Печи Кузнецова: устройство и принципы работы, преимущества, вариации, чертежи. Печи с котлом кузнецова

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.

Не забудьте оценить статью:

otepleivode.ru

Печь Кузнецова своими руками - чертежи, порядовка и видео

Для подавляющего числа конструкций кирпичных печей свойственна одна проблема – низкий КПД. Это является результатом быстрого выхода теплого потока дымовых газов из печи. Удлинение дымохода может повлечь за собой существенное снижение тяги, что скажется на интенсивности горения топлива в топке.

Главными задачами при проектировании кирпичных печей являются две взаимоисключающие функции:

1. Обеспечение хорошей скорости прохода дыма (тяги).
2. Максимальная теплопередача всего объема тепла, вырабатываемого печью, в том числе и летучими продуктами газа.

Т.е. необходимо найти «золотую середину», при которой дым бы задерживался на такое максимальное количество времени, но не снижая при этом показатели тяги. Одним из решений этого вопроса может быть печь Кузнецова.

Конструкция

Содержание статьи

Существует несколько типов конструкций печи Кузнецова, но все они работают по одному принципу.

Сразу за зоной топки располагается воздушный колпак. Он служит своеобразным разделительным механизмом для горячих газов. В этой области выходное отверстие располагается не в верхней части, как это было принято до этого, а в нижней. Тяжелые и остывшие газы выходят через него сразу, а те, которые имеют достаточную температуру, поднимаются наверх. Постепенно охлаждаясь, они по такому же принципу выходят из печи.

Есть несколько вариантов конструкции, которые отличаются количеством колпаковых камер и местом их расположения.

Скептики до сих пор сомневаются, что подобная методика проектирования эффективна – задержка дымовых газов должна вызывать уменьшение скорости тяги. Но это не так, и обосновать некорректность такого предположения можно следующим образом:

• Разрежение воздуха в колпаке составляет около 0,18 hPa. Т.е. это величина отрицательная относительно нормального атмосферного давления. Происходит естественная конвекция.
• Следующий немаловажный фактор – это открытая дверца поддувало. Она дает более плотному потоку своевременно замещать разреженный воздух в колпаке.
• Третий, но немаловажный фактор – длинна трубы. Она и является воздушным трубопроводом, который позволяет проходить всему потоку дымовых газов, тем самым обеспечивая их оптимальную скорость.

Нередко такая конструкция позволяет планировать автономное отопление, либо горячее водоснабжение. Для этого в колпаке, задней его части устанавливают стальной теплообменник.

Рассмотрим самый распространенный вариант конструкции с одним тепловым колпаком.

Подготовительные работы

Как каждая кирпичная конструкция, для печи Кузнецова необходимо заранее подготовить фундамент. Если это не было сделано на этапе постройки дома, то процесс может оказаться трудоемким. Однако избежать его нельзя, так как конструкция получится довольно тяжелая и цементная стяжка, а тем более деревянные лаги полов ее не выдержат. Фундамент печи не должен быть связан с общим фундаментом дома.

Следующая немаловажная деталь – расположение трубы дымохода в помещении, а в частности – на крыше. Ее месторасположение должно соответствовать текущим правилам. Пример установки показан на рисунке.

По окончании этого этапа можно приступать к процессу возведения. Рассмотрим один из самых распространенных вариантов.

Необходимые материалы и инструменты

Для выполнения всего комплекса работы понадобятся следующие материалы:

• Печной кирпич красный- 753.
• Шамотный кирпич – 65.
• Шамотная глина – 130 кг. Лучше всего приобрести магазинную, так как она имеет оптимальную фракцию.
• Песок очищенный – 150 кг.
• Дверца для поддувало, колосники, задвижка, стальной уголок 40*40 35 см, проволока.

Ниже показано порядовое выкладывание печи Кузнецова (порядовка).

Для тех, кто хоть раз сталкивался с подобной работой, технология укладки кирпича не будет представлять сложности. Для лучшей связки каждый 2-й ряд нужно прокладывать стальной проволокой. Есть еще несколько небольших советов, которые помогут в работе:

1. Для прокладки восходящего канала из камеры первого яруса нужно прокладывать в четверть кирпича. Это увеличит длину топки.
2. Верхнее перекрытие колпаков осуществляется на 17-18 ярусе.

По окончании укладки печи, необходимо провести первую растопку. При этом температура в топке должна быть минимальной. Постепенно добавляя топливо, происходит естественный обжиг печи.

После этого можно проверять правильность ее работы – хорошая ли тяга, герметичность всех установленных дверец задвижек. Данная конструкция рассчитана на максимальную мощность 10 кВт, что вполне подходит для небольшого загородного дома.

Как видно, особых сложностей у опытного мастера эта работа не вызовет. При самостоятельной укладке рекомендуется попробовать себя на более простых конструкциях, например – кирпичных дымоходах.

dearhouse.ru

Печи Кузнецова - чертежи и принцип действия

Экономия топлива, используемого в системе отопления, всегда считалась задачей номер один. Инженеры и конструкторы во все времена старались найти способы уменьшения расхода топлива. И многие из них получили неплохие результаты. Взять, к примеру, печи Кузнецова — с чертежами вы можете ознакомиться в интернете.

На чем основан принцип работы таких печей? Рассмотрим подробнее.

Что такое горение в чистом виде

Самодельные печи Кузнецова

По сути, это химическая реакция, в которой участвует несколько веществ — углерод и водород в составе топлива, а также кислород с азотом в составе воздуха. В результате горения получается тепло, выделяется углекислота за счет сжигания углерода и влажные пары за счет сжигания водорода. Как видите, ничего сложного — чистая химия.

Но причем тут азот?

• Во-первых, его в воздухе больше всего — от общего объема он составляет 4/5.
• Во-вторых, в процессе горения он не участвует, но присутствует как балласт.
• В-третьих, именно он мешает полноценному сгоранию топливных элементов. Если при расчете определяется номинальный объем сгораемого топлива по отношению к получаемому теплу, то фактический расход почти в 2 раза больше. И виноват в этом в большей степени тот самый азот.

Что получается в топке? Происходит горение, а большую часть объема занимают влажные пары и азот. Это приводит к неэффективному горению, где часть топлива уходит на нагрев этой смеси. Поэтому в самых первых конструкциях печей стали использовать принудительное движение газов. Казалось бы, эта система должна решить проблему. Но не так все просто. Поток удаляемых газов стал выводить с собой больше кислорода, поэтому резко снизилась эффективность горения. Это первое. Второе — холодный поток с большой скоростью стал влиять на теплообменник — опять плохо.

Как решили эту проблему? Оставили принудительное движение газов, но чтобы влажность внутри камеры сгорания стала ниже, пришлось использовать топливо с низким содержанием влаги. Специалисты советовали применять в виде древесного топлива всевозможные брикеты и пеллеты. Но на их производство требовались расходы, потому что стоили они по сравнению с обычными дровами слишком дорого. В итоге такой способ прижился не везде.

Что предложил И.Кузнецов

И.В.Кузнецов предложил другой механизм, в основе которого лежит не принудительный отток, а естественный. Все должно работать по законам физики. Много лет назад несколько русских ученых уже занимались этой проблемой, но им не хватило знаний. Хотя именно они тогда предложили двухъярусный колпак над камерой сгорания. В каждом ярусе должен был происходить один технологический процесс — горячий воздух поднимался вверх, а холодный с кислородом опускался вниз. Но горячая струйка должна была идти посередине потока внутри холодного слоя.

Конструкция печи Кузнецова достаточно оригинальна. В ней два яруса. В нижнем располагается топка и теплообменник. Последний установлен в специальной камере, разделенной пополам. В первой части — топка, во второй — теплообменник. Разделены они между собой решеткой, через которую тепло поступает на теплообменник. Оба яруса соединены вертикальной трубой или зазором. Именно во втором ярусе происходит движение двух потоков, после чего продукты сгорания выходят через дымоход наружу.

В чем суть этой конструкции? Есть два варианта:

1. Топливо сжигается в большом количестве, но тепло расходуется неэффективно.
2. Топливо сжигается в небольших объемах, но выделяемое им тепло расходуется эффективно.

Функциональная и несложная печь

Именно такая конструкция точно подходит ко второму варианту. Во-первых, в ней может быть использована любая модель топки. Во-вторых, в такой печи можно сжигать любой вид топлива.

Схематически можно рассмотреть движение теплого воздуха на примере горизонтально расположенных колпаков. Чем этих колпаков больше, тем выше теплоотдача, и тем интенсивнее происходит процесс тепловыделения. Не будем утверждать, что количество колпаков может быть безграничным — какие-то нормы необходимо соблюдать.

Итак, в камере сгорания происходит большее выделение тепла, которое с продуктами сгорания движется вверх, обогревая теплообменник. Кстати, в его роли может выступать любой приемлемый прибор — калорифер, регистр, реторты и прочее. Это не столь важно. Переходя в следующий колпак, теплый воздух поднимается к его потолку, вытесняя холодный. Постепенно колпак заполняется нагретым воздухом, который часть своей энергии отдает стенкам колпака. Как только объем будет полностью наполнен, теплый воздух перемещается в колпак номер три.

