Как сделать Печь кузнецова с водяным отоплением дома своими руками: порядовка и схема

Особенности конструкции

Концепция построения печи Кузнецова довольно проста – сразу за топкой располагается колпак – специальная емкость в виде перевернутого вверх дном стакана. Таким образом, печные газы выходят через нижнюю часть этого колпака.

Такая необычная деталь существенно преображает конструкцию в функциональном плане, поскольку печные газы, выходя из топки, сразу же расслаиваются в зависимости от температуры. Холодные газы поднимаются вверх по дымоходу, а горячие задерживаются в колпаке и отдают все свое тепло на отопление, подогрев воды или приготовление пищи. Внутри колпака постоянно поддерживается высокая температура, поскольку он расположен очень близко к топке. Туда же попадают все продукты сгорания, которые не успели отдать свое тепло. В результате вы получаете большую теплоотдачу и меньше сажи в дымоходе.

Печь Кузнецова решает сразу две главные проблемы – затраты на отопление дома в холодное время года и регулярную чистку забившегося дымохода. Конструкция с отопительным котлом качественно отличается от всех ранее изобретенных печек с водяным отоплением. Перенос теплообменника из топки в колпак создает уникальные условия, при которых не снижается КПД печки при неполном сгорании топлива.

Но самое главное преимущество печей Кузнецова в том, что горячие газы не покидают колпак и не могут подняться по дымоходу, пока не остынут. То есть они будут отдавать все тепло до последнего, и вы получите максимум энергии от любого топлива, будь то угли или дрова. При этом никто не запрещает установить не один, а, скажем, два или даже три колпака, создав несколько тепловых зон с постепенно убывающей стабильной температурой. Так, над первым колпаком можно сделать варочную плиту, где быстро готовить еду, над вторым, более холодным колпаком, организовать сушилку для фруктов, над третьим – теплую лежанку, на которой будет уютно спать холодными зимними ночами.

Полезный совет: если вы хотите разместить над первым колпаком варочную плиту, отдайте предпочтение цельной поверхности без съемных элементов, чтобы не давать выхода продуктам сгорания.

Достоинства печей Кузнецова

Чтобы корректно и полно ответить на вопрос о достоинствах печей Кузнецова, необходимо иметь хотя бы поверхностное представление о требованиях к печам в общем, а также знать, какие проблемы в ходе эксплуатации возникают чаще всего.

Так, у обычных кирпичных печей есть несколько существенных конструктивных недостатков, главный из которых заключается в горении топлива. Такая печка не дает соответствующего обогрева. В процессе горения, как известно, окисляются водород и углерод, образуя СО и Н2О. Воздух в топке насыщается углекислотой и водяными парами, перекрывая доступ кислорода и не давая дровам как следует разгореться. Снижается температура продуктов сгорания, в результате чего уменьшается обогрев. Даже если у печи длинный дымоход, печной газ выходит из него с очень высокой температурой, и чем сильнее вы растапливаете печь в надежде обогреть помещение, тем больше пепла вылетает из трубы.

Достоинства печей Кузнецова:

1. Высокая производительность – КПД около 80%. Печка на 4 кВт запросто натопит дом площадью 100 кв. м.
2. Максимальная температура сгорания твердого топлива без использования дополнительных технологий или промышленных материалов.
3. Топить печь Кузнецова можно любым твердым горючим, при этом осадок сажи минимальный.
4. Ухаживать за конструкцией очень легко – фактически печь Кузнецова не требует почти никакого обслуживания (чистка раз в несколько лет).
5. Равномерная теплоотдача между топками, и как следствие – стабильная температура во всем помещении.
6. Возможность установки водонагревательного контура без ухудшения характеристик конструкции.
7. Сильная тяга даже при коротком дымоходе.
8. Из-за короткого дымохода печь Кузнецова строить быстрее и дешевле, чем любую другую.
9. Двухколпаковая схема печи позволяет адаптировать конструкцию почти под любое помещение и сочетать с любым дизайном.
10. Тяга по каналам распределяется автоматически, тем самым сводится к минимуму риск угара – можно почти никогда не закрывать вьюшку.

