Печь кузнецова размеры: Колпаковая печь Кузнецова: порядовка, фото, схема

Содержание

Колпаковая печь Кузнецова: порядовка, фото, схема

Большой вклад в развитие печного дела внес И.В. Кузнецов, посвятивший практически всю свою жизнь изобретению и совершенствованию большого количества новых конструкций печей. Он целенаправленно трудился над тем, чтобы его разработки эффективно работали и приносили пользу людям.

Усовершенствование спроектированных ранее тепловых конструкций основывается на оснащении их более рационализованными возможностями. Таким образом, у некоторых моделей претерпевала изменения топка, повышалась сохранность тепла, добавлялось определенное оборудование и прочее. То, что конструкции, созданные Кузнецовым, работают качественно, уже давно доказано их большой популярностью и многими годами эксплуатации. Положительные отзывы о печах Кузнецова мотивируют многих на самостоятельное изготовление бытовых тепловых устройств. В таком случае можно немного сэкономить, но нужно правильно подбирать материалы и неукоснительно выполнять схему порядовки печей Кузнецова.

Принцип функционирования кузнецовской печи

Кузнецовым был предложен совершенно новый подход к построению печи из кирпича. Как известно, в печах традиционной конструкции имеются каналы, по которым происходит движение горячих газов, нагревающих кирпич. Главным фактором, поддерживающим данный процесс, является тяга. Такой принудительный метод прогревания корпуса печи характеризуется неравномерностью распределения тепла. Кроме того, он часто приводит к образованию трещин в стенках конструкции. При строительстве подобной печи, занимающей довольно много места в помещении, используется множество кирпичей.

Возникает вопрос и относительно наличия места для установки теплообменника. Это устройство теряет указанный производителем срок службы, если его разместить в самой топке. Постоянный контакт с огнем губительно сказывается на прочностных характеристиках теплообменника. Такое соседство приводит также к ухудшению условий горения топлива, снижению коэффициента полезного действия печи и образованию большого количества сажи.

В сооруженной по кузнецовскому методу печи газы движутся свободно.

Схема работы колпаковой печи Кузнецова

Такая конструкция основывается на установке внутри нее колпаков, представляющих собой сосуды, перевернутые днищем вверх. В некоторых моделях печей колпаки могут иметь верхние отверстия. Сосуды располагаются в различном порядке, однако основным условием их размещения является наличие между ними вертикальных пустотных щелей, называемых сухим швом. Образованное таким образом пространство шириной до 3 см не заполняют ни теплоизолятором, ни раствором. Вследствие этого газы свободно движутся, перемещаясь из одного сосуда-колпака в другой.

Чтобы легче представить себе схему работы колпаковой печи Кузнецова, нужно визуализировать в своем воображении костер, разожженный на открытом воздухе. В результате того, что воздух имеет неограниченный доступ к пламени, от костра идет незначительное тепло, которое сразу же рассеивается в пространстве. Можно изменить характер процесса нагревания воздуха вокруг костра, если накрыть его колпакообразным сосудом, например, казаном большого размера. При этом внизу важно оставить зазор, чтобы совсем не загасить пламя. Как результат, горячий газ естественным путем поднимается к днищу казана и ограничивает доступ поступающего снаружи воздуха. После отдачи тепла стенкам сосуда он, спускаясь к открытому проему, постепенно охлаждается и выходит наружу, а его место занимает следующая порция жара.

Такой саморегулирующийся процесс характеризуется возможностью дозировки наружного воздуха и нахождения разогретого газа в сосуде до полного остывания.

Схема работы колпаковой печи Кузнецова

Описанный выше принцип используется в печах Кузнецова, для которых применяются сразу два колпака, соединенные сухим швом. Такая нестандартная конструкция способствует повышению эффективности передачи достаточного количества тепла от печки в помещение, где она установлена. Горячие газы сначала заполняют собой первый колпак, тем самым нагревая его стенки, а затем, охлаждаясь, уступают место горячему потоку, который поднимается из топки.

Стараясь оптимизировать этот процесс, изобретатель еще на первой его стадии, которая начинается после топливника, решил разделить поток газов в соответствии с их температурой. С этой целью он использовал перегородку для отделения пространства колпака от топки. При этом барьер не достигает дна сосуда. В результате такого разделения горячие газы сразу же устремляются к своду колпака, а поток более низкой температуры направляется по сухому шву через щель в перегородке. Таким образом, за счет скопления под сводом горячих газов и наличия барьера в первый колпак воздух поступает только в необходимом количестве. Это способствует полному сгоранию топлива с образованием определенного количества золы.

Аналогичный процесс движения газов происходит и в колпаке, установленном над первым.

Чертеж колпаковой печи Кузнецова

Менее горячие продукты горения размещаются внизу сосуда, а раскаленные газы стремятся к своду и при остывании отдают тепло на кирпичные стенки. Затем они опускаются вниз и по дымоходу выводятся наружу. За счет оснащения печи двумя колпаками, в которых происходит естественное нагнетание и движение газов, создание принудительной тяги в дымоходной трубе не требуется.

Разновидности печей

Колпаковые печи Кузнецова, спроектированные в основном с целью использования в быту, сооружаются для выполнения определенных функций. Различают следующие виды таких конструкций:

варочного типа – для приготовления пищи;
отопительные – для обеспечения жилого помещения теплом;
банные печи Кузнецова – для обогрева бань;
уличные печи имеют вид простых барбекю или целых печных комплексов;
для выпекания хлеба часто совмещаются с другими видами печей;
печи-камины, выполняющие скорее эстетическую роль.

Здесь названы лишь наиболее распространенные виды кузнецовских печей. Часто специалисты создают комбинированные варианты таких конструкций, отличающихся своей многофункциональностью. Хорошо всем знакома, например, отопительно-варочная печь, благодаря которой можно и дом обогреть, и пища приготовлена.

Сильные стороны кузнецовских печей

Более конкретно можно выделить следующие преимущества конструкций Кузнецова:

Колпаковая печь кузнецова с котлом и хлебной камерой. Источник
Коэффициент полезного действия достигает 80%.
Не требуется использование промышленных технологий и уникальных материалов для обеспечения высокой температуры сгорания топлива.
В колпаковой печи любой вид топлива превращается в золу с образованием минимального количества сажи.
Уход за колпаковой отопительной печью Кузнецова совсем несложен из-за практически полного сгорания сажи. Чистку конструкции можно проводить раз в несколько лет.
По сравнению с централизованной системой отопления, обладающей такой же теплоотдачей, как и кузнецовская отопительная печь, в доме, где она установлена, температура воздуха более стабильна. При этом нормальное суточное функционирование конструкции Кузнецова обеспечивается всего лишь двумя топками.
Экономия средств, идущих на приобретение материала для обустройства короткого дымохода (поскольку тяга и так хороша), а также удобство монтажа такого элемента конструкции.
Водогрейный контур встраивается в печь без какого-либо ущерба для технических параметров сооружения.
Внешний вид и изящность двухколпаковой печи Кузнецова позволяет решать различные задачи, стоящие перед дизайнером и касающиеся стилистического оформления помещения.

Самостоятельное изготовление

Пример работы. Источник

Прежде чем начать строительство колпаковой печи Кузнецова своими руками, нужно четко знать, какую роль в доме или на приусадебном участке она будет выполнять. Во всеобщее пользование представлено более 150 чертежей печей, разработанных Кузнецовым. Каждый может выбрать себе наиболее приемлемый вариант, но здесь мы рассмотрим технологию строительства достаточно простой колпаковой печи Кузнецова своими руками для отопления жилого помещения.

Проектируя установку двухколпаковой печи Кузнецова своими руками на первых этапах строительства дома, позаботьтесь о том, чтобы она смогла равномерно обогреть все помещения жилого назначения. Не совсем удобно сооружать такую конструкцию в уже выстроенном полностью доме. Тем не менее, если возникла такая необходимость, то почему бы и не постараться над таким проектом. Важно только при определении места обустройства дымохода обратить внимание на расположение несущих конструкций и балок.

Фундамент под печь нужно планировать или вместе с возведением основы для дома, или в уже готовом здании, но следует подготовиться к тому, что процесс будет трудоемкий и затратный по времени.

Подготовительные работы

Колпаковая печь Кузнецова своими руками на начальном этапе возведения предполагает закладку фундамента. Для выполнения этого процесса нужно запастись штыковой и совковой лопатой, а также следующими материалами:

песком (3 части), цементом (1 часть) и водой для приготовления раствора;
армирующим прутом среднего сечения;
полиэтиленовой пленкой;
доской для сооружения опалубки.

Работы по обустройству фундамента должны выполняться в следующем порядке:

нужно выкопать котлован с ровными стенками на глубину до 1 м. Минимальные размеры должны составлять: в ширину 1 м, в длину 1,5 м. При необходимости увеличения периметра ямы следует соблюдать пропорции.
Дно котлована нужно засыпать слоем песка (высота 15 см) и оставить в таком виде на пару дней для свободного оседания.
Соорудить опалубку можно как из досок и фанеры, так и из подходящих изделий из древесины (старых дверей, отдельных элементов отжившей свой век мебели и прочее).
Из-за того, что конструкция печи Кузнецова отличается небольшим весом, армирующий прут можно брать не особо толстый.
Заливать раствор нужно медленно, по ходу выпуская пузырьки воздуха за счет перекапывания его лопатой. Такие действия приведут к укреплению фундамента. В итоге поверхность фундамента должна иметь вид ровной гладкой плиты, уровень которой на 2 кирпича не доходит до пола.

После заливки свежеприготовленный фундамент нужно оставить в покое на 5-7 дней, а то и более (на 20-25). Время, отведенное для полного застывания и высыхания основы, важно предусмотреть заранее. В этом случае не стоит торопиться. Чем дольше выстоится фундамент, тем выше будет его прочность и устойчивость всей конструкции печи.

Выполнение основных требований

Некоторые моменты при возведении:

Кирпич, из которого сооружается внутренняя огнеупорная оболочка, при нагревании склонен к расширению. Поэтому так важно обеспечить независимость этой части печи от всей ее конструкции.
Огнеупорную оболочку внутри печи создает шамотный кирпич, установленный на ребро. Чертежи не всегда передают этот момент, однако его следует учесть. При установке простых кирпичей из глины допускается свобода действий со стороны мастера.
Используя проволоку, нужно в каждом 3 ряду кирпичей выполнять их связку.
При установке всех металлических приспособлений важно оставить место с учетом их возможного расширения. Специальной прокладкой ограничивают касание изделий из металла к кирпичной кладке.
По окончании сооружения печи Кузнецова своими руками рекомендуется использовать огнеупорный состав для обработки кирпичей.
Запускать колпаковую печь в работу нужно постепенно, начиная с разогрева на минимальной температуре, а затем ее повышая.

Подготовка инструментов и основных материалов

Основательно подготовиться к сооружению печи Кузнецова своими руками можно только тогда, когда под рукой будет в наличии болгарка, оснащенная алмазными дисками, и перфоратор с насадкой в виде миксера. Кроме того, к месту установки отопительного устройства нужно доставить следующие материалы:

кирпич двух видов: огнеупорный (шамотный) и простой глиняный марки М150. Количество этого материала рассчитывается в соответствии с чертежом, разработанным специалистом.
Глина хорошего качества – в пределах 100 кг.
Песок, очищенный от камушков и различных примесей. Его потребуется в 2 раза больше, чем глины.
Вместо предыдущих двух компонентов можно воспользоваться уже готовой сухой смесью, предлагаемой строительными магазинами, для приготовления раствора. Такой вариант заготовки песка и глины удобен тем, что производители товара уже предусмотрели нужные пропорции этих материалов. Готовую смесь можно брать из расчета примерно 0.2 куб. м на 500 штук кирпича.
Различная фурнитура, изготовленная из металла, представлена поддувальной и топочной дверкой, задвижкой, колосником, обычной стальной и заборной пластиной. Кроме этих изделий нужно еще запастись проволокой длиной 5 м, а также стальными уголками в количестве 2 штук.

Важные моменты

Правильная порядовка колпаковой печи Кузнецова позволит добиться равномерного прогревания стен и обеспечить отличную тягу.

Перед тем как начать кладку, многие мастера стелят рубероид. Однако мы рекомендуем уложить слой фольги, которая, обладая способностью к отражению, позволит лучше сохранить тепло.

Теплоотдача устройства во многом зависит от количества отделений, созданных в нем. Однако, для сооружения самой теплой колпаковой печи при их выстраивании важно соблюсти порядок кладки и условия объема.

Как выглядит. Источник

Чтобы сохранить эстетичность внешнего вида и физические параметры конструкции, которые изначально заданы на чертеже, следует своими руками шлифовать каждый кирпич перед тем, как выстраивать из него кладку.

Не допускается никаких изменений в порядовке. Однако от 23 до 27 уровня можно применить свою фантазию для декорации сооружения.

Выполнение кладки колпаковой печи

После окончательного застывания фундамент покрывается фольгой, отражающей вверх нисходящий поток тепла. Такое покрытие может слегка выступать за периметр фундамента. По окончании строительных работ излишек фольги уберется.

Как уже не раз упоминалось, кладка колпаковой печи Кузнецова выстраивается со схемой, предложенной изобретателем конструкции:

Порядовка колпаковой печи Кузнецова

при возведении боковых стенок используется ложковый способ выкладывания кирпича. Работа выполняется справа налево. Таким образом, начало передней и задней стенок представлено четырьмя, левой – тремя, а правой – двумя кирпичами. Последняя пара располагается между крайними кирпичами фасадной и задней стороны печи.
В этот ряд вставляется поддувальная дверца и закладывается проем для чистки печи от сажи. Такое окошко можно располагать с любой стороны конструкции, но только ниже уровня топки.
Этим рядом продолжается выстраивание стенок по примеру предыдущего уровня.
Пространство над поддувалом суживается и достигает в ширину размеров 1,5 кирпича.
Отдаленный от топки угол обустраивается перегородкой, которая будет выполнять роль трубы, ведущей из нижнего в верхний отсек.
Кладка боковых стенок продолжается равномерно, а для сброса продуктов горения в поддувало делается ободок из огнеупорных кирпичей и укладывается колосник.
Следующим рядом образуется начало топки, из которой дымоход выводится в соседнее пустотное отделение.
Аналогичный предыдущему ряду.
Огнеупорная оболочка создается из выложенного в полкирпича шамота и выполняется накрытие топки.
Выполняется аналогично.
Происходит смена кладки в полкирпича на целую единицу.
В полкирпича из огнеупорного материала выполняется решетка.
Кладка продолжается без изменений.
На месте решетки образуются 2 дымохода.
Кладка продолжается аналогично предыдущему ряду.
Боковые стенки огнеупорной оболочки продолжают выстраиваться в целый кирпич, и выполняется перекрытие дымоходов, ведущих в воздушное отделение.
Плотно устанавливается стальная пластина, перекрывающая допуск дыма на верхний уровень. Выход к нижнему дымосборнику закрывается с помощью кирпича. Теперь дым может выйти наверх только через ход, заложенный в 5 ряду.
Этим рядом начинается верхний уровень конструкции и фиксируется стальная пластина с трех сторон кирпичом, а с четвертой – раствором.
В дымосборник укладывается кирпич в качестве опоры для верхнего покрытия печи. В один кирпич выкладывается пазуха для выхода дыма в трубу из верхнего дымосборника.
Продолжение кладки.
Закладывается выход в трубу.
Стальной пластиной, которой предназначена роль поддержки кирпича под паросборник, накрываются передние стенки духовки.
Выкладывается в четверть кирпича вытяжка для паросборника, а для остальной части потолка делается перекрытие.
Идет ровная кладка.
Между дымоходом и паросборочной трубой устанавливается закрытое соединение.
Последующие два ряда аналогичны 24 и 23.
Труба оснащается пластиной-заборником.
Создается сплошное перекрытие из кирпича.
Этот ряд аналогичен предыдущему и усиливает его кладку.
Последующими рядами выкладывается труба сечением в 1 кирпич.

Печи Кузнецова своими руками порядовка и советы по кладке

Игорь Викторович Кузнецов – широко известный российский инженер-изобретатель, который занимается разработкой новых моделей печей и их постоянным усовершенствованием с 1962 года. За это немалое время появилось более 150 различных моделей, всесторонне опробованных практически и заслуживших широчайший спрос у собственников частных домов. Конструкции этого изобретателя отличаются не только своей эффективной работой по обогреву жилых строений, но и возможностью придать интерьеру помещений уют и оригинальность.

Печи Кузнецова своими руками порядовка

Возвести печи Кузнецова своими руками порядовка которых, надо сказать, достаточно сложна, не так-то и просто. Однако, при желании сэкономить приличную сумму, а также при наличии определенных навыков и умения читать соответствующие схемы, это вполне возможно. Поэтому, если решено выполнить эти работы самостоятельно, нужно не только выбрать подходящую конструкцию, но и очень внимательно изучить ее порядовку и рекомендации по кладке.

Особенности конструкций И.В. Кузнецова

Содержание статьи

Судя по конструктивным особенностям отопительных приборов, инженер при проведении своих разработок ставил перед собой две цели – это эффективность и продуктивность печей. Именно поэтому большое внимание изобретатель уделяет расположению внутренних каналов печи, по которым идет интенсивное движение продуктов горения вместе с нагретым в топке воздухом. Работая над конструкциями, мастер в каждой из своих моделей пытается добиться более длительной задержки нагретой газовой массы внутри конструкции печи, что способствует экономии топлива при сохранении тепла на долгое время.

Таким характеристикам соответствуют печи, имеющие название «колпаковые», то есть имеющие специальные камеры для задержки тепла. Обычно конструкции Кузнецова имеют два «колпака» — нижний, объединенный с топочной камерой, и находящийся в верхней части печи. Принцип работы нижнего «колпака» заключается в разделении, выработанных газов на горячие и холодные. Так, продукты горения, поднимаясь к потолку колпака, задерживаются и аккумулируют тепло, в то время, как во многих конструкциях нагретый воздух не встречает особых препятствий для выхода в дымоход.

Принцип действия двух «колпаков»

В верхнем «колпаке» газы также задерживаются, потому что выход из нее находится у его основания. Таким образом, прежде чем попасть в дымоход, горячие газовые потоки поднимаются к потолку, нагревая всю камеру.

Благодаря такой системе, внутренняя температура печи значительно повышается и удерживается длительное время, что дает высокий КПД отопительного прибора, доходящий до 95%. Разницу можно увидеть, если сравнить этот параметр, например, с КПД русской традиционной печи, который, увы, составляет всего 45÷50%.

Кроме рационального движения воздуха, сохранению тепловой энергии способствуют и установленные в нужных местах задвижки, которые также могут по мере необходимости задерживать или перенаправлять движение газов. Эти элементы также способны регулировать циркуляцию тепла. Так, при открытии задвижки «летнего» хода, печь будет настроена только на приготовление пищи, потому что нагретый воздух будет уходить в дымоход по пути наименьшего сопротивления, нагревая только топку и варочную плиту, не попадая в верхнюю колпаковую часть конструкции.

Такая печь может работать в двух режимах: «летнем» и «зимнем»

Благодаря такой рабочей системе печей, можно выделить ряд преимуществ конструкций, разработанных И.В. Кузнецовым:

Прогревание печи и отдача тепла происходит естественно и равномерно.
Появляется возможность выделения большего места для установки нагревательного элемента – варочной панели.
Горение осуществляется без образования сажи и дыма, так как происходит почти полное уничтожение продуктов горения.
Тепловые потери сводятся к минимуму.
Благодаря равномерности прогрева конструкции, практически полностью отсутствует деформация кладки и образование трещин в швах.

Такая внутренняя конструкция позволяет создавать различные формы печей и с разнообразным дизайнерским оформлением.
Кроме этого, печи, разработанные И.В. Кузнецовым, могут быть оснащены водяным контуром или встроенным нагревательным баком, что позволит обеспечить в доме горячее водоснабжение или даже водяное отопление других комнат.

Можно оснастить печь Кузнецова и водяным контуром для локальной системы отопления

При использовании принципа работы подобной печной конструкции, появляется возможность создавать различные бытовые печи, в зависимости от их назначения:

Отопительный тип печи, рассчитанный только на эффективное отопление жилого одноэтажного или двухэтажного строения.
Варочные печи, предназначенные, в основном, для качественного и быстрого приготовления пищи.
Банные варианты печей – для эффективного нагрева банных помещений.
Уличные печные комплексы-барбекю, с грилем и коптильнями.
Печи-камины, которые предназначаются не только для основного отопления, но и для создания уютной обстановки и эстетически привлекательного интерьера в доме.

При желании, можно создавать многофункциональные варианты печей, включающие отопительные, варочные и эстетические функции.

Как сложить печь И.В. Кузнецова

Возведение настоящей кирпичной печи — это всегда достаточно трудоемкий и сложный процесс, требующих определенных знаний, технологических навыков, владения определенными секретами мастерства. Поэтому, чтобы получить качественный отопительный прибор, нужно заранее получить определенный опыт в этой работе. Мастера, занимающиеся этим, без преувеличения, искусством длительное время, советуют начинающим печникам перед капитальной кладкой производить предварительную – без раствора, то есть насухо.

Возведение любой кирпичной печи — достаточно сложный и трудоемкий процесс

Кроме этого, если выкладывается первая печь, не стоит экспериментировать, стараясь добавить к уже составленной порядовке свои новшества. В этом случае рекомендуется четко придерживаться выбранной схемы и выполнять ее без каких бы то ни было отступлений. Поэтому следует сразу определиться с функциями, которые должна выполнять печь. Так как, И.В. Кузнецовым было разработано и составлено более 150 порядовок конструкций, из них всегда можно выбрать подходящий вариант.

