Банные печи И.В.Кузнецова: базовые принципы построения

10 Апр

В настоящей статье мы рассмотрим основные конструктивные особенности банных печей разработки И.В.Кузнецова, перечислим основные виды банных печей разработанные им.

У многих может возникнуть вопрос: «Почему столько внимания уделяется кирпичным печам именно И.В.Кузнецова?».

Ответом на этот вопрос будет следующее объяснение.

Среди имеющейся в открытом доступе информации о банных печах больше всего такой информации имеется именно о банных печах разработки этого автора.

Поскольку его печи обладают рядом неоспоримых положительных качеств, признанных большинством людей, интересующихся данной тематикой, поэтому автор этих строк уделил достаточно много времени по их изучению.

Естественно, существуют и другие кирпичные банные печи для семейных бань не уступающие печам И.В.Кузнецова. Однако, достаточным объемом информации, позволяющим судить об эффективности таких печей, автор этих строк на данный момент не располагает.

Автору известны несколько других конструкций кирпичных банных печей, построенных и запущенных в эксплуатацию. По мере накопления сведений об их работе в дальнейшем мы обязательно их рассмотрим. В настоящем же посте будет говориться именно о банных печах И.В.Кузнецова.

Своей текущей целью я ставлю собственное желание поделиться обретенными знаниями в этой области с теми, для кого эта тема также представляет определенный интерес, с теми, кто хотел бы собственными силами в своей собственной бане сложить НЕПЛОХУЮ кирпичную печь, позволяющую получить режимы настоящей ПАРОВОЙ русской бани.

Итак, приступим.

Как уже было показано в ряде статей на этом блоге (см. ЗДЕСЬ и ЗДЕСЬ), легче всего получить режимы РУССКОЙ бани (температура воздуха 45-65ºС, влажность: относительная 50-90%, абсолютная 58-140 г/м³) в парной с массивной кирпичной печью и закрытой каменкой.

Что же останавливает людей от приобретения таких печей?

С моей точки зрения это:

1) невозможность приобрести такую печь в магазине;

2) довольно высокая стоимость (по сравнению с металлическими банными печами) как за счет стоимости требуемых для кладки печи материалов, так и высокой стоимости услуг печника, понимающего особенности банных печей и гарантирующего получение требуемого результата;

3) отсутствие необходимых знаний, чтобы самостоятельно сложить в собственной бане правильную кирпичную банную печь.

На страницах этого блога я поделюсь со всеми желающими своим опытом и знаниями в этом вопросе (вопросе кладки своими силами банных печей с получением гарантированного результата).

Переходим к рассмотрению поднятой темы, по сути.

Особенностью «правильных» банных печей является их способность правильно выполнять ряд требуемых задач, необходимых для получения режимов РУССКОЙ ПАРОВОЙ бани.

Такими задачами являются (перечислено по мере важности):

1) нагреть каменку до температур порядка 350-600ºС с целью гарантированного получения перегретого пара с температурой Т»100ºС (вплоть до критической для воды температуры Т=374ºС). В таком выходящем из каменки печи паре должны полностью отсутствовать капли воды, как в виде мелких капель, так и в виде аэрозоля (частиц воды с размерами до 100 мкм). Смешивая перегретый пар с воздухом парной можно достаточно легко получить кондиции «легкого пара».

2) нагреть (но не перегреть) парную (прогреть ограждающие парную стены и потолок) до температуры порядка 40-45ºС (температур начала приема банных процедур, температур глубокого неспешного внутреннего прогрева организма, достижения состояния обильного потения и «расшлаковки» организма) к моменту нагрева каменки до температур порядка 350-600ºС.

3) запасти в каменке и массиве печи такое количество тепла, которое позволит обеспечить создание и поддержание в течение заданного периода времени требуемых температурно-влажностных режимов, нагреть требуемое количество воды;

4) способность печи высушить баню по завершении принятия водных процедур.

Определившись с возлагаемыми на печь задачами, которыми она должна решать, перейдем к рассмотрению базовых принципов, соблюдение которых является обязательным в конструкции кирпичных банных печей.

Базовые принципы построения кирпичных печей для получения ПАРОВЫХ режимов РУССКОЙ бани:

1) Каменка обязательно должна находиться внутри печи. Только в этом случае можно достичь требуемой температуры нагрева каменной закладки и не перегреть при этом парную. Организация на печи внешней каменки неизбежно приведет к перегреву парной при еще не достаточном для образования перегретого пара нагреву камней (за счет возникновения конвекции воздуха, контактирующего с нагретыми камнями).

2) Размер каменной закладки печи определяется желаемой продолжительностью парения и количеством парящихся.

3) Площадь боковых поверхностей печи, работающих на нагрев парной, должна равняться (желательно) площади самой парной.