Принципы функционирования отопления

Отопление на основе печи с водяным контуром работает по принципу теплообмена. В топке печи от горячего воздуха нагревается вода, находящаяся в контуре. Она поднимается вверх по трубе и направляется в отопительную систему. Попадая в радиаторы (батареи), теплоноситель отдает свою тепловую энергию, а охлажденная жидкость обратно поступает в печной контур. Так обеспечивается замкнутый цикл системы.

Выделяется 2 основных типа данного отопления:

1. Самотечная система. В соответствии с физическими законами, нагретая вода поднимается вверх и самостоятельно устремляется в отопительную разводку, освобождая место для уже охлажденной жидкости. Такая система способна хорошо функционировать при небольшом количестве радиаторов и малой общей длине трубопровода.
2. Принудительная система. В радиаторах и по мере продвижения по трубам водный поток испытывает значительное сопротивление, что тормозит его. В разветвленных и достаточно длинных системах собственного давления часто оказывается недостаточно, а потому приходится к обеспечению принудительного движения теплоносителя. Для этого устанавливается электрический насос (чаще всего в обратной трубе).

Конструктивные особенности печи

Печь для водяного отопления отличается от обычной тем, что в нее встраивается водяной контур (теплообменник). Он содержит 2 патрубка: сверху — для подачи горячей воды в систему, снизу — для подключения обратной трубы с охлажденной жидкостью. Печь своим устройством должна обеспечить разогрев теплоносителя, проходящего по трубам.

Эффективность работы печи обеспечивается правильным выбором конструкции контура и места его расположения, с учетом следующих особенностей:

1. Конструкция. Печной теплообменник может изготавливаться из листового металла в форме емкостей (котлов), круглых или профильных металлических труб, сложных металлических конструкций (например, отопительная батарея).
2. Материал. Водяной контур изготавливается только из металла. По прочности и коррозионной стойкости идеально подходит чугун, но он сложен в обработке. Чаще всего используются стальные трубы или листы. Нельзя использовать в топке печи медь, т.к. ее температура плавления менее 1100ºС, а кратковременный разогрев в печи на дровах возможен до 1200ºС.
3. Размеры. Объем и протяженность контура должны обеспечивать горячей водой всю отопительную систему, с учетом постепенного ее охлаждения в каждом радиаторе. Точный расчет размеров теплообменника провести достаточно сложно, а потому этот процесс доверяется специалистам. Оценить размеры можно по необходимой мощности системы отопления. Практика показывает, что достаточная мощность обогрева составляет 1,1-1,3 кВт на каждые 10 м² площади помещения при стандартных потолках (высота 2,7-2,8 м). Теплообменник же в среднем отдает 6-8 кВт энергии с каждого своего 1 м² площади.

Также важно расположение контура в печи:

1. Самый эффективный разогрев теплоносителя обеспечивается при размещении контура непосредственно в топочной камере. Такой вариант монтируется при возведении новой печи или капитальной реконструкции с полной разборкой.
2. Для повышения долговечности теплообменника его можно отделить от топки тонкой перегородкой с хорошей теплопроводностью. В этом случае устраняется прямой контакт с открытым пламенем, и снижаются требования к материалу обменника. В таком случае для разогрева потребуется больше тепловой энергии.
3. Можно использовать значительную тепловую энергию отводящегося дыма. Установка контура в системе дымохода позволяет устранить необходимость уменьшения полезного объема топочной камеры.

Для обустройства водяного отопления используются печи разного типа. В частных домахпопулярны кирпичные печи с встроенным водяным контуром. В небольших домах можно использовать пиролизные печи длительного горения. В наше время можно просто установить покупную, готовую печь с водяным контуром.

Характеристики

Колпаковые печи Кузнецова имеют ряд отличительных характеристик и преимуществ, которые выделяют их среди основных конкурентов на рынке отопительного оборудования для дома и бани.

