в соответствии со схемой работы. Прежде чем предпринимать какие-либо меры по обустройству объекта, нужно изучить все основные моменты, которые содержат чертежи. Половина ошибок, которые имеет кирпичная конструкция в будущем, связана именно с неправильным воплощением проекта. После готовности фундамента приступают к процессу выкладки печи. Кирпичные ряды закладываются в строгой очередности, каждый последующий ряд измеряется строительным уровнем на наличие погрешностей в работе. Завершающим этапом работы является возведение дымоходной конструкции. После того как все элементы печи готовы, следует первый раз запустить устройство. Пробный запуск должен осуществляться не на полную мощь, поэтому не рекомендуется использовать большое количество топлива.

Технология кладки

Прежде чем приступать к кладке печи своими руками, необходимо выбрать схему и нарисовать своими руками план-порядовку, лучше при этом воспользоваться готовыми проверенными схемами. Примером такой печи можно назвать печь Кузнецова с отопительным регистром, вмонтированным в дымовой канал с одной из сторон печи.

Печь Кузнецов, видео

Для кладки своими руками подобной печи в частном доме понадобятся материалы:

бетон для фундамента;
кирпич красный полнотелый;
кирпич шамотный огнеупорный;
кладочный раствор или его компоненты: глина, чистый сухой песок, чистая вода;
металлические трубы для выполнения теплообменника.

Также нужно купить готовые элементы: колосниковые решетка, дверцы, заслонки, шиберы, кровельные проходки. Цена на эти элементы обычно довольно высокая, поэтому нужно заранее просчитать, что именно необходимо.

Необходимый инструмент:

мастерки и кельма;
резиновый молоток;
болгарка с кругом для кирпича;
уровни, отвесы, бечевка;
рулетка.

Последовательность выполнения операций своими руками

Размечают положение будущей печи и заливают армированный прутком фундамент на 5 см ниже уровня чистового пола. Он не должен соприкасаться с фундаментом частного дома.
После полного высыхания фундамента выкладывают по схеме-порядовке и чертежу два ряда кладки из красного полнотелого кирпича на обычный цементный кладочный раствор, их назначение — выровнять возможные неровности фундамента и заложить основание печи.
Следующие ряды кладут на глиняный кладочный раствор по выбранной схеме, соблюдая перевязку, указанную на ней. Раствор делают из заранее вымоченной красной глины, карьерного песка и чистой холодной воды. Оптимальное соотношение глины и песка определяется опытным путем.

Правильно приготовленный кладочный раствор не должен быть слишком пластичным или рассыпчатым. Проверитьего можно так: скатать из раствора шар размером с теннисный мяч и уронить его с высоты 1 м на ровную поверхность. Он должен слегка деформироваться, покрыться мелкими трещинами, но не рассыпаться.

Толщина швов между рядами кирпича — не более 5 мм. Чем меньше швы, тем однороднее структура печи и лучше теплоотдача. Расшивку проводят сразу по мере кладки.
Дверцы устанавливают так: на предыдущий ряд кирпича кладут в месте установки дверки асбестовое полотно в виде полоски, на него ставят дверку. В отверстия в углах рамы заранее вставляют отожженную проволоку длиной не менее 40 см каждая. Эту проволоку закрепляют между рядами кладки. Если этого не сделать, рано или поздно раствор выкрошится, и дверка выпадет. Кладут несколько рядов, все время проверяя положение дверки по уровню. Поверх дверки также укладывают асбестовую полосу и сверху выкладывают кирпич.
Топку футеруют шамотным кирпичом. Красный керамический для этих целей не годится — он со временем растрескается, и может произойти обрушение свода. На схемах шамотный кирпич обычно обозначен желтым цветом.
Под варочную панель в кирпиче делают пазы на толщину плиты. Это делается для уменьшения теплопотерь и предотвращения задымления. Плиту кладут на раствор.
Самодельный теплообменник в дымовой канал устанавливают в процессе кладки на этапе укладки ряда, через который выходит нижний штуцер. В топочную камеру его монтируют при укладке нижнего ряда топки. Между теплообменником и кирпичом должен быть зазор не менее 5-7 мм.
В дымовом канале с теплообменником обязательно нужно предусмотреть прочистные дверки, так как на регистре будет оседать сажа, что ухудшит его нагрев. Количество дверок должно обеспечивать доступ для чистки к любой части теплообменника.
Верхнюю часть дымового канала оснащают заслонкой или шибером. Сам дымоход может быть либо кирпичным, либо можно купить и поставить сендвич-дымоход. При этом нужно соблюдать правила прохода трубы через кровлю, а на кирпичных трубах делать распушку.

