​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции

Печи и камины |20 декабря 2017 в 07:30| 0 |

Печи инженера Кузнецова известны не только на родине, но и во всем мире с 60-х годов прошлого века. Причем актуальность разработок полувековой давности нисколько не стала меньше, а наоборот - печи Кузнецова все более популярны. Целью модернизации старинной конструкции русской печи при не столь значительном изменении ее внутреннего устройства было создание отопительного агрегата с более высоким КПД при экономии топлива. Возможно, это было предвидение - поскольку тенденция к удорожанию всех видов энергоресурсов, в том числе и биологического топлива, упорно говорит о том, что экономить ресурсы нам придется, и со всей серьезностью? Но полвека назад слова «энергоэффективность» и «энергонезависимость» в контексте жилого дома были не так знакомы, как сегодня.

​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции 4213

Внешний вид колпаковой печи Кузнецова практически не отличается от моделей традиционных русских печей. Но теплотехнические параметры несколько иные - всего один пример:

  • для обогрева дома, имеющего площадь до 100 м2, достаточно одной колпаковой печи Кузнецова, вырабатывающей примерно 4-5 кВт
  • по справочным данным: для отопления данного объема нужен агрегат с показателем не менее 10 кВт тепловой мощности

Плюсы печей Кузнецова:

  • Очень высокий КПД, применительно для печей, работающих на дровяном топливе - не менее 80%
  • Топливо сгорает при высоких температурах
  • Печь работает на всех видах твердого топлива - древесина, каменный и бурый уголь, брикеты и т.д.
  • Сгорание топлива до минимального зольного остатка, как следствие - не только экономия топлива, но и упрощение эксплуатации, поскольку чистить печь от золы нужно намного реже
  • При периодичности топливных закладок в кузнецовку всего два раза в сутки можно иметь тепловой режим в доме, выгодно отличающийся даже от режима квартир с центральным отоплением. Квартира в многоэтажке имеет более частые температурные колебания, чем частный дом, отапливающийся печью Кузнецова, дающей равномерную тепловую отдачу между топками
  • Совмещение печи Кузнецова и водяного отопления дома несложно и часто применяется на практике. Внутри топки устанавливают трубчатый теплообменник и соединяют его с трубопроводом отопительного контура. Основной плюс - теплотехника и теплоотдача печи при модернизации остаются неизменны, без малейших снижений эффективности
  • Конструкция кузнецовки позволяет устраивать невысокие дымоходы, причем снижения тяги при этом не происходит. Данный факт несколько удивляет тех, кто впервые знакомится с конструкцией и работой данных печей
  • Особенности внутренней конструкции печей Кузнецова позволяют устанавливать агрегат практически в любых помещениях любых размеров, независимо от того, для чего помещение предназначено. И в кухнях, и в общих комнатах печь выглядит солидно и эстетично, и органично вписывается во многие интерьеры
  • Самая интересная и необычная в контексте домовой печи особенность кузнецовки: можно не закрывать вьюшку. Эта важнейшая деталь печи и одно из условий безопасной повседневной эксплуатации - для печи Кузнецова нужна только в том случае, если наступает внештатная ситуация. Дело в том, что когда процесс сгорания топлива подходит к завершению и начинается остывание, тяга в каналах печи перераспределяется самопроизвольно, «автоматом»

​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции 4217

Перераспределяется тяга по особой схеме, которая является уникальной особенностью конструкции печи. В устройство введены каналы, которые называются низовыми. По этим низовым каналам воздушные потоки, подчиняясь тяге, проходят рядом с нагретыми частями печи. При наличии огня в топливном отсеке печи этот огонь «притягивает» на себя часть воздушных потоков

По материалоемкости печи данной конструкции также имеется интересный факт: колпаковая печь Кузнецова имеет больше свободного пространства внутри, она более «пустая» по сравнению с большинством многоканальных моделей. Порядовки могут иметь вариации, но по расчетам видно, что печь Кузнецова требует меньше стройматериала для возведения, примерно в 1,4-1,5 раза на единицу вырабатываемого тепла.