А теперь очень важный момент, который касается балластных газов. Вся топочная смесь — это соединение молекул различных составляющих, которые между собой ничем не связаны. У каждого вещества своя масса. Так вот влажные пары и азот имеют большую массу, поэтому они постоянно находятся внизу колпака. И с охлажденным потоком они постепенно выводятся из пространства, где происходит сгорание топлива и нагрев теплообменника. Это большое преимущество конструкции Кузнецова.

Где используется такая схема

Печи Кузнецова чертежи

Для бытовых печей и котлов для отопления частных домов чертежи конструкции Кузнецова стали использоваться повсеместно. Производители применяют эту схему обогрева теплообменников, понимая, что таким образом можно конкурировать не только между собой, но и с известными зарубежными изготовителями. Кстати, именно твердотопливные виды теплогенераторов стали объектом активного применения метода Кузнецова.

Сегодня на рынке можно приобрести печи разной формы и размеров. Оказывается, для подобной конструкции не важно, какая будет форма у топки и колпаков. Важен процесс движения теплого воздуха. И таких вариантов оказалось великое множество.

Котлы на дровах, изготовленные по чертежам Кузнецова, показали поистине невероятные результаты. В их камерах сгорания происходит высокотемпературный процесс, где выделяется тепловая энергия с температурой до 1060С. Это так называемое чистое горение. Опыт наших соотечественников подтвердил невероятный факт — тепло, выделяемое такими печами, больше, чем может выделить топливо, которое в них сжигается. Это на самом деле невероятно, но факт.

Зарубежные производители тоже не отстают. Сейчас во многих странах проходят испытания и тестирование новой технологии. При этом все компании подтверждают, что коэффициент полезного действия таких котлов и печей составляет не ниже 90%. И это притом, что расходы на топливо резко снижаются. В этом вся фишка конструкции Кузнецова. Добавим, что снижается и содержание углекислого газа, который является продуктом сгорания и отравляет природу. А это еще один плюс.

И еще добавление. Оно касается влажности используемого топлива. В системе Кузнецова не нужно заботиться о сухости топлива — оно будет высушиваться в самой печи за счет температуры отводящих газов. А значит, обычные дрова, некондиционный уголь и прочие виды твердого топлива могут эффективно сгорать в топках, выделяя огромное количество тепловой энергии.

Печи Кузнецова чертежи продолжение

Изготавливают печи Кузнецова из металла, кирпича и блоков. Традиционно в России это кирпичные печи, которые прекрасно работают на дровах. Чтобы правильно соорудить конструкцию, необходимо строго соблюдать схему порядовки при укладке кирпичей. По сути, это может традиционная схема порядовки, как и в случае с обычными русскими печами. Здесь важно правильно собрать колпаки и вывести вертикальные проходы для отвода газов. Для современных мастеров это не проблема, вот почему многие загородные застройщики сегодня стараются найти такого мастера.

Заключение по теме

Итак, решение проблемы стопроцентного сжигания топлива и при этом полной отдачи тепла найдено. Теперь можно с уверенностью сказать, что даже на бытовом уровне можно экономить на отоплении. Технология и чертежи печи Кузнецова дают возможность соорудить в собственном доме котел, который будет работать эффективно при небольших затратах на топливо. Наш сайт предлагает несколько фотографий и схем, с которыми вы можете ознакомиться.

Комментарии и отзывы к материалу

gidotopleniya.ru

кладка своими руками, схемы, порядовка

Печи Кузнецова хорошо известны не только печникам – они обогревают множество домов в России и за ее пределами. И. В. Кузнецов работает над усовершенствованием печей с 1962 г. и собрал вокруг себя крепкий коллектив единомышленников. В активе команды – более полутораста разработок, охватывающих едва ли не весь диапазон бытовых печей, см. рис.

Некоторые из печей И. В. Кузнецова

Многие хотели бы сложить какую-то из печей Кузнецова своими руками, и эта статья – им в помощь. Но мы не собираемся раскрывать некие потаённые секреты «кузнецовок» – их просто нет. На сайте Игоря Викторовича stove.ru желающие бесплатно найдут огромный массив печной информации: от сведений по конструированию и строительству печей до подробных чертежей и рекомендаций по установке печи в доме и устройстве отмостки вокруг здания с печным отоплением. Не намерены мы также что-то в этой домашне-печной энциклопедии критиковать или поправлять: нам до И. В. Кузнецова по печному делу, мягко говоря, далековато.

Цель настоящей статьи – дать к своду сведений Кузнецова своего рода введение, позволяющее свободнее ориентироваться в исходном материале. Поясним на примере, зачем это нужно.

Допустим, я автомеханик-универсал с большим опытом и хочу передать его другим интересующимся. Автомобиль – штука сложная. Если я начну по ходу изложения отвлекаться, подробно объясняя, что как обкат и кастер (положим, читатели не совсем уж чайники, ездят-то теперь все) влияют на управляемость и путевую устойчивость машины, а диаграмма газораспределения – на расход топлива в зависимости от дорожных условий, и прочее в том же духе, я в конце концов запутаюсь до того, что сам перестану понимать, как работает автомобиль, на котором я езжу. Волей-неволей мне придется излагать материал пусть и «на пальцах», но по-профессиональному бегло.

Однако читать его будет тяжеловато даже таким же, как и я, специалистам, а у дилетанта вообще голова кругом пойдет. Поэтому мне в помощь понадобится некто, кого можно условно назвать «получайником». На самом деле он вовсе не чайник, может сам и подвеску отрегулировать, и толкатели клапанов выставить. Но в данном случае его задача – описать, как вся начинка машины собирается в одно целое, управляемое по принципу: «Рулем рулить, газом газовать, тормозом тормозить».

В автомобилестроении СССР подобная ситуация возникла в конце 50-х – начале 60-х, когда промышленность начала выпуск автомобилей для широкой продажи населению. Тогда вышел в свет супербстселлер того времени – «Как работает автомобиль». Под редакцией не кого иного, как самого главного конструктора легендарной «Победы» А. А. Липгарта.

Информация «от получайника» еще не позволит приступить к работе: она не дает глубоких знаний, которые позволят хотя бы интуитивно прикидывать по ходу дела нужные значения численных параметров. Но она по сути своей фундаментальна: владея ею, профессиональный текст читается уже с пониманием и быстрее. И, если где-то что-то в нем непонятно еще, это уже не вызывает потерянности и метаний, а просто отметку в уме: вот об этом нужно разузнать подробнее.

О печах и печном отоплении правительство пока никаких эпохальных постановлений не принимало. Но их роль в бытовой теплоэнергетике во времена дефицита энергоресурсов несомненна: уже отопительная печь с КПД 70% при массовом использовании даст экономию топлива в масштабе государства, т.к. в проекты новеньких теплоцентралей закладываются потери тепла в магистралях в 35%, и уменьшить их пока нет возможности. Так что с популяризацией печных знаний приходится выкручиваться самому, не будучи ни Липгартом, ни Кузнецовым. Что ж, попробуем.

Почему – кузнецовки?

Но стоит ли останавливаться особо на печах именно Кузнецова? Стоит, потому что они того стоят. Игорь Викторович с самого начала рассматривал печи русского образца не как охраняемый реликт прошлого или дорогой предмет роскоши, но как непременный атрибут экономичной энергетики будущего, которое ныне – настоящее. Остальные спохватились, что называется, когда жареный петух клюнул.

В результате – кузнецовка на 4 кВт обогревает дом в 100 кв. м. так же, как фирменная «оттуда» топка на 12 кВт. Что, кстати, говорит не об изобретении вечного двигателя, а о том, что фирменные рекламисты свои проспекты творят, пожалуй, вынюхав «дорожку счастья». Во всяком случае, факт, что Кузнецову постоянно поступают заказы из США, Канады, Швеции, Финляндии, которые по печам сами не в хвосте плетутся. Конкретно же преимущества кузнецовок заключаются в следующем:

• Высокий КПД – 80% для печей Кузнецова не диво.
• Высокая температура сгорания топлива без использования технологий и материалов, требующих промышленного производства.
• Как первое следствие из предыдущего – всеядность. В кузнецовках до золы сгорает любое топливо, а осаждение сажи минимально.
• Второе следствие – несложный уход: т.к. сгорает и сажа, печи Кузнецова можно не чистить годами.
• Меньшая материалоемкость в сочетании с равномерной теплоотдачей между топками: в городской квартире с центральным отоплением температура в течение суток колеблется больше, чем в доме, отапливаемом кузнецовкой при 2-х топках в сутки.
• Широкие возможности встраивания водогрейного контура без ухудшения технических параметров печи.
• Хорошая тяга при коротком дымоходе, что удешевляет и упрощает строительно-монтажные работы при ее постройке.
• Пластичность конструкции и внешнего вида как следствие двухколпаковой схемы (см. далее): не ухудшая печи, ее можно сконструировать практически под любое помещение и требования дизайна.
• Автоматическое перераспределение тяги по каналам при переходе от протопки к остыванию, что гарантирует от угара: вьюшку почти никогда не требуется закрывать, она предусмотрена более для нештатных режимов работы.

