Как самостоятельно сложить колпаковую печь Кузнецова

О печах Игоря Викторовича Кузнецова вспоминают, когда речь заходит об экономичности и эффективности обогрева дома. Начиная с 60-х годов прошлого столетия, наш соотечественник разработал и воплотил в жизнь десятки проектов колпаковых печей, использующих в работе принцип свободного движения газов (СДГ). Популярность этих изобретений велика: зарубежные производители отопительного оборудования внимательно изучают опыт внедрения печей-кузнецовок. Кирпичные печи постоянно совершенствуются, разрабатываются комбинированные варианты, совмещающие различные функции — отопления, приготовления пищи, банные, котлы и т.д.

Содержание:

• Что такое печь Кузнецова и где она используется
  • Достоинства и недостатки печи Кузнецова
  • Виды «печей-кузнецовок»
    • Фотогалерея: съёмка работы печи Кузнецова тепловизором
• Конструкция печи Кузнецова, её отличительные особенности
• Проекты печей для частного малоэтажного строительства
  • Видео: постройка печи Кузнецова с водяным котлом
• Материалы и инструменты
• Подготовительные работы перед сборкой печи
  • Один из вариантов сооружения печи Кузнецова своими руками
  • Видео: проект печи Кузнецова в 3D
  • Видео: проект печи Кузнецова в 3D (часть 2)
• Особенности эксплуатации колпаковых печей
  • Видео: тестирование печки Кузнецова

Что такое печь Кузнецова и где она используется

Отопительные бытовые печи подразделяют на два типа: канальные и колпаковые. В канальных движение газов по дымоходу происходит под принудительным действием тяги. Проходя по узким каналам внутри массива печи, газ отдаёт тепло в стены и, раскаляя кирпичную кладку изнутри, обогревает помещение. Но неравномерное прогревание печи под действием усиленной тяги изнашивает кладку, появляются трещины. К тому же узкий дымоход выстраивается на большую высоту — это усложняет работу в невысоких зданиях.

Многофункциональная колпаковая печь с лежанкой: прогревает помещение быстрее, направляя тепловые потоки от двух конструкций

Колпаковые печи внутри устроены иначе: с большими полостями в виде перевёрнутых колпаков. Они располагаются или горизонтально, или вертикально друг над другом. И дым покидает топочную камеру за счёт свободного течения: горячий воздух поднимается, ударяясь о колпак, надолго задерживается там, а при постепенном остывании опускается. За счёт циркуляции холодных и горячих потоков тепло не выходит сразу из печи, длительно поддерживая температуру стенок. Степень теплообмена при этом возрастает, так как время контакта горячих газов с теплообменником увеличивается. Коэффициент полезного действия в некоторых моделях превышает 90%.

Рождение систем отопления и обогрева, использующих свободное движение газов, связано с именем выдающегося профессора теплотехники Грум-Гржимайло В.Е., который заложил теоретические основы колпаковых печей в конце 19 — начале 20-го столетия. Далее развитию темы способствовали работы его ученика и последователя, кандидата технических наук Подгородникова И.С. В результате система СДГ (свободного движения газа, в отличие от ПДГ — принудительного движения газа, которое используется в русских печах) была усовершенствована и запатентована Кузнецовым И.В. в Российской Федерации.

Печи используются не только для обогрева помещений, но и в химическом производстве, в металлургии для плавки металлов. Так, например, на крупнейшем сталелитейном заводе в г. Запорожье, наряду с доменными, используются две колпаковые печи. В химической промышленности широко применяются муфельные печи, которые по своей сути являются нагревательными системами со свободным движением газов (СДГ).

Принцип действия муфельной и колпаковой печей подобен — горение происходит без принудительной тяги

Достоинства и недостатки печи Кузнецова

Колпаковые печи — явление в строительстве достаточно новое. Отопление домов такими печами не носит массовый характер. Чаще предпочтение отдаётся традиционной русской печи, проверенной веками. Печи Кузнецова пока не могут похвастать такими сроками эксплуатации. Зато уже сейчас видны явные преимущества новой системы обогрева.