Принцип работы подобного устройства достаточно прост: нижний уровень (ярус) и топливник представляют собой единую конструкцию – колпак, который предназначен для эффективного перемещения газов, образованных при сгорании топлива. При этом скопление легких газов осуществляется вверху колпака, а тяжелых – внизу. В середине сосредоточены газы, имеющие среднюю температуру нагрева.

«Кузнецовка» из кирпича предусматривает длительное удержание нагретого воздуха внутри колпака для эффективной аккумуляции тепла внутри помещения, а затем быстрый вывод отходов сгорания через дымоотводную трубу.

Особенностью печи является поддержание предельной температуры горения. Кроме того, печь Кузнецова обладает высоким КПД, который в несколько раз превышает аналогичный показатель у классической русской печи.

Конкретные преимущества подобных печей состоят в следующем:

• Высокий КПД – до 94 %.
• Высокий температурный режим сгорания топливного материала.
• Быстрая аккумуляция и длительное поддержание тепла.
• Низкий уровень осаждения сажи.
• Простота в уходе и неприхотливость.
• Незначительная материалоемкость при высокой тепловой отдаче.
• Возможность дополнительного встраивания контура для горячего водоснабжения.
• Повышенная тяга при небольших размерах дымоотводной трубы.
• Привлекательный дизайн и широкий выбор конструктивных форм. Усовершенствованный вариант – двухколпаковая печь Кузнецова, которая может быть сконструирована под любой тип помещения.
• Быстрое распределение тяги между каналами в автоматическом режиме.

Принцип работы колпаковой печи

Колпаковая печь Кузнецова (в народе именуемая «Кузнецовка») получила название в честь своего создателя – И.В. Кузнецова, который занялся разработкой новой схемы отопления еще в начале 60-х годов прошлого столетия. Уникальная технология «свободного движения горячих газов» сразу же получила признание и стала пользоваться большой популярностью во всем мире.

Колпаковая печь Кузнецова: принцип работы

Особенность «Кузнецовки» заключается в том, что нагретые газы проходят и циркулируют по трубе благодаря собственной силе тяжести, в отличие от «принудительного» движения по дымоходу. Все мы знаем из уроков физики, что теплый воздух поднимается вверх, вытесняя холодный. Но, в отличие от канальных прототипов, здесь тепло не выходит из трубы, а собирается под колпаком. Постепенно он там остывает, и его вытесняют порывы борее горячего воздуха, поднимающиеся вверх.

Основным отличием канальной печи от колпаковой считается принцип движения горячего газа. В первой – дым как-бы вытягивается по трубе вверх, а в колпаковой – выталкивается. Сам колпак может служить емкостью для нагрева воды, приготовления пищи, сушилки и т.д. Таким образом, колпаковая печь может выполнять двойную функцию.

Печь «Кузнецовка»

То есть по функциональной характеристике, «кузнецовки» можно разделиться на:

• банные печи;
• печи для приготовления еды (хлебные, варочные, под казан, барбекю, гриль и т.д.);
• камин;
• печи для отопления;
• комбинированный тип.

Самыми распространенными являются именно комбинированные типы с возможностью приготовления еды и обогревом всего дома. Несмотря на возможность вариации стиля и формы, принцип действия колпаковой печи остается неизменным.

Схема движения газов в печи

Чтобы легче было понять основной принцип работы печи Кузнецова, представьте костер, разожженный на открытом воздухе. Из-за неограниченного доступа воздуха к огню, костер дает небольшое тепло. А теперь попробуем этот костер накрыть металлическим колпаком, оставив небольшой просвет снизу, чтобы совсем не загасить пламя. Горячий воздух пойдет вверх, нагревая стенки. Постепенно охлаждаясь, воздух начнет опускать к оставленному проему в то время, как его место занимает новая порция горячего воздуха. Это и есть принцип свободного движения горячих газов, который И.В. Кузнецов успешно применил в своей разработке.

Особенности конструкции

Сегодня в Сети можно найти более 150 разновидностей конструкции, но какой бы формы, стиля исполнения они ни были, все печи построены по одной методике. Конструктор, создавая схему кладки колпаковой печи, ставил перед собой две задачи: продуктивность и эффективность отопительной системы.

Возвести такую конструкцию не так-то просто. Необходимо четко придерживаться разработанной Кузнецовым И.В. порядовки

Изобретатель большую роль и внимание уделяет расположению внутренних каналов колпаковой печи

Колпак представляет собой отдельную камеру для задержки нагретого газа, что способствует экономии топлива и повышению КПД работы печи.

Стандартная конструкция «кузнецовки» предполагает наличие двух колпаков. Нижний объединен с топочной камерой, а второй колпак находится в верхней части печи. Задача первого колпака – разделить газы на холодные и горячие потоки. Именно это выгодно отличает колпаковую печь от канальной, где нагретый воздух, под действием тяги, свободно выходит наружу. Здесь же, горячий поток газа, выходящий из топки, стремится вверх, где задерживается под первым колпаком и долго аккумулирует тепло.

Дальше, поток стремится через проход во вторую камеру, где тоже задерживается под вторым потолком, так как проход находится у основания. Вследствие этого, горячий воздух, прежде, чем выйти по дымоходу, долго аккумулирует тепло в печи. Это дает высокий КПД – до 95 %. Если сравнить с эффективностью работы традиционной русской печи (канальной), то это больше на 45-50%.

Кроме свободного движения газа, колпаковая печь предполагает и механическое управление потоками. Для этого в конструкции устанавливаются задвижки. Они, по мере необходимости, могут задерживать и перенаправлять горячие потоки. «Летняя» задвижка предназначена для теплого времени года, когда печь используется в качестве варочной поверхности для приготовления еды. Открыв летнюю задвижку, поток горячего воздуха устремится вверх по дымоходу, не заходя под второй колпак.

Колпаковая печь для отопления дома

Печи в домах

Истории создания

В истории создания домашних кирпичных печей, особенно известны мастера и разработчики Кузнецов И. В., Грум-Гржимайло, Подгородников И.С. Кузнецов является автором 150 разработок, которые были воплощены в реальность.

Особую популярность приобрели печи Кузнецова с водяным отоплением. Они признаны не только в постсоветских странах, но и заграницей.

Дымоходы

Классические печи в домах в комплекте с варочными панелями, несмотря на отличия в конструкции, имеют одну особенность, которая их объединяет – естественная тяга дымоотвода.

Эта особенность имеет непосредственное влияние на эффективную работу печи. Без природной тяги, печь не сможет работать, даже современные котлы на твердом топливе нуждаются в этом.

Порядовка 2-колпаковой печи с комментариями

Строить будем двухколпаковую отопительно-варочную печь. Размеры: 1280 × 890 в основании, высота 2017 мм. Обогреваемая площадь порядка 45 метров квадратных. Функционал: отопление, духовка, варочные поверхности, ниша для сушки одежды, заслонка, обеспечивающая летний режим работы (готовка еды без отопления помещения).

Подробный проект этой печи вы можете скачать  здесь. Порядовку с комментариями, которая размещена ниже, лучше использовать вместе с проектом. Это актуально особенно для новичков, которым пригодится максимальная детальность.

Ряд 1. Сплошной ряд, особенностей не имеет.Укладываем ниже уровня чистового пола.

Ряд 3. Формируем камеры:

1. зольную (1),
2. духового шкафа (2),
3. нижний колпак (3).

Между последними двумя — проход. Устанавливаем дверцы во все три «коридора».

Кроме того, начинаем футеровку.

Ряд 4. Кирпич выступает вовнутрь камеры духового шкафа. (На нём будет устанавливаться его задняя часть.)

Ряд 5. Делаем вырезы, чтобы установить колосниковую решётку (1). Срезаем сверху наискосок блоки над дверцей зольной камеры (2). Сужаем проход в нижний колпак (3).

Перекрываем, ставим решётку. (Между ней и кладкой — зазоры по 5 мм.)

