Печі Кузнєцова – принцип роботи і пристрій

І. В Кузнєцов у 1962 році зібрав навколо себе однодумців і розпочав розробляти печі, які відрізнялися високим коефіцієнтом корисної дії і відмінною економією використовуваного палива. Найголовніше, що розробки тих часів стали затребувані саме зараз. Інженер передбачав, що економія колись стане каменем спотикання, що ми і спостерігаємо сьогодні. І все ж, що таке печі Кузнєцова?

По суті, це старовинні російські печі, які були модернізовані, була змінена схема внутрішньої конструкції. Але з зовнішньої сторони це все ті ж цегляні опалювальні агрегати. Але в чому ж різниця розробок тих років з сучасними опалювальними приладами, які у всю рекламуються виробниками (вітчизняними та іноземними)? Для порівняння наведемо ось такий приклад:

• Щоб обігріти будинок площею 100 м2, використовується колпаковая піч Кузнєцова, яка виробляє лише 4 кВт теплової енергії.
• Всі ми чудово обізнані, що опалити такий простір може прилад з тепловою потужністю не менше 10 кВт.

Ось вам і величезна економія, ось вам і найвищий ККД, про яких ми говорили вище. До речі, хотілося б відзначити, що пічних справ майстер досі отримує величезну кількість замовлень з-за кордону. Хоча і європейські, і американські виробники вважаються лідерами у цій сфері виробництва. Але ось таки відзначили ж вони Кузнєцова і виділили його печі, а, значить, визнали його і їх перевагу.

Переваги

• ККД – 80%. Для дров’яних печей чудовий показник.
• Висока температура спалювання палива.
• У печах Кузнєцова можна спалювати будь-який вид твердого палива. При цьому воно згорає, так сказати, до кінця, залишаючи мінімальний обсяг золи.
• З попереднього виходить наступне – такі печі рідко можна чистити, золи-то залишається зовсім небагато.
• Низька матеріалоємність при рівномірному режимі теплової віддачі між растопками приладу. Можна зробити таке порівняння – у міській квартирі коливання температури можуть бути частіше, і це при центральному опаленні, ніж у приватному будинку, де зведена кузнецовка. Враховуємо той факт, що закладка палива виробляється всього лише два рази на добу.
• Є можливість поєднати піч Кузнєцова з водяним опаленням будинку. Вам тільки треба встановити всередину топки трубний контур, який і буде з’єднаний з трубною системою водяного опалення. Найголовніше, що технічні характеристики агрегату з-за цього не погіршуються.
• У печах цього типу невисокий димар. Але ось що дивно, тяга з-за такої конструктивної особливості не знижується.
• Внутрішня конструкція дозволяє проводити встановлення печі в будь-яке приміщення в незалежності від габаритів кімнати та її призначення. До того ж дизайн може бути виконаний на розсуд замовника.
• В таких приладах перехід від топки до охолодження відбувається, так би мовити, автоматично. При цьому відбувається мимовільне перерозподіл тяги в каналах. Такий елемент, як змія, немає необхідності закривати. Як конструктивний елемент, вона, швидше за все, повинна використовуватися в позаштатних ситуаціях.

Увага! При використанні печі Кузнєцова немає необхідності організовувати вентиляційну систему в приміщенні. Вся справа в тому, що в конструкції цього опалювального агрегату відбувається перерозподіл тяги за унікальною схемою. У печі встановлені так звані низові канали, за ним тяга пропускає потік повітря, який проходить уздовж нагрітих частин печі. Коли в камері згоряння палива горить вогонь, він сам частина повітря відтягує на себе.

Пристрій печі Кузнєцова

Якщо розглядати традиційні опалювальні печі зі складним димарем, а таких чимало, наприклад, пятиоборотная голландка, то необхідно відзначити, що в цій складній трубі, хочете ви того чи ні, обов’язково будуть виникати завихрення. Напевно, всі чули, як гудуть взимку ці печі. Здавалося б, що якщо димар – це довга і вузька труба, то ніяких проблем тут виникнути не повинно. Тому що вихрові потоки, поки доберуться до виходу, все свою теплову енергію залишать всередині приладу.

Але практика говорить про те, що в цій теорії є і свої відхилення, при яких ККД агрегату не перевищує 60%. Чому так відбувається? Тому що в канальних конструкціях теплової енергії виділяється величезна кількість, але лише її невелика частина використовується на обігрів приміщення або теплоносія. Решта просто вилітає в трубу. Тут може бути два сценарії:

1. Вихрові гарячі потоки, не остигаючи, вилітають у трубу.
2. Остигають, але при цьому виділяють величезну кількість диму і сажі.

І тепер навіть не можна з упевненістю сказати, який варіант краще. До речі, якщо порівнювати з якимось теплотехнічним процесом, то канальна піч – це ядерний реактор. А ось кузнецовка – це термоядерний реактор. У другому випадку виділена теплова енергія повністю споживається і передається в приміщення. І найважливіше, що її виділяється тільки в необхідній кількості, ні більше, ні менше. Це створюється за рахунок вільного руху димових газів. Вони не прокручуються по багато разів, а відразу ж подаються в тіло печі.

Ковпакові моделі

Взагалі, ковпакові печі відомі давно. Принцип їх роботи полягає в тому, що внутрішні порожнини дають можливість вільного переміщення топкових газів. Але при цьому в таких конструкціях відбувається піролізний процес, при якому згорають дрібні і середні фракції. Для прикладу розглянемо двухколпаковые печі Кузнецова.