Достоинства:

• высокий коэффициент полезного действия (КПД) — до 95% (для сравнения КПД русской печи в диапазоне от 30 до 60%);
• значительная экономия материалов при строительстве: колпаки — это пустоты, экономия кирпича составляет до 50%;
• укороченный дымоход — экономит материалы и время работы, не требует высоких потолков в здании;
• доступность различных модификаций (многофункциональность): печь может быть совмещена с камином, варочной плитой, сушилкой, лежаком и т.д.
• несложный механизм встраивания для контура водяного отопления и горячего водоснабжения;
• нет жёстких ограничений для дизайна: печь может размещаться в любом месте — в углу, в центре помещения, вдоль стены (существуют многокаскадные конструкции, которые обогревают несколько этажей одновременно из одной топки и с одним дымоходом);
  

  Угловое расположение колпаковой печи: удобно для совмещения печи с камином в загородном доме

• фундамент под печь в 1,5–2 раза меньше;
• «тело» печи прогревается равномерно, снизу вверх — износ материалов минимальный, тепло удерживается намного дольше.

Дополнительные плюсы в эксплуатации:

• простота обслуживания: чистка печи производится один раз в несколько лет, профилактика не требует специальной подготовки и наличия инструментов;
• используется любой вид топлива — твёрдый, жидкий и газообразный;
• практически отсутствие золы и пепла в зольной камере: все топливные материалы полностью (без твёрдого остатка) сгорают;
• минимальное количество сажи в дымоходе: в трубу попадает «холодный» дым, и конденсат, вызывающий коррозию дымохода, почти не образуется;
• простота эксплуатации: регуляция горения топлива в камере сгорания происходит автоматически (при чрезмерном огне газы из колпака опускаются в топку и притормаживают горение, а при слабой интенсивности пламени возникает дополнительная струя приточного воздуха, которая приводит к усилению горения);
• экономия топлива: высокая эффективность пиролиза позволяет при небольших затратах равномерно обеспечивать помещение теплом.

К примеру, в доме площадью 100 м² достаточно сжигать 5–7 поленьев два раза в день (в целом 15–17 кг) для поддержания температуры +25^оС при наружном морозе -25^оС.

Важные свойства такой печи при эксплуатации: колпак всегда заполнен горячим воздухом, который не позволяет холодным потокам подниматься, прижимая их к нижней части печи. Поэтому несвоевременно закрытая задвижка почти не оказывает влияния на остывание конструкции.

А недостаток у печей Кузнецова всего один — мало мастеров, способных грамотно и со знанием дела воздвигнуть конструкцию. Поэтому стоимость работы высока. Оптимальный вариант — доверить кладку сертифицированному специалисту, прошедшему практическое обучение на авторских семинарах Игоря Кузнецова. Их контакты можно найти на официальном сайте изобретателя.

Там же представлены проекты для частного пользования (если вы решили построить самостоятельно) и множество моделей — от печи с сушилкой до банной, отапливающей одновременно парилку с предбанником в разных режимах. Есть и совмещённые разноплановые варианты для дома, дачи или служебных помещений. Единственное ограничение — нельзя тиражировать модели в сети без ссылки на первоисточник.

Обучение мастеров печного дела: здесь и расскажут, и на вопросы ответят, и покажут на деле, как возводить печь самому

Много слышала положительно-восторженных отзывов о чудо-печах Кузнецова. Две из них видела. На вид — замечательная аккуратная и достойная работа. По словам счастливых обладателей этих творений — Новый год на даче им встречать не страшно: и в тепле, и накормлены, при том что дачи-то у них для летнего проживания… К лету обязательно обзаведусь такой же печечкой! Спасибо Кузнецову, живёт на Урале, а тепло его печей всю Московскую (и не только!) область обогревает!

Виды «печей-кузнецовок»

Печи изготавливают из кирпича или металла.

Металлические — для небольших помещений, времянок. Они меньше габаритами и быстро разогреваются. Но и быстрее остывают, так как теплопроводность металла значительно выше, чем у кирпича. Существуют специальные металлические печи круглой формы, имеющие очень высокий КПД.