Если возведение печи планируется на этапе постройки дома, то ее установку следует проектировать таким образом, чтобы она обогревала сразу два или даже три помещения.

Сложнее встраивать печи в уже построенный дом, так как придется произвести точные расчеты по удалению части стены. В этом случае обычно выбираются пристенные варианты, но они способны качественно обогреть только лишь одну комнату. Однако, при желании, возможно решить любую проблему, безусловно, приняв в расчет расположение балок перекрытия и несущих стен.

Кирпичную печь при желании можно встроить в межкомнатную стену

Немаловажно обезопасить горючие поверхности от перегревания, поэтому, если печь устанавливается в деревянном строении, то на стыках стен дома и печи необходимо сделать прокладки из негорючего материала, например, асбеста.

Кроме этого, на стыках конструкций зазоры, заполненные таким материалом, необходимы и для свободного расширения кирпичной кладки при ее нагревании, иначе раствор в швах может покрыться трещинами, а само строение печи претерпеть деформацию.

Очень важно устроить качественную основу-фундамент под конструкцию печи. Его обычно изготавливают из бетона с применением гидроизоляции. Фундамент печи не должен быть соединен с фундаментом основного строения, так как усадку они будут давать разную, и не должны «тянуть» друг друга за собой.

Линейные размеры бетонного фундамента должны быть больше габаритов основания печи, как минимум на 100 мм с каждой стороны сооружения. Заглубление фундамента рассчитывается в зависимости от массивности конструкции печи и состава грунта, на котором производится постройка. В среднем, глубина отрываемого котлована для фундамента варьируется от 400 до 600 мм, и на дне обязательно выкладывается гидроизоляционная песчаная подушка и упрочняющий слой из щебня. Ну а боковые стенки формируются с помощью установки деревянной опалубки.

Процесс обустройства фундамента достаточно трудоемок, однако, он должен быть проведен в полном объеме и с высоким качеством, так как от его надежности и ровной поверхности будет зависеть аккуратность и долговечность всей конструкции печи. Никогда не следует спешить с постройкой – залитому бетонному основанию необходимо дать не менее месяца на полное созревание и упрочнение.

Переходя к дальнейшим работам, при кладке печи нужно учесть следующие моменты:

Перед началом кладки первого ряда на фундамент настилаются один-два слоя гидроизоляционного материала – рубероида, который далее рекомендовано разметить с помощью мела по размеру основания печи. Так будет проще выполнять кладку первого ряда.

Кирпичная печка обязательно потребует надежного фундамента

Если печные работы по кладке планируются из красного кирпича, то рекомендовано топочную камеру обложить огнеупорным шамотным материалом. Он дольше держит тепло и устойчив к высоким температурам.
Очень важно соблюдать тепловые зазоры в 5 мм между шамотным и красным кирпичом – коэффициент линейного расширения у них существенно различается, и материалу необходимо предоставить возможность свободного расширения при нагревании.
Рекомендовано, после поднятия каждых очередных двух рядов, усиливать стенку печи проволокой, которая укладывается в шов по всей длине ряда.
Чугунные и стальные элементы, которые будут соприкасаться с открытым огнем, по периметру обматываются асбестовой веревкой или фрагментами, вырезанными из цельного листа. Этот материал не только защитит металл от прогорания, но и создаст нужный зазор для теплового расширения.
Сложенную печь перед началом эксплуатации подвергают длительной просушке. Для этого открываются все дверцы и задвижки для свободной циркуляции воздуха по всем отделам сооружения. Просушку часто производят, установив в топку обычную лампочку накаливания мощностью 200÷400 Вт. Тепло, отдаваемое лампочкой и создаваемый от этого сквозное движение воздуха поспособствуют более быстрому просыханию конструкции.

Просохшую печь сначала протапливают небольшим количеством топлива, пламя от которого закалит огнем стенки топочной камеры.
Если планируется проводить внешнюю отделку строения, то ее стоит делать после хотя бы одного сезона эксплуатации отопительного прибора, когда сложенная печка даст практически полную усадку.

Возможно, вас заинтересует информация о том, что собой представляет печь камин с водяным контуром отопления

Порядовая схема и материалы для строительства

Порядовкой называют схему, которую разрабатывается для каждой печи. Этот графический план подробно показывает конфигурацию и количество материалов для каждого ряда. Прежде чем приступать к работе, необходимо тщательно разобраться в порядовой схеме, и если она непонятна, то стоит обратиться за разъяснениями к специалисту. Как правило, понять чертежи порядовки для «подкованного» технически человека бывает достаточно просто, тем более что к ним, обычно прилагается еще и подробное описание.

Так обычно выглядит схема-порядовка

Порядовая схема должна выглядеть примерно следующим образом. Оптимальный вариант, если в схеме порядовки будет присутствовать еще несколько вариантов разрезов печи — это поможет увидеть внутреннюю конструкцию сооружения и значительно облегчит работу.

В разных отделах печей могут использоваться как целые кирпичи, так и обтесанные или колотые на несколько равных частей. В некоторых случаях кирпич даже может быть разделен на 8 частей, и для формирования некоторых отделов печи используются ⅛, ⅜, ¼ кирпича и т.п. Применение этих частей всегда обозначено на порядовой схеме.

Кроме этого, нужно знать, что в некоторых кирпичах необходимо будет сделать вырезы для установки металлических элементов, например, варочной панели или задвижки. В некоторых случаях придется стесывать или срезать кирпич под определенным углом, что также показано в порядовке.

Для каждой конкретной модели требуется определенное количество материала, которое может быть рассчитано самостоятельно на основе порядовки, или же перечень прикладывается к ней в уже готовом виде.

Для возведения любой печи нужно будет приобрести следующие материалы:

Для внутренней кладки топки рекомендовано подготовить шамотный кирпич (ША-8). Если же он недоступен, то можно заменить его другим огнеупорным кирпичом.
Для основной кладки строения потребуется обычный керамический кирпич, имеющий марку прочности не менее, чем М150.
Для раствора потребуется один или два вида глины, один из которых должен отличаться тугоплавкостью и пластичностью. Этого материала потребуется 100÷150 килограмм, в зависимости от массивности строения.
Кроме глины, для раствора потребуется просеянный песок. Его объем должен превышать количество глины в 2÷2,5 раза. В общей сложности для кладки, состоящей из 500 кирпичей, необходимо подготовить 0,2 куб. м. глиняно-песчаной смеси. Впрочем, многие современные печники уже успели оценить и готовые кладочные смеси для печей, которые можно приобрести в специализированном магазине.
Металлические и чугунные элементы строения подбираются для каждой модели индивидуально. Количество проволоки для армирования рядов будет зависеть также от выбора модели печи и ее периметра.

Цены на керамический кирпич марки прочности М150

~~керамический кирпич м150~~

Подробная порядовка отопительно варочной печи Кузнецова ОВИК-9

Отопительно-варочная печь, представленная ниже, сконструирована на основе модели ОВИК-9, разработанной инженером В.И. Кузнецовым. Единственным отличием этих сооружений является взаимное расположение топочной и поддувальной дверцы, а в остальном конструкции совершенно идентичны.

Отопительно-варочная печь на базе разработки И.В. Кузнецова ОВИК-9

Этот вариант печи предназначен как для отопления дома, так и для приготовления пищи, поэтому вполне подходит для установки в любых загородных частных домах.

Для приготовления пищи в модели предусмотрена варочная камера с двухкомфорочной плитой и закрывающимися металлическими дверцами. Она оснащена собственным вытяжным каналом с задвижкой, с помощью которой можно регулировать температуру внутри закрытой ниши. Благодаря тому, что камера может быть полностью закрыта, она может послужить духовкой, поэтому в ее стенки часто вмуровывают кронштейны для установки противней.

При необходимости быстрейшего обогрева помещений, дверцы шкафа оставляют открытыми, но и в этом случае, можно производить приготовление пищи на самой варочной панели.

Печь имеет двухколпаковую конструкцию, поэтому может работать в двух режимах – «летнем» и «зимнем», то есть ее можно затопить только для приготовления пищи летом или обогрева дома и готовки зимой.

Глубина топливной камеры составляет 450÷470 мм и имеет «сухой» шов для свободного расширения материала при нагревании. При желании, размеры топочной камеры может быть увеличены до 510÷530 мм – для этого заднюю стенку топки нужно будет выложить не в полкирпича, как указано в порядовке, а в четверть кирпича. Однако, в этом случае, не рекомендовано использовать «сухой» шов, так как стенка будет неустойчива, и кирпичи в ней могут быть смещены при закладке дров.

Такая печка имеет размеры 1015×630×2100 мм, обладает теплоотдачей в 3600 Вт, при условии двухразовой протопки. Она вполне способна обогреть комнату или смежные помещения площадью в 30÷35 м².

Необходимые материалы

Для возведения этого отопительного сооружения потребуются следующие материалы (без учета возведения трубы и обустройства фундамента):

красный кирпич – 430 шт.;
шамотный огнеупорный кирпич (ША-8) для топки – 22 шт.;
топочная дверца (ДТ-3) 210×250 мм – 1 шт.;
поддувальная дверца (ДПК) 140×250 мм – 1 шт.;
колосниковая решетка 250×252 мм – 1 шт.;
двухконфорочная чугунная варочная плита 586×336 мм – 1 шт.;
дверцы варочной камеры 510×340 мм – 2 шт.;
задвижка для варочной камеры 130×130 мм – 1 шт.;
задвижка «летнего» режима работы 130×130 мм – 1 шт.;
задвижка дымохода 130×250 мм – 1 шт.;
стальной уголок 36×36×4×600 мм – 4 шт.;
стальная полоса 40×4×600 мм – 1 шт.;
стальной лист 600×550×3 мм – 1 шт.;
стальной предтопочный лист 500×700×3 мм — 1 шт. Он может быть заменен другим жаростойким материалом, например, керамической плиткой.

