Печи Кузнецова – особенности конструкции отопительного агрегата

И.В Кузнецов в 1962 году собрал вокруг себя единомышленников и начал разрабатывать печи, которые отличались высоким коэффициентом полезного действия и отличной экономией используемого топлива. Самое главное, что разработки тех времен стали востребованы именно сейчас. Инженер предвидел, что экономия когда-то станет камнем преткновения, что мы и наблюдаем сегодня. И все же, что такое печи Кузнецова?

По сути, это старинные русские печи, которые были модернизированы, была изменена схема внутренней конструкции. Но с внешней стороны это все те же кирпичные отопительные агрегаты. Но в чем же разница разработок тех лет с современными отопительными приборами, которые во всю рекламируются производителями (отечественными и зарубежными)? Для сравнения приведем вот такой пример:

• Чтобы отопить дом площадью 100 м², используется колпаковая печь Кузнецова, которая вырабатывает всего лишь 4 кВт тепловой энергии.
• Все мы прекрасно осведомлены, что отопить такое пространство может прибор с тепловой мощностью не меньше 10 кВт.

Вот вам и огромная экономия, вот вам и высочайший КПД, о которых мы говорили выше. Кстати, хотелось бы отметить, что печных дел мастер до сих пор получает огромное количество заказов из-за рубежа. Хотя и европейские, и американские производители считаются лидерами в этой сфере производства. Но вот таки отметили же они Кузнецова и выделили его печи, а, значит, признали его и их превосходство.

С водяным контуром

Преимущества

• КПД – 80%. Для дровяных печей превосходный показатель.
• Высокая температура сжигания топлива.
• В печах Кузнецова можно сжигать любой вид твердого топлива. При этом оно сгорает, так сказать, до конца, оставляя минимальный объем золы.
• Из предыдущего выходит следующее – такие печи можно редко чистить, золы-то остается совсем немного.
• Низкая материалоемкость при равномерном режиме тепловой отдачи между растопками прибора. Можно сделать такое сравнение – в городской квартире колебания температуры могут быть чаще, и это при центральном отоплении, чем в частном доме, где возведена кузнецовка. Учитываем тот факт, что закладка топлива производится всего лишь два раза в сутки.
• Есть возможность совместить печь Кузнецова с водяным отоплением дома. Вам только надо установить внутрь топки трубный контур, который и будет соединен с трубной системой водяного отопления. Самое главное, что технические характеристики агрегата из-за этого не ухудшаются.
• В печах этого типа невысокий дымоход. Но вот что удивительно, тяга из-за такой конструктивной особенности не снижается.
• Внутренняя конструкция позволяет производить установку печи в любое помещение в независимости от габаритов комнаты и ее предназначения. К тому же дизайн может быть выполнен по усмотрению заказчика.
• В таких приборах переход от топки до остывания происходит, так сказать, автоматически. При этом происходит самопроизвольное перераспределение тяги по каналам. Такой элемент, как вьюшка, нет необходимости закрывать. Как конструктивный элемент, она, скорее всего, должна использоваться во внештатных ситуациях.

Внимание! При использовании печки Кузнецова нет необходимости организовывать вентиляционную систему в помещении. Все дело в том, что в конструкции этого отопительного агрегата происходит перераспределение тяги по совершенно уникальной схеме. В печи установлены так называемые низовые каналы, по ним тяга пропускает поток воздуха, который проходит вдоль нагретых частей печи. Когда в камере сгорания топлива горит огонь, он сам часть воздуха оттягивает на себя.

Печь на два этажа

Устройство печи Кузнецова

Если рассматривать традиционные отопительные печи со сложным дымоходом, а таких немало, к примеру, пятиоборотная голландка, то необходимо отметить, что в этой сложной трубе, хотите вы того или нет, будут обязательно возникать завихрения. Наверное, все слышали, как гудят зимой эти печи. Казалось бы, что если дымоход – это длинная и узкая труба, то никаких проблем здесь возникнуть не должно. Потому что вихревые потоки, пока доберутся до выхода, все свою тепловую энергию оставят внутри прибора.

