Разновидности отопительных колпаковых печей — принцип работы и монтаж

Принцип действия печи

В основе лежит принцип свободного движения газов. Для циркуляции воздуха в обычной печи необходимо воздействие внешней энергии, то есть, создания принудительной тяги в трубе.

Когда газы находятся в замкнутом пространстве, при наличии постоянного источника тепла, они под собственной тяжестью разделяются – холодные оседают вниз, горячие поднимаются наверх. При этом в области высоких температур давление растет, а там, где холодно – падает и вырабатывается энергия.

Выходит, турбулентное движение возникает автоматически благодаря законам физики. Это значит, что если грамотно направить конвекционные потоки, то тепловая энергия будет переноситься самими массами газа.

При электрической подаче тепла тяговой трубы не требуется. Если печь отапливается дровами, то неизменно продукт горения должен выходить наружу.

Благодаря хитрой конструкции, он скапливается на последней стадии своего пути, оказываясь как будто под колпаком. Там он снова перегорает, до конца отдавая своё тепло, и затем уже в виде бесполезного газа выводится на улицу, не охлаждая систему. Такие печи ещё называют колпаковыми.

Основополагающая особенность газового наполнения полостей состоит в том, что, сколько бы ни было отсеков у печи, они все заполняются газом равномерно и во всех происходят одинаковые физические процессы. Создать нечто подобное при помощи тяги, принципа противотока (широко применяемого в Европе) или других конвективных способов невозможно.

Вот почему подобные печи – это инновация в системе печного отопления.

Они сами себя регулируют и, какую бы конфигурацию им ни придавали, они всегда работают по естественному принципу.

Принцип устройства печи довольно прост: нижний ярус и топливник (его еще называют очагом) объединены в единое пространство – колпак, внутри которого и происходит свободное движение горячих газов.

Самые горячие, более легкие, газы перемещаются к верхней части колпака, а «тяжелые» холодные – находятся в нижней. А между ними циркулируют газы, имеющие промежуточную температуру.

Нагретый воздух долго удерживается в печи, передавая жар стенам колпака, а остывший по специальному проходу отводится в дымоход. В колпаке температура горения очень высока. Коэффициент полезного действия подобной печи в три раза выше, чем у традиционной русской.

Разновидности печей Кузнецова

По выполняемым функциям кирпичные печи Кузнецова можно разделить на несколько основных групп:

• Отопительные.

  Их основная задача – обогрев помещений.

• Варочные.

  Они используются для приготовления пищи. К этой же группе можно отнести хлебные печи и плиты, приспособленные под казан.

Банные.Принцип работы банных печей Кузнецова остается неизменным – естественное перемещение газов через два колпака. Другое дело, что здесь присутствует каменка, которую нужно хорошенько прогревать для получения качественного пара. Разработчиком предложено и по сей день используется оптимальное техническое решение, где каменная засыпка располагается в духовке из жаропрочной стали. Духовка располагается непосредственно над топливником. Тепловая энергия, аккумулирующаяся в нижнем и верхнем колпаках, используется для подогрева воды и отопления не только помещения парной, но и всех прилегающих комнат. Змеевик для воды устанавливается под первым колпаком таким образом, чтобы его можно было легко отремонтировать или заменить. Место установки можно определить, изучив чертежи печей.

• Камины.
• Грили и барбекю.
• Комбинированные конструкции, комплексы.
• Пожалуй, наиболее востребованными являются отопительно-варочные печи Кузнецова. Они и дом согреют, и голодными не оставят.

Отопительно-варочный вариант наиболее востребован как дачниками, так и жителями сельской местности. Здесь имеет место простая практичность: если огонь уже есть, почему бы не воспользоваться им дополнительно для приготовления пищи.

У Кузнецова также есть такие проекты.

Прежде чем приступать к постройке, убедитесь, что это именно тот вариант, который вы хотите видеть у себя дома.

Подобные печи подразумевают наличие удобного выступа с чугунной поверхностью, с возможностью частичного открытия отверстий для повышения температуры. Также возможно сделать дверцу для казана, по типу старинных русских печей.

Выкладка отопительно-варочных печей требует своего подхода и индивидуальных чертежей.

Колпаковые печи можно возводить практически в любых помещениях. Это может быть квартира, жилой дом, хозяйственная постройка или же баня. Например, для бани колпаковая печь станет идеальной заменой обычной стандартной печки.

Построив данную печь для бани, можно решить сразу несколько проблем. Эта конструкция способна обогреть несколько помещений: мойку и парилку, а также комнату для отдыха. Помимо всего, на печи очень удобно разогревать воду, создавая параллельно пар в необходимом количестве.

В доме можно оборудовать двухколпаковое отопление при помощи печи, данная установка является очень функциональной. Прежде чем возводить такую конструкцию, необходимо тщательно проработать проект.

Систему, которая сжигает сырьевое топливо нужно организовать самым оптимальным способом. В печи необходимо всегда поддерживать правильную температуру, иначе газы, которые образуются после горения могут трансформироваться во вредоносные отходы сажи и смолы.