По своим функциям печи Кузнецова разделяют на следующие типы:

• отопительные;
• варочные;
• барбекю и гриль;
• камины;
• комбинированные печи.

Каждый вид печей приспособлен для конкретной цели и решения определённых задач.

Популярными стали варочно-отопительные комбинированные печи. Они не только согревают дома, но и очень удобны для приготовления пищи. Наличие духового шкафа со стабильной температурой позволяет не только тушить и запекать, но и печь хлеб. Печи с сушильной камерой прекрасно справляются с заготовкой сушёных грибов, фруктов и ягод. Ещё в печь встраивают водонагревающий шкаф, получая тёплую воду для бытовых нужд.

Многоцелевая колпаковая отопительно-варочная печь: первый колпак обогревает помещение, а второй используется как варочная поверхность или водонагреватель

Банные печные устройства обогревают одновременно парилку, воду для мойки и комнату отдыха. Существует, например, банная печь, совмещённая с камином, где готовят пищу на тлеющих углях, а в парильном отделении можно изменять режим влажной бани на режим сауны.

Банный вариант печи Кузнецова: после растопки такой печи уже не нужно регулировать её работу и следить за температурным режимом — процесс самоподдерживающийся

Самой яркой отличительной чертой печей Кузнецова является её универсальность. Печь работает не только от традиционных видов топлива, но и от электричества. В этом случае в топке располагают электронагревательные приборы (ТЭНы).

Фотогалерея: съёмка работы печи Кузнецова тепловизором

Печь-кузнецовка в видимом спектре: занимает совсем мало места, но удивляет своими нагревательными способнстями

Распределение тепла в начале топки: верх и низ печи разогревается практически одновременно

Распределение теплоты в середине топки: установился температурный баланс по всей высоте боковой стены

Распределение тепла после окончания топки: температура продолжает поддерживаться на том же уровне ещё долгое время

У всех моделей распределение тепла по корпусу печи происходит снизу вверх. Но после прекращения топки остывающая печь в течение длительного времени держит тепло как в верхней части, так и в нижней. Благодаря этому, обогрев помещения осуществляется равномерно, без резких перепадов температуры.

Конструкция печи Кузнецова, её отличительные особенности

Отличие колпаковых печей от тяговых заключается в устройстве теплообменника. В традиционном варианте горячие газы из топки до трубы проходят сквозь несколько ходов дымохода, по дороге отдавая часть тепла в кирпичную кладку. Скорость их движения зависит от интенсивности пламени в камере сгорания и тяги, создаваемой печной трубой. КПД при таком устройстве колеблется от 30 до 60%, часть тепла «вылетает в трубу». Тягу регулируют при помощи дверцы поддувала и печной задвижки. Для поддержания тяговой печи в рабочем состоянии необходимо регулярно счищать сажу с дымохода и освобождать зольную камеру от остатков топлива.

Система канального движения горячих газов печи: газы проходят под большим тяговым давлением, не успевая полностью отдавать своё тепло плотно выстроенным кирпичным рядам

У печи Кузнецова внутренняя полость представляет собой свободное пространство, называемое колпаком. Попавшие в него горячие газы, отдают тепло в стены и, остывая, опускаются вниз.

Холодные (синие стрелки) и горячие (красные стрелки) газы двигаются по различным траекториям, равномерно распределяясь в полостях куполов

Наглядно представить процесс можно, накрыв горящую спичку стеклянной банкой. Дым от потухшего пламени сначала поднимется вверх, к донышку банки, а, остывая, вдоль стенок опустится вниз. Дым движется без принуждения, как и горячий поток воздуха в печи Кузнецова.

Между колпаками обязательно оставляется «сухой шов» в 2–3 см — это узкое отверстие, через которое происходит перетекание остывающих газов из одного резервуара в другой. Более горячий дым движется иным путём, фактически не пересекаясь с холодными струями. В результате общая теплоотдача становится максимально возможной.

Варианты вертикального расположения колпаков: при таком способе соединения куполов теплообменник ставят в верхней части второго свода, увеличивая площадь обогревающей поверхности

Эффективность работы печи возрастает при выкладке двух и более колпаков. Их расположение не имеет значения: в вертикальной плоскости или горизонтальной. Размеры и формы их могут быть различными. Толщина теплообменных стен выкладывается обычно в один кирпич — так ускоряется передача тепла.