Цены на шамотный огнеупорный кирпич (ША-8)

~~Шамотный огнеупорный кирпич ша-8~~

Процесс возведения печи

Иллюстрация с порядовкой кладки печи	Краткое описание выполнения кладочных операций
	Первый ряд – полностью сплошной, так как является основой всей остальной порядовки, поэтому он должен быть выложен с точным соблюдением горизонтальности кладки и с идеально выведенными прямыми углами. На схеме даны стандартные размеры, и они могут быть немного изменены, так как параметры кирпича и толщины швов между ними могут несколько разниться. Как правило, толщину швов обычно принимают в 5 мм, но следует учесть, что углы кладки остальных рядов должны идеально совпадать с основой. Поэтому их необходимо промерить с помощью строительного уголка, а затем сравнить размеры диагоналей получающегося прямоугольника — они должен быть равны между собой. Для этого ряда потребуется 20 красных кирпичей.
	На втором ряду начинается формирование поддувальной камеры и нижнего колпака печи. Так как основание колпака после завершения кладки необходимо будет очистить, устанавливаются две половины кирпича, которые выступают из общего ряда наружу. Во время прочистки эти элементы достаются из стены, что позволяет без проблем провести этот процесс. При кладке второго ряда эти кирпичи не закрепляются на раствор — это будет сделано после того, как печь будет полностью возведена и очищена от упавшего раствора и другого строительного мусора. На этом же ряду устанавливается поддувальная дверца, которую временно, для устойчивости, можно подпереть стопками кирпичей. На этот ряд используется 14 красных кирпичей.
	Третий ряд выкладывается согласно схеме. В процессе его укладки на нем плотно закрепляется дверца поддувала.
	Четвертый ряд частично выкладывается из шамотного огнеупорного кирпича – из него формируются боковые и задняя стенки топливной камеры. Дверца поддувальной камеры перекрывается двумя красными кирпичами, которые выпускаются над ней и стесываются наискосок. Точно так же с задней стороны поддувальной дверцы укладываются два стесанных огнеупорных кирпича. Между красным и шамотным кирпичом оставляется тепловой зазор, составляющий 5 мм. Чтобы выполнить это условие, мастера используют маленькую хитрость, и вместо раствора укладывают между этими видами кирпичей обычный упаковочный гофрированный картон, который имеет нужную толщину. После его выгорания остается идеально ровный тепловой зазор. Такие зазоры должны быть предусмотрены и в последующих рядах, где стыкуется красный и шамотный кирпичи. Для этого ряда необходимо подготовить 11½ красных и 3½ шамотных кирпичей.
	Продолжается четвертый ряд. После кладки боковых кирпичей над дверцей поддувала, перекрывается середина дверцы шамотным и керамическим кирпичами, стесанными по бокам с двух сторон, такая система кладки называется в «замок». Для этого потребуется 1 красный и 1 шамотный кирпич.
	На пятом ряду формируется топливная камера. Шамотный кирпич, устанавливаемый на переднюю стенку топки, срезается наискосок. Пространство внутри топки между шамотными кирпичами должно соответствовать размеру колосниковой решетки, так как она должна свободно встать в сформированный кирпичами прямоугольник, на выступающие на 10÷15 мм кирпичи нижнего 4 ряда. При этом, между боковыми стенками из огнеупорного кирпича и решеткой необходимо оставить тепловой зазор в 5 мм, который позволит без проблем расширяться металлу при нагревании. В пространстве за топкой, где находится нижний колпак печи, формируется отдельный вертикальный канал, имеющий размер в полкирпича. Этот канал соединит нижний и верхний колпаки печи. Количество используемых кирпичей в этом ряду составляет 12 ½ красных и 4 шамотных.
	На пятом же ряду, без раствора, на выступающие кирпичи 4 ряда укладывается колосниковая решетка. Пятимиллиметровые зазоры между кирпичом и решеткой засыпаются песком.
	Шестой ряд. На этом этапе устанавливается топливная дверка. Между стенками ее рамки и примыкающими к ней кирпичами должен оставаться зазор в 5 мм, который заполняется негорючим материалом. Для этого чаще всего рамку обматывают веревкой или отрезками из асбеста. Для кладки этого ряда необходимо подготовить 12 красных и 3 шамотных кирпича.
	Седьмой ряд. При кладке задней стенки топливной камеры в этом ряду с левого края кирпича оставляется зазор в 20÷30 мм — это и будет «сухой» шов. Он необходим для отвода из топки несгорающих газов и создания условий для более интенсивного горения пламени. Для этого ряда потребуется 12 красных и 3 шамотных кирпичей.
	Восьмой ряд. Кладка производится строго по схеме с использованием 12 красных и 3 шамотных кирпичей.
	Девятый ряд. Выводятся стенки топочной камеры, а между ней и нижним колпаком формируется проход для отвода продуктов горения. Боковые шамотные стенки топки должны быть ниже остального ряда на 10 мм, (на схеме эти стенки выделены сиреневым цветом). Шамотные и красные кирпичи, укладываемые над топочной дверцей, несколько сдвигаются, чтобы перекрыть часть ее рамки. Предварительно эти кирпичи стесываются наискосок и таки образом формируют своеобразную «чашу», в которую будет укладываться центральный кирпич. Для ряда используются 12 красных и 2½ шамотных кирпича.
	На девятом же ряду между передними боковыми кирпичами над дверцей укладывается центральный перекрывающий рамку топочной дверцы кирпич, предварительно стесанный с двух сторон наискосок под тем же углом, что и боковые, образующие «чашу». Левая боковая стенка топки из шамотного кирпича накрывается асбестовой полоской толщиной в 10 мм, которая сравняет эту сторону с высотой всего ряда.
	Десятый ряд. На этом ряду на шамотные кирпичи, накрытые асбестом, насухо, то есть без раствора, укладывается красный кирпич. В красном кирпиче, обрамляющим топку, устраивается небольшой вырез размером, примерно, в 10 мм, на который будет уложена варочная панель. Причем, между плитой и стенками кирпича со всех сторон должен обязательно оставаться зазор для расширения металла при его нагревании, размером в 5 мм. Огнеупорные кирпичи, устанавливаемые с передней и правой стороны топливной камеры, стесываются наискосок — на схеме они показаны оранжевым цветом. При этом, нужно обязательно обеспечить, чтобы между шамотными кирпичами и варочной плитой оставался зазор в 10 мм. Для этого ряда потребуется 14½ красных и 1½ шамотных кирпича.
	После завершения предыдущих работ по выкладке 10 ряда, на вырезы в уложенных кирпичах распределяется асбестовая веревка, пропитанная глиняным раствором. Сверху асбестового слоя укладывается варочная панель. Зазоры между плитой и кирпичами засыпаются песком. Если приобретена панель, имеющая на обратной стороне ребра жесткости, то под них делаются дополнительные вырезы. Варочная панель должна лежать только на своих краях, но не на ребрах жесткости, и быть «утоплена» относительно поверхности всего ряда на 5 мм.
	11-й ряд. С этого ряда начинают формироваться стенки варочной камеры и устанавливаются рама с дверцами. Причем, нужно учитывать, что между металлической рамой и кирпичами должен соблюдаться пятимиллиметровый зазор. Чтобы было проще его формировать, раму рекомендовано обмотать асбестовой веревкой. Для 11-ого ряда потребуется 11 красных кирпичей.
	12-й ряд выкладывается по схеме, и для него используется 11 красных кирпичей.
	13-й ряд. Продолжается формирование варочной камеры и вертикальных боковых каналов.
	14-й ряд – работа идет строго по данной схеме.
	15-й ряд кладется в два этапа. Первым шагом стенки варочной камеры и вертикальных каналов поднимаются на уровень металлической рамы дверец.
	Далее, необходимо устроить перекрытие варочной камеры. Для этого на кладку 15 ряда укладывается стальной лист 600×550 мм, в котором делается вырез под канал вытяжки. Металлический лист необходим, чтобы потолок варочной камеры был более чистым, и во время приготовления пищи на продукты сверху не сыпался различный мусор в виде раствора из кладочных швов. Для жесткости сверху листа устанавливаются четыре металлических уголка и стальная полоса.
	16-й ряд. На металлические уголки и полосу укладывается красный кирпич – порядок показан на схеме. Оставляются открытыми только отверстия вертикальных каналов. Перед кладкой, на кирпичах, обрамляющих ближний вертикальный и вытяжной каналы, делаются вырезы для установки дымоходных задвижек. Задвижки будут обеспечивать «летний» ход печи и, при необходимости, герметичность варочной камеры. Вырезы делаются таким образом, чтобы между кирпичной кладкой и задвижкой оставался зазор в 5 мм. В этом ряду кладка состоит из 20 красных кирпичей.
	На 16-ом же ряду на подготовленные площадки с вырезами устанавливаются две задвижки.
	На 17-ом ряду варочная камера и установленные задвижки перекрываются красным кирпичом, так, чтобы остались открытыми дымоотводные каналы. Для кладки нужно подготовить 19 красных кирпичей.
	На 18-ом ряду идет формирование верхнего колпака конструкции. Для этого насухо устанавливаются два полкирпича, которые поднимаются выше основной кладки – они необходимы для прочистки основания колпака. Эти кирпичи закрепляются на раствор после завершения кладки печи и очистки основания от раствора и мусора. Для ряда используется 13½ красных кирпичей.
	19-й ряд кладется по схеме с использованием 12½ красных кирпичей.
	20-й ряд также выкладывается по схеме и для него потребуется 13½ красных кирпичей
	21-й ряд. Кладка ведется по представленной схеме, и для нее используется 14 кирпичей.
	Далее довольно таки длительный участок постройки выкладывается по единой схеме, только с чередованием четных и нечетных рядов. 22-й, 24-й и 26-й ряды. Работа ведется по одинаковой схеме, ряды состоят из 14 кирпичей.
	23-й и 25-й ряды выкладываются также по общей схеме и состоят тоже из 14 кирпичей.
	27-й ряд. В данном случае также используется 14 кирпичей, но конфигурация их расположения несколько отличается от предыдущих рядов, так как подготавливают основу для последующих почти сплошных рядов.
	На 28-ом ряду в кирпичах, обрамляющих канал дымохода, делаются вырезы для установки основной дымоходной задвижки. На схеме места вырезов, на глубину в 10 мм, выделены сиреневым цветом. Делая вырезы, нужно периодически примерять саму задвижку, так как она должна находиться на расстоянии в 5 мм от кирпичных стенок, то есть должна свободно входить в вырезанный зазор.
	На этом же ряду в вырез на раствор устанавливается и сама задвижка.
	Для 29-го ряда потребуется 19 красных кирпичей, так как выполняется почти полное перекрытие поверхности сооружения. Открытым остается только дымоходное отверстие с уже установленной задвижкой.
	30-й ряд вторично перекрывает практически всю поверхность. Для него также необходимо 19 кирпичей.
	31-й ряд — закладывается основание насадной трубы с сечением дымоходного отверстия, размеров в один кирпич. Состоит ряд из 5 кирпичей.
	Далее, формируется сама дымоходная труба. Для каждого из рядов при ее выкладке потребуется также по 5 красных кирпичей.

Подробная инструкция и данные схемы помогут поднять самостоятельно эту достаточно компактную модель печи. Чтобы она выглядела более изящно и аккуратно, рекомендовано для кладки углов купить скругленные фигурные кирпичи или же обработать их самостоятельно. Так, кроме аккуратности, печь приобретет и большую безопасность. Особенно это важно предусмотреть в тех случаях, когда в доме есть маленькие дети.

