Печи кузнецова: печь с водяным отоплением для частного дома

Устройство водяного отопления

Водяные контуры, нагреваясь от топлива, подогревают установку, нагреваются дымовые каналы, стенки отопительного агрегата. К отопителю подключают батареи, которые становятся теплыми в процессе сгорания горючего в топке. Нагретый агрегат обеспечивает теплом помещение, пока стенки полностью не остынут.

Элементы:

• печь;
• теплообменник, находящийся внутри, вокруг приспособления в виде змеевика;
• водяные контуры, размещенные по периметру помещения.

Устройство прибора

Отопительная установка, нагревающая водяные контуры, более доступна, если сравнивать с другим оборудованием для нагрева воздуха.

Схема циркуляции воды в контуре

Отопительная система построена по схеме естественной циркуляции теплоносителя по водяным контурам. Прибор устанавливают в центре помещения, по кругу располагают подводящие трубы, подключенные к основному очагу нагрева.

Устройство будет эффективно нагревать помещения и обеспечивать комфортную температуру. Дома, состоящие из нескольких ярусов, невыгодно оборудовать устройством долгого горения. Придется устанавливать большую печь, присоединяя много радиаторов, это дорого, не эффективно.

Стандартная установка с подключенными радиаторами состоит из:

• теплообменника;
• трубопровода из металлического контура;
• радиаторов, толстых труб;
• расширительного бака.

Оборудование при одноразовой закладке топлива будет обогревать дом двенадцать часов.

Печь – кирпичная или металлическая

Из какого материала лучше строить устройство длительного нагревания? Чаще выбирают кирпичную или металлическую конструкцию.

Кирпичная нагревается дольше, но теплоотдача длительней. Стальное оборудование длительного горения, наоборот, нагревается быстро, а остывает за короткий отрезок времени.

Кирпичная топка

Кирпичная установка тяжелая, должна быть капитальной, с фундаментом, дополнительными креплениями. Лучше устанавливать на этапе строительства дома.

Если планируется постоянное проживание в доме, подойдет кирпичная печь. Прибор отопления дорогой, сложен в монтаже, однако, имеет высокий коэффициент полезного действия.

Металлическая печь с подключенными водными радиаторами бюджетная. Конструкции недолговечны, однако подойдут для нерегулярного нагрева воздуха в доме.

Агрегат из металла

Выбор зависит от пожеланий хозяина жилого пространства, если хочется возвести систему отопления надолго, лучше выбрать кирпичную конструкцию.

Трубы – нержавейка или металлопластик

Если используются конструкции с водяными контурами, можно выбрать стальные, металлопластиковые или полипропиленовые трубы.

Металлопластиковые трубы популярны. Однако, если нет уверенности, что температура нагреваемой воды не превысит 95 градусов по Цельсию, лучше установить термоустойчивые трубы из нержавейки.

Теплоотдача – радиаторы или регистр

Медленное поступление тепла в контуры обеспечивает длительный обогрев помещения, нужно подсоединить правильные теплообменники для установленного основного прибора.

Выбор теплообменника

Радиатор выглядит, как батарея, регистр — соединение труб. Радиатор вписывается в интерьер. Регистр подойдет для отопления частного дачного дома. Чаще встречаются в деревнях, селах, где вопрос эстетики не важен, главное финансовая выгода, простота конструкции.

Если оборудование установлено правильно, по предварительно продуманной схеме, оба теплообменника будут обеспечивать дом теплом.

Подбираем теплообменник для топки

Чаще изготавливают из стали, чугуна, меди. Теплообменник из меди качественный, но цена слишком высока. Да и самостоятельно спаять устройство сложно.

Чугун по характеристикам лучше, чем сталь. Сделать собственными руками теплообменник сложно. Если взять готовую батарею, при сгорании горючего в топке будет постепенно выгорать уплотнитель, расположенный между секциями. Это увеличивает риск утечки воды в топку, существенно снизит коэффициент полезного действия печи. Чугунную батарею сложно почистить изнутри от сажи.

Стальной змеевик или рубашка из листового металла, самый выигрышный вариант. Конструкцию просто собрать, соединив несколько элементов.

Требования

При самостоятельном оснащении вашей отопительной установки водяной рубашкой необходимо знать некоторые простые правила:

1. Для создания змеевика можно использовать стальные трубы или листовую сталь, толщиной не менее 5 мм. Более тонкий металл может быстро прогореть из-за высоких температур в топке.
2. Внутренний диаметр трубы (или конструкции из листовой стали) не должен быть меньше 40 мм, иначе вода в змеевике практически мгновенно закипит, что может привести к механическим повреждениям не только водяной рубашки, но и кладки.
3. Между змеевиком и кладкой необходим просвет 1,5 – 2 см. для теплового расширения стали. Несоблюдение этого правила непременно приведет к разрушению кладки.

Следует понимать, что форма теплообменника тоже имеет значение.

Особенности печей Кузнецова

Кроме высокой эффективности, эти устройства отличаются следующими преимуществами:

• Простая чистка — из-за значительных температур в топочной камере сгорает даже зола, снижая количество необходимых операций по уборке.
• Многофункциональность — кузнецовки часто оснащаются варочной плитой, духовым шкафом, котлом для нагрева воды.
• Конструкция позволяет строить печи различной формы, размеров, это обеспечивает их более удобное расположение в доме, а также расширяет выбор декоративного оформления приборов.
• Равномерный прогрев стен печи положительно сказывается на прочности кладки, поэтому кузнецовки отличаются долговечностью.

Постройка такой печи окажется вполне возможной для опытного мастера — если же опыта не хватает, рекомендуется обратиться для расчета чертежа к специалисту. При самостоятельной работе по готовой схеме требуется внимательно следовать рекомендациям, не изменяя порядовку выбранного проекта по своему усмотрению.

История появления

Традиционная (канальная) твердотопливная печь известна с незапамятных времен. Она работает на принципе печной тяги, где раскаленные дымовые газы выводятся за счет перепада давлений. Это вполне работоспособная конструкция, но она грешит массой недостатков. Самым существенным из них являются большие теплопотери, возникающие из-за ускоренного вывода горячих газов, не успевших отдать тепловую энергию.

Наиболее наглядно эта проблема представлена в конструкции обычной печи-буржуйки — она раскалена в процессе сжигания дров, но мгновенно остывает, если подачу топлива прекратить. КПД буржуйки составляет 40-45%, что означает напрасную трату от 55 до 60% дров. Кузнецов предложил более совершенную конструкцию, которая увеличивает КПД.

Сегодня насчитывается около 150 моделей печей, разработанных Кузнецовым. Среди них выгодно выделяются колпаковые (или бесканальные) конструкции, в которых решены проблемы с эффективностью отбора тепловой энергии. Это модифицированные русские печи, у которых изменен принцип удаления дымовых газов. Вместо прохода по удлиненному извилистому каналу дым задерживается в специальной полости (колпаке), что позволяет ему отдавать тепловую энергию гораздо эффективнее.

Основной своей задачей разработчик видел увеличение теплоотдачи при сохранении тяги, возможности полного остывания дымовых газов.

В полостях колпаковых печей газы движутся значительно медленнее, благодаря чему успевают отдать тепловую энергию стенкам. Это позволяет использовать совершенно другие режимы эксплуатации, с меньшим количеством топлива.

Мнение эксперта
Алексей Гаврилов
Специалист по кухне барбекю и оборудованию

КПД таких конструкций составляет около 80%. Во многих источниках встречаются гораздо большие значения, которые иногда превышают 100%. Это условный показатель, невозможный на практике и полученный путем сложения КПД от нескольких узлов. Рассчитывать на такую высокую эффективность не следует, хотя и реальные значения весьма велики.

Полезные советы и общие рекомендации экспертов

В некоторых помещениях приходится встраивать печи в нишу или устанавливать на прямоугольные / квадратные основания. Для этого потребуется выполнить разметку и залить фундамент. После сборки корпуса с учетом порядовки закрепить дверцы, топочную камеру, варочную поверхность и прочие элементы.

Во время первого протапливания нужно накалить печь до максимума. Это позволит оценить ее работоспособность и эффективность.

Чертежи будущей печки можно создать своими руками либо заказать у профессионалов. Если у вас отсутствует опыт в проектировании, лучше доверить работу специалистам. Они предложат готовые схемы с учетом ваших требований.

Особенности конструкции

Благодаря особому внутреннему строению печи, она быстро нагревается и при этом долго сохраняет тепло. Историки утверждают, что помпейская печь появилась на Пиренейском полуострове и изначально использовалась именно для приготовления открытого пирога с сыром, где для обогрева помещения конструкция была не нужна.

Оформление помпейской печи

Позже она получила распространение и по всему миру. Ее еще называют неаполитанская, итальянская печь, тандыр.

Помпейская печь не только станет идеальной конструкцией для приготовления пиццы, пирогов и хлеба, но и украсит любой загородный участок. В сочетании с беседкой или мангалом, она становится настоящим ландшафтным украшением, становясь излюбленным местом отдыха всей семьи.

Печь во дворе

В основном такую печь устанавливают на загородных участках на улице, в зоне барбекю, в саду на открытом воздухе, но при желании и внесении некоторых технических доработок, помпейскую печь можно возвести и в доме. Для этого, конечно, придется предусмотреть не только надежный прочный фундамент, но и дымоход.

В этой статье мы рассмотрим классический вариант строительства итальянской печи на открытом воздухе. Прежде чем приступить к пошаговой инструкции, хочется предупредить, что кладка помпейской печи – очень непростое и дорогостоящее мероприятие.

Но если вы все правильно выполните, то такая печь будет радовать вас не один десяток лет, придавая аутентичный вид даче и помогая готовить вкусную домашнюю выпечку. Благодаря нашей понятной и простой инструкции, осилить кладку помпейской печи своими руками сможет даже новичок.

Устройство помпейской печи чем-то схоже с конструкцией древней славянской печи.

Конструкция помпейской печи

Но, в отличие от традиционной русской печи, она гораздо быстрее нагревается. Готовить пироги в ней можно уже буквально через 30 минут после разогрева, в то время, как русской печи понадобится не менее 3-4 часов, прежде чем достичь оптимальной для приготовления еды температуры.

Такая скорость разогрева в помпейской печи достигается благодаря меньшей термальной массе. Слой кирпича, который нагревается, составляет всего 12 см. Уже за 45 минут после растопки, температура в этой печи достигает 260 градусов, а через час — 370 градусов.

Каким образом происходит распределение температуры в помпейской печи?

	Через 30 минут	Через 45 минут	Через 60 минут	Через 90 минут
Наружная часть свода	150	260	370	370
Внутренняя часть свода	315	370	370	370

Особенностью и главным преимуществом помпейской печи является то, что в ней можно приготовить практически любое блюдо за короткое время. Благодаря большой температуре, которая достигается внутри свода, в ней отлично выпекается пицца и хлеб. Особую пикантность выпечке придает дым.

Правила безопасного использования котла водяного отопления

Чтобы прибор с нагревательным водяным контуром работал с наиболее высоким КПД, рекомендуется следить за соблюдением ряда правил:

• Печь никогда не растапливают при слитом теплообменнике — это приводит к его необратимому повреждению.
• Если растопить печь и подать холодную воду в уже нагревающийся теплообменник, это приведет к его деформации и растрескиванию металла.

• При отсутствии циркуляционного насоса снизится скорость продвижения воды по трубам и соответствующее качество теплоотдачи.
• Для того чтобы избежать застывания воды в трубах, расположенных вблизи внешних стен, в зимнее время в контуре используются специальные антифризы.
• Если прекратить продвижение воды по трубам при еще работающей печи, существует риск взрыва перегретого теплообменника.

При соблюдении всех правил эксплуатации печь Кузнецова с водяным контуром обеспечит наиболее качественное отопление помещения и длительный срок службы всех систем.

Особенности печки Кузнецова

Обогревательная установка печь Кузнецова с водяным отоплением помимо максимального коэффициента полезного действия в сравнении с иными печными конструкциями имеет еще несколько отличительных параметров.

От того, что весь воздух удерживается внутри системы обогрева, достигаются максимальные температурные показатели, от которых перегорает все, даже зола. Поэтому печь не нужно часто чистить или переживать за засорение продуктами сгорания.

Мощность установки помогает прогреть даже просторное помещение, что дает волю фантазии хозяина дома и печника: возможно выложить практически любые форму, размер.

Выложить сооружение своими руками вполне реально, но за чертежами стоит обратиться к опытному специалисту.

Подробный обзор печки водного нагрева Кузнецова представлен ниже:

Основа основ

Большинство преимуществ печей Кузнецова дает принцип свободного прохода газов. Поясним опять на примере.

Представим себе печь со сложной системой дымовых ходов: утермарковку, четырех-пяти оборотную голландку. В этом тесном лабиринте неизбежно будут возникать сильные завихрения. Слыхали, как печь гудит? Это лишь незначительное проявление бушующей в ней вихревой энергии. А взяться ей неоткуда, кроме как из закладки топлива. Если каналы достаточно длинные и узкие, то на первый взгляд ничего тут страшного нет: вихри, пока доберутся до трубы, рассеются, остывая, и все равно отдадут свою энергию телу печи, а оно – в помещение. Но на деле проявляются нюансы, о которых будет сказано далее в тексте. Из-за них КПД канальной печи свыше 60% – исключительная редкость.

В канальной печи, пока она топится, мечется огромный поток энергии, и на отопление или подогрев воды можно, не нарушая ее работы, взять лишь небольшую ее часть. Такая печь в чем-то похожа на ядерный реактор. Не пугайтесь, только по синергетике, т.е. по путям циркуляции энергии в ней. В ядерный реактор приходится закладывать топлива в десятки раз больше, чем необходимо для обеспечения проектного энерговыхода. Иначе нейтроны просто вылетят наружу, не успев встретить готовые их принять атомы урана. В канальной печи – горячие вихри, не успев остыть, вылетят в трубу или, наоборот, остынут сразу, дав дым и сажу.

А вот кузнецовки (о подробностях ниже) по синергетике уже ближе к термоядерным реакторам будущего. «Термояд» звучит страшновато, но это только по ассоциации с водородной бомбой. На самом деле теромядерные реакторы вполне безопасны.

Почему? Потому, что в них вырабатывается энергии ровно столько, сколько должно уйти потребителю, а технологический запас по мощности для разреженной плазмы нужен мизерный. Если вдруг камера токамака или стелларатора внезапно полностью разрушится, плазма полностью высветится (тяжелых-то атомов в ней нет) и остынет, прежде чем дойдет до стен помещения. Ремонтники выругаются – то ли дело в дежурке лясы точить – но уже через 5 мин. смогут притупить к ликвидации без защитных средств.

Так что же общего у печей Кузнецова с термоядерными реакторами? То, что энергия дымовых газов благодаря принципу свободного прохода не прокручивается много раз в потоке, пока не протолкнется в тело печи, а пропитывает его сразу же. И деться ей оттуда теперь некуда, кроме как в помещение и/или водогрейный регистр.

Особенности конструкции и принцип работы

Печи Кузнецова более эффективны для отопления, чем обычные канальные модели

В канальной печи горячий воздух движется по направлению от топки в сторону дымохода. При этом нагреваются стенки конструкции, от которых тепло излучается в помещения. В таких нагревательных дровяных конструкциях продукты сгорания удаляются естественным образом. Чем лучше тяга, тем быстрее горячий воздух отводится на улицу. КПД устройства достигает не более 60%. До 40% тепла «отапливает» окружающее пространство.

Канальные модели громоздки, прогрев неравномерен — на начальном участке (пока воздух горячий) стенки прогреваются сильнее, в конце дымохода меньше. Разность температур часто приводит к появлению трещин в структуре стен.

В кузнецовских печках используется иной способ удаления горячих продуктов сгорания. На его пути устраивают один ли несколько колпаков, в которых происходит воздухообмен.

Сообщаются камеры через узкие щели, называемые «сухими швами».

Нижний колпак объединён с топкой. Под «куполом» за счёт законов физики скапливается горячий воздух, который прогревает стенки печи, сам при этом охлаждается. По мере горения топлива в колпак поступает новая порция тепла, вытесняя остывшие массы вниз. Охлаждённый воздух перетекает во второй купол, где процесс повторяется.

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

Расчет печи

Чтобы сделать надежную печь Кузнецова для 2-х этажного дома или для маленького садового домика потребуется выполнить несложные расчеты

Но если важно определить точную мощность печи для дома, такую работу лучше доверить профессионалам

Для примера сделаем расчет для небольшого, одноэтажного домика, площадью 35 м2 , объемом 77 м3, с 1 окном и дверью

Для расчета важно знать формулу и несколько основных коэффициентов. Нам потребуется перемножить объем с суммой коэффициентов слоя теплоизоляции (1,2) и стеклянного окна (1,2) и приплюсовать коэффициент материала деревянной двери (1,5)

Подставляем данные и выполняем расчеты: 77*(1,2+1,2)+1,5

Округляем результат в большую сторону, получаем необходимую мощность печи 21 кВт

Подставляем данные и выполняем расчеты: 77*(1,2+1,2)+1,5. Округляем результат в большую сторону, получаем необходимую мощность печи 21 кВт.

Для определения самих габаритов печи соблюдают несколько пропорций:

• исходя из объема комнаты определяется площадь отверстия топки. Они должны рассчитываться в пропорции 50-70 к 1;
• глубина топочного отсека определяется в пропорции 1 к 2.

О недостатках и достоинствах кирпича

Кирпичная печь – сложное тяжелое сооружение, требующее под себя отдельного фундамента и производства в доме капитальных строительных работ. Встроить водяной контур в кирпичную печь гораздо сложнее, чем в стальную, см. далее. Но в то же время:

• Кирпичная печь поддерживает в доме оптимальную влажность: поглощает избыток паров воды из прохладного воздуха и отдает их при нагреве во время топки.
• Она же устанавливает в помещении оптимальное для здоровья температурное поле: от стен к центру все теплее.
• Сокращает теплопотери дома: потоки нагретого печью воздуха создают перед окнами нисходящую тепловую завесу, много более эффективную, чем восходящая от регистров (батарей отопления) под окнами.
• Выравнивает микроклимат в доме: летом поглощает некоторую часть избыточного тепла и через фундамент отводит его в грунт. Зимой таким же образом немного подогревает дом.
• По причине в пред. пункте стабилизирует осадку здания, делает его более надежным, устойчивым и долговечным.

Еще о кругленьких

Круглые печи теоретически вообще имеют массу преимуществ, только в доме не очень-то удобны. Однако немал спрос и на компактные передвижные печи, и вот тут предельно высокий КПД круглых многоколпаковок может оказаться решающим фактором, ведь при уменьшении размеров печи ее КПД резко падает из-за закона квадрата-куба.

Такие печи, разумеется, пришлось бы делать из металла. Это решает проблему чистки, печку можно выполнить разборной. Но выбор металлов, подходящих по соотношению теплоемкости и теплопроводности, крайне ограничен. Из недорогих – только чугун, но он тяжел и хрупок.

Однако есть металлический материал полегче и попрочнее с подобными свойствами. Это – продукция порошковой металлургии. Применительно к ножам-ножницам «порошковая дрянь» вполне оправдано, но для печи, в которой ничего не работает на сдвиг, порошковые детали могут оказаться находкой.

Вторая проблема, о которой уже говорилось – жаростойкая футеровка на своде первого колпака. Если удастся решить и ее, то, возможно, труды и старания Игоря Викторовича Кузнецова дадут плоды более обширные и весомые, чем сейчас кажется.

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.

Технология изготовления водяного контура для кирпичной печи

Хорошо поставленная кирпичная печь с котлом водяного отопления является аккумулятором тепла, то есть, кроме того, что греет теплоноситель для раздачи в систему отопления, сама конструкция нагревается и передает тепло комнатам. При оснащении варочной панелью, прибор снимет проблему приготовления обедов в областях с перебоями подачи газа, электричества.

К прочим плюсам относят равномерность подачи тепла и поддержание температуры водяного теплоносителя до тех пор, пока огонь в топке не погаснет. Но и после окончания горения, устройство долго отдает тепловую энергию, сохраняя в доме комфортную температуру.