Проекты печей для частного малоэтажного строительства

Создано уже около 150 проектов колпаковых печей, воплощённых в жизнь. Все они прошли испытание временем и успешно работают. Команда единомышленников Кузнецова продолжает разрабатывать новые варианты, совершенствуя действующие. На его сайте выложена полная информация с детальным описанием и рекомендациями по изготовлению печей.

Модели проиндексированы и записаны аббревиатурой. Например, ОВИК обозначает «отопительно-варочная печь Игоря Кузнецова». ОИК — просто «отопительная» и т.д. Каждый проект сопровождается пошаговой инструкцией и наглядной порядовкой, выполненной в программе «AutoCAD»

Комбинированная модель печи с камином: расположение камина на печи выбирается, исходя из планировки комнаты — боковой камин, задний камин и боковой с лежанкой

Заниматься расчётами и вычислениями не нужно: на сайте даны точные замеры и описания готовых проектов. При необходимости можно связаться с Кузнецовым и обсудить условия проектирования с постановкой конкретной задачи.

Вертикально расположенные колпаки позволяют выстроить узкую печь, если помещение совсем маленького размера

Печь можно устанавливать в любой дом: новостройку или в уже построенный. Но строительство в готовом доме обойдётся дороже, так как придётся частично разбирать крышу для вывода дымохода. Работы лучше запланировать на тёплое время. Чтобы правильно выбрать место для установки печки, следует помнить о том, что чем ближе она расположена к центру помещения, тем равномернее будет обогрев. В то же время печь располагают ближе к входной двери — удобнее заносить топливо.

Видео: постройка печи Кузнецова с водяным котлом

С наибольшей отдачей тепла работает купольная печь округлой формы. Но если речь идёт о небольшом помещении и радиус окружности печи менее 2 м, возникают осложнения с установкой печного литья — дверок топки, очистных карманов и т.п. Металлические детали, рассчитанные на ровные плоскости, не ставят в полукруглые формы: появятся зазоры и щели, что недопустимо.

Схематичное изображение функционирования печи с горизонтальными разрезами-порядовками помогает лучше понять специфику выкладывания кирпичей

Опытный мастер с помощником выкладывает колпаковую печь за 2–3 недели (в зависимости от сложности модели). Процесс неспешный, требует большой аккуратности, подгонка всех деталей должна быть тщательной, с замерами. Новичку же потребуется больше времени, и к этому надо быть готовым до начала работ.

Материалы и инструменты

Для самостоятельного выполнения работ по установке печи потребуется:

1. Кирпичи двух видов: красный полнотелый (марки не ниже М150) и жаропрочный шамотный (ШБ-8).
   

   Шамотный и красный крипичи различаются своими свойствами: шамотный кирпич жаростойкий, но более хрупкий, а красный кирпич хорошо удерживает влагу и используется в основном как облицовочный

   Посчитать их количество можно с точностью до одного, если внимательно изучить порядовку. Но как показала практика, в запасе всегда должны находиться 3–4% от общего количества (на случай брака и боя кирпичей).

2. Песок и цемент в соотношении 3 к 1, либо готовая заводская сухая смесь, расфасованная по мешкам 25–30 кг. На 500 кирпичей — около 0,2 м³ сухой смеси.
   

   Состав смеси, изготовленной в заводских условиях: глина красная природная, песок кварцевый, песок формовочный

3. Чугунное литьё — дверцы топки и зольной камеры, дверцы очистных отверстий, колосниковая решётка, печные задвижки, вьюшки.
   

   Чугунные печные задвижки изготавляваются под заказ по точным размерам, чтобы не было щелей, пропускающих воздух

4. Проволока для перевязки кирпичной кладки (около 5–7 м), диаметром до 2,5 мм. Перевязка осуществляется через каждые 2 ряда по наружному контуру.
5. Два стальных уголка для перекрытия топочной камеры.
   