Если порядовая схема разобрана и понятна, то возвести печь конструкции И.В. Кузнецова будет достаточно просто. Правильно подобранная модель вполне способна украсить интерьер, выполненный в любом стилевом решении. Чтобы она получилась аккуратной и эстетичной, не стоит торопиться – лучше делать всю работу размеренно, просчитывая каждый шаг и строго следуя приложенной схеме. Автоматические котлы на угле читайте у нас на сайте.

И в завершение публикации – видео-сюжет о кладке еще одной отопительно-варочной печи конструкции И.В. Кузнецова:

Видео: Отопительно-варочная печь Кузнецова ОВИК-4

что это, каков их принцип работы. В чем особенности колпаковых печей Кузнецова, чертежи и порядовки

И. В. Кузнецов — человек, который посвятил всю свою жизнь проектированию печей. Он изобрел огромное количество новых конструкций, а также занимался их совершенствованием. Его деятельность в этой сфере началась еще в 1962 году. В начале работы ему не требовалось практически никакой рекламы. Известность приходила благодаря положительным отзывам заказчиков. На сегодняшний день у Кузнецова есть собственный сайт и команда единомышленников. На сайте представлены многочисленные конструкции, разработанные лично И. В. Кузнецовым по его особенной технологии. Рассмотрим подробнее эту технологию, ведь она великолепно подходит для возведения печей в современных жилищах, поскольку обеспечивает и качественный оборгев помещения, и придает некую изюминку его внешнему виду.

Основной показатель, к которому стремился И. В. Кузнецов в своих разработках, это повышение эффективности работы печи. В зависимости от назначения тепловых устройств, они оснащались улучшенными возможностями. У одних повышено тепло-сбережение, другим изменили топку, или добавили оборудование. Качество данных конструкций доказывается известностью и многолетней эксплуатацией. Многие, в целях сэкономить, но зная о положительных отзывах печей Кузнецова, берутся делать их своими руками. Это возможно, если строго следовать порядовкам и использовать правильные материалы.

Особенности печей Кузнецова

Как ранее говорились, главное в разработках Кузнецова — эффективность и продуктивность. Говоря научным языком это высокое значение КПД. Отличие этих печей заключается в принципиально новой и совершенной разработке. Внутренняя система движения газов продумана наиболее грамотно. Горячий воздух дольше задерживается в печи и хранит тепло, а холодный по специальному углублению быстро улетает в дымоход. Эти печи называют «колпаковыми». Такое имя образовалось потому, что внутри нее по проекту делают как бы «колпак» — объединение очага и нижней части печи. Он выходит в роли разделителя газов на горячие и холодные. Горячие поднимаются в колпак и задерживаются в нем концентрируя тепло. Температура горения в таком колпаке получается значительно выше, за счет чего и выходит 95% КПД. Для простого сравнения нужно отметить, что традиционная русская печь имеет значение 25−40%. Используемая в печах И. В. Кузнецовасистема «свободного движения газов», более естественна, ограничивает образование сажи, и оптимизирует равномерный нагрев и работу печи.

Отсюда вытекают и другие преимущества:

равномерное прогревание и отдача тепла;
больше мест для установки стального нагревательного элемента;
горение без сажи и дыма;
необходимость в чистке сокращается в десятки раз;
низкий уровень потери тепла;
экономичность;
стойкость к возникновению трещин;
возможность экспериментировать с формой и дизайном печи.

Проекты печей Кузнецова

В зависимости от главного своего назначения бытовые печи бывают разными.

Варочные печи созданы для приготовления пищи.
Отопительные используют в первую очередь для отопления жилого помещения.
Печи для бань соответственно устанавливают в баню.
Уличные бывают как в виде комплексов, так и простые барбекю.
Хлебные. Их часто совмещают с варочными и другими.
Назначение каминных печей в первую очередь эстетическое.

И это не весь перечень многообразия печей разного специального назначения, проекты которых разработаны Кузнецовым. Кроме того, существует удобная возможность создавать смешанные виды с использованием нескольких функций. И даже создание целых многофункциональных комплексов. Например, очень популярны в быту отопительно-варочные печи.

Как построить печь Кузнецова самостоятельно

Перед реализацией идеи сделать печь Кузнецова своими руками, вам нужно определиться с тем, какую функцию она должна выполнять. Кузнецовым разработано более 150 чертежей отопительных приборов, поэтому определиться и выбрать вариант, подходящий именно вам, не составит труда. Мы будем рассматривать вариант простой отопительной печи.

Изучите план помещения, в котором собираетесь ее устанавливать. Если дом еще не построен, планируйте размещение так, чтобы каждая комната была в равной степени обогрета. Встраивать отопление в готовый дом не желательно, но при необходимости возможно. В таком случае нужно учесть расположение балок и несущих конструкций во время организации места для дымохода.

Затем подумайте о подготовке фундамента. Его делают из бетона, шириной на 10 см больше запланированного размера печи. Если есть такая возможность, лучше планировать фундамент под печь заранее в процессе постройки дома. Операция закладки фундамента трудоемка. Поэтому если вы не уверенны в своих силах — пригласите на этот этап специалиста.

Основные правила, которые надо знать

Огнеупорная оболочка внутри печи должна как бы висеть в воздухе, быть свободной со всех сторон. Это необходимо потому, что кирпич расширяется во время нагрева.
На чертежах не всегда видно, но внутренняя огнеупорная кладка делается обязательно на ребро. Это касается шамотного кирпича. Глиняный кирпич на столбиках и внутренних стенках кладется на усмотрение мастера.
Через каждые два ряда кирпича нужно усилить связку проложив проволоку.
Металлические элементы, дверцы и другие приборы нужно устанавливать, оставляя место на возможное расширение. Между кирпичом и металлическим элементом кладут специальную прокладку.
Желательно обработать кирпич по окончании постройки огнеупорным составом.
Первая растопка начинается с минимальной температуры и с дальнейшим постепенным подогревом.

Порядовка

Выкладка печи самостоятельно для человека с руками посильная задача. Принцип работы печи может понять любой человек, это нетрудно. Но для создания качественной печи следует все-таки беспрекословно пользоваться чертежами и порядовками. Порядовка — это комплекс чертежей, изображающих пошаговую выкладку печи, по каждому ряду кирпича в отдельности. Что-то изменять в чертежах произвольно не рекомендуется. И тем более не стоит этого делать, если вы беретесь за такую работу впервые. Кузнецов потратил многие годы усердной работы и кропотливого труда для создания сотен идеальных и проверенных чертежей. Вам остается только выбрать и приступать к делу.

Какие материалы вам понадобятся

Кирпич для внутренней кладки. Используется огнеупорный шамотный кирпич. Нужное количество его лучше всего посчитать самостоятельно по чертежу. Его надо для простой конструкции не так уж и много. Некоторые, по причине ограниченных финансовых возможностей, не используют шамотный кирпич. Это допустимо.
Кирпич для наружной кладки. То есть обычный глиняный кирпич, допустимая марка — М150. Кирпич более низкого качества для постройки тепловых приборов лучше не использовать.
Глина (100−130 кг). Ее желательно приобрести хорошего качества, тем более в магазинах сейчас широкий ассортимент достойного материала. Выбор некачественных материалов может негативно отразиться при первом же обжиге готовой печи. Такой раствор запросто растрескается.
Очищенный песок. Обычно песка берут вдвое больше чем глины. Можно купить готовый глинопесчаный раствор в магазине. Так вы не прогадаете с пропорцией. Смеси глины и песка на 500 кирпичей нужно около 0,2 куб. м.
Металлическая фурнитура. Это задвижка, дверки топочная и поддувальная, колосник, 5 метров проволоки и два стальных уголка.

Образец порядовки

Здесь представлен вариант порядовки «колпаковой» печи Кузнецова. Его можно использовать для самостоятельной выкладки бытовой отопительной печи в домашних условиях без специальной подготовки. Каждый ряд кирпичей нужно выкладывать в соответствии с изображениями в пронумерованном порядке. При этом не стоит забывать о ранее описанных правилах. Эта печь одна из самых несложных в исполнении и универсальна в ежедневном домашнем использовании.

Особенностей для построения именно этого проекта немного. Здесь канал между первым и вторым ярусом делается в четверть кирпича, для удлинения топки. А на 21 ряду нужно оставить два нешироких прохода по бокам внутренних стенок. Они нужны для розжига печи. Вот и все, что нужно знать начинающему мастеру. А сделав свою первую работу, вы поймете, что это просто и понятно. Главное — не бояться приступить, и дело пойдет само собой.

Потом вы сможете сделать более усложненную конструкцию самостоятельно. Кузнецов разработал такое количество разнообразных интересных вариантов, что вы непременно захотите воплотить в жизнь не один из них.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Каминопечь.рф — Печи Кузнецова

Содержание:

Мечта любого горожанина — иметь загородный участок с комфортным и благоустроенным жилым домом. Однако комфорт и благоустроенность обеспечиваются, в первую очередь, подключением такого дома к центральной отопительной системе и газовой магистрали. При этом если почти все современные загородные дома подключены к электричеству, то центральные отопительные системы и газоснабжение для них — случай все-таки редкий.

Конечно, в такой ситуации для обогрева дома и приготовления пищи можно использовать соответствующие электрические приборы или построить в доме камин. Однако наилучшим многоцелевым решением будет установка кирпичной печи .

Описание

Печь Кузнецова — Кирпичный обогреватель представляет собой высокоэффективный теплосохранитель построенный из керамического кирпича. Горячие газы, образующиеся во время быстрого и чистого сжигания топлива в топке оснащённой герметичной каминной дверкой,проходят через серию каналов и камер, насыщая каменные массы теплом. Правильная печь из кирпича затем излучает тепло в область помещения. Высокая термическая масса сохраняет постоянную тепловую мощность, как правило, достаточно одной топки в день. Преимущество таких кирпичных обогревателей,высокая тепловая мощность устройств, поскольку количество тепла, получаемого от одной топки распределяется равномерно от 12 до 24 часов. Высокая эффективность и низкий уровень выбросов сажи в этих отопительных печах является преимуществом для энергоэффективных домов с использованием разных видов топлива, таких, как древесина и т.д.

Большие кирпичные правильные кузнецовские печи, системы отопления, лучше всего использовать на ежедневной основе. Такие обогреватели занимают много времени,с полной загрузкой топлива, чтобы быть разогретыми до нормальных эксплуатационных температур в холодном состоянии, и как таковые не очень подходят для случайного использования. Периодическое использование, таких обогревателей не рекомендуется!

Свободное перемещение газов в печи

Правильное расположение

Главная цель любой печи отопление, ее место должно быть выбрано для обеспечения тепла наиболее эффективным способом. Печь Кузнецова являются инфракрасными обогревателями, которые обеспечивают наибольшее тепло путем прямого излучения. Таким образом, максимальная мощность достигается при правильном расположении. Поэтому центр помещения — это всегда правильный выбор. Мудрое решение- это размещение в качестве разделителя функционального пространства, таких как кухня и гостиная или гостиная и спальня.