Но практика говорит о том, что в этой теории есть и свои отклонения, при которых КПД агрегата не превышает 60%. Почему так происходит? Потому что в канальных конструкциях тепловой энергии выделяется огромное количество, но только ее небольшая часть используется на обогрев помещения или теплоносителя. Остальная просто вылетает в трубу. Здесь может быть два сценария:

1. Вихревые горячие потоки, не остывая, вылетают в трубу.
2. Остывают, но при этом выделяют огромное количество дыма и сажи.

И теперь даже нельзя с уверенностью сказать, какой вариант лучше. Кстати, если сравнивать с каким-то теплотехническим процессом, то канальная печь – это ядерный реактор. А вот кузнецовка – это термоядерный реактор. Во втором случае выделенная тепловая энергия полностью потребляется и передается в помещения. И самое важное, что ее выделяется только в необходимом количестве, ни больше, ни меньше. Это создается за счет свободного движения дымовых газов. Они не прокручиваются по многу раз, а сразу же подаются в тело печки.

Модельная линейка

Колпаковые модели

Вообще, колпаковые печи известны давно. Принцип их работы заключается в том, что внутренние полости дают возможность свободного перемещения топочных газов. Но при этом в таких конструкциях происходит пиролизный процесс, при котором сгорают мелкие и средние  фракции. Для примера рассмотрим двухколпаковые печи Кузнецова.

В них пиролизное сжигание происходит уже под первым колпаком. К тому же данный процесс является саморегулирующимся. Как это понять? Если вдруг топливо в топке начинает сильно разгораться, то топочные газы, которые заполняют колпак, начинают двигаться вниз. Их становится больше, объем увеличивается, но при этом сам колпак не дает им двигаться вверх. Плотность газов растет, и их масса начинает давить на пламя огня, которое теряет свою интенсивность. Как только горение ослабевает до определенной нормы, процесс поворачивается вспять.

Все специалисты пришли к мнению, и И.В Кузнецов в том числе, что идеальная двухколпаковая печь – это агрегат круглого сечения. В данном случае роль второго колпака играет внешняя стенка прибора, под сводом которой нейтрализуются угарные газы (моноокись углерода) и окислы азота. В сам дымоход выходят лишь углекислый газ и влажные пары воздуха. Правда, необходимо отметить, что печи круглого сечения имеют ряд недостатков:

• В них сложно устанавливать дверцы.
• Да и чистить их очень неудобно.

Поэтому на практике чаще всего устанавливают колпаки один над другим, соединяя их дымоходом. При этом происходит снижение КПД агрегата, правда не на много, всего лишь на два процента.

Банная печь с каменкой

Кстати, если вы хотите организовать систему горячего водоснабжения или соединить печь в систему водяного отопления, тогда рекомендуется проточный теплообменник устанавливать под сводом второго колпака. Здесь температура находится в диапазоне 200-400°С, так что требования к материалу теплообменника не такие уж и жесткие. К тому же под вторым колпаком не собирается сажа, что продлевает срок эксплуатации металлических изделий. А вот свод первого колпака является основным источником тепловой энергии.

Существует достаточно широкий модельный ряд, где можно выделить не только приборы для отопления жилых помещений. Хотелось бы отметить печи Кузнецова для бани, отопительно-варочные конструкции, печки с лежанкой и так далее. Вариации могут быть разные, здесь важен принцип внутреннего расположения элементов агрегата.

К чему все мы это ведем? А ведем мы все это к одному вопросу, который касается экономичности сооружения данного типа отопительных приборов. Ведь, что чаще всего влияет на выбор того или иного отопительного агрегата? Первое – эффективность работы. Второе – экономия используемого топлива. Третье – экономия сооружения. Чем меньше денег вы затратите в самом начале, тем больше их останется на дополнительные нужды вашей семьи.