Примечание: изобретенный И. В. Кузнецовым способ перераспределения тяги в корне отличается от известной газовой вьюшки. По нему поток, создаваемый тягой, пропускается мимо нагретых частей тела печи специальными низовыми каналами, а когда в топке горит пламя, конвекция от него оттягивает поток воздуха на себя. В результате не требуется отдельная система вентиляции помещения. Кроме того, газовую вьюшку может выдуть обратной тягой при задувании в трубу, или, наоборот, вытянуть при сильном ветре, а в кузнецовке любой поток воздуха пройдет мимо всего, что он мог бы выстудить.

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.

Первое: колпак на колпаке

Принцип построения печи, позволяющий реализовать преимущества свободного хода газов, известен давно. Это – двухколпаковая печь, схема устройства которой показана на рис. Начнем разбор с левой его поз.

Схемы двухколпаковых печей

Наружный воздух поступает через поддувало 1 в топку 2. Топка может быть снабжена сужающимся соплом – хайлом – в котором в одноколпаковой печи образуется газовая вьюшка: легкие нагретые газы под колпаком своим давлением не пускают «на продув» тяжелый наружный холодный воздух, как воду в опрокинутый стакан. Но в двухколпаковых печах газовая вьюшка из-за тяги со стороны второго колпака часто оказывается неустойчивой. Поэтому двухколпаковые печи до Кузнецова строили редко.

Сразу после растопки, когда горят самые легкие и энергичные фракции топлива, горение происходит в режиме, близком к наиболее эффективному пиролизному. В печах Кузнецова – в пиролизном режиме, они специально так и сконструированы. Пиролизные газы догорают под сводом 4 первого колпака 3. Подсводное пространство первого колпака аналогично дожигателю чисто пиролизной печи.

Пиролизное горение под колпаком получается саморегулирующимся: если топливо очень уж разгорелось, «подушка» догорающих газов расширяется вниз; вверх не дает свод колпака. Из-за этого затрудняется отток дымовых газов, он ведь идет вниз. Соответственно, слабеет и тяга, горение немного утихает. Если же горение ослабевает, все происходит наоборот.

При переходе горения в малоактивный режим или дотлевание углей оба колпака работают уже просто как теплоприемники канальных печей, добирая остаточное тепло топлива. Но в голландках и шведках оно большей частью «просвистывает» в трубу: согласно всем известному гидродинамическому закону Бернулли, в узком канале скорость потока будет больше. А под колпаками остаточные газы будут неторопливо ворочаться, пока их тепло не уйдет в кирпич.

Примечание: в канальных печах при сильном ветре снаружи часто приходится выгребать из топки еще тлеющие уголья и закрывать вьюшку, иначе все тепло «высвистит», пока топливо догорит до золы. В колпаковых печах этого вредного эффекта нет – резкое расширение от дымохода в колпак не позволяет ветру разгуляться в печи, и можно спокойно ждать, пока топливо не отдаст свой запас энергии до последней калории.

Идеальная двухколпаковая печь – круглая в плане. Тогда ее тело 5 является одновременно и вторым колпаком. В нем также есть невидимая зона термохимических реакций 6 под сводом. В ней нейтрализуются остатки моноокиси углерода (угарного газа) и окислов азота, образующихся в топке вследствие значительно более высокой, чем в пламенной печи, температуры сгорания. В дымоход 7 уходят только углекислый газ и пары воды.

Хотя круглую кирпичную печку обычного типа сложить можно, но, если она двухколпаковая, устроить в ней прочистные дверцы сложно, а чистить ее (когда-то же, да придется) трудно. Поэтому на практике двухколпаковые печи выполняют, если привлечь аналогию с электроникой, не по параллельной, а по каскадной последовательной схеме: второй колпак водружают на первый и соединяют колпаки между собой дымоходами (или одной сплошной широкой щелью) с тыла печи, правая поз. на рис. КПД кирпичной печи при этом падает всего на 1-2 процентных пункта.

Примечание: чтобы в круглой двухколпаковке газовая вьюшка была устойчивой, кроме ураганных ветров, кольцевой зазор L2 между первым и вторым колпаками должен быть шире такого же L1 между топкой и первым колпаком.

В том и другом случае во второй колпак можно безо всяких опасений встраивать водогрейный регистр любого типа. Основное тепло телу печи передается под сводом первого колпака. Это, кстати, тоже одна из причин, почему раньше двухколпаковки не были в употреблении: при дешевом топливе небольшое повышение КПД не окупало сложности работы, а мыться на кухне в корыте тогда было делом обычным.

Теперь и топливо дороже, и требования к качеству жизни выше. И тут второй колпак пришелся как раз кстати. Сколько бы тепла под ним не ушло в водогрейку, режим горения не нарушится: первый колпак из плохо проводящего тепло кирпича надежно изолирует высокотемпературный каскад от паразитных теплопотерь.

И в то же время газы под второй колпак подходят, с одной стороны, достаточно остывшие и прореагировавшие, чтобы теплообменник можно было выполнять из обычных конструкционных материалов, не опасаясь его прогорания и осаждения сажи на нем. С другой – температура во втором колпаке при КПД печи в 80% будет в пределах 200-400 градусов, что дает как раз достаточный температурный градиент для эффективной передачи тепла воде.

О многоколпаковках

В принципе возможно круглую колпаковую печь выполнить многокаскадной; каждый каскад – 2 колпака, с отверстием в своде и глухой сверху, как показано на рис. При трех каскадах (6 колпаков), конструкцию, которую можно условно назвать печью со свободным ходом газов (левая поз. на рис.) возможно сделать самонастраивающейся под любое топливо, от мазута до кизяка, с КПД до 97-98% в любом режиме топки. Однако точному аналитическому расчету она не поддается, а компьютерное моделирование требует достаточно мощной аппаратной и программной платформы.

Схемы многоколпаковых печей

Печь с четными (с отверстием в своде) колпаками, доведенными до ее пода (правая поз. на рис.), способна, в принципе, показать КПД в 85-90%, в зависимости от режима горения и вида топлива. Но и ту, и другую, во-первых, очень сложно чистить. Во-вторых, первый колпак получается очень маленьким, и температура под ним будет вполне пиролизной, около 1500 градусов. Никакой металл ее не выдержит, разве что платина. Вольфрам и тот сгорит, как нитка лампочки с разбитой колбой. А будет ли держаться на весу футеровка для пиролизных печей, на опыте пока никто не определял.

Примечание: черные пунктирные линии на рисунках – не металлоконструкции. Это образующие (параболы и прямые) соответствующих размеров: диаметров дымовых отверстий и расстояний нижних обрезов колпаков от пода.

Видео: пример проекта двухколпаковой отопительно-варочной печи

Второе: тепловая нагрузка

На голых принципах ничего не работает. Чтобы теоретически абсолютно правильная печка хорошо грела, сушила и варила, ее нужно также правильно выполнить в материале. Применительно к колпаковым печам (и особенно – к двухколпаковым) это значит, что тепловая нагрузка на материал должна быть высокой. Сделать колпаковую печь массивной, с толстыми стенками – все равно, что жечь костер в пещере. Чтобы почувствовать тепло, нужно сесть у самого огня, а уж копоти будет…

Взгляните на рис. На нем – чертежи и порядовки некоторых печей Кузнецова: банной, отопительно-варочной, двухконтурного водогрейного котла и усовершенствованной русской с лежанкой. Не будучи опытным печником, видно, что материала на единицу выделяемой мощности (500 Вт*кв. м наружной поверхности) в печи Кузнецова идет в полтора-два раза меньше, чем в традиционных. Вообще, любая колпаковая печь «пустее» внутри равной по мощности канальной.

Порядовки некоторых печей Кузнецова

С одной стороны, это хорошо, кирпич-то с кладочным раствором денег стоят. Но с другой – требует тщательнейшей разработки и соблюдения технологии постройки (см. ниже). Тепловая нагрузка, от которой не шелохнется груда булыжника, тонкую кирпичную стенку разрушит уже при разгонной топке.

Для печей Кузнецова важна и строительная механика. Прочность стенки на глиняном растворе при уменьшении ее толщины падает гораздо быстрее, чем на цементно-песчаном. Поэтому фундамент под эти печи нужно выполнять особенно тщательно в точном соответствии с рекомендациями автора. Им же необходимо неукоснительно следовать при постройке.

Примечание: И. В. Кузнецов позволяет свободно копировать свои материалы для себя, для постройки, но возражает против переизданий. Однако картинки на рис. маленькие. Дилетант по ним ничего не соорудит, а мастер знает, где можно взять полноценные чертежи. Поэтому надеемся, что Игорь Викторович простит нам это небольшое заимствование ради пользы дела.

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.

О последователях

Чертеж самодельной печи Кузнецова

Тем не менее, «кузнецовки» не есть некое чудо несказанное. Уже нашлось немало любителей и мастеров-профи, не только повторяющих оригинальные конструкции Игоря Викторовича, но и создающие свои самостоятельно. На рис. справа – чертеж, а на рис. в разделе – порядовка одной из них.

У нее две особенности. Первая – растопочные ходы на 21-м ряду. Они вполне аналогичны холостым воздушным ходам Кузнецова, но включаются в работу при растопке, ускоряя и облегчая ее. На пламени или тлении их пропускная способность не позволяет обеспечить выход газов, и канальчики эти заглушаются газовыми пробками.