Старайтесь избегать размещения кладки печи рядом с наружной стеной или, что еще хуже — расположить его в нишу в наружной стене (типичное место для обычных каминов) если вы хотите сохранить тепло внутри помещения.

Выбор печи того или иного типа и ее месторасположения в доме, помимо предпочтений владельца, зависит от целевого назначения печи, размеров дома и уровня его теплоизоляции, количества и размеров окон. Кроме того, для нормальной работы и ремонта доступ к печи должен быть свободным со всех сторон, то есть ни одна из сторон печи не должна одновременно входить в какую-либо из внешних стен дома.

Преимущества

— оптимальная теплопроводность;

— длительный срок службы без ремонта;

— простота обслуживания;

— отсутствие внешних коммуникаций;

— возможность использования для приготовления пищи с особенными вкусовыми качествами;

— уникальный дизайн и максимальный уют.

Типы кирпичных печей кузнецова

— предназначенные исключительно для обогрева дома;

— предназначенные исключительно для приготовления пищи;

— комбинированные — для обогрева дома и приготовления пищи.

Наиболее популярными типами кирпичных печей являются:

— Традиционные Русские теплушки РТИК. Они используются для обогрева дома, приготовления пищи, и имеют особую полку, используемую для «теплого» отдыха, сушки и хранения дров и других целей;

— Отопительно варочные печи ОВИК. Они используются для обогрева дома и приготовления пищи, имеют конфорочную плиту, духовку и отделения для сушки грибов. Преимуществом шведской печи следует считать существенно меньший размер.

Существуют как различные типы отопительных печей ОИК и отопительных печей с камином ОИК К, так и иные типы печей для домов, как комбинированных, так и целевых, в России они используются очень часто (Хлебные ХК, каменки для бань, восточные для приготовления пищи в казане и др.).

Процесс строительства

Несмотря на такое разнообразие, обязательными составными частями всех печей кузнецова являются:

— сплошной железобетонный или ленточный из бутового камня фундамент, отдельный от фундамента дома. Обычно устройство печи планируется одновременно со строительством дома, если же такая идея возникает при уже выстроенном доме, фундамент для печи следует устанавливать отдельно. При этом фундамент выдвигается на 5 и более см за ее края, на него укладывается изоляционный слой (обычно рубероид), затем асбест, кровельное железо и подкладка из минеральной ваты или войлока;

— топка, размер которой строго увязывается с размером печи;

— поддувало для золы, требующее постоянной и тщательной чистки;

— колосник для размещения на нем твердого топлива;

— дымоход, также требующий регулярной и качественной очистки.

Укладка каждого ряда кирпича при строительстве печи — наиболее сложный процесс. Это тот единственный случай, когда каждый кирпич каждого ряда и каждый встраиваемый элемент печи укладываются в строго определенной последовательности и по точной технологии.

Так, первый и второй ряд кирпича устанавливаются на фундамент сплошной плитой, причем образующиеся в середине пустые участки не рекомендуется заполнять боем; на второй ряд устанавливается дверца поддувала для золы, а само поддувало конструируется с третьего по пятый ряд и т.д.

Порядок и очередность такого строительства установлен так называемыми схемами — порядовками; при этом специалисты рекомендуют сначала выстроить всухую модель печи, а затем, разобрав и пронумеровав каждый кирпич и каждую деталь, выкладывать печь уже вживую.

Видео-Проект колпаковой печи Кузнецова:

Безопасность

Основным требованием к печи любого типа является ее безопасность. Кроме того, что использование в доме постоянного открытого огня всегда резко увеличивает опасность пожара, при горении любого вида топлива образуется чрезвычайно опасный для человека углекислый газ, что при пороках конструкции или неправильной эксплуатации приводит к угарному отравлению.

Поэтому если у владельца дома нет навыков печного строительства, постройку печи следует поручить мастеру, несмотря на дороговизну этой работы. Только специалист сможет уложить кирпич в печи правильно с минимальными зазорами и верно установить дымоход и трубу с учетом всех возможных нюансов ее эксплуатации, в том числе и преимущественного направления ветра.

Об авторе-изобретателе

КУЗНЕЦОВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ- автор множества изобретений, касающихся конструкций бытовых кирпичных колпаковых печей различного назначения и разной мощности: отопительных, отопительно-варочных, русских печей -теплушек, печей для бань с регулированием нагрева воды и регулированием температурно — влажностного режима в парилке бани. Им запатентованы указанные конструкции, совмещённые с каминами, при этом стенки камина обогреваются и являются частью печи. И. В. Кузнецов разработал печи различного функционального назначения с встроенными водяными котлами для использования в качестве резерва в системах с водяным отоплением. Ныне он является председателем социально ориентированного НП «Развитиесистемы Печи Кузнецова»

Читайте также:

Бытовые отопительные печи двухколпаковые

Хлебная печь своими руками

Кладка каминопечей

теория и устройство, кладка своими руками, примеры конструкций

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.

Загрузка…

Обсуждение темы «Печь Кузнецова»

Ниже Вы можете поделиться своими мыслями и результатами с нашими читателями и постоянными посетителями.

Также можно задать вопросы автору*, он постарается на них ответить.

порядовка, описание кладки, сушка, эксплуатация

Печи Кузнецова в частном домовладении без подведенного природного газа – оптимальный вариант решения вопроса с отоплением и приготовлением пищи.

Устройство

Устройство колпаковой печи Кузнецова представляет увеличенное пространство и уровень теплоотдачи выходящих газов из топочного отделения. Здесь использована система объединения топки с нижней частью корпуса отопительного прибора. Получается конструкция похожая на колпак. Такое устройство позволяет выходящим газам полностью отдавать тепло и увеличивается производительность устройства.

В промежутке между топливником и колпаковой схемой обустраивается небольшой паз в задней стенке топливника. Эту щель принято называть сухим швом. Такое устройство позволяет облегчить прохождение отработанных газов по системе и обоснована:

потоки холодного воздуха проходят внизу. Нагреваясь, они вытесняются в систему вентиляции;
нагретый воздух, двигаясь по колпаковой системе полностью отдает тепловую энергия и только затем проходит в дымоход.

Газы двигаются «самотеком», под собственным весом. Дымоход можно выполнять укороченным, благодаря этому, возрастает уровень тяги, твердое топливо полностью сгорает в топке. Слой сажи, оседающий на стенках вытяжки, уменьшается. Эти качества позволяют использовать печи даже с прикрытым шибером.

Важно! Конструкция несложная, при начальных навыках и умении ровно выполнять кладку с работой справится даже новичок, но лучше работать под контролем профессионала. Главное иметь подробные чертежи и внимательно выполнять схему порядовки.

Еще одна отличительная черта печей Кузнецова – это возможность регулировки температуры горения и возможность организации отдельной «летней» топки. С ее помощью прогревают и сушат печь после долгого перерыва в работе.

к содержанию ↑

Расчет печи

Чтобы сделать надежную печь Кузнецова для 2-х этажного дома или для маленького садового домика потребуется выполнить несложные расчеты. Но если важно определить точную мощность печи для дома, такую работу лучше доверить профессионалам.

Для примера сделаем расчет для небольшого, одноэтажного домика, площадью 35 м² , объемом 77 м³, с 1 окном и дверью. Для расчета важно знать формулу и несколько основных коэффициентов. Нам потребуется перемножить объем с суммой коэффициентов слоя теплоизоляции (1,2) и стеклянного окна (1,2) и приплюсовать коэффициент материала деревянной двери (1,5).

Подставляем данные и выполняем расчеты: 77*(1,2+1,2)+1,5. Округляем результат в большую сторону, получаем необходимую мощность печи 21 кВт.

Для определения самих габаритов печи соблюдают несколько пропорций:

исходя из объема комнаты определяется площадь отверстия топки. Они должны рассчитываться в пропорции 50-70 к 1;
глубина топочного отсека определяется в пропорции 1 к 2.

к содержанию ↑

Подготовительные работы

Колпаковая печь для отопления дома своими руками – это возможно. Но потребуется выполнить ряд работ по подготовке. Определяемся с размерами будущей печи. Принимаем за основу:

габариты печи. Высота – 2100 мм. Глубина – 630 мм. Ширина – 1015 мм;
глубина топки 450 мм;
мощность – 35 кВт;
предназначена для обогрева смежных помещений, общей площадью 35 м² и приготовления пищи на варочной панели.

к содержанию ↑

Материалы и инструменты

Для работы потребуется приобрести:

выполнение кладки внутренней части агрегата – шамотный или огнеупорный кирпич;
наружные поверхности – простой кирпич, с маркой прочности от 150;
100-150 кг шамотной или огнеупорной глины;
раствор делается в пропорции 1 к 2, поэтому подготовим просеянный песок – 200-300 кг;
можно приобрести готовые кладочные смеси для печей, готового раствора потребуется минимум 0,2 м³;
арматура для армирования фундамента;
заготовки на заслонки, дверцы, варочные панели покупаются в специализированных магазинах или изготавливаются самостоятельно.

к содержанию ↑

Как приготовить раствор?

От этого материала зависит долговечность, надежность конструкции, возможность задымления помещений. Если используется глина в ней не должно быть включений земли и других материалов. Песок используется речной, просеянный через мелкое строительное сито:

В корыто высыпаем глину и песок в пропорции 1 к 2 и хорошо перемешиваем.
Заливаем воду и доводим консистенцию до густоты домашней сметаны.
Перемешиваем раствор.
Даем ему отстояться 15-20 минут и можно приступать к работе.

Для экономии времени и сил можно купить готовый раствор красной глины и песка и использовать его.

к содержанию ↑

Кладка своими руками

Отопительно-варочная печь Кузнецова с угловым щитком или другой конструкции при выполнении работ основного этапа, разбита на несколько операций. Разберем их подробнее.

к содержанию ↑

Порядовка

к содержанию ↑

Описание кладки

Независимо от того какую конструкцию мы строим, порядовка отопительно-варочной печи Кузнецова с лежанкой или простой отопительной конструкции основная схема не изменяется. Меняются только габариты печи. Остальные основные правила не изменяются:

кирпичи общего канала выходящего от камер 1 яруса возле второго слоя колпаковой камеры, укладываются на ребро и кладка выполняется в четверть кирпича. Так увеличивается длина топочного отсека;
на уровне 2/3 высоты конструкции или на 17-18 ряду – перекрывается первый ярус колпаков;
во внутренних боковинках с 2 сторон выполняются специальные пазы для розжига дров, с размером 1 стороны 60 мм. Такие отверстия выполняются на уровне 21 ряда. Это позволит облегчить чистку дымоходов при засоре.

Работы выполняются по определенной схеме.