   Длина уголка определяется в зависимости от конструкции топки

6. Арматурная сетка для фундамента.
   

   Толщина металлического прутка и размер ячейки определяется в зависимости от нагрузки на фундамент

Из инструментов необходимы:

1. Мастерок каменщика, молоток, кельма, расшивка.
   

   Инструмент каменщика следует всегда держать при себе, чтобы каждый раз не отвлекаться во время работы в поисках нужного на данный момент

2. Вёдра или иные ёмкости для замеса раствора.
   

   Приготовление раствора для кладки — дело ответственное: чем лучше вымешан раствор — тем надёжнее будут швы кладки

3. Измерительные приборы: гидравлический или лазерный уровень, отвес, угольник, рулетка.
   

   Все приспособления намного облегчают процесс строительства печи, и важно научиться правильно ими пользоваться

4. Из электроинструмента большую помощь окажет болгарка и электрическая дрель с миксерной насадкой.

Подготовительные работы перед сборкой печи

Важнейший этап перед возведением печи — закладка фундамента. К его устройству необходимо подходить со всей ответственностью, ибо неверно залитый фундамент может свести на нет все труды — просевшая печь в итоге даст трещины и развалится.

Пример устройства фундамента из силикатных кирпичей с названиями используемых материалов и разметкой

Для того чтобы фундамент соответствовал требованиям нормативов, его линейные размеры должны на 10–15 см превышать размеры печного основания.

Порядок закладки фундамента под печь следующий:

1. Выкапывается приямок в грунте на глубину не менее 0,9 м (на глубину промерзания почвы в холодное время года). Края ямы должны быть по возможности ровными и вертикальными — это предотвратит излишний расход цементного раствора.
2. На дно котлована засыпается чистый песок на высоту не менее 15 см. Строители называют это подушкой. Время усадки подушки — 2–3 суток.
3. Сбивается опалубка из досок и подручного материала. Высота верхней точки опалубки должна совпадать с уровнем пола в доме (минус 2 кирпича, т.е. примерно 13 см).
4. Монтируется арматура. Это может быть металлическая сетка с ячейкой от 50 мм и толщиной прутка от 5 мм и выше. Сетка не должна лежать на дне ямы, а располагается внутри толщи фундамента. Оптимальное место — выход бетона из почвы наружу.
5. Заливается бетонный раствор. В состав может включаться гравий и тяжёлые минеральные добавки. Хорошим практическим дополнением будет гидрофобизатор, предотвращающий впитывание влаги в фундамент в процессе эксплуатации. После заливки верхнюю поверхность выравнивают в горизонтальной плоскости и сразу же устраняют все крупные дефекты, разглаживая мастерком или шпателем.
   

   Бетон, замешанный с применением гидрофобизатора, обладает водооталкивающими свойствами, что улучшает качество и свойства фундамента

Время полного высыхания фундамента считается от 20 до 30 суток, в зависимости от погодных условий. Но начинать монтаж печи можно уже через неделю, когда раствор схватится и окаменеет. Идеальный вариант усадки фундамента — один год (полный цикл промерзания и оттаивания грунта).

Один из вариантов сооружения печи Кузнецова своими руками

Перед началом кладки обратите внимание на следующие важные моменты:

• между фундаментом и первыми рядами печи прокладывается гидроизоляционный слой. Это может быть рубероид или фольгированная изотермическая плёнка (фольгой вверх, для отражения тепловой энергии);
• вносить изменения в порядовку крайне нежелательно. Это может привести к неправильной работе печи в дальнейшем. Авторские проекты Кузнецова проверены на практике, что гарантирует качество и сроки службы печей. Единственное исключение составляют ряды сплошного перекрытия, которые в эстетических целях можно видоизменять;
• для лицевой кладки подбираются кирпичи без сколов, трещин и других заметных дефектов;
• резка кирпичей производится при помощи болгарки. Края и плоскости должны оставаться гладкими и ровными: рваная форма недопустима.

Ниже приводится порядовка колпаковой печи И.Кузнецова с комментариями и рекомендациями.