​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции 4216

Особенности устройства печи Кузнецова

Известно, что устройство дымоходных труб в виде длинных и узких канальных конструкций имеет одной из целей - экономию. Вихревой поток раскаленных дымовых газов не доберется до выхода из дымоходной трубы, пока не оставит всю свою энергию и тепло в печи. Все классические печи, имеющие сложные многооборотные дымоходные каналы (например, пятиоборотные голландские печи) имеют в той или иной степени турбуленцию потоков в своих сложных трубах. Печь часто гудит зимой, эту «музыку» слышали все, кто отапливается большими печами.

Конструкции оборотных протяженных дымоходных каналов и длинных дымовых труб работают на то, чтобы заставить дымовой газ отдать все тепло внутри печки - в теории. Но на практике часто получается не совсем так, и в итоге отклонений КПД печи дает процент меньше ожидаемого - до 55-60%. Причина одна - большая часть энергии все же улетает в атмосферу через дымоход. Выделение тепла огромно, но в канальной конструкции только его часть идет на нагрев теплоносителя в теплообменнике и на обогрев воздуха помещения. Другая часть летит в трубу, по разным схемам, но ни одна из этих схем устраивать не может:

  1. Раскаленный турбулентный поток вылетает в трубу, практически не успев остынуть
  2. Дымовой газ остынуть успевает, но слишком быстро - и дымовые остатки в твердых частицах просто огромны, а сажевые наслоения заставляют чистить дымоход чаще, чем планировалось

Даже непонятно, какой из вариантов менее желателен. Когда инженеры-теплотехники шутят, то можно услышать сравнение канальной конструкции печи ни много ни мало, а с ядерным реактором. А вот кузнецовки сравнивают с термоядерным, причем вся выданная топливом энергия и все тепло идут в обогреваемое помещение. Но более важно то, что тепловой энергии выделяется необходимое количество - столько, сколько нужно и не более. Такая схема возможна по причине особой организации движения дымового газа - он не крутится многократно в каналах, а подается в тело печи сразу.

​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции 4218

Колпаковая модель печи, сравнение

Колпаковая печь как модель известна давно, и в печах кузнецова используется та же схема - внутренняя полость печи устроена таким образом, чтобы топочных газ перемещался свободно. Но одновременно организован и пиролиз, и в результате топливо сгорает до мельчайших частиц.

Если рассматривать как пример двухколпаковую печь Кузнецова, то пиролизный процесс, причем саморегулирующийся, идет сразу под первым колпаком. Схема «регулировки» такова: как только горючее в топливной камере разгорается сильнее, заполняющий колпак топочный газ двигается книзу. Сдерживаемый колпаком газ не может уйти кверху, и не просто увеличивается в объеме, а становится плотнее и давит всей массой на огонь, который при этом не может не терять часть интенсивности. В результате процесс горении стихает до определенного значения, и давление газов ослабевает, затем весь процесс повторяется.

​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции 4214

По мнению специалистов, в идеале двухколпаковые печки должны иметь круглое сечение. Тогда вторым колпаком будет служить наружный свод, или стенка агрегата, где будут нейтрализоваться генераторные газы - угарный газ СО и окиси азота. В дымоходную трубу при этом будет выходить только водяной пар и углекислый газ. Но при этом круглое сечение печи создает некоторые проблемы при возведении и эксплуатации:

  1. Чистка круглой печки - неудобна, это отмечают владельцы таких печей
  2. Дверцы смонтировать сложнее, чем в плоской стенке

В результате поступают практичнее - соединяют оба колпака дымоходом, установив их друг над другом. КПД при этом будет меньше, порядка на 2-3%. при желании интегрировать печку в отопительную водяную систему дома или иметь горячую воду от печи - проточные теплообменники устанавливают под вторым колпаком, а не под первым, который дает основной выход тепловой энергии. второй свод имеет температуру нагрева всего от 300 до 400 градусов, поэтому теплообменник выбирается сравнительно попроще, в том числе и по материалу. кроме того, под вторым сводом не будет сажевых наслоений, и металл встроенного теплообменника прослужит дольше.