4) Печь должна обеспечивать извлечение из сжигаемых в ней дров максимальное количество энергии и максимальное использование этой энергии на решение задач, указанных выше. Другими словами кирпичная банная печь должна иметь как можно более высокий коэффициент полезного действия. Максимально прогреть камни можно только за счет поднятия внутри печи температуры горения дров. Поднятие температуры горения дров определяется, в свою очередь, организацией (конструкцией) внутреннего пространства печи.

В банных печах И.В.Кузнецова реализованы отраженные выше принципы построения таких печей, и эти печи позволяют решать указанные выше задачи.

Эти задачи решаются за счет конструирования печей-каменок на принципе «Свободного Движения Газов". Рассмотрим схему печи, показанную на Рис. 1, позаимствованную ОТСЮДА.

Это схема «Двухъярусный колпак».

Рис.1.

Нижний колпак состоит из топки 1, в которой на щелевом перекрытии 2 уложена каменная засыпка 3. В случае снятия весовой нагрузки каменки 3 на щелевое перекрытие 2 (путем применения соответствующего технического решения), данное щелевое перекрытие будет выполнять роль «катализатора» по ускорению процесса горения за счет перемешивания топочных горючих газов и созданию отражения лучистого тепла в сторону горящих дров, способствующего выделению из них горючих составляющих (С, СО, Н₂).

С целью улучшения и полноты сгорания горючих газов в верхнюю часть топливника под катализатор (либо между пластинами «катализатора») по специально организованным снаружи топливника каналам подают «вторичный» воздух.

С двух сторон в перекрытии 2 имеются свободные от камней щели 4 (каналы «холостого хода»), соединяющие топку с паровой камерой 5 (верхним внутренним пространством нижнего колпака, где размещается каменка).

Каналы «холостого хода» 4 служат для облегчения процесса растопки печи (когда внутренности печи холодные и велико внутреннее сопротивление конвективной системы печи проходу печным газам). Они также служат резервными (байпасными) каналами для прохода печных газов в переточный канал 9 и далее в верхний колпак (дымовую камеру) 10 и в трубу в случае забивки камнями щелей между ними, необходимых для прохода печных газов.

Рядом с топкой размещается конвективная система нижнего колпака 6, в которой устанавливается (по необходимости) «змеевик» (регистр системы горячего водоснабжения) 11.

Топка и конвективная система нижнего колпака, соединяются между собой «сухим швом» (щелью в боковой стенке топливника шириной 2-3 см) 7 и рядом отверстий («хайло») 8 в верхней зоне.

В нижнем колпаке имеется канал 9 (переточный), ведущий в верхний колпак (или дымовую камеру) 10.

Схема, показанная на Рис.1, соответствует формуле «нижний ярус и топливник объединены в единое пространство и составляют нижний колпак».

Вся идея «сухого шва» 7 и свободных от камней проходов 4 в верхнюю часть колпака заключается в следующем:

1) обеспечить равномерную повышенную температуру в объеме колпака и равномерное прогревание камней со всех сторон, не зависимо от толщины засыпки, в том числе сверху;

2) разделить потоки, находящиеся в колпаке и выходящие из него, печных газов на условно «холодную» и «горячую» составляющую. При этом не увеличить сопротивление проходу газового потока.

При отсутствии «сухого шва» и свободных проходов, весь поток протаскивается через камни с повышенным сопротивлением и преимущественным прогревом нижней части засыпки, а работа печи и прогрев камней, будет существенно зависеть от толщины засыпки, при прочих равных условиях.

Известно, что бесканальная конвективная система обладает высокими теплотехническими качествами и коэффициентом полезного действия (КПД).

Принцип работы этой схемы следующий:

Дымовые газы, проходя через щели, свободные от камней, (а так же через каменную засыпку) заполняют колпак. Причём наиболее горячие газы поступают в верхнюю часть колпака, а наиболее холодные, тяжелые, проходят через «сухой шов» 7 низом колпака (не попадая в него) в переточный канал 9.

В верхней части колпака создается зона с повышенной температурой. Обогрев каменной засыпки происходит сверху и снизу, что улучшает её прогрев, при этом работа системы не зависит от толщины засыпки. То есть сопротивление выходящим газам увеличивается незначительно.

Для получения качественного пара необходимо сильно прогреть камни. Это требует длительного времени протапливания банной печи, порой значительно большего, чем в обычной кирпичной отопительной печи.

Поскольку в банных печах И.В.Кузнецова за счет создания максимально благоприятных условий для сжигания топлива достигаются температуры не менее 900ºС, нижний колпак совместно с топливником обязательно футеруются шамотным кирпичом с целью не допущения разрушения внешней кладки печи из полнотелого керамического кирпича от высоких температур.

Напомним, что предельные температуры, которые выдерживает обычный печной кирпич, не превышают 700ºС. Шамотный кирпич марок ША и ШБ выдерживает температуры до 1100—1200ºС.

