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.
Колпаковая печь Кузнецова: основные функции
Большая часть территории России находится в климатических условиях, где земледелие и выращивание разнообразных фруктовых, ягодных и овощных культур представляет собой достаточно рискованное занятие. Поэтому владельца дачных участков вынуждены прибегать к дополнительным мерам, которые могут обеспечить их растениям хотя бы необходимый минимум тепла и света, достаточный для выживания и образования плодов. Так, многие уже ранней весной высаживают дома в ящиках рассаду. Затем в течение нескольких недель садоводы и огородники выжидают, когда, наконец, установятся достаточно высокие среднесуточные температуры и почва прогреется достаточно для того, чтобы растение выдержало нахождение в ней. Только после этого уже подросшую рассаду можно будет перенести из ящиков на подоконнике в открытый грунт, где она, согреваемая естественным теплом солнца, сможет набрать силу и принести желаемые плоды.
Колпаковая печь Кузнецова.
Схема движения газов в печи: а – многооборотная; б – однооборотная с одним опускным каналом; в – однооборотная с тремя опускными каналами; г – бесканальная.
Это, однако, не единственный способ “перехитрить” суровые климатические условия, в которых проживает большая часть российских садоводов и огородников. Другим популярным способом обеспечить растениям необходимую для роста и созревания температуру является устройство теплиц – специальных конструкций, которые способны создавать для них комфортные температурные условия. Большая часть таких конструкций, имеющихся сегодня в садах и огородах, использует энергию естественного солнечного освещения, которая проникает сквозь прозрачные стенки и потолок теплицы и в течение дня аккумулируется под ее поверхностями, обеспечивая внутри помещения более высокую температуру по сравнению с открытым грунтом. Однако, применив дополнительные источники обогрева теплицы, можно добиться гораздо большего эффекта от ее использования, включая круглогодичное выращивание фруктовых, ягодных и овощных культур.
Одним из наиболее популярных источников дополнительного обогрева на сегодняшний день являются так называемые колпаковые печи. Садоводы и огородники применяют несколько различных вариантов конструкций такого источника тепла, однако большей популярностью пользуется печь, изобретенная российским специалистом Игорем Кузнецовым. Разработанная им технология устройства печи может быть применена с различными целями: существуют варочные печи Кузнецова, хлебные печи, изготовленные с использованием его идей, и другие варианты этой конструкции. Колпаковая печь Кузнецова, предназначенная для обогрева теплиц, имеет свои существенные особенности.
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.
Разновидности для различных целей
Игорем Кузнецовым и его командой создано большое количество универсальных и специализированных моделей. Одни предназначены только для обогрева помещений, другие дополнены элементами для приготовления пищи или нагрева воды. В отдельное направление выделены камины.
Чертежи испытанных на практике вариантов собраны на сайте изобретателя. Для удобства конструкциям присвоены буквенно-цифровые обозначения.
Отопительные
Отопительная печь Кузнецова для двухэтажного дома позволяет экономить на топливе
Различные варианты компоновки куполов позволяют выполнять конструкции для обогрева одно- и двухэтажных домов.
Отопительные модели сокращённо обозначены как ОИК (отопительные И. Кузнецова). Можно найти варианты с топкой, находящейся внутри комнаты или в подсобном помещении.
Для разнообразия и придания нужных качеств есть печи, дополненные тёплыми лежанками (ОИК -6 леж. И ОИК 19 леж.) и сиденьями (ОИК-7с).
В некоторых изделиях встроены духовки. В этом случае в кодовое обозначение добавлена буква Д, например, ОИК-5Д.
К отопительным относятся и печи со встроенным камином.
Модели РТИК (русская теплушка И. Кузнецова) нужны для обогрева больших помещений. Они массивны, нуждаются в крепком фундаменте.
Варианты с камином
Модель с камином
Камины, помимо отопительной функции, выполняют роль украшения интерьера. Топка в этом случае открытая, огонь можно наблюдать визуально. Печи оборудованы топкой для обычного обогрева, которая может располагаться на фасаде, с правого, левого бока, или сзади.
Для строительства выбирают вариант, при котором удобно обслуживать печь из подсобного помещения или прихожей — дрова не придётся носить в жилую комнату. Работа с отходами (золой) также не подразумевает неизбежной грязи в помещении при чистке зольника и поддувала из прихожей.
Разработаны варианты ОИК-К с лежанками, встроенными духовками и угловым камином.
Котлы
Для организации водяного контура отопления разработаны варианты с обозначением КИК (котёл И. Кузнецова). Во второй купол встроен стальной теплообменник. Вода циркулирует по системе за счёт электрического насоса.
Модели рассчитаны на мощность 16, 17, 34 и 64 кВт. Первый вариант (16 кВт) оборудован варочной панелью.
