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
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:
- Топливо сжигается в большом количестве, но тепло расходуется неэффективно.
- Топливо сжигается в небольших объемах, но выделяемое им тепло расходуется эффективно.
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
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.
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.
Читайте далее:
