Колпаковая печь для отопления дома

Колпаковая печь Кузнецова своими руками

Чтобы создать такую конструкцию своими руками, следует знать о свойствах системы свободного движения газов:

• Газ полностью заполняет помещение любого объема. Таким образом, колпак можно изготавливать любой формы и размера.
• Каждое горизонтальное сечение стен колпака нагревается до одинаковой температуры.
• Источник, дающий тепловую энергию, можно произвольно располагать в нижней части колпака.
• Возможность одновременно применять несколько источников, обеспечивающих теплом.

Если печь своими руками возводят впервые, не рекомендуется использовать для этого свой проект. Это довольно сложно и при этом часто возникают ошибки. Лучше воспользоваться готовыми чертежами, которых в интернете очень много. Сразу сложные проекты выбирать не следует, лучше начать с простых конструкций.

Начинать складывать сооружение нужно со строительства фундамента и подойти к этому процессу необходимо со всей ответственностью, иначе конструкция может покоситься или треснуть. Поэтому основа для нее должна быть твердой, чтобы выдержать большой вес сооружения.

Печной фундамент из бетона лучше всего закладывать при строительстве дома. Шириной он должен быть на 10 см больше самой печи. Довольно сложно самостоятельно встраивать печь в готовый дом. Лучше всего, если это будут делать профессионалы.

Следует обратить внимание на то, печной фундамент не следует связывать с основным, чтобы впоследствии печь не повело в сторону или не разорвало

Что необходимо для возведения печи Кузнецова своими руками

Чтобы сложить колпаковую печь Кузнецова своими руками, следует запастись подробными схемами и чертежами. Существует более 150 вариантов такого сооружения с подробными инструкциями и чертежами по их возведению.

Для строительства будет нужна порядовка – это пошаговая инструкция, на которой показана поэтапная выкладка каждого кирпичного ряда в отдельности

Новичкам крайне важно придерживаться порядовки и ничего не менять при сооружении конструкции

Для строительства потребуются следующие материалы:

• Кирпич огнеупорный для топливника.
• Огнеупорная глина.
• Металлическая проволока.
• Печное литье: задвижка, топочная и поддувальная дверка, колосниковая решетка, очажная плита.
• Кирпич для наружной кладки.
• Очищенный песок. Перед тем как замесить раствор, его необходимо просеять через сито. Лучше всего использовать горный песок, в котором очень мало примесей.
• Стальной уголок.

Вместо глины и песка можно использовать готовый печной раствор, продаваемого в специализированных магазинах. Такая покупная смесь состоит из правильных пропорций. Чтобы печь прослужила довольно долго, все материалы должны быть высокого качества.

Тонкости кладки колпаковой печи Кузнецова

Профессионалам довольно просто выложить печь своими руками, а вот новичкам это покажется достаточно сложным процессом. Главное, чтобы при кладке колпаковой печи Кузнецова порядовка играла первостепенную роль.

Существует несколько нюансов, которых нужно придерживаться при строительстве сооружения:

• В процессе нагревания кирпич начинает расширяться. Именно поэтому огнеупорная оболочка должна со всех сторон иметь пустое пространство.
• Каждый третий ряд кладки из кирпича следует прокладывать металлической проволокой для усиления связки.
• Печные металлические элементы устанавливают с учетом их расширения, возникающего при высоких температурах. Кирпич и металл необходимо разделять специальной прокладкой.
• После того как сооружение будет готово, кирпич необходимо обработать огнеупорным составом.
• Обжиг печи рекомендуется начинать с небольшого нагрева и постепенно увеличивая его интенсивность.

Принцип функционирования кузнецовской печи

Кузнецовым был предложен совершенно новый подход к построению печи из кирпича. Как известно, в печах традиционной конструкции имеются каналы, по которым происходит движение горячих газов, нагревающих кирпич. Главным фактором, поддерживающим данный процесс, является тяга. Такой принудительный метод прогревания корпуса печи характеризуется неравномерностью распределения тепла. Кроме того, он часто приводит к образованию трещин в стенках конструкции. При строительстве подобной печи, занимающей довольно много места в помещении, используется множество кирпичей.

Возникает вопрос и относительно наличия места для установки теплообменника. Это устройство теряет указанный производителем срок службы, если его разместить в самой топке. Постоянный контакт с огнем губительно сказывается на прочностных характеристиках теплообменника. Такое соседство приводит также к ухудшению условий горения топлива, снижению коэффициента полезного действия печи и образованию большого количества сажи.

В сооруженной по кузнецовскому методу печи газы движутся свободно.

Схема работы колпаковой печи Кузнецова

Такая конструкция основывается на установке внутри нее колпаков, представляющих собой сосуды, перевернутые днищем вверх. В некоторых моделях печей колпаки могут иметь верхние отверстия. Сосуды располагаются в различном порядке, однако основным условием их размещения является наличие между ними вертикальных пустотных щелей, называемых сухим швом. Образованное таким образом пространство шириной до 3 см не заполняют ни теплоизолятором, ни раствором. Вследствие этого газы свободно движутся, перемещаясь из одного сосуда-колпака в другой.

Чтобы легче представить себе схему работы колпаковой печи Кузнецова, нужно визуализировать в своем воображении костер, разожженный на открытом воздухе. В результате того, что воздух имеет неограниченный доступ к пламени, от костра идет незначительное тепло, которое сразу же рассеивается в пространстве. Можно изменить характер процесса нагревания воздуха вокруг костра, если накрыть его колпакообразным сосудом, например, казаном большого размера

При этом внизу важно оставить зазор, чтобы совсем не загасить пламя. Как результат, горячий газ естественным путем поднимается к днищу казана и ограничивает доступ поступающего снаружи воздуха

После отдачи тепла стенкам сосуда он, спускаясь к открытому проему, постепенно охлаждается и выходит наружу, а его место занимает следующая порция жара

После отдачи тепла стенкам сосуда он, спускаясь к открытому проему, постепенно охлаждается и выходит наружу, а его место занимает следующая порция жара.

Такой саморегулирующийся процесс характеризуется возможностью дозировки наружного воздуха и нахождения разогретого газа в сосуде до полного остывания.Схема работы колпаковой печи Кузнецова

Описанный выше принцип используется в печах Кузнецова, для которых применяются сразу два колпака, соединенные сухим швом. Такая нестандартная конструкция способствует повышению эффективности передачи достаточного количества тепла от печки в помещение, где она установлена. Горячие газы сначала заполняют собой первый колпак, тем самым нагревая его стенки, а затем, охлаждаясь, уступают место горячему потоку, который поднимается из топки.

Стараясь оптимизировать этот процесс, изобретатель еще на первой его стадии, которая начинается после топливника, решил разделить поток газов в соответствии с их температурой. С этой целью он использовал перегородку для отделения пространства колпака от топки. При этом барьер не достигает дна сосуда. В результате такого разделения горячие газы сразу же устремляются к своду колпака, а поток более низкой температуры направляется по сухому шву через щель в перегородке. Таким образом, за счет скопления под сводом горячих газов и наличия барьера в первый колпак воздух поступает только в необходимом количестве. Это способствует полному сгоранию топлива с образованием определенного количества золы.

Аналогичный процесс движения газов происходит и в колпаке, установленном над первым.

Чертеж колпаковой печи Кузнецова

Менее горячие продукты горения размещаются внизу сосуда, а раскаленные газы стремятся к своду и при остывании отдают тепло на кирпичные стенки. Затем они опускаются вниз и по дымоходу выводятся наружу. За счет оснащения печи двумя колпаками, в которых происходит естественное нагнетание и движение газов, создание принудительной тяги в дымоходной трубе не требуется.

Колпаковая печь своими руками: рекомендации

Человеку, который впервые будет класть печку необходимо научиться быть каменщиком. Рекомендуется прежде почитать книгу и ознакомиться с информацией в интернете. Не стоит тушеваться, нужно спокойно и не спеша начать выкладывать кирпич по схеме ряд за рядом.