Вторая – пиленые вдоль, да еще и на угол, кирпичи в 17-м, 28-м и некоторых других рядах. Вообще-то и печники, и просто строители знают, что кирпичи вдоль не пилят. Но это убеждение сложилось во времена, когда и понятия «угловая дрель», она же болгарка, не было. Об алмазном инструменте тогда только слыхали, что, мол, применяется такой где-то в секретных цехах военных заводов.

Но пилить кирпич вдоль болгаркой на весу все равно нельзя, его прочность упадет ниже предельно малой из-за биений инструмента в руках. Тут два варианта, первый: установить инструмент в станину с ходящим в вертикальной плоскости рычагом, чтобы получится отрезной станок. Такую можно сделать самому, есть и готовые в продаже.

Порядовка самодельной печи Кузнецова

Другой способ годится, если на хозяйстве имеется циркулярка хотя бы на 1500 обмин, а лучше – на 2500-3000. Тогда алмазный круг по камню заправляют в нее вместо штатного пильного зубчатого. Этот вариант предпочтительнее: опорная доска с уголковым упором обеспечивают рез гораздо более чистый и точный. И при необходимости можно допилить с другой стороны, не рискуя получить на спиле высокую ступеньку.

Видео: процесс кладки печи 3 х 3,5 кирпича

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.

Обсуждение темы "Печь Кузнецова"

clubpechnikov.ru

реальное чудо или пример успешного маркетинга

Содержание статьи:

Здравствуйте, Алексей Анатольевич!

Говорить придется вещи резкие и нелицеприятные (не в Ваш адрес, понятное дело), могут возникнуть ненужные пересуды о моей компетенции, поэтому расскажу немного о себе. Меня зовут Поляков Илья, я кладу печи и камины с 1990 года. Этой осенью в издательстве АСТ выходит моя книга о печном ремесле. Одним из моих учителей был знаменитый ярославский реставратор изразцовых печей А. А. Егоров. А по первому образованию я инженер ТЭС, поэтому владею темой в более широком диапазоне, нежели принято среди людей моей профессии.

Постараюсь объяснять просто, на пальцах. Эта тема давно назревала. Я выскажу свое мнение.

Итак, печи Кузнецова.

Знакомство

Мне повезло. О них я услышал достаточно поздно. Лет семь назад. Узнав, сильно удивился. Просто я сразу вспомнил первоисточник. И сильно порадовался за развитие печной терминологии.

Позже мне довелось ломать несколько печей Кузнецова. Примерно пять или шесть. Они не были старыми. Они были очень дорогими и бестолковыми. Хозяева просили поставить что-то традиционное.

Потом я пристальней присмотрелся к его рекламной политике и отдельным адептам. Например, КПД русской печи указывают 30%. Печам Кузнецова приписывают 87%-90% (пару раз встречал и смелый номерок 95%). Очень красивые цифры. Одно НО: человек, у которого Кузнецов позаимствовал основную массу своих тезисов, в 1940 годы измерял КПД русской печи. Оказалось, оно составляет порядка 60-64%. Это первая неприятная картинка. Вранье уже как-то настораживает.

Миф о КПД

А теперь про высокое КПД печей Кузнецова. На выходе в трубу температура печных газов должна составлять 120-200 градусов Цельсия, в противном случае труба зарастет сажей и печным конденсатом. Это аксиома. И даже Кузнецов, столь вольно меняющий законы физики, этого не отрицает. Пока, по крайней мере. А теперь вспомним температуру горения дров. Древесина загорается при 300 градусах. Принято считать, что горит при 600. Хотя отдельные участки пламени при определенных условиях доходят до 1000. Но основная масса дров сгорает при 600.

А теперь возьмите калькулятор и сосчитайте разницу между этими цифрами. В процентах. Для простоты возьмите температуру комнаты 10 или 20 градусов. Не важно. В любом случае получается, что печь попросту не способна усваивать 90% тепла (если только мы не говорим о perpetum mobile). Если такое случится, то труба не будет способна работать без принудительного дымоудаления. Кстати, тягу в трубе создает перепад давления по высоте, а не мифическое «разрежение в печи» Кузнецова. Это прописано в любом учебнике по теплотехнике, поэтому промышленные установки с высоким КПД часто работают с дымососами. Но их, как правило, нет в бытовых печах.

Если не нравится такой расчет, то попросту прикиньте теплопотери дома (о них чуть ниже) и сосчитайте, сколько дров потребуется, чтобы эти теплопотери компенсировать — таблицы со значением теплотворной способностью топлива найти несложно — в идеальном мире со 100% КПД. А следом посмотрите «объективные отзывы» о печах Кузнецова. Если и дальше вас не насторожили цифры, то порядовку можете поискать здесь: http://clubpechnikov.ru/pech-kuznecova/ Все написано очень красиво и по меньшей мере «душеспасительно», а я все же разовью основной тезис.

Кстати, вот диссертация действительно достойного печника, у которого Кузнецов ненавязчиво «позаимствовал» свои основные выкладки, местами пересказав своими словами. Просто обратите внимание на год издания работы, если не хотите вдаваться в подробности: http://stovemaster.msk.ru/?page_id=274

Занимательная терминология

Теперь о «катализаторах» и прочих чудесных вещах, якобы придуманных Кузнецовым. Вы знакомы с посудой Цептер? Ее менеджеры тоже красиво рассказывают о неких «терморегуляторах», которые на деле оказываются биметаллическими термометрами. Вранье вроде небольшое, но зато позволяет накрутить цену. Так и с данными конструкциями. Отзывы о печах Кузнецова далеко не самые восторженные: http://kataevov.livejournal.com/15993.html

И да, катализатором все же называется нечто отличное от мифической конструкции из шамота, потому что шамот – огнеупор по определению.

Теперь о чуде сухого шва. Я очень рад, что И. В. Кузнецов сделал столь великое открытие. Но только лично я встречал сухой шов в дореволюционных печах в усадьбах Шаховского и Храповицкого во Владимирской области, а их построили до 1917 года. Или вот две книги 1908 https://yadi.sk/i/K05rK2gLiwnWM и 1943 https://yadi.sk/d/N5V0ZiuOiwnWH . Просто посмотрите картинки. Некоторые вещи удивительно напоминают современные элементы конструкций Великого Печного.

О кирпичах и сельском клубе

Теперь об отоплении печами из 700 кирпичей особняков по 100 квадратов… Так не бывает. Просто не бывает. Начнем с того, что одной печью бесполезно отапливать свыше 40 квадратов при потолках в 2,5-3 метра. Попросту не будет работать конвекция. Она будет, но перепад температуры в объеме одного помещения будет настолько велик, что о гигиене говорить не придется — только о дискомфорте.

Кстати, картинка про конвекцию есть в книжке 1943 года (смотрите ссылку выше). Очень понятная картинка. Хоть и язык латвийский.

Так что 450 кубов помещения вы никогда не прогреете одной печкой. Если только она не атомная.

Давайте представим себе большой зал. Пусть будет клуб в деревне. В зале холодно и иней по углам. Внесите в него разогретый на костре кирпич. Зал прогреется? А если погрузчиком ввезти поддон таких кирпичей? Боюсь, что для прогрева придется ввезти несколько таких поддонов и расставить по углам. Точно так обстоит дело и с печами.

Кирпич — штука теплоемкая, а печь греет именно за счет запасенного им тепла. Никак иначе. Но величина этой теплоемкости — величина конечная. Кирпич не способен взять тепла больше, чем ему положено. Да и с ростом температуры самого кирпича эта способность будет падать. Попытки прогреть кирпич выше положенного приведут или к пустой трате топлива, или к разрушению самого кирпича. Именно поэтому все руководства настоятельно не рекомендуют перетапливать печи — они попросту рассыпаются. По той же причине нельзя возместить недостаток мощности печи форсированной топкой.

С этой особенностью связано одно свойство всех колпаковых печей. Незнание его ведет не только к экономии, но и к потере до 20% тепла.

Суть проста. Разница температур между кирпичом и печными газами называется градиент. Чем градиент выше, тем охотней кирпич берет в себя тепло. По мере прогрева самого кирпича градиент падает, и кирпич тепло принимает не так интенсивно. А потому газы, если скорость потока не уменьшится, будут впустую уходить в трубу. Поэтому в колпаковых печах важно уметь регулировать скорость потока интенсивностью поддува и изменением сечения трубы. Кстати, при освещении данного момента Кузнецов внезапно забывает про то, что газовый поток ВСЕГДА идет по пути наименьшего сопротивления. Словом, если в дымооборотных конструкциях путь газов всегда неизменен, и газам поневоле приходится отдавать тепло стенкам печи, то в колпаковых системах газы имеют возможность этот путь выбирать произвольно. Никакие красивые слова и выкладки не заставят их идти по пути наименьшего сопротивления.

В качестве колпаковой печи можно рекомендовать действительно хорошую печь А. И. Подгородникова, известную под названием «Двухъярусный колпак». Порядовка ее ниже.

А в этой печи Подгородникова есть, например, камера дожигания. Неожиданно, правда?

Выбираем кирпич

Ну а теперь займемся вопросом сооружения печи более плотно. Как всегда, начнем с выбора кирпича. На что годится шамотный?