• встроенный в топливник теплообменник не заработает из-за уменьшенного объема;
• если холодный теплоноситель перемещается особенно интенсивно, снижается КПД устройства и накапливается сажа;
• несоблюдение технологии встраивания теплообменников в дымовой канал приводит к снижению пропускной способности и попаданию угарных газов в помещение;
• вмуровывая теплообменник в кладку, нужно следить за тем, чтобы осталось пространство для расширения устройства при нагревании, иначе кладка расшатается;
• неточные расчеты мощности теплообменника, встраиваемого в дымоход, приведут к снижению температуры дымовых газов и образованию конденсата, который приводит к быстрому износу деталей системы.

Снизить риск ошибки можно при использовании готовых заводских приборов или поручении дела мастерам, имеющим опыт сооружения системы отопления с водяным контуром из печи.

Разновидности теплообменников и зоны их размещения в кирпичной печке

Теплообменники классифицируются по типу материала, из которого они сделаны:

1. Чугун. Жаропрочный материал подходит для обустройства котлов, но не терпит перепадов температуры. Если формируется чугунный теплообменник, доливать в него холодную воду в процессе нагрева нельзя – металл лопнет.
2. Медь. Прочный материал с высокими показателями теплопроводности. В печах применять нельзя из-за прогрева – температура плавления меди составляет +1083 С, топка прогревается до +1400 С.
3. Сталь. Материал подходит только при условии высоких жаропрочных показателей и толщины стенки от 5 мм. Рекомендуется выбирать бесшовные трубы с антикоррозийной обработкой.
4. Нержавеющая сталь. Прочный материал практически не ржавеет, долго служит и отличается хорошими показателями теплопроводности. Лучше всего подходит марка стали AISI 3040.

Материал для изготовления теплообменника своими руками

Практичнее всего применять листовую сталь или трубу. Нюансы выполнения работы:

• Сталь листовая выбирается толщиной до 5 мм, в самом листе вырезаются 2 отверстия для трубы сечением в 50 мм – это для трубопроводов подачи и обратной циркуляции теплоносителя. Стальная конструкция размещается внутрь топки, чтобы облегала стенки и потолок, дополняется выходными отверстиями (боками) для закладки дров и выпуска газов. Внутренний зазор должен быть не менее 30 мм, чтобы не закипела жидкость для подачи в сеть отопления. Теплообменник располагать так, чтобы подающая труба находилась в верхней точке, это необходимо для устранения риска возникновения паровых пробок и предупреждения гидроудара в трубопроводах и радиаторах.
• Если теплообменник делается из трубы, то он тоже размещается в топке. Подойдет труба сечением до 50 мм круглая или профильная с прямоугольным сечением 40х60 мм или 60х60 мм. Детали свариваются в конструкцию по рассчитанным размерам, правило тут одно – теплообменник размещать так, чтобы он не мешал закладке топлива, не перегораживал колосники и каналы дымоудаления.

При выполнении трубных элементов в виде плоского регистра, теплообменник устанавливается в дымоходные каналы. Это не самый лучший вариант, потому что в этой зоне мало тепла и надо брать трубу большего сечения. Устанавливать такие детали в готовую печь запрещено, они перегрузят конструкцию – все расчеты и нагрузка выполняются только на этапе проектирования и укладке печи.

Правила расчета параметров и мощности теплообменника

Стандартная формула такая – на 10 м2 отапливаемой площади требуется 1 кВт тепла. Применяя расчеты к теплообменнику, следует знать – с одного 1 м2 устройства снимается до 10 кВт тепловой энергии. Если делать дровяное отопление с водяным контуром, то с 1 м2 теплообменника снимается до 6 кВт тепла в час, для угольной печи до 10 кВт/час.

К примеру, для дома с потребностью тепла в 15 кВт/час расчет ведется так: S=Q/Qy, где 15/6=2,5 м2, а S – это площадь дома, Q – требуемая тепловая энергия, Qy – количество выделяемого тепла. Пример приведен для теплообменника из листа стали. В этом случае общая площадь теплообменника, которая соприкасается с горячим воздухом топки, равняется 2,5 м2.