Необходимо помнить:

• При нагреве кирпич нагревается. Соответственно внутренняя оболочка, которая является огнеупорной должна со всех сторон иметь пустое пространство.
• Обязательно каждый третий ряд должен быть положен проволокой из металла, это позволит сделать связку более сильной.
• Все металлические элементы, включая дверь должны быть установлены с учётом их расширения при высоких температурах. Металл и кирпич нужно разделить специальной прокладкой.
• Когда все работы закончены рекомендуется обработать кирпич специальным огнеупорным составом.
• Обжигать печь необходимо с маленького нагрева, увеличивать силу нужно постепенно.

Новичкам следует помнить, что между первыми двумя ярусами прокладка идёт в четверть кирпича, это увеличивает топку в длину. Перекрытие верхнее нужно делать на семнадцатой и восемнадцатой порядовке, а на двадцать первой порядовке необходимо оставить вдоль боковых внутренних стенок два прохода. Все порядовки указаны на чертежах и, как правило, затруднений не вызывает.

После того как кладка закончена, нужно провести первую растопку. Нужно использовать минимальное количество топлива, потому что нагрев должен проходить постепенно и медленно. Во время первой топки проверяется работа печи, происходит её обжиг и герметичность всех швов, особенно где есть задвижки и установленны двери. Если вдруг обнаружатся какие-нибудь недостатки, то их сразу же необходимо устранить.

Чтобы избежать трещин в печке и её перекоса, ставить её необходимо на твёрдую основу. Готовое сооружение имеет достаточно солидный вес, поэтому к закладке фундамента необходимо подходить очень серьёзно. Рекомендуется закладывать бетонный фундамент ещё во время постройки дома. Ширина фундамента должна быть на десять сантиметров больше конструкции отопления. Встраивать самостоятельно в свой готовый дом печь сложно, рекомендуется воспользоваться помощью профессионалов.

Конструкция и принцип работы

Печка с колпаком была разработана инженером Игорем Кузнецовым в начале 60-х годов прошлого столетия. Впоследствии российский металлург Леонид Котляр усовершенствовал конструкцию так, чтобы она сохраняла тепло до 19 часов. Особенность «кузнецовки» в том, что нагретый воздух не уходит из трубы, а сбирается под колпаком. Потихоньку он остывает, и вытесняется поднимающимися горячими потоками. В экономии тепла и заключается выгодное отличие колпаковой печи используемой для отопления дома от канальной, где горячий воздух под воздействием тяги беспрепятственно уходит на улицу.

Конструкция двухметровой высоты с основанием 1м*1м может достигать тепловой мощности в 3,5–4,5 кВт. Достаточно такой колпаковой печи для отопления дома в 50 квадратных метров в умеренной климатической зоне, если топить ее дважды в сутки.

Изобретатель усовершенствовал конструкцию, добавив еще один колпак. В  двухколпаковой отопительной печи Кузнецова первый накрывающий элемент связан с топочным отсеком и разделяет холодный и нагретый потоки. Второй колпак располагается в верхней печной части, задерживая горячий воздух, который до того как попасть в дымоход, долго отдает кирпичам тепло.

Двухколпаковая печь экономнее расходует топливо и обычно снабжена варочной поверхностью. Это позволяет готовить вкусные блюда без расхода электричества или газа. В конструкции печки уже предусмотрена вытяжка – нет необходимости монтировать дополнительную вентиляционную систему.

Инструменты и материалы, необходимые для возведения банной печи

Дело в том, что шамотный огнеупор позволяет максимально повысить температуру горения, ведь рабочая температура для этого материала составляет 1500-1900 градусов. Но здесь возникает другая проблема – если шамотный кирпич можно легко найти в строительном магазине, то специальную шамотную тугоплавкую глину необходимо заказывать заранее. Кладка топки и основного топочного колпака делается именно на такую тугоплавкую глину, и ни в коем случае не на цементный раствор.

Внешняя кладка печи обычно делается из красного полнотелого кирпича. Рассчитать его количество можно путем простого вычисления, где количество кирпичей 1 ряда порядовки проекта умножается коэффициент 0,8 и далее на количество рядов в проекте. Первый, самый нижний ряд конструкции заполняется полностью, а вот другие ряды, например, 7 или 10 имеют меньшее заполнение, за счет устройства внутренних каналов, по сравнению с первым рядом среднее заполнение остальных рядов обычно равно 0,8. Так что вычислить количество кирпичей таким образом довольно просто.