Колпаковая схема

Но необходимо учитывать и вот такое положение – чтобы печь хорошо отапливала, варила и сушила, нужно ее грамотно выполнит в материале. Не будем здесь разбираться в порядовке печи Кузнецова, просто отметим, что на единицу вырабатываемой тепловой энергии необходимо в полтора раза меньше материала, чем если бы разговор шел об обычных канальных моделях. С чем это связано? С тем, что колпаковая схема печи Кузнецова внутри, если так можно выразиться, «пустее». А, значит, на ее устройство уйдет меньше материала.

Кстати, когда дело касается чертежей печей Кузнецова, то сам автор не возражает, если их копируют для себя, так сказать, для собственного пользования, когда мастер у себя в доме решает сооружать печь той или иной конструкции. А вот переиздавать их запрещено.

Отопительная печка

Особенности сооружения

Есть несколько положений, которые определяют качество будущего сооружения. Давайте рассмотрим некоторые из них.

• Топка обязательно выкладывается из шамотного кирпича марки Ш-5 или ШБ-8.
• Все тело устройства возводится из обычного кирпича марки не ниже М150.
• Топка выкладывается в виде плавающей конструкции. Что это такое?

Здесь несколько достаточно серьезных положений. Первое – раствор между шамотной и обычной кладкой выковыривается, а вместо него укладывается минеральный картон (он может быть базальтовым, каолиновым или другим). Второе – нельзя использовать так называемые связываемые модули. Топка должна быть отдельным элементом в конструкции самой печки. Никаких выступов, никаких крепежей. Почему это так важно? Потому что теплоемкость обычного и шамотного кирпичей сильно отличаются друг от друга. Сильно нагретый шамот начнет быстро расширяться и порвет кирпичную кладку стены печки. А плавающий принцип сооружения не дает сделать этого.

По сути, зная принцип работы самого отопительного агрегата, можно создать свою конструкцию. Просто необходимо знать последовательность кладки кирпичей – это так называемая порядовка. Кстати, предлагаем вам ознакомиться с порядовкой колпаковой печи Кузнецова, которую можно сделать своими руками. Это непринципиальная схема.

Самодельная печь Кузнецова – порядовка

Металлическая альтернатива

Выше уже упоминалось о том, что кузнецовки могут быть установлены в любых помещениях. Но так как считается, что печи круглого сечения – это идеальный вариант, то стоит задуматься над их возведением в небольших по площади помещениях. Правда, необходимо оговориться, что в небольших комнатах придется ставить небольшие по габаритам установки, а, значит, будет снижаться и их КПД.

Так вот, чтобы коэффициент полезного действия не снижался, рекомендуют конструкции данного типа делать из металла. Чугун здесь не подойдет, слишком тяжел этот металл, да и очень хрупок. Хотя из него получилась бы недорогая печка.

Небольшая модель

А вот стальная модель, обработанная порошковой краской, будет неплохой альтернативой. Тем более в печах Кузнецова на сдвиг ничего не работает, а это для стальных конструкция самый важный показатель. Так что проблем здесь быть не должно. Правда, проблема появляется в другом месте – это свод первого колпака, где собираются топочные газы с высокой температурой. К сожалению, сделать футеровку свода в небольших печках – проблема номер один. И ее еще необходимо решить. Так что металлические альтернативы кирпичным пока отложены в сторону.

Печи Кузнецова — основные принципы сжигания топлива, особенности конструкции печей Кузнецова, фото и видео.

Решение проблемы отопления дачи или загородного дома в холодный период года даёт возможность посещать их круглогодично.

Отопительные печи Кузнецова позволяют не только обогревать строения, но и готовить пищу.

Основные принципы нового способа сжигания топлива

Горение в чистом виде представляет собой химическую реакцию, в результате которой из простых веществ – водорода и углерода – при взаимодействии с кислородом образуются другие вещества. Процесс осуществляется с выделением тепла. Если окислителем в реакции горения выступает воздух, то в топке образуются балластные газы.  Это – азот, избыточный воздух, не участвовавший в горении, водяные пары, появившиеся при выпаривании воды из топлива. Такие газы участия в горении не принимают, а, наоборот, отбирают на себя полезное тепло. В печах традиционной конструкции, работающих по принципу принудительного движения газов (ПДГ), все газы, в том числе, балластные, смешиваются в один поток. В результате этого температура топочного пространства снижается, условия сгорания топлива ухудшаются.

И.В.Кузнецов предложил свой механизм снижения влияния балластных газов на сжигание топлива и улучшение использования выделившегося тепла. Основной идеей, на которой базируются печи Кузнецова, является выведение балластных газов из зоны сжигания топлива, с использованием естественных физических явлений. Под влиянием собственной силы тяжести холодные газы опускаются вниз, а горячие – более лёгкие – поднимаются вверх.

Организовать такое естественное движение газов в топочном пространстве возможно только в теплогенераторе, сооружённом по особой схеме. Весь цикл газообмена происходит в колпаке печи, который может изготавливаться самой различной формы.

Внимание! Помимо обеспечения циркуляции воздушных масс, колпак может выполнять и другие функции. В него можно разместить котёл для подогрева воды, шкаф для сушки или плиту для приготовления пищи.

Особенности конструкции отопительных установок Кузнецова

Основной формулой строения теплогенераторов данного типа является объединение топливника и нижнего яруса в единое пространство, называемое колпаком. Колпак представляет собой сосуд, повёрнутый вверх дном. В нём находится топливник, соединённый с колпаком с помощью «сухого шва».

Определение! «Сухой шов» представляет собой щель шириной 20-30 мм.

Топливники могут различаться как конструктивно, так и по способу сжигания топлива. Это может быть верхнее, нижнее, обратное горение, принцип газогенерации. По количеству колпаков отопительные агрегаты данного типа различают на одно- и двухколпаковые.

Существует несколько типов отопительных агрегатов Кузнецова, отличающихся по функциональному назначению, а, следовательно, по конструктивному исполнению –отопительные, отопительно-варочные, отопительные с хлебной камерой, Русские Теплушки, с лежанкой, с водонагревателем, печи-котлы, печи-камины, печи для бани, агрегаты специального назначения, наружные печные комплексы.

Распространёнными моделями колпаковых теплогенераторов являются модели ОК-2 (отопительная печь Кузнецова) и русская печь РТИК-5.

Печи-камины Кузнецова, помимо основной, отопительной, функции могут нести дополнительные нагрузки. Существуют проекты каминов с варочной панелью и грилем.

Внимание! Увеличение объёма нижнего колпака можно увеличить площадь обогрева, что позволяет использовать агрегат для отопления нескольких комнат.

Отличие колпаковых установок Кузнецова от традиционных отопительных агрегатов

Рассмотрим конструктивные и эксплуатационные особенности данного отопительного оборудования:

• Сжигание топлива в отопительных установках Кузнецова происходит при достаточно высоких температурах. Благодаря этому любой тип топлива сгорает практически полностью с образованием минимального количества золы и без появления сажи.
• Колпаковая конструкция агрегата обеспечивает полный прогрев внутреннего пространства печи, поскольку топливные газы опускаются до 2-3-го ряда кладки.
• Теплогенераторы Кузнецова отдают тепло более равномерно, по сравнению со стандартными конструкциями печей.
• Если заслонка по забывчивости осталась открытой, то печь не теряет тепло, удерживая температуру в течение длительного периода. Это происходит благодаря наличию колпаков, в которых продолжается циркуляционный процесс холодных и разогретых газов.
• Отопительные агрегаты Кузнецова всех типов, помимо основной топки, оснащены топкой летней. После длительного простоя печи достаточно в летней топке сжечь небольшое количество топлива. Это просушит внутреннее пространство агрегата  и обеспечит его быстрый разогрев и эффективную работу.