Расстояние от нагретых металлических элементов до сгораемых конструкций должно быть не менее 25 см! Проходы через перекрытия изолируют базальтовым волокном или другими негорючими материалами!

После высыхания печи ее аккуратно протапливают, не перегревая, несколько раз. Проверяют тягу, устойчивость горения дров, отсутствие утечек дыма. После этого можно монтировать внешний отопительный контур и заливать воду в систему. Печь готова к эксплуатации.

Колпаковая печь Кузнецова своими руками

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

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

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

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

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

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

Что необходимо для возведения печи Кузнецова своими руками

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

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

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

Для строительства потребуются следующие материалы:

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

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

Тонкости кладки колпаковой печи Кузнецова

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

Существует несколько нюансов, которых нужно придерживаться при строительстве сооружения:

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

Укладка второго уровня

В большинстве случаев описываемая конструкция укладывается по стандартным размерам, однако вы можете подобрать габариты индивидуально. При этом можно добавить пластину-заборник, уложив следующий уровень в 15-м ряду. При этом пластина укрепляется с трех сторон, применить для этого нужно цементный раствор. В центре дымосборника укладывается кирпич, который станет колонной для крышки.

За плитой должна быть пазуха для перемещения продуктов сгорания из сборника дыма. Эту процедуру следует продублировать в следующем ряду. Когда выполняется колпаковая печь для отопления, в рядах с 17-го по 22-й необходимо перекрыть доступ к трубе, через пазуху дым будет выходить наружу.

Для поддержки кирпича паросборника следует использовать стальную пластину, уложив ее на передние стены. Для паросборника специалисты рекомендуют использовать кованые ободки. Здесь же осуществляется перекрытие, а следующий ряд выкладывается по такой же методике. Еще одна ступень должна быть в 23-м ряду. В этом месте происходит соединение дымохода с трубой для сбора пара. При этом нужно использовать закрытое соединение. Ряды до 24-го укладываются так же, затем можно приступать к укладке трубы, диаметр которой будет равен одному кирпичу. Вся конструкция накрывается крышей, дальше ведется однокирпичная труба. На этом можно считать, что колпаковая кирпичная печь почти готова.

Немного теории

Традиционные домашние печи с варочными плитами, «голландки» и «шведки», невзирая на конструктивные различия, объединяет между собой одна общая особенность. Она влияет на эффективность работы этих тепловых приборов — это естественная тяга дымохода. Без тяги не будет функционировать ни одна из большинства известных печей, недалеко ушли в этом отношении и твердотопливные котлы.

Оговоримся: ни одна, кроме кузнецовской, ведь только детища Игоря Владимировича не требуют для своей работы естественной тяги.

Очень подробно и доступно об этой теории изложено в статьях, размещенных изобретателем на страницах собственного веб-ресурса www.stove.ru. Там же в открытом доступе есть проекты печей, уже введенных в эксплуатацию. Мы рассмотрим теорию вкратце, сравнивая традиционный способ сжигания твердого топлива с процессами, происходящими в колпаковой печи. Итак, в обычной или кaнaльной печи типа «голландки» движение воздуха и продуктов сгорания обусловлено наличием тяги в дымоходной трубе.

Естественная тяга является внешним фактором, действующим в зависимости от:

перепада высот между входом в поддувало и верхним срезом трубы;
разницы температур наружного воздуха и дымовых газов;
ветровой нагрузки.

То есть, тяга присутствует даже в том случае, когда отопитель бездействует, лишь бы была открыта заслонка. В рабочем режиме печи тяга усиливается многократно, скорость газов резко возрастает. В результате в топку поступает много воздуха, температура горения падает, КПД сжигания дров уменьшается. Ограничивая доступ воздуха заслонкой, мы заставляем топливо тлеть при недостатке кислорода, что тоже не является оптимальным режимом для извлечения тепловой энергии из древесины.

Правильная печь с высоким КПД должна отнимать максимум тепла у продуктов горения, чтобы оно не вылетало в дымовую трубу. На пpaктике это реализовать не так просто и вот почему:

при открытой заслонке раскаленные газы быстро движутся по кирпичным каналам, не успевая передать стенкам теплоту;
если заслонку прикрыть, то скорость потока уменьшится, но материал каналов не способен вобрать всю выделяющуюся теплоту и передать ее в помещение, поэтому часть энергии все же вылетает в трубу.