Во время работ необходимо будет выдерживать определенные пропорции и размеры, поэтому необходимо предусмотреть определенное количество базальтовой ваты или базальтового картона. Именно этим материалом заполняются пустоты между красным и шамотным кирпичом.

Металлическая фурнитура подбирается в соответствии со вкусом и пожеланиями владельцев, но и здесь стоит прислушаться к рекомендациям специалистов. Оптимальными считаются чугунные дверки и задвижки. Сталь конечно смотрится эффектнее и красивее, но чугун способен выдерживать более высокие температуры и не испытывать при этом такой деформации как сталь.

А вот что касается теплообменника и бака для нагрева воды, то здесь, наоборот советуют использовать специальную тугоплавкую сталь. Также рекомендуется из стали сварить емкость для камней каменки. Можно в принципе использовать и чугунную плиту, но тогда объем камней необходимо увеличить в 1,3-1,7 раз.

Работа по созданию кирпичной кладки требует точности и аккуратности, поэтому в арсенале обязательно необходимо иметь:

• Мастерок каменщика;
• Строительный уровень;
• Маркерную нитку;
• Отвес;
• Молоток каменщика;
• Станок для резки кирпича.

Бывалые печники советуют иметь, кроме этого, щетку с жесткой щетиной и несколько емкостей – для раствора и для воды. Назначение щетки – очистка поверхности кирпичей перед нанесением на них раствора, просто вымачивать в воде кирпичи нерационально воды прибавляет и без того солидный вес печи. К тому же, глиняный раствор, и без того долго сохнет и лишняя вода в массе кирпичей не будет способствовать быстрому высыханию кладки.

 Ну конечно главное что нужно иметь это порядовый план кладки печи. Порядовка банных печей из кирпича Кузнецова выложена в свободный доступ, поэтому, ее можно без проблем скачать и распечатать.

Укладка второго уровня

В большинстве случаев описываемая конструкция укладывается по стандартным размерам, однако вы можете подобрать габариты индивидуально. При этом можно добавить пластину-заборник, уложив следующий уровень в 15-м ряду. При этом пластина укрепляется с трех сторон, применить для этого нужно цементный раствор. В центре дымосборника укладывается кирпич, который станет колонной для крышки.

За плитой должна быть пазуха для перемещения продуктов сгорания из сборника дыма. Эту процедуру следует продублировать в следующем ряду. Когда выполняется колпаковая печь для отопления, в рядах с 17-го по 22-й необходимо перекрыть доступ к трубе, через пазуху дым будет выходить наружу.

Для поддержки кирпича паросборника следует использовать стальную пластину, уложив ее на передние стены. Для паросборника специалисты рекомендуют использовать кованые ободки. Здесь же осуществляется перекрытие, а следующий ряд выкладывается по такой же методике. Еще одна ступень должна быть в 23-м ряду. В этом месте происходит соединение дымохода с трубой для сбора пара. При этом нужно использовать закрытое соединение. Ряды до 24-го укладываются так же, затем можно приступать к укладке трубы, диаметр которой будет равен одному кирпичу. Вся конструкция накрывается крышей, дальше ведется однокирпичная труба. На этом можно считать, что колпаковая кирпичная печь почти готова.

Особенности колпаковых печей Кузнецова

Печь устроена достаточно просто: нижний ярус и топливник представляют собой единое пространство, называемого колпаком, внутри которого и осуществляется свободное передвижение нагретых газов. Горячие газы более легкие, поэтому передвигаются к верхней части колпака, а холодные – тяжелее, и поэтому находятся в нижней части. Между ними осуществляется циркуляция газов с промежуточной температурой.

Раскаленный воздух удерживается в сооружении достаточно долго, сильно нагревая стены колпака, а остывший поступает в дымоход по специальному проходу. Температура горения в колпаке очень высокая. КПД печи Кузнецова выше в три раза, чем у традиционной конструкции. Кроме такого высокого КПД эта печь обладает следующими достоинствами:

• экономичность;
• небольшое образование сажи;
• дизайн и форма конструкции может быть разной, и зависит это от ее назначения;
• продолжительное время сохраняет тепло;
• нет необходимости часто чистить ее.