Схема печи с водяным контуром

Устройство, подключенное к водяному контуру, еще более увеличивает свою эффективность, позволяя при той же мощности обогреть значительно большую площадь.

При постройке такой печи котел устанавливается над топкой в зоне первого колпака — воду нагревают раскаленные газы, обволакивающие металлические стенки.

Горячая вода через верхний трубопровод отправляется в радиаторную систему, а через нижний поступает холодная вода.

Остывший воздух после повторного нагрева вытесняется в зону второго колпака, тем самым поддерживая теплоотдачу основной печи.

Теплообменник, устанавливаемый в печи, бывает двух разновидностей:

• однокамерный — представляет собой отсек для воды, выполненный либо в плоской форме, либо в виде котла;
• трубчатый — в таком теплообменнике вода постоянно продвигается вперед по трубам, расположенным друг над другом.

Более эффективным считается второй тип — благодаря меньшему объему труб, вода быстрее прогревается и расходится по радиаторной системе. Диаметр труб выбирается минимум в 50 мм — иначе вода в них может кипеть. Размеры печи с любым типом теплообменника зависят от количества колпаков, набора дополнительных функций. Если печь выкладывается только для отопления, достаточно будет компактного вертикального устройства размерами 1м х 1,2м х 2м.

Монтаж своими руками

Монтаж печи проводится в три основных этапа:

• Подготовительный;
• Кладка первого уровня;
• Кладка второго уровня.

Подготовительный этап

Сначала нужно собрать все необходимые инструменты и материалы для возведения печной системы. Для этого понадобится:

• Лопаты (совковая и штыковая).
• Армирующий прут из металла.
• Опалубка.
• Пленка из полиэтилена.
• Цементный раствор (состоит из смеси песка цемента в соотношении соответственно 3:1, вода по требованию).
• Песок.

Далее все действия выполняются поэтапно:

1. Сперва штыковой лопатой копается яма размерами 1,5×1 м, глубина примерно 0,8 м. Нужно стараться сделать края максимально ровными.
2. Низ ямы покрывается слоем песка толщиной 15 см. Так яму нужно оставить на срок до 2 дней. Это нужно для оседания песочного слоя. Такой метод помогает придать дополнительную устойчивость печи.
3. Опалубку можно сделать из старых ненужных досок, идеально — из фанеры.
4. Армирование выполняется стальным прутом средней или чуть меньше средней толщины (это некритично, так как нагрузки невелики).
5. Далее медленно и равномерно заливается раствор. Важным моментом является «помешивание» уже залитого раствора для предотвращения образования в нем пузырьков воздуха. Данное мероприятие позволит максимально увеличить надежность и долговечность фундамента.

Важно: нужно дождаться полного застывания фундамента. Это займет около недели, хотя бывают случаи, когда этот процесс длится до 25 дней

Кладка первого уровня

На данном этапе понадобится:

• Раствор (глина, вода).
• Стальная пластина.
• Два вида кирпичей: полнотелый и огнеупорный (они могут иметь классическую форму, либо быть декоративными квадратными).
• Болгарка с насадкой для камня.
• Перфоратор.
• Колосник.

Кладка выполняется следующим образом:

1. Перед непосредственно кладкой вниз укладывается фольга. Она будет отражать тепло, направленное вниз. Желательно брать листы фольги шире фундамента.
2. Далее равномерно укладывается кирпич первого ряда. Стенки кладутся ложковым методом в направлении справа налево.
3. На втором ряду нужно поместить поддувало и окно очистки.
4. На четвертом ряду необходимо начать класть перегородку из нижнего отсека в верхний.
5. На пятом ряду применяется огнеупорные кирпичи и устанавливается колосник.
6. Выкладывается топка-камин нашестом ряду.
7. На седьмом начинается кирпичная кладка дымохода.
8. Отсек топки обкладывается огнеупорным кирпичом на девятом ряду вполкирпича.
9. На одиннадцатом кладка топки возрастает до целого кирпича.
10. Далее на двенадцатом ряду производится кладка решетки.
11. Огнеупорным кирпичом производится перекрытие доступа в дымоходы.
12. Пластиной закрываются все ходы в трубы, остается только отверстие, начатое на4 ряду.

Кладка второго уровня

1. Следующий ряд сохраняет положение пластины.
2. Далее укладывается начало крыши печи.
3. Снова перерывается выход в дымоход.
4. Устанавливается паросборник.
5. Из полости паросборника создается вытяжка.
6. На трубу ложится пластина-заборник.
7. Перекрывается кирпичом.
8. Выкладывается дымоход, внутренний диаметр которого будет один кирпич.

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.

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

Расчёт печи Кузнецова

«Кузнецовка» — очень сложный отопительный прибор и попытки рассчитать его и спроектировать самостоятельно ни к чему хорошему не приведут. Следует просто выбрать из всех имеющихся вариантов наиболее подходящий для себя — автор из своих наработок тайны не делает. Если в характеристиках понравившейся модели не указана мощность теплоотдачи, её можно рассчитать приблизительно: печь, которая топится два раза в сутки, каждый кв. м её поверхности отдаёт примерно 500 Вт тепла.