Модификаций печей Кузнецова разработано очень много - причем не исключительно домовые печи для обогрева жилья. Имеется целый ряд моделей для бань, печки с лежанками. Отдельное место занимает популярная линейка отопительно-варочный печей. Но по принципу внутреннего устройства - все варианты сходны.

Некоторые нюансы по возведению печи Кузнецова:

  • Тело печи возводят из красного печного кирпича, марка не ниже М150
  • Для топочного отдела необходим жаростойкий и огнестойкий кирпич, практически единственный вариант - шамот. Марка Ш-5; Шб-8, размеры не имеют особого значения, поскольку топка конструкционно не связана с телом печи
  • Вся конструкция топки должна быть отделена от тела печи, вариант - плавающая конструкция. Причем не просто отсутствует перевязка печных и шамотных кирпичей, а оба модуля принципиально отделены - недопустимы никакие крепежи, выступы или опорные части. Раствора между шамотной кладкой и печным кирпичом также быть не должно, а только компенсационные зазоры, заполняемые жаростойким материалом (базальтовый, каолиновый или другие виды картона или ваты). Причина - слишком большая разница характеристик теплоемкости и линейного теплового расширения шамота и керамики. Усилия и деформации в зоне контакта нагретого до высоких температур шамотного и керамического кирпича настолько велики, что приводят к разрывам в кладке стен печки. Разделение и устройство по плавающему принципу эту проблему решает.

​Печи Кузнецова - работа и особенности конструкции 4215

Небольшой минус колпаковых печей - при уменьшении их объема немного снижается и КПД, даже при выборе идеальной формы печки - круглой в сечении. В небольших комнатах устанавливают обычно небольшие печи, поэтому некоторое снижение эффективности неизбежно. Интересная альтернатива изготовить печь Кузнецова из металла пока не имеет достойного воплощения в жизнь. Конструкция и форма кузнецовки никак не обуславливает напряжений сдвига, и это только один довод в пользу сварного металлического корпуса печи. Стоимость материала, конечно, слега пугает, но более дешевый чугун невозможен по причине массивности и хрупкости, в том числе и некоторой тепловой хрупкости.

Модель кузнецовки из стального листа, окрашенная порошковой краской - перспектива заманчивая, но и технические проблемы имеются, и одна из них - сложности выполнения эффективной футеровки сводов небольших печек. А первый колпак кузнецовки имеет под сводом очень высокие температуры, топочные газы слишком сильно раскалены и без футеровки металл долго не выдержит. Таким образом, кирпич для моделей печей Кузнецова пока не имеет конкуренции.

Оставить комментарий
Guest
Чтобы оставить комментарий, войдите или зарегистрируйтесь
Металлическая печь для бани. Виды, сборка своими руками, установка

Металлическая печь для бани. Виды, сборка своими руками, установка

Печи и камины |24 декабря 2017 в 15:26
Хорошая печь - главной условие настоящей бани. Для бани, построенной на дачном участке, возможен бюджетный подход. Услуги квалифицированных печников недешевы,
Отличия печи длительного горения. Буржуйка длительного горения своими руками

Отличия печи длительного горения. Буржуйка длительного горения своими руками

Печи и камины |21 декабря 2017 в 07:14
Дровяная печь - древнейшее изобретение. В плане экономии первые печи на современный взгляд состоят из одних недостатков - топлива сгорает много, КПД невысокий,
​Ракетная печь. Конструкция и принцип действия, достоинства и недостатки

​Ракетная печь. Конструкция и принцип действия, достоинства и недостатки

Печи и камины |09 декабря 2017 в 17:37
Реактивной, или ракетной, назвали эту печку за особенность работы - если эксплуатировать печь-ракету туристическо-походного исполнения не совсем корректно,
Мини-печь из кирпича для дачи своими руками - простая конструкция и эффективность

Мини-печь из кирпича для дачи своими руками - простая конструкция и эффективность

Печи и камины |30 ноября 2017 в 14:39
Дача или небольшой загородный коттедж вполне могут отапливаться мини-печкой. Конструкции мини-печей имеют сходство с металлическими буржуйками - по скорости