Возведение колпаковой печи

Перед постройкой печи Кузнецова своими руками, необходимо знать некоторые правила:

1. Не на всех схемах заметно, что внутренняя кладка огнеупорного кирпича должна производиться на ребро. Керамический кирпич кладётся по усмотрению.
2. Связку кирпичей проволокой необходимо делать через каждые 2-3 ряда.
3. Производить первую растопку на минимальных температурах. Постепенно увеличивать жар.
4. Обработка наружного кирпича огнеупорным составом желательна, но не обязательна.
5. Каждый металлический элемент печи должен устанавливаться с учётом возможного расширения при больших температурах.
6. До начала кирпичной кладки, нужно проверить кирпич на наличие трещин, сколов и различных других дефектов.
7. Основание печи делается отдельно от фундамента здания.
8. При порядовке кирпича, между огнеупорным и керамическим кирпичом необходимо оставить небольшой зазор. Эта мера предостережёт кладку от разрыва при температурном расширении.

Порядовка – это набор чертежей, для поэтапного возведения печи. На чертежах изображён каждый ряд кирпичей в подробностях. Вносить поправки в эти схемы категорически не рекомендуется, так как это проверенные работы.

Пошаговое строительство колпаковой печи:

Шаг 1 – фундамент

После выбора схемы будущей печи, необходимо сделать качественный фундамент под неё. Фундамент печи не должен быть соединённым с фундаментом дома. Основание должно быть ровным во избежание дальнейшем деформации постройки. Сам фундамент должен быть на 20 сантиметров выше уровня пола и на 10 сантиметров больше по периметру, чем сама печь. После откапывания ямы и сооружения опалубки, необходимо насыпать песочную подушку около 20 см, закрепить армирующий каркас из металлических прутьев и можно заливать раствор.

Шаг 2 – кладка печи

После полного застывания основания можно приступать к кирпичной кладке. Перед кладкой первого ряда, необходимо постелить на фундамент слой отражающей фольги. Если дом деревянный, то перед фольгой требуется положить лист асбеста.

Порядовки колпаковой печи:

Красным обозначен керамический кирпич, жёлтым – огнеупорный.

Некоторые кирпичи придётся разделять пополам, некоторые стачивать и делать нестандартную форму.

Кладку нужно производить равномерно. Кладка боковых стенок должна происходить справа налево. Во втором ряду устанавливается дверца поддувала и окошко для чистки печи. По окончанию второго ряда можно начинать делать канал для дыма.

Далее укладываются ряды между поддувалом и дверцей печи. В это же время создаются внутренние перегородки. На 5 ряду нужно установить колосник.

Возведение печи по порядовке, несложное задание, однако необходимо всё делать внимательно что бы не допустить ошибку.

Шаг 3 – проверка

После окончания кладки, должно пройти не менее суток, для полноценного застывания раствора. По истечению этого времени, можно провести проверку печи.

Для первой растопки достаточно небольшого количества топлива. Постепенно температуру необходимо увеличивать. Во время такой проверки печь подвергнется обжигу, определиться работоспособность, а так же герметичность.

При обнаружении нарушений герметичности, необходимо как можно быстрее устранить их. При пробном разогревании, температуру требуется поднять до 700-900 градусов.

Особенностью колпаковых печей Кузнецова, является технология “плавающей топки”.

Для такого типа топки используется сухой шов.

Сухой шов – это специальный зазор, который находиться на дне топки возле крайнего угла. Благодаря этому шву, происходит безопасное разделение газа в топке на горячий и холодный.

При кладке граней, можно использовать закруглённый кирпич. Он подойдёт к разным видам интерьера. Ещё один плюс закруглённых краёв заключается в меньшей деформации от физических воздействий.

При выборе материла для теплоотражения, может встать вопрос о покупке рубероида вместо теплоотражающей фольги. Лучше использовать фольгу, вследствие металлической составляющей.