Ряд 6. Формируем топливную камеру. Кирпичи в задней и передней части срезаем наискосок (горящие угли при топке будут свободно скатываться вниз) (1). Канал сзади. Он соединительный между нижним и верхним колпаками (2). Для правильной установки духового шкафа, подбираем пластинки (3). Их толщина должна быть такой, чтобы его верх правильно выходил на 9-й ряд печи. Перекрываем проход (4).

Рекомендации по монтировке духового шкафа:

• зазоры по 5 мм между ним и кирпичной кладкой (1);
• обматываем эту часть асбестовым шнуром (2);
• между задней стенкой и печью делаем промежуток в 2 см (3).

Ряд 7. Оставляем нишу для дверцы зольной камеры.

Она сама будет выглядеть так:

Закрывается герметично, имеет регулируемые отверстия для подачи дополнительного воздуха, за счёт чего встроенное жаростойкое стекло меньше подвергается закопчению.

Ряд 8.  «Коридор» 2-3 см в текущем и предыдущем ряду. Это сухой шов. Через него удаляются несгоревшие балластные газы.

Ряд 10. Оставляем проход (1). 8 кирпичей срезаем по диагонали (2).

Перекрываем замковыми блоками.

Ряд 11. Шесть кирпичей на входе в варочную выпускаем вперёд примерно на 40 мм, два — вовнутрь. В обозначенных блоках — вырез.

Ряд 11. Устанавливаем плиту. По периметру — зазор не менее 5 мм, располагаем на то же расстояние ниже уровня текущего ряда.

Ряд 13. Зауживаем вход до ширины в полкирпича.Нависающие над ним блоки подрезаем снизу наискосок.

Ряд 15. На обведённые места будет опираться арка.

Выкладываем её из 17 кирпичей, срезанные «на конус» для красоты.

Ряд 16. Отверстие уменьшаем до размера одного целого блока.Ставим задвижку летнего хода.Перекрываем верх нижнего колпака печи.

Ряд 17. Повторно закрываем колпак, оставляем ход для канала.Подрезаем блоки, прилегающие к арке.

Ряд 18. Формируем основание верхнего колпака. Устанавливаем 2 дверцы для прочистки.

Ряд 20. Ставим 2 уголка вплотную для перекрытия варочной камеры.

Ряд 21. Перекрываем. Оставляем выход под вентиляцию и основной дымовой канал.

Ряд 22. Выделенный блок обрезается по диагонали.

Ряд 23. Продолжаем верхний колпак по левой стенке, оставляем дверку.Делаем сушильную камеру. От неё вправо — проход.

Ряд 24. Оставляем выход, соединённый снизу с сушильной камерой (обеспечит лучшую циркуляцию воздуха).

Ряд 28. Делаем вырезы, ставим 2 задвижки: вентиляционную и дымовую.

Ряд 29. Объединяем оба канала.

Ряд 30. Выпускаем вовнутрь, срезаем ряд кирпичей.

Перекрываем полностью.

Ряд 31. Перекрываем весь верх печи (оставляем выход домового канала).Ряд выступает в каждую сторону на 40 мм.

Ряд 32. Размер возвращаем к первоначальному.

Ряд 33. Закладываем основание трубы.

Ряд 34. Добавляем к ней второй уровень.

Окончательный вид в разрезах:

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.

Русская теплушка (РТИК)

Характерной особенность и ее преимуществом являются компактные габариты

Небольшая печка прекрасно впишется в любой интерьер и не займет много места, что, несомненно, важно. При этом данное преимущество одновременно является и недостатком печи Кузнецова «русская теплушка (РТИК)», так как из-за мелких размеров, тепловой мощности также мало

Теплушки могут быть:

• с лежанкой;
• с камином;
• с двухъярусным колпаком.

Принцип работы печи Кузнецова основывается на вторичном дожигании пиролизных газов. Поэтому их также называют пиролизными печами. Именно наличие нескольких куполов позволяет выжать максимум энергии из топлива и тем самым увеличить эффективность конструкции до 80%.