Известно, что с увеличением длительности топки, КПД печи уменьшается, из-за уменьшения восприятия тепла горячих газов стенками печи и камнями (выравнивается температура газов и стенок).

В этом случае, необходимо понизить температуру выходящих в трубу газов.

Это достигается двумя путями:

1) в конвективную систему нижнего колпака устанавливается «змеевик» (изогнутая П-образная труба) горячего водоснабжения;

2) устройством над первым колпаком второго колпака.

«Змеевик» и верхний колпак воспринимают избыток тепла, возникающий при увеличении времени топки печи.

«Змеевик» необходимо конструировать так, чтобы силы, возникающие от температурного расширения, не разрушали печь, и чтобы его можно было просто поменять. Это достигается за счет придания ему зигзагообразной формы или устройства входных и выходных патрубков с противоположной стороны печи.

Конструировать и устанавливать «змеевик» следует так, что бы при заполнении его водой в нем не возникало воздушных линз. В противном случае, при нагревании воды, в линзе повышается давление и, происходит гидравлический удар. Это может повредить и сам «змеевик» и кладку печи.

Регулировать нагрев воды можно за счет изменения скорости циркуляции воды при установке вентиля на обратной трубе, соединяющей «змеевик» с баком горячей воды. Нельзя устанавливать вентиль на прямой трубе, так как возникающее давление в закрытой системе, может разорвать трубы.

Необходимо отметить, что каменную засыпку можно не только помещать непосредственно над пламенем в верхней части нижнего колпака печи, но и укладывать камни в металлический шкаф (духовку), выполненный из жаропрочной нержавеющей стали. В этом случае духовка с камнями помещается также над топкой печи, выше щелевого перекрытия 2 («катализатора»).

В этом случае, как правило, температура нагрева камней оказывается ниже, чем в первом варианте исполнения печи (печах периодического действия) и не превышает 400-450º. Банные печи, в которых камни располагаются внутри духового шкафа, получили название банных печей постоянного действия.

Однако такими печами можно пользоваться и во время приема банных процедур (подтапливать), поскольку в печах этой конструкции печные газы не могут попасть через дверцу каменки в парную во время поддач.

Также в печах этой конструкции исключается образование во время топки на камнях налета сажи и пепла, который может во время поддач через дверцу каменки попасть в парную.

У каждого из этих типов печей есть свои приверженцы и сторонники.

С точки зрения качества получаемого пара эти печи равноценны при условии, если температура нагретых в них камней превышает 350ºС.

Температура нагрева камней в духовке определяется как конструктивными особенностями печи, так и конструктивными особенностями самого шкафа для камней.

В будущем мы обязательно посвятим этому вопросу отдельную статью. А пока подведем черту под сказанным.

Итак.

1) Мы рассмотрели базовые принципы построения и кратко коснулись особенностей конструкции банных печей разработки И.В.Кузнецова.

2) Определили, что обязательными элементами банных печей И.В.Кузнецова являются:

— футеровка внутреннего пространства нижнего колпака (на худой конец только пространства, отведенного под топливник) шамотным кирпичом;

— топливник объединен с нижним колпаком печи в единое пространство через рассечку («сухой шов» — щель шириной 2-3 см) в одной или двух своих боковых стенках (в зависимости от модели печи);

— наличие в печи «сухого шва» позволяет разделить находящееся в колпаке газы на условно «горячие» и «холодные». Это позволяет аккумулировать «горячие» газы в колпаке, использовав их для более эффективного нагрева массива печи, каменки, регистра системы горячего водоснабжения, а также пропустить низом колпака «холодные» газы прямо в трубу;

— наличие в печи «сухого шва» вместе с колпаком также уменьшает выстуживание печи на завершающем этапе топки (этапе догорания углей) в случае нежелательного проникновения в печь относительно холодного наружного воздуха при открытой на трубе главной заслонки;

— наличие в верхней части топливника щелевой диафрагмы («катализатора»), служит для перемешивания горючих газов, создания повышенных температур и, как следствие, обеспечивает полноту протекания реакций сгорания выделенных древесиной продуктов ее термического разложения;

— обязательное наличие в каменке 1-2 каналов «холостого хода». Это облегчает розжиг печи, ускоряет перевод процесса горения дров в рабочий режим и обеспечивает равномерный в объеме прогрев каменки.

Пока все.

Тем же, кто по каким-то причинам не смог познакомиться с особенностями конструкции печей разработки И.В.Кузнецова, рекомендую заглянуть СЮДА и СЮДА.

Ну, а тем, кому не безразлична тема РУССКОЙ БАНИ, и кто желает своими руками грамотно и со знанием дела сложить проверенную практикой неплохую кирпичную банную печь Игоря Кузнецова, рекомендую заглянуть СЮДА! 🙂

До встречи!