Шамотным кирпичом хорошо футеровать топку — зону наиболее интенсивного прогрева. Проще применять ША-8 — его геометрия близка к габаритам красного печного кирпича, следовательно работать с ним в ряде случаев проще. Промышленные огнеупоры подразделяют на кислотные, нейтральные и щелочные. Но в быту эти характеристики не играют совершенно никакой роли, поэтому проще брать ША-8. Но печи из него строить целиком и полностью нельзя. У него плохая теплопроводность и малая теплоемкость.

С печным кирпичом все просто. Самый распространенный боровиковский и витебский. Оба с недостатками. У боровиковского хуже геометрия и многовато извести в структуре. Витебский слаб в плане морозостойкости, а потому непригоден для труб и слоится в топке. По моему субъективному мнению, боровиковский все же предпочтительней. Кстати, витебский на печи годится только выпуска первого цеха. У боровиковского таких ограничений нет.

Для печей лучше брать более плотный кирпич. Следовательно, если выбирать между М150 и М200 – предпочтительнее последний. Хотя и М150 неплох.

Для труб, если есть возможность, вообще лучше брать клинкер М400 и выше — он практически не боится мороза за счет малой гигроскопичности.

Расчет печи

Теперь о выборе печей. Тут просто. Сначала считаем приблизительные теплопотери помещения. Для этого объем помещения (обязательно по наружному габариту! Ведь тепло помещение отдает именно внешними поверхностями стен! То есть высоту берем с учетом толщины стен и потолков. А другие цифры с учетом толщины стен) и вычисляем кубатуру. Полученный объем умножаем на 21. Получаем теплопотери помещения. По этой цифре и подбираем конструкцию печи.

Если же вы хотите создать печь самостоятельно, то цифру теплопотерь делим на 300 — столько в среднем выделяет тепла квадратный метр активной поверхности печи, то есть «там, где греется». Так находим внешние габариты печи. Разделим цифру на четыре — получим площадь одной печной стенки (квадратной в плане). А после придумываем ей начинку, или берем готовую конструкцию.

Если печь оказалась крупновата, можно немного уменьшить – из расчета, что будем топить два раза в сутки. Но тут надо помнить, что двойная топка дает прирост теплоотдачи печи не в два раза, а где-то в 1,4-1,5 раз.

Нюансы

Теперь о загадочной фразе «хочу ставить отдельно стояк (вдруг переделывать печь потом), делать ли отдельный стояк и 1 или два канала». Признаться, не совсем понятно, о чем речь. Если речь о трубе, то непонятно про два канала. Обычно у одной печи один канал и смысла его кроить нет.

Касаемо того, как будет стоять труба — на печи (насадная) или рядом (коренная) — не имеет значения. Как вам удобно. Просто насадная труба не занимает лишней площади.

Печь шведка, использующая оба принципа

В заключение о вечном споре преимуществ колпаковой и канальной системы. Лично я предпочитаю в иных случаях совмещать.

Для примера коротко расскажу о шведке, построенной по принципу дымооборотной системы, но с колпаковой камерой над плитой.

Первые ряды, как у обычной печи. Формируем зольную камеру и каналы под духовкой с дверцей чистки.

Перекрываем зольник, формируем под. Ставим колосниковую решетку. Намечаем подъемный канал после духовки. В шов вставляем небольшую стальную пластину для опирания дальнего правого угла духовки.

Ставим духовку и дверцу топки. Намечаем место поворота газов. Ставим еще одну чистку. Духовка имеет зазор между стенкой топки. Внешнюю стенку топки футеруем кирпичом на ребро. Газы движутся по обычной схеме: из топки по верху духовки и уходят под нее, откуда поступают в дымообороты. Расстояние от духовки до стенки вычислить просто: в квадратных сантиметрах оно должно равняться площади кирпича, т.е. 300 квадратным сантиметрам.

Ведем кладку дальше. Разделяем опускной и второй подъемный каналы. Второй подъемный в центре — он и ведет в трубу. Газы уходят вверх, попадают в колпаковую камеру. Затем опускаются вниз и по центральному каналу уходят в трубу.

Перекрываем проем топки и духовки.

Ставим на этом ряду двухкомфорочную плиту. Большая конфорка над топкой. Край кладки защищаем металлическим уголком — фаянсом.Поднимаем кладку выше.

Двумя рядами перекрываем камеру над плитой с помощью стальных уголков. Ставим дверцы чистки колпаковой камеры. Начинаем колпаковую камеру. Стойка по центру служит опорой будущего перекрытия.

Перекрываем часть проемов в колпаковой камере.

Дальше тремя рядами делаем перекрытие печи.

Выше – труба с задвижками. Печь готова.

Это пример универсальной печи, использующей одновременно принцип движения газов по каналам и колпаковой системы.

Если ничего не подошло

Если вам все же непременно хочется проверить работу печи Кузнецова, а ничего подходящего в этой статье или по ссылкам вы для себя не нашли, можете попробовать обратиться непосредственно к самому Кузнецову на его сайте.

А со мной можете связаться через администрацию данного сайта. Обсудим детальную разработку проекта и цену вопроса, и я нарисую порядовку печи любой конструкции, но это вопрос достаточно длительный. Для его решения потребуется много исходных данных и пожеланий заказчика о наборе функций печи.

teploguru.ru

Печь Кузнецова с водяным отоплением: колпаковая печь из кирпича для деревянного дома

Кирпичные печи Кузнецова давно на слуху. В отличие от обыкновенного агрегата, особенностью данной кирпичной печи стал высокий КПД – 93-95%. Увеличение вызвано применением в установке особой системы выходных газов, которые при сгорании топлива не покидают топку по каналам, а остаются внутри особого колпака, отдавая тепло.

Недостатки кирпичных печей

Как бы парадоксально это ни звучало, но любая кирпичная печь имеет два недостатка: горение и большую температуру дымовых газов. Естественно, без этих составляющих работа печей была бы невозможна, однако, именно эти два показателя снижают КПД обыкновенного кирпичного агрегата, выстроенного предками. Подробнее:

1. Возникающие в процессе горения продукты, это СО и Н2О. В результате образования даже небольшого количества, эти вещества в большей степени препятствуют нормальному полному сгоранию дров или угля. При этом чистая температура, использующаяся на обогрев помещения и воды, значительно снижается, топлива требуется больше.
2. Из первого пункта вытекает – нужное количество тепла, требует увеличение топлива, которое, в свою очередь, влечёт больший прогрев дымовых газов. Они покидают печь и, следовательно, уносят произведённые калории с собой. Приходится снова «кормить» агрегат, чтобы сохранять комфорт внутри.

Регулировка заслонками и дверцей зольника мало что даст, так как она лишь снижает интенсивность горения – тяга остаётся прежней. Кроме того, такие действия небезопасны и ведут к скоплению угарного газа.

Как минимум возрастает потребность в чистке газоходов. И как итог: большой расход топлива и при этом низкий КПД. Что предлагает колпаковая печь Кузнецова из кирпича? Конструкция усовершенствована специальной кирпичной кладкой, в форме ёмкости, с выходом газов в нижней части. При этом:

• Газы при горении расслаиваются на горячие и менее прогретые. По закону физики, наибольшая температура устремляется вверх, задерживаясь в колпаке, а холодные продукты выходят по каналу внизу печи.
• Так как колпак расположен в непосредственной близости от топки, то оставшиеся дымовые газы догорают прямо в нём, отдавая свою температуру стенкам и встроенному нагревательному элементу с носителем.

Устройство оригинальной печи Кузнецова с водяным котлом

Принципиальная схема, которую представляет собой печь Кузнецова для деревянного дома, проста:

1. Топка.
2. Сухая кладка, закрывающая теплообменник от непосредственного взаимодействия с пламенем.
3. Колпак с водяным котлом.
4. Верхний колпак.
5. Дымоход.

Снаружи, над нижним колпаком устраивается варочная панель. Её следует сделать цельной, без конфорок. Иначе большое количество швов может стать выходом для продуктов сгорания. Над вторым колпаком устраивается другая полезная площадь или даже лежанка – в старину, теплом печи поднимали больных и немощных.

Самостоятельная кладка печи Кузнецова с отопительным котлом

Несмотря на сложность работы, в отличие от возведения простой отопительной системы, сложить печи Кузнецова с водяным отоплением своими руками вполне возможно. Важно лишь скрупулезно следовать инструкции. Итак, работа делится на несколько этапов.

Сборка отопительного котла

Чтобы не искать каких-то специальных материалов, для сборки водяного бака, следует рассмотреть в качестве альтернативы, чугунные радиаторы отопления. Они наиболее надёжны, так как спокойно перенесут высокие температуры внутри печи. Агрегат нужно разобрать на составные части и промыть раствором соляной кислоты, чтобы устранить накипь и остаточные продукты бывшего водяного отопления.

Затем секции соединяют, используя в качестве герметизации асбест-шнур, предварительно вымоченный в олифе. Его наматывают на соединения и осторожно сбивают конструкцию вместе с чугунными ниппелями. Оставляют свободными отверстия, с одной стороны – верхнее и нижнее. Туда будут проведены трубы подачи-обратки. Таким образом, теплообменник для печи готов.