№№ рядов	Описание работ
1	Это основа всей системы, поэтому его выкладываем сплошным, без пустот и щелей. Важно выдержать правильное положение кирпичей во всех плоскостях. Толщина шва – 5-7 мм. Углы должны выкладываться с учетом размеров по диагоналям. Конструкция должна иметь точные размеры и правильную конфигурацию. Поэтому придется откалывать и подгонять по размеру кирпичи. На этот ряд потребуется приготовить 20 керамических деталей.
2	Начинаем формировать камеру для сбора золы и организации дополнительной тяги при зажигании дров, а также нижнего яруса 1 колпака. С наружных сторон укладываем без раствора по 2 половинки и выдвигаем их из ряда. Это будут пазы для прочистки зольника после окончания кладки и удаления строительного мусора. На лицевой стороны устанавливаем и подпираем стопкой кирпичей дверку поддувала. Для этого ряда замачиваем 14 кирпичей.
3	На этом ряду надежно закрепляем дверку поддувала и стопку кирпичей можно убирать. Кладку осуществляем согласно схеме порядовки.
4	Из шамотного кирпича выкладываем тыльную и боковые стенки топочной камеры печи. Сверху дверцы укладывается 2 керамических детали, они должны быть немного стесаны под угол и выступать над дверью. С внутренней стороны в этом месте укладываем 2 огнеупорные детали аналогично наружным. Для создания теплового зазора оставляем небольшой промежуток между наружным и внутренним слоем в 5-7 мм. Для этого между ними кладем не раствор, а слой горючего материала достаточной толщины. При просушке отопительного прибора материал сгорит, и зазор будет компенсировать деформации от разных температур.
5	Начинаем формировать топочную камеру. Для этого все детали лицевой части срезаются под угол. Пространство между ними будет использоваться для укладки колосника, он должен свободно опуститься в подготовленный паз, поэтому делаем полость с небольшим запасом в 5-7 мм, с учетом создания теплового зазора между колосником и кирпичами. Сразу за топочным отсеком, в месте нахождения нижнего колпака начинаем выкладывать вертикальный канал, размером 100-120 мм. Он соединяет колпаки между собой. Зазоры до колосниковой решетки засыпаем песком.
6	Начинаем устанавливать дверцу топки. Между кирпичом и металлом оставляем температурный зазор. Для этого лутку дверцы обматываем огнеупорным материалом, необходимой толщины и устанавливаем ее на место. Для внутреннего ряда потребуется уложить 3 детали из шамота в месте установки двери.
7	На тыльной стороне делаем сухой шов. Для этого с левой стороны оставляем зазор между рядами, толщиной до 30 мм. В него будут выходить отработанные газы из топки, и обеспечиваться дополнительная тяга в топочном отсеке..
8	Кладку выполняют по схеме порядовки.
9	Закрываются стенки топки. Начинается формирование канала для отвода газов в дымоход. Кладку ведем согласно схеме. На этом рядке перекладывается верх дверки с намотанным шнуром асбеста для уплотнения шва.
10	Укрываем свод топки листами асбеста и выкладываем на них без раствора керамические кирпичи. Выкладываем полость для укладки варочной панели. Для ее крепления, с внутренних сторон кирпичей вырезаем пазы, шириной 10-15 мм. Шамотный кирпич стесывается под углом и выкладывается по схеме порядовки. В пазы укладывается шнур из огнеупорного материала. Сверху размещаем варочную панель из чугуна или толстой жаростойкой стали.
11	По схеме выкладываем свод варочной камеры, и устанавливается лутка для ее дверцы.
12,13,14	Продолжаем выкладывать камеру для приготовления пищи по порядовке.
15	Начинаем закрывать варочную камеру. Для этого из красного кирпича выкладываем ее свод на закрепленную стальную пластину.
16	По чертежу выкладываются стальные направляющие, на которые укладываем кирпичи, оставляя размеченные вентиляционные каналы. На определенных для установки вентиляционных задвижек кирпичах делаем выборки под них. Устанавливаем летние задвижки, которые будут регулировать работу печи в теплый период.
17	Поверхность варочного отделения облицовывается керамическими деталями.
18	Формируем верхний колпак. Устанавливаем без раствора 2 половинки, которые будут служить каналами для его прочистки. Остальная работа выполняется согласно схеме.
19-26	Выполняются по плану.
27	Начинаем готовить основание для укладывания сплошных рядов.
28	Делаем пазы в кирпичах для установки задвижки дымохода. Остальные формируют конструкцию печи. Устанавливаем заслонку.

При выкладывании последующих рядов используется схема печи Кузнецова. По центру оставляется канал для прохода газов и труба выводится на крышу.

Наша купольная печь Кузнецова готова. Осталось выполнить несколько подготовительных работ и можно сдавать ее в эксплуатацию.

к содержанию ↑

Сушка

Эксплуатировать кирпичные печи непосредственно после их строительства категорически запрещено. Но сушить поверхности важно начинать непосредственно после окончания работ. Для этого не потребуется много сил и времени. Работы проводят в несколько этапов:

первый, начинается непосредственно после окончания строительных работ. В топочный отсек укладываем максимум 2 кг дров, с уровнем влажности от 20%. Открываем в помещении все двери, окна, задвижки дымохода и поддувала. Зажигаем пламя и закрываем дверцу. Не пугайтесь большому задымлению в комнате. В первый раз испаряется основное количество влаги из материалов и дыма от выгорания остатков смазки и покрасочных материалов с поверхностей металлических деталей;
второй этап обработки проводится по аналогичной схеме, после остывания поверхностей. Количество дров не увеличиваем.

Третий и последующие этапы сушки проводим в течение 2-3 суток. Так мы добиваемся испарения влаги, если такую обработку не проводить, велик риск деформации печи и сильного задымления комнаты при начале эксплуатации. Если в процессе обнаружится брак в кладке и подсос воздуха, эти места заделываем раствором или герметиком.

к содержанию ↑

Пробная топка

После сушки выдвигаем из пазов половинки кирпичей, оставленные для очищения участков от строительного мусора, выгребаем его и выносим из комнаты. Все зазоры между стенами и дверцами замазываем раствором шамотной глины или заполняем жаростойким герметиком.

Разводим небольшое количество раствора для кладки и укладываем половинки в пазы. Пустоты в швах заделываем раствором, швы должны быть полностью герметичными.

Укладываем полную закладку сухих, мелких дров из лиственных пород древесины, но не ольхи. Открываем все полсти для вентиляции топки. Делаем факел из бумаги или большую лучину, поджигаем и удерживаем в окошке для чистки, выполненном под варочным отсеком до 8 минут.

Закрываем этот канал и поджигаем дрова. Печь не должна дымить. Если дрова сразу начали плохо гореть, еще раз проверяем уровень тяги, может остался мусор.

Пробный запуск агрегата необходим для устранения возможных неисправностей и строительного брака. После прогорания закладки дров, зола и остатки дров вычищаются из топки и зольника. Печь оставляется до полного остывания. После этого печь готова к эксплуатации.

Важно! Определить качество тяги можно по цвету пламени в топке. Светлый цвет дыма – дрова сгорают полностью, система дымохода исправна. Но если цвет огня темно – красного, бордового цветы – значит, пришла пора чистить дымоход из-за неполного сгорания дров и не достаточной тяги.

к содержанию ↑

Советы по эксплуатации

Такая инструкция понадобится для каждого владельца печи на твердом топливе:

осенью, проводим профилактический осмотр и устранение всех неисправностей. Для заполнения щелей и швов между кирпичами используем раствор из шамотной или красной глины или заделываем их герметиком;
поддерживаем достаточный уровень тяги. Перед сжиганием дров обязательно открываем все заслонки и поддувало и подносим к дверце топки зажженную лучину. Если пламя затягивает в печь, можно запаливать огонь;
не забываем правило определения величины тяги по цвету пламени. При малейших признаках забитого дымохода безотлагательно прочищаем его;
запрещается использовать дрова с уровнем влажности более 20%;
даже в сильный мороз рекомендуется протапливать печь утром и вечером. Сильно разогретые кирпичные стены дымоходных каналов снижается эффективность работы печей. Разница между температурой отработанных газов и стенок дымохода понижаются, тепла в помещение поступает меньше. Но это правило не распространяется на печи Кузнецова с 2-х колпаковой системой.

к содержанию ↑

Вывод

Выложить кирпичную печь сложнее, чем сделать из стальных листов или подручных материалов. Но печи Кузнецова просты в изготовлении, хотя и потребуют затрат времени и сил. Но для частного домовладения, особенно при условии постоянного проживания, лучшей конструкции еще не придумали.

Колпаковые печи кузнецова: схемы и описание конструкций

Принцип колпаковых печей был известен давно, но детально разработан и приспособлен для устройства домашних обогревательных приборов был благодаря известному печнику и изобретателю Игорю Викторовичу Кузнецову. Получил широкое распространение не только в России, но и за рубежом.

О чем эта статья

Принцип действия печи

Большинство конструкций печей действуют за счет непосредственного нагрева стенок от сгорания топлива в камере сгорания или за счет прогрева кирпичной кладки от печных газов проходящих через сложную систему воздуховодов в которых раскаленные печные газы отдают тепло кирпичной кладке.

В первом случае теплоемкость печи определяется толщиной стенок. Чем они толще, тем более теплоемкой будет печь. Недостатком их является большое потребление топлива для прогрева. Как только прекращается горение печь начинает остывать.

Печи со сложной системой воздуховодов позволяет более равномерно прогревать «тело» нагревательной конструкции, но длительное прохождение печных газов по сильно изогнутым воздуховодам предъявляет повышенные требования к тяге и высоте печной трубы.

Колпаковые печи лишены этих недостатков благодаря своей конструкции, в которой образуются два независимых контура аккумулирующих тепло. Внутренний, сильно прогретый контур колпака находится внутри наружного, менее нагретого контура. Поэтому остывание при отсутствии непосредственного контакта с наружным воздухом происходит гораздо медленнее. Печь остается теплой значительно дольше. Все нагретые печные газы остаются внутри и не выбрасываются наружу.

Виды колпаковых печей

И.В. Кузнецов разработал более полутора сотен моделей печей, которые могут использоваться для самых разных целей.

При этом их конфигурация и размеры могут варьироваться в зависимости от расположения колпаков. Обычно, в целях экономии площади занимаемой печью, колпаки располагаются вертикально. Друг над другом. Но могут быть расположены горизонтально. В этом случае печь получается низкой, но длинной.

Впервые столкнувшись с печами Кузнецова на его сайте, печники-любители путаются в маркировке печей, не зная, какую конструкцию выбрать для конкретных целей.