Печь ОВИК-9, порядок изготовления которой мы будем рассматривать, при размерах 1015х630х2100 мм обладает мощностью теплоотдачи в размере 3,6 кВт.

Модель ОВИК-9: общий вид

Что такое колпаковая печь

На протяжении многих столетий печи были практически единственным приспособлением для приготовления пищи. Хотя некоторые конструкции широко использовались и в промышленной области. На смену традиционной печи, которая нуждалась в модернизации, пришла инновационная идея, разработчика Кузнецова.

Колпаковая печь выгодно отличается от своих товарок

Кирпичная колпаковая печь имеет ряд неоспоримых преимуществ, главным из которых является тот факт, что горячие газы, образуемые в процессе горения топлива, проходят по конструкции не только благодаря наличию трубы, но и потому, что имеет место естественная тяга. По сравнению с обычными печами, колпаковая практически не подвержена деформации. Однако, особенностью данной конструкции является то, что образовавшееся тепло способно сохраняться значительно дольше, даже при условии не плотно закрытой задвижки. Свое название печь получила именно потому, что тепло поднимается под колпак. Остывая, воздух вытесняется порывами более горячего и опускается вниз.

Если перед профессиональным печником поставлена задача выложить некую конструкцию для обогрева помещения, то в большинстве случаев приоритетным вариантом рассматривается именно колпаковая печь. Причин тому несколько.

• Во-первых, процесс монтажа довольно таки простой и не требует длительных трудовых затрат.
• Во-вторых, нет необходимости просчитывать высоту трубы для создания тяги, как в классической русской печи.

Если проанализировать принцип действия колпаковой печи, то можно провести аналогию с простым лабораторным опытом. Для этого вам понадобится самый обычный стакан из стекла и сигарета (марка не имеет значения). Последовательность действий такова: стакан необходимо перевернуть вверх дном, а снизу поднести тлеющую сигарету. В результате горения папиросы образовывается дым, который изначально поднимается вверх, т.е. к донышку стакана. Остывая же, он опускается обратно вниз по стенкам.

схема и принцип действия печи

Именно по такому принципу и разработана конструкция колпаковой печи. В результате, потери теплового воздуха практически сводятся к нулю, поскольку из-под такого колпака нет никакого выхода для тепла до тех пор, пока воздух не остынет. Следовательно, главный двигатель теплого воздуха – это естественная циркуляция горячих газов. А выкладка колпаковой печи осуществляется по согласованному проекту с соблюдением всех нормативов и требований к подобным работам, главное из которых – соблюдение мер противопожарной безопасности.

Стоит также отметить еще одно преимущество работы колпаковых печей. Это способность максимально быстро, а главное, равномерно прогреваться. Однако, чем больше толщина стены, тем больше потребуется времени на то, чтобы конструкция нагрелась и выделяла достаточное количество тепла для обогрева пространства вокруг.

Холодный воздух, который после остывания опускается вниз выходит наружу через специально оборудованные каналы отвода, минуя колпаки. Это свидетельствует о том, что нагретый воздух всегда остается внутри помещения, а холодный беспрепятственно выводится на улицу. Колпак же, в свою очередь не подвержен остыванию, поскольку внутри образовывается газовая пробка, препятствующая утечки теплого воздуха.

Колпаковую печь можно охарактеризовать как одну из самых удачных конструкций, предназначенных не только для обогрева, но и для приготовления пищи. Во-первых, тепло, полученное в процессе горения топлива, сохраняется дольше, чем у других отопительных устройств. Во-вторых, даже после длительной эксплуатации печь не трескается, поскольку при проектировании все было продумано до мелочей и холодная кладка никак не взаимодействует с горячей. В-третьих, возникновение сажи в вентиляционных системах печи практически исключено. А главное, сама конструкция печи достаточно легкая, поскольку нет утяжеляющих элементов, например отопительный щиток.

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.

Формирование второго уровня

Продолжают кладку обычным способом, заборная пластина фиксируется с одной стороны раствором. В 19 ряду необходимо установить в центре дымосборника кирпич, который станет колонной под крышу печки. Нужно оставить за плитой пазуху шириной в один кирпич. Работают по тому же принципу до 21 уровня.

Не забываем про вытяжку

Теперь перекрывают канал, который ведет к трубе, дым будет выходить уже из пазухи, которую оставляли в нижней части. В следующем ряду на фронтальные стены духовки устанавливается пластина из стали. Можно для этого использовать и заводской обод с дверцей, что значительно упростит дальнейшее строительство паросборника.

На этом этапе делают вытяжку, будет достаточно ¼ кирпича. Продолжают укладку до 24 ряда, а уже на нем необходимо выложить ступеньку и присоединить паросборник к дымоходу, притом сделать канал закрытым. В 27-м устанавливают заборную пластину, а в 28-м накрывают конструкцию кирпичной крышей. На следующем уровне прикрепляют трубу диаметром в один кирпичик. Колпаковая печь готова.

https://youtube.com/watch?v=RLxNrRHIP2M

https://youtube.com/watch?v=68RCwdyKsLw