Отопительно-варочные
Отопительно-варочная модель — сооружение, полностью вырабатывающее ресурс топлива
Универсальные отопительно-варочные печи предназначены для домов с круглогодичным пребыванием. В модели вмонтированы варочные панели и духовки, полочки для подогрева пищи и воды.
Топка может располагаться с фронтальной или боковой стороны, что позволяет выбрать вариант для любого варианта интерьера.
Опционно предлагается монтаж лежанки. Для больших помещений делают удлинённые топки, что позволяет использовать дрова большого калибра. Они дольше горят, подбрасывать топливо придётся реже.
Для бани
В отдельное направление И. Кузнецов выделил банные печи. Есть три разновидности: БИК, БИК БК и БИК ПК. Сокращение БИК соответствует назначению, а добавочные символы говорят, что конструкция оборудована камином.
Для разной планировки выбирают модели, которые различаются местом расположения топки и камина — в парной, комнате отдыха или в предбаннике.
Особенности эксплуатации печи
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.
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.
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.
В летнем режиме печь Кузнецова из отопительно-варочной превращается просто в варочную. Для этого достаточно открыть специальную задвижку (её так и называют — задвижка летнего хода), после чего дымовые газы будут поступать в дымоход напрямую, минуя колпаки. Нагреву, соответственно, будет подвергаться только варочная плита.
Температуру внутри варочной камеры можно регулировать задвижкой, установленной на отходящем от неё вытяжном канале. Закрыв задвижку и дверцу камеры, её легко можно превратить в духовку. Для удобства пользования в стенках можно зафиксировать полочки для противня.
Если нужно быстро прогреть помещение или обсушиться, дверцу варочной камеры открывают. При этом температура на конфорках остаётся достаточно высокой для приготовления пищи.
Наиболее популярные модели
Наибольшее распространение получили следующие печи:
- Отопительные, семейства ОИК.
- Банные, семейства БИК.
- Русские, семейства РТИК.
- Печи-котлы семейства КИК.
ОИК
ОИК
Печи ОИК различаются по форме, размеру и внешнему виду, но выполняют общую функцию – обогревают хорошо утепленный дом. Среди них встречаются и печи с лежанкой. Наиболее популярна модель ОИК-4, размером 156х91*200 см (длина, ширина и высота). При двух топках в сутки она выдает 4 кВт/ч тепла, что достаточно для отопления дома площадью 35–40 м?. Модель ОИК-5, это относительно небольшая печь с лежанкой. Размеры самой печи 100х70х200 см, размеры прилегающей к печи лежанки 180х70х50 см. Такая печь хуже подходит для отопления дома из-за меньшей мощности (3,5 кВт/ч), зато на ней гораздо теплей ночью, ведь лежанка хранит тепло 12–18 часов. Печь ОИК-5 будет полезна для людей со слабым здоровьем, живущих в небольших (30–40 м?) домах, потому что лежанка этой печи действует аналогично лежанке русской печи и благотворно влияет на все процессы, протекающие в организме.
БИК
БИК – печь Кузнецова
Печи БИК изготавливают в различных вариантах, от простых каменок, до устройств со встроенным котлом для нагрева воды. Встречаются даже банные печи с лежанкой. Модель БИК-2 почти квадратная (104х91х200 см), духовка для камней расположена сзади, а топка спереди (со стороны комнаты отдыха). Такая печь выдает 3 кВт/ч тепла, что вполне достаточно для парилки площадью 4 м?. Печь БИК-6, размером 195х78х200 см подходит для парной площадью 6–8 м? и выдает до 4,5 кВт/ч общей тепловой энергии.
РТИК
РТИК
Печи РТИК выполнены по мотивам традиционных русских печей, разница лишь в том, что русские печи греют от топки и выше, а печи Кузнецова прогреваются с самого низа. Лежанка таких печей может быть установлена на любой высоте, в зависимости от пожеланий заказчика. Модель РТИК-1 – маленькая печь размером 117х117х200 см с лежанкой произвольного размера. Она хорошо подходит для отопления маленьких домов из-за небольшой отдаваемой мощности (2,5 кВт/ч). РТИК-5 – печь размером 130х169х200 см с небольшой полкой вместо лежанки, и мощностью 4,8 кВт/ч, поэтому ее можно использовать для отопления домов площадью 45–55 м?.
КИК
Печи Кузнецова КИК
Печи-котлы КИК применяют для систем водяного отопления больших домов. Они представляют собой колпаковую печь, в колпак которой помещен водяной регистр. Все модели котлов этого типа отличаются только площадью регистра и размером корпуса, но выполнены по одной и той же схеме. Размер самого слабого котла КИК18 130х90х160 см. При двух топках в сутки он обеспечивает 17 кВт/ч тепловой энергии, что достаточно для отопления дома площадью 150–170 м?. Более мощная модель КИК34 выдает 34 кВт/ч тепловой энергии, а размеры котла такие же, как и у КИК17, разница в том, что вместо одного регистра площадью 1,7 м? в одном куполе установлены два таких регистра.