РЕКЛАМА

Кладка печи

Процесс начинается с фундамента. Его устраивают на платформе дома, а не на досках пола – во-первых, это небезопасно, во-вторых, вес даже небольшой печи способен проломить лаги. Особенности фундамента для печи Кузнецова с водяным отоплением есть:

1. Он не должен быть связан с общим основанием дома. Это особенно важно, если объект ещё не дал окончательной усадки. То есть устанавливать его нужно на грунт, с соблюдением всех требований к любой платформе – амортизация, армирование, опалубка, заливка.
2. Если решено печь примкнуть к стене, то зазор между фундаментом агрегата и ней, должен быть всё равно. Его впоследствии засыпают песком.
3. Глубина котлована должна быть соразмерна уровню промерзания. Ширина будущего фундамента должна быть на 10-15 см больше с каждой стороны.
4. После застывания бетонного основания, его гидроизолируют битумом или рубероидом – накапливание влаги бетоном, вполне возможно, что впоследствии повлечёт за собой разрушение всей печи.

Использовать бетонную смесь для последующей кладки печи нельзя – большие температуры спровоцируют растрескивание швов. Дефекты устранить будет невозможно.

Далее кладка. Для начинающих печников важно иметь порядовку – инструкцию с указанием числа рядов и элементов, соответствующих этому. Особенности кладки в следующем:

• Первый ряд кирпичей кладётся на сухую, без использования раствора. Дно печи должно быть толстым, поэтому не ограничиваются одним рядом – 2-3 будет достаточно.
• Затем очередь зольника. Сразу к нему привешивают дверку. Следует заранее приобрести все чугунные комплектующие. Лучше сделать несколько ходов для чисток.
• Следующий ряд – топочная камера. Делать её большой нецелесообразно, потребуется большое заполнение топливом, что скажется на перегреве печи и преждевременном выходе её из строя.
• На 10-м ряду выполняется кладка под варочную плиту, а спустя ещё два ряда кирпичей, выкладывается первый колпак. Чтобы устойчивость всех элементов не вызывала тревоги, для «подвешенных» конструкций используют стальные уголки. Их толщина мала и никак не скажется перекосом.
• Под первый колпак помещают изготовленный чугунный котёл, закрывая его перегородкой из кирпича. Она не должна быть герметичной – два ряда кирпичей создадут необходимый зазор. Сразу делают отверстия под присоединение отопительной разводки.
• После 18 ряда от фундамента устраивают второй колпак, следя за тем, чтобы они соединились общим дымовым каналом. Обязательно использовать в работе уровень и шнур-причалку – так конструкция получится ровной изнутри и снаружи.

Когда тело печи готово, выводят дымоход. Для этого в кровле приготавливают место, заранее убирая покрытие и укрепляя стропильную систему. Длина общего канала должна быть выше конька кровли на 0,5 м, так хорошая тяга будет обеспечена.

Можно сказать, что печь Кузнецова с водяным отоплением готова. Тем не менее, до процесса топки ещё далеко, нужно последовательно соединить радиаторы и подвести их к отопительному баку. Систему проверяют на герметичность. Следует учитывать, что при горении давление увеличится, а, значит, устранять даже небольшие свищи следует заранее.

Сушка, облицовка и растопка

Преждевременная растопка грозит дефектами печи, которые исправить будет уже невозможно – швы разойдутся, колпаки деформируются. Всё это скажется на процессе горения – дымовые газы обязательно будут попадать в помещение.

Чтобы этого не произошло, сушку печи ведут естественным путём в течение нескольких месяцев или принудительно, сжигая мелкими порциями щепу. Второй способ длится не менее трёх недель.

Когда печь подготовлена к растопке, а внешний вид оставляет желать лучшего, её приводят в желаемое состояние. Вообще, поручая кладку агрегата специалисту, владелец сразу получает красивую модель с использованием закруглённых кирпичей.

Такой вид не требует декорирования. Если пришлось всё делать самостоятельно, то клинкерная плитка или изразцы представлены потребителю многочисленными видами.

Растопка ведётся медленно. Небольшие порции топлива увеличиваются постепенно. Когда печь Кузнецова с котлом водяного отопления разогрета до нужного состояния – это почувствуется набирающей температуру атмосферой, можно начать регулировку тяги. Делается это дверцей зольника или задвижками в дымоходе.

Кирпичные печи до сих пор пользуются популярностью у собственников частных домов. Кроме традиционного внешнего вида, они являются самыми экономичными из всех существующих источников тепловой энергии. Модернизированные агрегаты по типу Кузнецова, позволяют сделать их ещё более оптимальными. Кроме того, нет проблем в дорогостоящей установке – процесс доступен для самостоятельной работы.

[youtube=httpss://www.youtube.com/watch?v=F0Xdso8MzWs]

РЕКЛАМА

Общий бал: 0Проголосовало: 0

Данная публикация была вам полезна?

Сохраните закладку в социальных сетях!

Рекомендуем! - Энциклопедия Деревянные Дома - NEW

Узнать подробную и расширенную информацию по теме статьи Вы сможете из книги "Деревянные дома", в которой отражены все этапы строительства дома, начиная с закладки фундамента и заканчивая устройством кровли. Цена книги = 77 рублей.

Вас также могут заинтересовать и другие КНИГИ по строительству домов из дерева своими руками.

Рекомендуем еще записи по данной теме:

Другие публикации:

1drevo.ru

Основы конструирования котлов - Печи Кузнецова

Основы конструирования кирпичных печей с котлами водяного отопления (котлов) и не только.

В настоящее время в России наблюдается кризис градообразующих и коммунальных предприятий, занимающихся обеспечением населения тепловой энергией. Существующие системы коммунальной энергетики не эффективны по своей природе, изношены, или отслужили свой срок, а так же работают на привозном дорогом топливе. Требуются громадные средства на поддержание и восстановление сетей теплоснабжения и источников теплоснабжения, которые из года в год недополучают предприятия энергетики. В целях экономии затрат на топливо, необходимо переоборудовать существующие котельные на дешевое местное топливо, создать новые эффективные энергоустановки, значительно повысить их КПД.

Кроме того, в России, проявляется тенденция к уменьшению объема громоздкого централизованного теплоснабжения различных объектов и к увеличению количества автономных тепловых источников различной мощности, работающих на дешевом местном восполняемом топливе. В природе всё сбалансировано, само регулируемо и оптимально. Применение восполняемой энергии естественно, вписывается в кругооборот природы и не нарушает её законов. Программы по увеличению использования биоэнергии имеют многие страны мира. Потребуются новые системы отопительных установок, использующие восполняемые виды топлива. Эти системы должны быть достаточно гибкими и легко модифицируемыми как для использования их в качестве источника тепловой энергии индивидуального объекта, так и источника теплоснабжения нескольких объектов, а так же других целей. Наша система конструирования отопительных устройств полностью соответствует этим условиям и несёт многочисленные дополнительные возможности и удобства людям.

В настоящей статье, рассмотрим вопросы конструирования кирпичных печей с котлом водяного отопления (далее будем называть их котлом), работающих на дровах или брикетах за счет естественной тяги.

Какие нужны котлы, с какими свойствами, какие задачи должны решать?

Для отопления индивидуальных домов требуются котлы периодического действия, которые могут накопить тепло при одно-двухразовой топке в течение 1-2,5 часов и обеспечивать требуемый тепловой режим в течение суток. При необходимости уехать на длительный срок, должна быть возможность поддержания требуемого теплового режима в доме, используя электричество.

Имеется потребность в котлах постоянного действия, для использования в системах коммунальной энергетики, а так же отопления зданий общественного назначения.

Если в стакан налить горячую воду, то вода будет отдавать стенкам и телу, что там находится, теплоту до тех пор, пока температура воды, стакана и тела в нём не выровняется. Если перевернуть стакан (назовём его колпаком) и заполнить горячим газом, то процесс теплопередачи так же будет происходить до выравнивания температуры газовой среды, стенок колпака и тела, находящегося в нём. В том и другом случае, потери теплоты будут незначительны. КПД такой системы составляет 93,7 % (А.Е. Школьник, Печное отопление малоэтажных зданий). Естественно, объём и форма колпака может быть значительных размеров и различной формы в горизонтальных и вертикальных сечениях. В колпак может быть помещено тело различной формы и различного назначения. Нагрев стенок колпака в каждом горизонтальном сечении будет одинаков и больше в каждом вышележащем сечении. При непрерывной подаче тепловой энергии в колпак, движение горячих газов происходит в нём за счёт естественных сил природы, горячие газы вверх, охлаждённые вниз, без приложения внешней силы. (В котлах традиционной конструкции такой движущей силой может быть тяга трубы или механическая дутьё-тяга.) На этом явлении построена конвективная система всех наших котлов. Котел состоит из топливника (А) и конвективной системы (В) в виде одного или двух колпаков, поставленных друг на друга. Нижний колпак построен по формуле "нижний ярус и топливник объединены в единое пространство и составляют нижний колпак" (обязательное наличие сухого шва). Только такое построение нижнего колпака даёт возможность решить вопросы, поставленные в статье. Котлы, построенные по такой схеме, обладают рядом уникальных свойств, которыми не обладают котлы других систем.

Рассмотрим, какая разница в условиях горения топлива в традиционных котлах (с принудительным движением газов) и котлах построенных по нашей системе.

Мы можем представить себе картину горения топлива. Воздух обтекает раскаленную поверхность куска, причем на этой поверхности атомы кислорода соединяются с атомами углерода, превращаясь частью в углекислый газ (углекислоту) и частью в окись углерода. Кусок топлива, горя, непрерывно уменьшается в объеме и после него остается негорючая примесь - зола. Над куском топлива пламенем горит его летучая часть. Она содержит горючие газы, состоящие из углерода и водорода (углеводороды). Водород несколько опережает в горении углерод, так как он легче, быстрее соединяется с кислородом и сгорает в водяные пары. Углерод до момента своего сгорания находится в пламени, в виде пылинок сажи. Эти пылинки от соседних, уже сгоревших пылинок, нагреваются до свечения и, соприкасаясь с воздухом, сгорают. Можно сказать, что пламя - это горящие углеводороды. Сгоревший углерод-сажа превращается в углекислоту (или в окись углерода - при неполном горении). Следовательно, над пламенем, которое мы видим, находится уже то, что получается после горения, т. е. углекислота (а в случае неполного горения - и окись углерода), водяные пары и азот. Кроме того, бывает также и некоторое количество воздуха, не принявшего участия в горении, и водяных паров от выпаривания воды, содержащегося в топливе. Все эти газы участия в горении не принимает, а только нагревается за счет теплоты сгорания углерода и водорода. Назовем их балластными, так как они не принимают участие в горении и требуют энергии для своего нагревания. Молекулы всех перечисленных газов совершенно самостоятельны, не сцеплены между собой. Следовательно, дымовые газы, или, как их называют еще, продукты горения, представляют собой простую смесь нескольких газов.

В системах с принудительным движением газов, весь этот поток, включая балластные газы, протягивается через топливник и конвективную систему, понижая температуру в них.

По-другому, или в других условиях, протекает реакция горения в системах построенных по формуле "Нижний ярус и топливник объединены в единое пространство и составляют нижний колпак". Частицы горючих газов (углеводородов) соединяются с кислородом воздуха и выделяют тепло, превращаясь в углекислый газ (а в случае неполного горения - и окись углерода) и водяные пары от горения водорода. При этом они имеют большую температуру, чем водяные пары топлива, азот, а так же кислород, не вступивший в реакцию (излишний воздух) и поэтому собираются в верхней части колпака, образуя там зону повышенной температуры. Водяные пары топлива, азот, излишний кислород (воздух) и отдавшие тепло газы собираются в нижней зоне колпака. В этом случае мы можем говорить не только о разделении потоков горячих и холодных газов, но и о разделении газового потока (смеси нескольких газов) на отдельные составляющие. То есть балластные газы, имеющие более низкую температуру, проходят через сухой шов в нижнюю зону колпака, не охлаждает его и котел. В этом случае весь процесс горения естественен, саморегулируем и оптимален.

Подробно, этот вопрос изложен в статье "Ещё раз о системе ЎK" http://www.stove.ru/index.php?lng=0&rs=16

Назначение конвективной системы котла периодического действия Fig.1, эффективно и оптимально аккумулировать и передавать тепловую энергию, полученную в результате реакции горения топлива, стенкам 7, калориферу системы регенерации 6 и водяному теплообменнику 2, находящемуся в ней. Тепловая энергия горячих газов распределяется между стенками и водяным теплообменником. Чем больше разница температуры между газовой средой и телом, воспринимающим его, тем больше энергии воспримет тело. Поэтому стенки колпака должны быть массивными, медленно набирающие тепло и иметь тепловую изоляцию 4 снаружи для сохранения тепла. Их можно выполнять однослойными из красного кирпича (левая половина Fig.1) или двухслойными из красного кирпича с внутренней футеровкой огнеупорным кирпичом (правая половина Fig.1). Между слоями прокладывать тонкий слой керамического материала или бумажного картона 9, необходимый для компенсации температурного удлинения огнеупорной кладки.

Назначение топливника сводится к максимальному изъятию энергии из топлива и передаче её в максимальном объёме в конвективную систему. Этого можно добиться за счёт повышения температуры реакции горения во всех её стадиях. Температура реакции горения повышается, при выполнении следующих мероприятий:

1. Конструктивное исполнение котла позволяет получить естественную зону с повышенной температурой дожигания газообразной составляющей топлива - достигается за счёт применения "принципа свободного движения газов", с учётом выше изложенной формулы.
2. Размещение водяного теплообменника (холодного ядра) вне топливника. (Позволяет увеличить температуру в топливнике, полноту сгорания топлива и нагрев водяного теплообменника).
3. Оптимизации количества подаваемого воздуха на всех стадиях горения. На Западе этот вопрос решен за счёт применения дверок с калиброванными отверстиями на минимальную и максимальную подачу воздуха, а так же других мероприятий. Вопрос изготовления современных печных приборов в России может быть решен на региональном уровне.
4. Применения материала стен топливника 3 с высоким коэффициентом теплопроводности, что позволит быстро уравнять температуру газовой среды и стенок и передать больше тепла в колпак. Для этих же целей, между огнеупорной футеровкой и стенками топливника прокладывается минеральный утеплитель 4.
5. Применение катализатора горения 5 из материалов с высоким коэффициентом теплопроводности. Лучевое тепло катализатора, воздействует на все элементы топливника и газовую среду. Обычно это решетка из шамотного кирпича, которая дает так же хорошее перемешивание воздуха с топливом.
6. Регенеративной технологии (нагрев воздуха, поступающего в котел, отработанными продуктами горения). Достигается за счёт устройства регенератора 1 (вместо поддувала), обеспечивающего естественный нагрев воздуха, поступающего в топливник, отработанными газами из нижней зоны колпака. Стенки регенератора 8 дополнительно обогреваются горячими газами колпака. Удаление золы может быть организованно как через герметичную поддувальную дверку, так и вниз в бункер 10.

7. Калорифер системы регенерации 6 может обеспечивать регулируемую подачу подогретого воздуха естественным путём, или за счёт принудительной подачи. В последнем случае возникает возможность оптимизировать подачу первичного и вторичного воздуха в различных стадиях горения, автоматизировать процесс горения. Стенки колпака 7 изолируются снаружи минеральной ватой и являются теплоаккумулирующим массивом.

   Такая конструкция даёт возможность автоматизировать температурный режим в помещении с помощью автоматических терморегуляторов в зависимости от заданных параметров и температуры наружного воздуха. С помощью циркуляционных насосов со встроенной автоматической регулировкой изменять, за счёт частоты вращения, подачу необходимого количество теплоты в систему, в зависимости от потребности системы водяного отопления.

Аналогично конструируются котлы постоянного действия Fig.2. Различие в том, что топливник выполняют меньшей мощности, а в колпаке не надо делать большой теплоаккумулирующий массив. Требуется выполнить перераспределение тепла поступающего в колпак. Необходимо, что бы стенки колпака воспринимали меньше энергии, а водяной теплообменник больше. Это достигается за счёт устройства двухслойной стенки, между слоями которой прокладывается минеральный утеплитель 4. Внутренняя стенка 11 (футеровка), выполняется из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например огнеупорного кирпича. Конструктивно легче перекрывать отдельно как внутреннюю, так и внешнюю оболочку. Футеровка топки и колпаков будут иметь различный нагрев и линейное расширение. Поэтому лучше перекрыть топку и колпаки отдельно. Между футеровкой топки и стенкой, а так же футеровкой колпака и его стенкой, можно проложить, например, муллитокремнеземистый фетр или войлок 4 толщиной 20-30 мм. Снаружи котёл может быть полностью изолирован, если не требуется отапливать помещение, где котёл установлен.

У большинства современных твердотопливных котлов, регулирование теплопроизводительности производиться за счёт регулирования подачи воздуха, необходимого для горения, то есть за счёт изменения мощности горения. Наибольший КПД котлов на любом виде топлива, может быть получен при работе их с наибольшей мощностью. Коэффициент полезного действия (КПД) таких систем отопления существенно зависит от того, при какой мощности работает система. Чем ниже степень использования системы, тем ниже КПД и тем больше расход топлива. В котлах, работающих на газе и соляре, этот вопрос решен. Применение автоматики позволяет эксплуатировать котлы отопления одинаково с максимальной отдачей во всех режимах работы, за счет периодического их включения и выключения.

В твердотопливных котлах постоянного действия этот вопрос можно решить следующим образом. Поступающее в колпак тепло распределяется между стенками колпака и водяным теплообменником. При длительной топке, температура стенок колпака и газовой среды выравниваются, и теплообмен происходит практически только за счёт водяного теплообменника.

Регулирование подачи тепла в систему водяного отопления может происходить за счет изменения:

1. Мощности горения.
2. Скорости циркуляции теплоносителя.
3. Перераспределения пути движения газового потока.

В первом случае, при уменьшении подачи воздуха в топливник, происходит снижение мощности котла при снижении его КПД, что не желательно. Избытка тепла в этом случае в котле не получается. По-другому происходит процесс при регулировании скорости циркуляции теплоносителя. При увеличении скорости циркуляции теплоносителя, уменьшается подача тепла в систему водяного отопления. При этом не происходит снижения КПД котла работающего на полную мощность, но в котле появляется избыток тепла, который требуется использоваться.