У них піролізне спалювання відбувається вже під першим ковпаком. До того ж цей процес є саморегульованим. Як це зрозуміти? Якщо раптом паливо в топці починає сильно горить, то топкові гази, які заповнюють ковпак, починають рухатися вниз. Їх стає більше, об’єм збільшується, але при цьому сам ковпак не дає їм рухатися вгору. Щільність газів зростає, і їх маса починає тиснути на полум’я вогню, яке втрачає свою інтенсивність. Як тільки горіння слабшає до певної норми, процес повертається назад.

Всі фахівці прийшли до думки, і І. У Кузнєцов в тому числі, що ідеальна двухколпаковая піч – це агрегат круглого перерізу. В даному випадку роль другого ковпака грає зовнішня стінка приладу, під склепінням якої нейтралізуються чадні гази (моноокисел вуглецю) і оксиди азоту. На сам димар виходять лише вуглекислий газ і вологі пари повітря. Правда, необхідно відзначити, що печі круглого перерізу мають ряд недоліків:

• В них складно встановлювати дверцята.
• Так і чистити їх дуже незручно.

Тому на практиці найчастіше встановлюють ковпаки один над іншим, з’єднуючи їх димоходом. При цьому відбувається зниження ККД агрегату, правда не на багато, всього лише на два відсотки.

До речі, якщо ви хочете організувати систему гарячого водопостачання або з’єднати піч у систему водяного опалення, тоді рекомендується проточний теплообмінник встановлювати під склепінням другого ковпака. Тут температура знаходиться в діапазоні 200-400°С, так що вимоги до матеріалу теплообмінника не такі вже й жорсткі. До того ж під другим ковпаком не збирається сажа, що подовжує термін експлуатації металевих виробів. А ось звід першого ковпака є основним джерелом теплової енергії.

Існує досить широкий модельний ряд, де можна виділити не тільки прилади для опалення житлових приміщень. Хотілося б відзначити печі Кузнецова для лазні, опалювально-варильні конструкції, печі з лежанкою і так далі. Варіації можуть бути різні, тут важливий принцип внутрішнього розташування елементів агрегату.

До чого ми ведемо? А ведемо ми все це до одного питання, що стосується економічності спорудження даного типу опалювальних приладів. Адже, що найчастіше впливає на вибір того чи іншого опалювального агрегату? Перше – ефективність роботи. Друге – економія використовуваного палива. Третє – економія споруди. Чим менше грошей ви витратите на самому початку, тим більше їх залишиться на додаткові потреби вашої родини.

Але необхідно враховувати і ось таке положення, щоб піч добре опалювала, варила і сушила, потрібно її грамотно виконає в матеріалі. Не будемо тут розбиратися в порядовке печі Кузнєцова, просто відзначимо, що на одиницю виробленої теплової енергії необхідно в півтора рази менше матеріалу, ніж якщо б розмова йшла про звичайні канальних моделях. З чим це пов’язано? З тим, що колпаковая схема печі Кузнєцова всередині, якщо так можна висловитися, «пустее». А, значить, на її пристрій піде менше матеріалу.

До речі, коли справа стосується креслень печей Кузнєцова, той сам автор не заперечує, якщо їх копіюють для себе, так би мовити, для власного користування, коли майстер у себе в будинку вирішує споруджувати піч тієї або іншої конструкції. А ось перевидавати їх заборонено.

Особливості споруди

Є кілька положень, які визначають якість майбутньої споруди. Давайте розглянемо деякі з них.

• Топка обов’язково викладається з шамотної цегли марки Ш-5 або ШБ-8.
• Все тіло пристрою зводиться з звичайного цегли марки не нижче М150.
• Топка викладається у вигляді плаваючої конструкції. Що це таке?

Тут кілька досить серйозних положень. Перше – розчин між шамотної і звичайної кладкою виколупується, а замість нього вкладається мінеральний картон (він може бути базальтовим, каолиновым або іншим). Друге – не можна використовувати так звані пов’язують модулі. Топка повинна бути окремим елементом в конструкції самої печі. Ніяких виступів, ніяких кріплень. Чому це так важливо? Тому що теплоємність звичайного і шамотної цегли сильно відрізняються один від одного. Сильно нагріте шамот почне швидко розширюватися і порве цегляну кладку стіни печі. А плаваючий принцип споруди не дає цього зробити.

По суті, знаючи принцип роботи самого опалювального агрегату, можна створити свою конструкцію. Просто необхідно знати послідовність кладки цегли – це так звана порядовка. До речі, пропонуємо вам ознайомитися із порядовкой колпакової печі Кузнецова, яку можна зробити своїми руками. Це непринципова схема.

Металева альтернатива

Вище вже згадувалося про те, що кузнецовки можуть бути встановлені в будь-яких приміщеннях. Але так як вважається, що печі круглого перетину – це ідеальний варіант, то варто задуматися над їх спорудженням у невеликих за площею приміщеннях. Правда, треба обмовитися, що в невеликих кімнатах доведеться ставити невеликі за габаритами установки, а, значить, буде знижуватися і їх ККД.

Так от, щоб коефіцієнт корисної дії не знижувався, рекомендують конструкції даного типу робити з металу. Чавун тут не підійде, занадто важкий цей метал, та й дуже крихкий. Хоча з нього вийшла б недорога пічка.

А ось сталева модель, оброблена порошковою фарбою, буде непоганою альтернативою. Тим більше в печах Кузнєцова на зсув нічого не працює, а це для сталевих конструкція найважливіший показник. Так що проблем тут бути не повинно. Правда, проблема з’являється в іншому місці – це зведення першого ковпака, де збираються топкові гази з високою температурою. На жаль, зробити футеровку зводу в невеликих печах – проблема номер один. І її ще необхідно вирішити. Так що металеві альтернативи цегельним поки відкладені в сторону.