Пример порядовки колпаковой печи: строгий порядок выкладывания рядов обеспечит надёжность и долголетие всей конструкции

1. Первый и второй уровни выкладываются шамотным жаропрочным кирпичом. При этом применяется печной скрепляющий раствор. Огнеупорный слой предотвратит уход тепловой энергии в фундамент.
2. В дымоходах монтируется четыре очистные дверцы (размеры стандартные) для удобства при обслуживании печи.
3. Колосниковая решётка укладывается на 5 уровне. Одновременно закладываются перегородки между поддувалом, топкой и колпаком.
4. Начиная с 5 ряда до 14, выкладывается топочная камера из шамотного кирпича. Важно помнить, что между шамотными и красными кирпичами кладки необходимо оставлять компенсационный зазор. Это сохранит печь от повреждений, возникающих при термическом расширении материалов.
5. Установка дверей топки и поддувала производится при помощи асбестового уплотнителя.
   

   Асбестовый уплотнитель щелей топочной камеры позволяет удерживать тепло между металлом и кирпичной кладкой

6. В рядах 17 и 18 перекрытия колпаков имеют сплошную плоскость (за исключением отверстий дымохода).
7. В 21 ряду остаётся два прохода, идущих вдоль внутренней стенки.
8. В 28, 29 и 30 рядах допускаются отклонения в монтаже перекрытий, если нужно оформить необычный внешний вид. При низком потолке в этом месте делаются противопожарные разделки.
9. По мере выкладывания необходимо делать футеровку внутренней поверхности кирпичной кладки (заглаживание стыков производится раствором с добавлением жаропрочного материала).

Перекрытие топки выполняется двумя металлическими опорными уголками. Размеры подбираются в соответствии с нагрузкой, длина плеча начинается от 45 мм.

Тепловой зазор между шамотным кирпичом топки и корпусом печи уберегает кирпич от разрушений во время нагрева печи

Следуя точным указаниям порядовки, сложить печь-кузнецовку по силам любому мужчине, умеющему обращаться с камнем и раствором. Главное — соблюдать вертикальные и горизонтальные проекции конструкции.

Справляется с такой работой даже женщина: строить печь своими руками интересно и увлекательно

После окончания кладки печь следует проверить и провести контрольную растопку. Интенсивность первой топки не должна быть высокой. Плавное прогревание корпуса равномерно высушивает цементный раствор по всем направлениям, начиная от зольной камеры до выхода дымоходной трубы наружу.

Видео: проект печи Кузнецова в 3D

Видео: проект печи Кузнецова в 3D (часть 2)

Особенности эксплуатации колпаковых печей

Первое — это автоматический режим горения топлива.

В обычной печи при растопке поддувало рекомендуется открыть на максимальную ширину, чтобы создать большую тягу в печи. Затем, по мере усиления огня в топке, дверцу постепенно прикрывают, чтобы температура пламени несколько снизилась, а тепло в большей степени передавалось в помещение.

Обычная печь требует к себе постоянного внимания, а «в награду» ещё и пачкает своего хозяина и пространство вокруг себя

В колпаковых печах манипуляции дверцами и печными задвижками не имеют смысла. Интенсивность горения регулируется соотношением объёма колпаков и топочной камеры. Это происходит автоматически, нужно лишь разжечь огонь и заложить необходимое количество дров или другого топлива.

Второе, что приятно поражает — это отсутствие необходимости ежедневных чисток зольника. Любой горючий материал сгорает в печи полностью, без твёрдого остатка. Сажа на стенках печи почти не образуется: в результате пиролиза происходит окисление углерода до состояния угарного (и частично углекислого) газа.

Видео: тестирование печки Кузнецова

Дымоходная задвижка, прикрытая неплотно, не приведёт к выхолаживанию печи: горячие газы будут находиться в куполе до тех пор, пока не отдадут всю тепловую энергию кирпичам.

Итак, сооружение колпаковой печи Кузнецова доступно для всех. Однако, если самостоятельная кладка печи вызывает сомнения, лучше обратиться за помощью к профессионалам. Их участие не только сократит время строительства, но также послужит гарантией в дальнейшей эксплуатации печного агрегата.

(3 голоса, среднее: 5 из 5)