Стоимость оригинальных печей Кузнецова
Оригинальные печи Кузнецова кладут только сам Игорь Викторович Кузнецов и печники – выпускники Русской Академии Знаний Умений Мастерства, в которой преподает Кузнецов. Они могут не только сложить печь по уже готовым порядовкам, но и оптимизировать ее к конкретным условиям. Поэтому их услуги обходятся очень дорого и составляют 200–300 рублей за один кирпич. Для кладки русской печи семейства РТИК необходимо 1300–1800 кирпичей, поэтому примерная стоимость работ составит 260–540 тысяч рублей. Стоимость зависит от региона, типа печи и других факторов, поэтому может оказаться как несколько ниже, так и заметно выше. Если же вы уговорите печника сложить печь по готовой порядовке, то его услуги обойдутся в 2–3 раза дешевле, но это будет стандартная печь, построенная без учета особенностей дома. Поэтому велика вероятность, что ее характеристики будут хуже, чем в описании порядовки.
Факторы выбора конструкции
Среди множества представленных проектов не каждый годится для использования в определенных условиях. К тому же не каждый способен выполнить все требования жильцов дома. Поэтому следует ознакомиться с основными техническими критериями, которых придется придерживаться, чтобы обеспечить функциональную и безопасную эксплуатацию устройства.
- Первым фактором будет служить размер печи, так как несоответствие по габаритам не только приведет к нарушению основных функций, но и к нецелесообразному использованию свободного пространства. Определяясь с размерами, следует помнить, что теплоотдача осуществляется не только за счет задней и фасадной стенки, но и за счет боковых стенок.
- Любая печь-камин с плитой и духовкой выполняет несколько функций. Главной задачей, которую ставит перед собой проектирование, является обеспечение беспрепятственной работы во всех предусмотренных режимах, а это значит, что установка печи должна быть выполнена так, чтобы боковые стенки были обращены в сторону помещения, требующего обогрева, а все устройства для приготовления пищи находились на кухне.
- В соответствии с планировкой дома выбирается форма печи. Для самостоятельного строительства наиболее подходящими по конструкции будут служить квадратные печи, прямоугольные или выполненные в виде буквы «Т». В некоторых моделях наблюдаются выступы для отдельного размещения духовки или лежанки.
- Любая модель характеризуется таким параметром, как мощность. Он показывает возможность отопления помещения определенной площади. При выборе проекта следует произвести элементарные расчеты требуемой мощности.
Большой каминно-печной комплекс
Некоторые косвенные факторы имеют отношение не к устройству, а к постройке, но их тоже придется учитывать. Это материал, из которого выполнена постройка, степень утепления дома, роза ветров и т.д.
Полезно знать: Электрические печи для дома и дачи, классификация по типам
Классическая
Такую порядовку вы можете применять для камина, который будет расположен в среднем или большом помещении. Кроме того, классическая порядовка используется для простого кирпичного очага. Классический вариант порядовки камина выгоден тем, что вы сможете его перепланировать самостоятельно, и это не займет у вас много времени.
На первом этапе, если вы хотите получить необычный и незамысловатый внешний вид камина, цокольный ряд необходимо выкладывать на ребро. При формировании это ряда лучше всего использовать заранее приготовленный чертеж. Кроме того, схема – чертеж во многом упростит вам задачу и поможет разместить все этапы поочередно.
На втором и третьем этапах кладку выполняют плашмя, т.е. пластом. С первого по третий ряды стоит заполнить стройматериалом. Четвертый ряд представляет собой нижнюю горизонтальную поверхность в камине. Она складывается согласно вашему чертежу.
На четвертом этапе необходимо сделать поддувало. Дровяной камин или печь всегда должны иметь место для сборов отходов – продуктов горения. Кроме того, здесь же необходимо изготовить решетку, чаще всего, делают металлические варианты. Данная решетка будет необходима для следующего пятого ряда, вы положите её на кирпичи. На следующем этапе следует прижать металлическую решетку следующим слоем.
На шестом и седьмом этапах необходимо начинать закладывать портал. Кладку нужно начинать снизу. Портал следует возводить вплоть до тринадцатого ряда. Стоит отметить, что на одиннадцатом ряду необходимо сделать специальный зеркальный наклон. На восьмом этапе следует закончить формирование наклона, это будет шестнадцатый ряд. Кладку необходимо продолжить до семнадцатого ряда и далее начать формирование фасада.
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