Основные правила расположения печи Кузнецова

Внимание! Поскольку печи Кузнецова по своей сути представляют собой инфракрасные обогреватели, поэтому наибольшее количество тепла, поступающего в помещение, обеспечивается прямым излучением. Максимальной мощности рабочего режима можно достичь выбором правильного расположения отопительного агрегата.

По этому поводу существует несколько полезных рекомендаций:

• Центр отапливаемого помещения – оптимальный вариант расположения печей Кузнецова.
• Один из вариантов – использование печей в качестве разделителя двух функционально различных пространств. Например, между кухней и гостиной или гостиной и спальней.
• Для сохранения тепла внутри помещения следует избегать размещения отопительного агрегата возле наружной стены. Наименее приемлемым является размещение печи в нише, устроенной на наружной стене.

Для правильной работы кирпичный отопительный агрегат Кузнецова должен сооружаться соблюдением всех тонкостей кладки и в полном соответствии с чертежами и порядовками.

Печи Кузнецова высокой эффективности

1. Принцип действия печи Кузнецова
2. Виды печей Кузнецова
3. Порядовки печей Кузнецова
4. Как построить кирпичную печь Кузнецова (видео)

Печь Кузнецова – отопительный прибор, названный в честь своего конструктора, предложившего модернизированную модель традиционной русской печи, отличавшуюся высокой тепловой эффективностью и экономичным расходом топлива.

Печь Кузнецова проста в эксплуатации, может работать на любом виде топлива, а ее отопительный функционал легко расширяется варочной плитой или водяным контуром, позволяющим обогревать не одно, а несколько помещений. Строительным материалом печи служит огнеупорный кирпич, из которого выполняют корпус, и шамотный, который идет на изготовление топочной камеры. При этом печь Кузнецова не выглядит громоздкой, а на для ее строительства потребуется кирпича вдвое меньше, чем на обычную русскую печь.

Принцип действия печи Кузнецова

В печи Кузнецова реализована идея сохранения тепла вихревых потоков газа, образующихся при сгорании топливной древесины. В русской печи их можно услышать, когда при работе печи создается характерный «вой» воздушных потоков, уходящих в дымоходную трубу вместе с тепловой энергией.

Кузнецов же предложил аккумулировать это тепло, разработав систему свободного движения газов и создав оригинальную печную конструкцию колпакового типа, с коротким дымоходом. В этой печи нижняя часть корпуса объединяется с топливником, образуя колпак, где происходит догорание вихревой газообразной смеси. Процесс саморегулирующийся, благодаря тому, что газы движутся не за счет тяги дымохода, как в классических дровяных печах, а под действием собственной силы тяжести. При этом холодные газы уходят в трубу, а более легкие и горячие – в колпак, конструкция которого не позволяет им расширяться вверх. Газообразная смесь идет вниз, сила тяги ослабевает, как и горение. Происходит обратный процесс – до тех пор, пока топливо не прогорит полностью и не станут тлеть угли. Это горение сопровождается выделением пиролизного газа, который аккумулируется под сводом колпака до тех пор, пока не отдаст всю тепловую энергию кирпичной облицовке. Открытая или закрытая вьюшка поддувала практически не оказывает на это процесс большого влияния, поэтому печи Кузнецова, помимо своих замечательных отопительных характеристик, обладают еще одним немаловажным качеством: повышенной безопасностью.

Виды печей Кузнецова

В зависимости от количества колпаков, печи Кузнецова делятся на одноколпаковые и двухколпаковые, а по функционалу — на отопительные, отопительно-варочные, варочные, уличные (барбекю), печи для бань, многофункциональные, с лежанкой, хлебные. По геометрии корпуса различают угловые, прямоугольные и квадратные печи Кузнецова.