Избыток тепла предлагается аккумулировать по схеме приведенной на Fig. 3. С левой стороны оси Е, показан котел постоянного действия Fig.2., обозначенный буквой С. С правой стороны показана система по схеме "одно-двухъярусный колпак" D, использующая избыток тепла. Обозначения на схеме следующие: 1- выход отработанных газов, 2- тело воспринимающее избыток тепла, 3- канал прямого хода, 4- задвижка прямого хода, 5- датчик температуры, 6- датчик состава выходящих через трубу газов.

Принцип работы этой схемы следующий: Датчик 6, в зависимости состава выходящих газов, воздействует на исполнительный механизм калорифера системы регенерации 6 и оптимизирует подачу воздуха, необходимого для горения. Датчик 5, в зависимости от температуры выходящих из трубы газов, воздействует на исполнительный механизм задвижки 4, открывая или закрывая её. При равенстве потребляемого и вырабатываемого тепла, горячие газы из котла через отверстие 1, по каналу и через открытую задвижку 4 выходят в трубу. При избытке тепла, задвижка 4 закрыта, и горячие газы поступают в теплоаккумулятор D. При повышении температуры теплоносителя в системе водяного отопления, во избежание закипания воды, следует произвести автоматическое перераспределение пути газового потока (за счёт изменения разряжения в системах). Направив его некоторую часть непосредственно в аккумулирующую систему D.

Использование аккумулированного тепла в данной статье не рассматривается. Следует только отметить, что назначение конвективной системы D аналогичное схеме показанной на Fig.1 и Fig.2. По такой схеме можно использовать тепло выходящих газов от технологических процессов, например нагревательных печей и пр.

Построенные по схеме показанной на Fig.2. котлы, даже без использования регенеративной технологии показывают удивительные результаты. В подворье Монастыря на Ганиной яме в строящемся трёх этажном Храме в декабре 2003 года был запущен дровяной котёл, отапливающий два этажа, в котором велись строительные работы. В данном котле не была применена регенеративная технология по различным причинам. Перекрытия между этажами, выполненные из плит с круглыми пустотами, были не утеплены. Третий этаж не имел крыши и на перекрытии второго этажа, закрытого пленкой, лежал снег. Некоторые окна и двери были закрыты полиэтиленовой пленкой. Помещение котельной было не утеплено, сам котёл не имел теплоизоляции. В этих условиях котёл топили круглосуточно только что сваленными сырыми не рублеными дровами диаметром до 25 см, так как сухие были не заготовлены. Температура на первом этаже была +12, на втором +15 градусов, стены и потолки имели температуру +10, при наружной температуре -16 градусов. Температура наружных стенок котла доходила до 130 градусов. Люди, обслуживающие котел поражены его характеристиками. После 15 дней постоянной работы котла, получили одно ведро золы. Для опыта в топку бросали толстый резиновый шланг, но они не получали темный дым. Из трубы выходит белый пар! При остановке котла на 12 часов, температура теплоносителя понизилась всего на 20 градусов, при не утеплённом котле и повышенной теплоотдаче батарей. Правила обвязки котлов.

Движение теплоносителя в регистре должно происходить навстречу тепловому потоку. То есть наиболее холодная вода контактирует с наиболее холодными газами. Далее, при движении по регистру вода нагревается и контактирует с все более нагретыми газами. При таком встречном движении теплоносителя и газов (тепловых потоков), между ними сохраняется разность температур, необходимая для передачи теплоты, а так же снижается вероятность выпадения водяных паров, из-за которых происходит ржавление труб. Это особенно важно, если топливом являются дрова, содержащие много водяных паров. Такое движение теплоносителя и газов называют противотоком. Следует отметить, что в системе свободного движения газов (при размещении регистров котла в колпаке), при правильно сконструированных и обвязанных регистрах, и естественном движении теплоносителя (без насоса) это условие выполняется за счет естественных сил природы, не требует внешнего воздействия, а значит естественно и оптимально. При принудительной циркуляции теплоносителя за счет насоса, скорость теплоносителя нужно принимать минимально возможной.

Обвязка должна обеспечивать возможность периодического слива теплоносителя из регистров без слива системы. Это необходимо для периодического выжигания сухих труб регистра от сажи, в том числе через чистку в колпаке, http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=123. В котлах необходимо устанавливать автоматику регулирования температуры нагрева воды на выходе. Смысл её состоит в организации движения воды по малому кругу (прямая - обратная труба) до достижения температуры нагрева воды на выходе до значения 45-55 градусов оС, после чего вода направляется по большому кругу. В противном случае возможно выпадение на регистрах конденсата и ухудшения работы котла, http://stove.ru/index.php?lng=0&rs=109 . При отсутствии приборов автоматики можно закольцевать по малому кругу прямую и обратную трубу перемычкой из трубы Д=1 дюйм с регулировочным вентилем. Затапливают котел с открытым вентилем. По достижению температуры теплоносителя до указанных пределов вентиль постепенно закрывают, не допуская повышения его температуры выше верхнего предела. При применении в котле двух и более регистров, выходы их объединяют в одну трубу.

При естественной циркуляции теплоносителя и устройстве теплых полов необходимо предусматривать устройство на обводной обратной трубе шунтирующего насоса с малой скоростью теплоносителя. При этом на трубе предусматривать установку отключающих вентилей. Проектирование и монтаж систем водяного отопления должны выполнять специализированные проектные и монтажные организации.

В настоящее время, Госстроем России, рекомендуются к строительству печи со встроенным котлом водяного отопления и горячего водоснабжения, а так же котлы, у которых тепловоспринимающая часть расположена в зоне горения. То же можно сказать и о котлах, используемых в котельных коммунальной энергетики. Подобные печи и котлы обладают некоторыми существенными недостатками, которые трудно компенсировать ввиду несовершенства применяемой уже несколько столетий конвективной системы газооборотов. В них используется принцип принудительного движения горячих газов. Их конвективная система состоит из последовательных, параллельных или комбинированно расположенных каналов. Система обладает большим сопротивлением газовому потоку, ограничена по форме и объёму, не равномерно и не оптимально сохраняет и отдаёт тепло. В каналы нельзя вставить полезное тело, например котёл отопления. Для этих целей можно использовать только топочное пространство. В этом случае изменяется функциональное назначение топливника, в котором появляется холодное ядро, понижающее температуру в топливнике и значительно понижающее КПД изъятия энергии топлива.

Наша система конструирования источника тепловой энергии обладает невероятной гибкостью и позволяет проектировать и строить многофункциональные котлы и печи любого размера и формы, с новыми свойствами и функциями. По такой схеме конструируются энергоустановки любого назначения. В колпак легко могут быть установлены электрические нагреватели, калорифер воздушного отопления, парогенератор, плита или духовой шкаф для приготовления пищи, духовка для нагревания камней, технологические материалы для тепловой обработки и т.п. По такой схеме может быть сконструирован паровой котел. Наша теория может быть применима к системам, работающим на всех видах топлива. Наша система даёт возможность применения высоких технологий в печах, автоматизировать загрузку топлива, процессы сгорания топлива и регулирования теплоотдачи. Считаю это направление развития системы источника тепловой энергии перспективным, отвечающим требованиям энергосбережения и сложившейся конъюнктуре рынка.

Следует отметить высокую общественную значимость нашей работы, которая позволяет использовать дешевое местное восполняемое топливо и осуществить реальное энергосбережение топливных ресурсов, а так же то, что внедрение её не требует больших бюджетных средств, так как осуществляется методом "сам строй". Трудности внедрения я вижу в низкой инвестиционной привлекательности проекта.

Сегодня, для развития нашей системы источника тепловой энергии, требуется продолжить работы по автоматизации загрузки топлива и оптимизации процесса сжигания топлива. Требуется проведение лабораторных испытаний. Цель исследования: Определить температурные параметры газовой среды и элементов котла в различных стадиях горения топлива, необходимые для расчетов котлов. Получить оптимальные значения температуры выходящих из очага газов и их состав. Подготовить рекомендации по соотношению конструктивных оптимальных размеров и характеристик применяемых материалов элементов котла. Привести эту работу к понятным графикам и формулам, по которым можно будет конструировать и рассчитывать котлы. Мной подготовлены предложения к исследованию

Решение любого многопланового вопроса требует участия специалистов высокой квалификации разных специальностей. Должна быть создана пирамида, во главе которой должен стоять политический и финансовый менеджер, тем более при решении общественно значимых вопросов с низкой инвестиционной привлекательностью.

Я заранее благодарен каждому, кто выступит оппонентом мне по теме статьи, или поможет передать её на экспертизу в заинтересованную в энергосбережении организацию, а так же разместить в научно-технический журнал, заинтересованный данной темой.

И.В. Кузнецов Екатеринбург тел. (343) 3077303 e-mail: [email protected] http://stove.ru

03/05/2004 © Igor Kuznetsov "Kuznetsov's stoves"

www.stove.ru

• 
  Печи кузнецова с котлом
• 
  Котел квр 0 5
• 
  Пристройка для газового котла
• 
  Тополь м видео котел
• 
  Вайлант газовый котел монтаж
• 
  Котел на дровах квр
• 
  Котлы урал микма терм
• 
  Котел твердотопливный zota дымок
• 
  Котел длительного горения буран
• 
  Котел протерм 60 plo
• 
  Дизельный котел для дачи