По этим причинам КПД использования почти всех существующих печей редко достигает 60%. В разработках Кузнецова успешно решены обе проблемы, КПД сжигания топлива и КПД использования выделяющейся теплоты находятся на уровне порядка 80%. Подобный показатель может выдать далеко не всякий котел, работающий на твердых видах топлива. И.В. Кузнецов изложил основы конструирования печей в соответствии с принципом свободного перетекания газов, который мы рассмотрим ниже.

Возведение колпаковой печи

Перед постройкой печи Кузнецова своими руками, необходимо знать некоторые правила:

Не на всех схемах заметно, что внутренняя кладка огнеупорного кирпича должна производиться на ребро. Керамический кирпич кладётся по усмотрению.
Связку кирпичей проволокой необходимо делать через каждые 2-3 ряда.
Производить первую растопку на минимальных температурах. Постепенно увеличивать жар.
Обработка наружного кирпича огнеупорным составом желательна, но не обязательна.
Каждый металлический элемент печи должен устанавливаться с учётом возможного расширения при больших температурах.
До начала кирпичной кладки, нужно проверить кирпич на наличие трещин, сколов и различных других дефектов.
Основание печи делается отдельно от фундамента здания.
При порядовке кирпича, между огнеупорным и керамическим кирпичом необходимо оставить небольшой зазор. Эта мера предостережёт кладку от разрыва при температурном расширении.

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.

Отличительные особенности и принцип функционирования

В народе отопительная колпаковая печь Кузнецова зовется просто “кузнецовка” или “колпаковка”. Свое название она получила в честь своего создателя — И.В. Кузнецова, который начал разработку новой технологии отопления еще в 60-х годах двадцатого века.

В сравнении с обычными агрегатами, функционирующими на твердом топливе, такая конструкция характеризуется большей отдачей тепла и более высокой экономичностью.

Это обеспечивается за счет уникального принципа, который лежит в основе функционирования таких устройств, который заключается в движении газов внутри печи.

За счет собственной силы тяжести нагретые газы перемещаются по трубе, теплые воздушные массы направляются вверх и вытесняет холодные. В отличие от обычных печей, работающих по принципу “принудительного движения воздуха по дымоходу”, в кузнецовках воздух не выходит из трубы, а скапливается под колпаком. Со временем он там остывает, а после вытесняется горячим потоком воздуха.

Схема устройства колпаковой печи Кузнецова

Конструкция колпаковки и заложенный в основе ее функционирования принцип, более сложные. Однако, именно за счет того, что воздух двигается естественным образом, достигается большая экономия топлива и высокая теплоотдача. Исходя из функциональных особенностей подобные агрегаты подразделяются на:

колпаковая печь для бани;
печь для приготовления пищи ( с варочной панелью, духовкой, под казан, гриль и т.д.);
колпаковая печь с камином;
печка для отопления дома;
комбинированный тип.

Наибольшую популярность обрели “кузнецовки” комбинированного типа, на которых можно готовить еду и отапливать весь дом.

Для наилучшего понимания принципа действия печи Кузнецова, представьте костер, который разожжен на открытом воздухе. Поскольку постоянно к нему поступает большое количество воздуха, то он отдает немного тепла. Если накрыть этот костер металлическим колпаком, при этом оставив небольшой зазор внизу, чтобы окончательно не погасить пламя.Таким образом, горячий воздух будет двигаться вверх и начнет отдавать тепло стенкам. После того как он охладится, он начнет опускаться вниз, а его место займет новый поток горячих воздушных масс. В этом и заключается принцип циркуляции горячих газов, который разработал Кузнецов.

На рисунке представлена схема движения газов в колпаковой печи.

Движение газов в печах Кузнецова

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.

Почему именно на 21? Это число килокалорий необходимых для прогрева 1метра кубического до 18 градусов при уличной температуре в -30. Однако это не точное число. Оно может варьироваться от 21 до 50.

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.

Секреты прочной конструкции

При строительстве печки нужно учитывать небольшие секреты строительства печников-практиков.

Конструкция будет более устойчивой, если:

Засыпанную шаром песка яму оставить, примерно на двое суток для того, чтобы песок естественно утрамбовался;
За это время из ровной фанеры или ненужной доски можно сделать опалубку;
Подготовить стальные пруты для армирования;
При заливании бетоном, раствор распределяют равномерным слоем.

Между кирпичами при укладке должны быть одинаковые швы в 5 мм. Если используется обычный и шамотный кирпич, между ними создают зазоры в 5 мм.

У материалов разные структурные особенности, поэтому они дают разную усадку во время использования печи. Зазор не оставляют пустым. Его заполняют листовым асбестом.