Тепловая эффективность печей Кузнецова достигает 95%.

Порядовки печей Кузнецова

Строительство печи Кузнецова лучше доверить опытному мастеру, но самостоятельное возведение также возможно, нужно только точно руководствоваться чертежами печи и ее порядовками, а также требованиями каминостроения, включающими:

1. правильное позиционирование печи относительно будущего дымохода
2. устройство бетонного основания, которое должно быть больше размеров печи примерно на десять сантиметров
3. внутреннюю кладку шамотного кирпича только «на ребро» и усиление ее металлической проволокой каждые два ряда
4. установку металлических элементов печи с учетом их расширения при нагревании
5. обработку кирпичной поверхности печи специальным термостойким составом

Вариантов печей Кузнецова множество – все они имеют нумерацию от 1 до 28 и находятся на сайте изобретателя в свободном доступе. Поэтому, если вы разбираетесь в схемах и чертежах, можно построить печь Кузнецова своими руками. Порядовки показывают пошаговое выполнение кладки — важно не отступать от инструкций, чтобы сделать эффективный и пожаробезопасный отопительный прибор.

Как построить кирпичную печь Кузнецова (видео)

Котлы Кузнецова | Печи и камины своими руками

Чтобы увеличить полноту сгорания топлива  И.В. Кузнецов предложил перенести теплообменник из топки в колпак. Подробнее можно ознакомиться в его статье

Вот фотографии установки теплообменника в колпак

У меня нет опыта строительства и эксплуатации котлов с теплообменником в колпаке. Напишу то, о чем вычитал на форумах.

Из плюсов:

1.Топливо сгорает полнее, значит требуется меньше дров для отопления по сравнению с теплообменником в топке

2.Система с регистром в колпаке более инерционная, т.е. дольше нагревается и дольше остывает, по сравнению с теплообменником в топке.

Из минусов:

1.Сложнее в изготовлении, больше требуется металла при одинаковой мощности, а следовательно дороже.

2.Труднее процесс очистки теплообменника от сажи. Нужно или разбирать котел, чтобы почистить механически, или сливать воду из системы и протопить без воды, чтобы сжечь сажу на регистре. Теплообменник расположенный в топке почистить проще через открытую топочную дверку. Для этого можно использовать металлическую щетку или шпатель.

3.На регистре в колпаке образуется большое количество конденсата, пока теплоноситель не нагреется больше 50 градусов. Конденсат на теплообменниках в топке  я не наблюдал.

Для того чтобы уменьшить образование конденсата нужно нагреть теплоноситель в обратке.  Для этого соединяют подачу и обратку регистра и в начале топки пускают поток теплоносителя по малому кругу. Когда теплоноситель нагреется постепенно пускают поток по большому кругу. Чтобы это автоматизировать ставят специальный клапан, который работает как термостат в автомобиле. Или другой способ, его я прочитал в описании системы отопления у Юрия Болотова, когда в обратке вода подогревается электрокотлом.

Это усложняет и удорожает систему отопления. Видимо поэтому мои клиенты выбирают котлы с теплообменником в топке.

У меня был опыт установки теплообменника в отпуском канале за топкой, вот его фото

Периметр сварен из 2-х дюймовой трубы. Две средние трубы 1  3/4 дюйма. Высота 0,5 м, ширина 0,3 м.

Первое время система отопления нагревалась быстро, но постепенно грелось все хуже. Оказалось, что теплообменник зарос сажей, да так сильно, что сажа перекрыла весь канал и печь перестала работать. Сажа наросла за 3 месяца ежедневной топки.

Стоял он в этом месте — показано синим.

Печь пришлось разбирать и вырезать регистр. Чтобы выйти из сложившейся ситуации с минимальными затратами разобрал заднюю стенку топки и вместо нее сварил параллелепипед с размерами 260х350х100, который и стоит до настоящего времени. Отработал больше 10 лет.

А это разрез отопительного щитка моей печи.