Подводя итоги можно сказать, что  печь Кузнецова по готовым порядовкам, сможет сделать человек без опыта. Однако стоит помнить, что строгое исполнение правил и технологий готовых чертежей – прямой залог успеха. Можно изменять размер, но следует помнить о правильной порядовке. Собственные изменения могут привести к разрушительным последствиям.

При появлении определённых сложностей, лучше обратиться к специалистам. Особенно при строительстве печи с 2 и более колпаков.

Третье: шаг вправо, шаг влево…

Высокие нагрузки на материал в печах Кузнецова требуют не просто тщательной разработки конструкции, но и соблюдения при этом некоторых основополагающих уже конструкторских принципов. Главный из них – плавающая топка из шамотного кирпича марки ШБ-8 или Ш-5. Тело печи выкладывается из керамического кирпича марки не ниже М150.

Что значит плавающая топка? Во-первых, вокруг нее целиком, или в точно рассчитанных автором местах, должен быть сухой шов. Сделать его не так-то просто: по выкладке последнего ряда шамота (если иное не оговорено в спецификации на печь) глиняный раствор из швов между шамотным и обычным кирпичом выковыривается, а вместо него вставляются прокладки из минерального картона – базальтового, каолинового и т.п.

Несвязанные и связанные строительные модули

Во-вторых, нужно неукоснительно соблюдать принцип несвязности модулей. Что это такое, показывает рис. Никакие выступы шамота не должны входить в пазы обычного кирпича, и наоборот, даже с демпфирующими швами. ТКР и теплоемкость шамота существенно отличаются от «кирпичных», и топка, связанная с телом печи, порвет кладку при растопке. Топка «кузнецовки» должна представлять собой компактный модуль, установленный в гнездо из обычного кирпича. Как при этом устроить ее выход в дымоход, автор подробно объясняет на сайте.

Также неукоснительно нужно следовать его рекомендациям касательно выбора и подготовки материалов. «Кузнецовки» хоть и кирпичные, но высокотехнологичные, и терпят замену на эрзацы и небрежность не более, чем ракета или подлодка – замену титана и композитов жестянкой. Последствия, правда, не будут столь катастрофическими, но и видеть их придется дома, а не вычитывать в новостях. И платить из своего кармана.

В целом по технологии: печь Кузнецова может соорудить старательный, внимательный и аккуратный новичок. Но действительно опытный печник, с полупьяна, но бездумно выкладывающий действительно очень хорошую плиту или голландку, на печи Кузнецова обязательно осечется.

Особенности колпаковых печей

1. Отличительной чертой печей Кузнецова является изолированный от основной кладки топливник (камера сгорания) которая выполняется из шамотного кирпича. Это обусловлено высокой температурой внутри камеры, которая может достигать 1200 °С . Неравномерное расширение шамотного кирпича и обычного керамического без устройства зазора между топочной камерой и стенкой неизбежно привело бы к растрескиванию печи. Пространство между топливником и стенкой обычно составляет 5 мм. В целях повышения теплоотдачи оно заполняется минеральным уплотнителем: асбесто — или минеральным картоном.
2. Второй особенностью коппаковой печи является наличие «сухого шва» — узкой (20 — 30 мм) щели в стенке топочной камеры, которая заполняется воздухопроницаемым минеральным материалом (минеральной или асбестовой ватой). Сухой шов предназначен для дополнительного притока воздуха в топочную камеру из внутреннего объема печи. Приток нагретого воздуха повышает температуру горения топлива и способствует более экономичному расходованию дров.
3. Еще одной особенностью колпаковой печи является расположение калориферов, водогрейных баков и духовок в объеме второго колпака. Такое расположение исключает непосредственный контакт труб или металлического корпуса дополнительного оборудования непосредственно с открытым пламенем или раскаленными газами. Температура во втором колпаке обычно не превышает 400 ° С , что вполне безопасно для металла.
4. Колпаковая печь имеет относительно короткий дымоход. Его задача – отведение продуктов горения, и только во вторую очередь создание тяги в печи.
5. КПД колпаковых печей некоторых моделей достигает 80% по сравнению с max. 60% для печей других конструкций. Благодаря небольшим размерам топочной камеры расход топлива очень экономичный. Он на 20 — 50% ниже, чем в печах с прямоточным отведением печных газов.