Система маркировки Кузнецовым своих печей не представляет сложности:

ИОК – чисто отопительная печь;
ОВИК – отопительная-варочная без использования шамотного кирпича;
ОВИК БК – отопительно-варочная с боковым камином;
ОВИК ЗК – отопительно-варочная с задним камином;
ОВИК Л – отопительно-варочная с лежанкой;
Буква «Д» добавляется в индекс маркировки при наличии духовки;
ПКИК1К – печи со встроенным калорифером;
БИК – банные печи;
РТИК – колпаковые русские печи.

Ориентируясь на маркировку, можно выбрать необходимый тип печи. Достоинством любого проекта печей Кузнецова является то, что для каждого из видов существует несколько размеров с различной производительностью теплоотдачи. И каждый проект дается в привязке к планировке и площади отапливаемого помещения. Поэтому нет необходимости производить самостоятельные довольно сложные расчеты, чтобы остановить выбор на том или ином варианте.

Особенности колпаковых печей

Отличительной чертой печей Кузнецова является изолированный от основной кладки топливник (камера сгорания) которая выполняется из шамотного кирпича. Это обусловлено высокой температурой внутри камеры, которая может достигать 1200°С. Неравномерное расширение шамотного кирпича и обычного керамического без устройства зазора между топочной камерой и стенкой неизбежно привело бы к растрескиванию печи. Пространство между топливником и стенкой обычно составляет 5 мм. В целях повышения теплоотдачи оно заполняется минеральным уплотнителем: асбесто— или минеральным картоном.
Второй особенностью коппаковой печи является наличие «сухого шва» — узкой (20—30 мм) щели в стенке топочной камеры, которая заполняется воздухопроницаемым минеральным материалом (минеральной или асбестовой ватой). Сухой шов предназначен для дополнительного притока воздуха в топочную камеру из внутреннего объема печи. Приток нагретого воздуха повышает температуру горения топлива и способствует более экономичному расходованию дров.
Еще одной особенностью колпаковой печи является расположение калориферов, водогрейных баков и духовок в объеме второго колпака. Такое расположение исключает непосредственный контакт труб или металлического корпуса дополнительного оборудования непосредственно с открытым пламенем или раскаленными газами. Температура во втором колпаке обычно не превышает 400°С, что вполне безопасно для металла.
Колпаковая печь имеет относительно короткий дымоход. Его задача – отведение продуктов горения, и только во вторую очередь создание тяги в печи.
КПД колпаковых печей некоторых моделей достигает 80% по сравнению с max. 60% для печей других конструкций. Благодаря небольшим размерам топочной камеры расход топлива очень экономичный. Он на 20—50% ниже, чем в печах с прямоточным отведением печных газов.

Особенности банных печей Кузнецова

Широко используемые банные печи из металла обладают несколькими недостатками – малой теплоемкостью, расположением топочной камеры непосредственно в помещении парного отделения что вынуждает загружать топливо непосредственно в помещении парной, а это – неизбежный мусор. Самым существенным недостатком таких печей является нагрев только внутри парного отделения. Предбанник и помывочное отделение остаются не отапливаемыми.

Банные печи «кузнецовки» лишены этих недостатков. Конструкция печи предусматривает ее установку в простенке между парной и помывочным отделением/предбанником.

В помещении парной находится только каменка и кран бака с нагретой водой.

Основное тело печи и дверца топочной камеры расположены со стороны предбанника. Так же бак для воды обслуживается через подсобное помещение. Это позволяет избежать повышенной влажности из-за испарения во время нагрева печи.

Благодаря высокой теплоемкости печь, после окончания помывки, длительное время остается горячей. За счет этого происходит высушивание бани, не остается влажных поверхностей влекущих разрушение древесины, а вода в баке длительное время остается горячей.

Порядовка банной печи по проекту Кузнецова:

Отопительно-варочные колпаковые печи

Главное их достоинство – совмещение в одной приборе функций варочной печи и отопителя помещения. Благодаря тому, что наиболее разогретая зона расположена внутри печи готовить на ней комфортно. Не ощущается чрезмерного жара от стенок. Не происходит перегрева верхней части печи и создания под потолком зоны повышенной температуры. Конвекция воздуха в помещении происходит равномерно.

Хозяйки смогут оценить достоинство печи Кузнецова не только пользуясь плитой, но и духовкой. В ней никогда не произойдет обугливания блюда, так как температура в верхнем колпаке печи никогда не поднимается выше 400°С, даже при самой интенсивной топке. Обычно она держится на уровне 200— 250°С. Постоянная конвекция печных газов внутри колпака равномерно разогревает духовку со всех сторон, не перегревая одну из стенок или дно.

Порядовка отопительно-варочной печи:

Печь с камином

Совмещение открытого очага с полнофункциональной печью создают особую атмосферу. Обычный камин обогревает помещение только во время горения дров.

Комбинированная с камином печь предусматривает различные варианты использования: одновременно оба отопительных прибора или по отдельности.

Камин, в зависимости от проекта может находиться:

Сбоку от топочной камеры;
Над топочной камерой;
На задней стенке печи.

Это позволяет зонировать помещение, отделяя зону отдыха от собственно кухни.

Порядовка печи с камином:

Колпаковые печи Кузнецова сложны в кладке. На постройку печи самой простой конструкции уходит 2–3 недели. Самостоятельно приступать к постройке следует только в том случае, если есть навыки в кладке более простых конструкций.

И.В. Кузнецов охотно делится своим опытом и раскрывает секреты строительства, правила выбора и обработки материалов для печей на своем сайте: http://www.stove.ru

На нем, в открытом доступе, есть несколько десятком наиболее распространенных и универсальных печей для любых нужд. От простых отопительных, до специальных хлебных, превосходящих по своей функциональности популярные ныне тандыры или помпейские печи.

работ и конструктивных особенностей. О том, должна ли печь работать без принудительной тяги

И. В. Кузнецова всю свою жизнь посвятила проектированию печных конструкций. С 1962 года он создает самые производительные и экономичные печи, которые даже более полувека пользуются большой популярностью.

Сегодня на счету изобретателя более 150 вариантов, многие из которых имеют очень высокие показатели эффективности — более 90%. И. В. Кузнецов продолжает свою деятельность, работая в команде профессионалов и имея собственный сайт.

Особенности конструкции

Все печи Кузнецова работают по одному принципу, предполагающему отделение продуктов сгорания. Газ, образующийся в результате сгорания топлива, разделяется на два потока: горячий и холодный. Уникальная конструкция колпачкового типа работает таким образом, что задерживает горячий воздух в конструкции, втягивая холод в дымоход через специально предназначенный канал.

При работе печи в цоколе образуется более высокая температура, а благодаря конструктивным характеристикам происходит равномерное распределение тепла, а КПД увеличивается до 85-95%.

Важно! Обычная «буржуйка» может похвастаться КПД не более 35-40%. Такие низкие показатели можно объяснить так: теплый воздух, не встречая на своем пути препятствий, поступает в трубу вертикально вверх, абсолютно не задерживаясь в системе. В агрегатах конструкции Кузнецова горячий воздух максимально долго остается внутри топки, способствуя ее эффективному прогреву.

В некоторых вариантах реализации цыплят дымоход удлиняется, как попытка решить проблему быстрых горячих газов.Но в этом случае возможно значительное снижение тяги, в результате чего КПД может снизиться еще больше. Поэтому первоочередной задачей, которую преследовал Кузнецов, было увеличение теплоотдачи без нарушения тяги.

Особенности цыплят

Как уже было сказано выше, печь Кузнецова может иметь разные модификации. В зависимости от функциональности такими конструкциями могут быть:

Отопление , которые используются только для обогрева помещения.
Варочный — Предназначен для приготовления пищи.
Камины — носители имеют более декоративную функцию, но обладают неизменно высоким КПД, присущим всем конструкциям, изобретенным И. В. Кузнецовым.
, ул., . Это могут быть как простые мангалы, так и целые комплексы.
Хлеб . Часто такие конструкции удачно сочетаются с кулинарией.

Естественно, самая популярная модель печи. Чаще всего расположение горючего в таких конструкциях находится на самом этаже.Таким образом, обеспечивается более низкий нагрев, когда горячий воздух постепенно поднимается до более высоких уровней и нагревает всю конструкцию духовки.

Отделение горячего газа осуществляется благодаря специальной крышке с нижним выходом. Таким образом, горячий воздух поднимается вверх, нагревая печь, а холод оседает на колпаке и выводится через это отверстие. Эта циркуляция происходит непрерывно, пока дрова не сгорят в топливе.

Важно! Такой нижний нагрев способствует прогреву полов, причем не только рядом с топочной конструкцией, а практически во всем помещении.Таким образом, обогрев помещения происходит более эффективно, а общая теплоотдача улучшается.

Некоторые специалисты утверждают, что метод Кузнецова малоэффективен из-за ухудшения тяги при отрыве воздуха. Но на практике это не так, ведь в основе эффективности таких цыплят лежит задержка теплого воздуха без нарушения процесса тяги.

Совет! Использовать печь Кузнецова можно не только для приготовления пищи и обогрева помещения, но и для получения горячего водоснабжения.Для этого на обратной стороне заглушки находится теплообменник из чугуна или стали.

Эффективность метода шапки

Рассмотрим подробнее, почему у колпачковой печи такой высокий КПД:

Колпак расположен сразу за топкой, потому что горячий газ попадает в колпак мгновенно, сохраняя при этом его высокую температуру.

Поскольку все продукты сгорания попадают в колпак, время их обработки увеличивается, а дымоход защищен от налета сажи.По этой причине печь Кузнецова не требует частой чистки, что является еще одним преимуществом.
Расположение теплообменника вне печи не способствует теплоизоляции и, следовательно, не снижает КПД.

Совет! Увеличение количества колпаков в одной печи приводит к пропорциональному увеличению КПД, так как в этом случае горячий воздух встречает на своем пути больше препятствий, и, соответственно, в дымоходе становится больше.

Процесс строительства печи

Кладка такой печи предполагает обязательное наличие ее схемы.В заказе показан весь процесс возведения данной конструкции. Потребуется 755 штук натурального красного кирпича и 65 штук шамолинг. Также для приготовления раствора необходимо 150 кг песка и 135 кг огнеупорной глины средней фракции.

Совет! Непосредственно перед кладкой необходимо вручную проверить все кирпичи на наличие дефектов. Если на поверхности материала обнаружены сколы, полые трещины и т. Д., То его необходимо загнуть.

Фонд

Любая кирпичная печь нуждается в надежном основании. Фундамент бывает двух типов:

Связано с домом. Это лучший вариант, но его следует предусмотреть только в случае одновременного строительства дома и печи.

Совет! Если печь возводится через некоторое время после постройки дома, то не стоит пытаться связать ее фундамент с фундаментом дома.

Отдельный фундамент под печь.

Фундамент должен быть защищен от грунтовых вод с помощью беговой или битумной изоляции.

Процесс строительства печи

Имея чертежи печи, можно приступать к строительству здания. Этот процесс осуществляется в соответствии с другом:

Для реализации оптимальной конвекции проектировщик печи рекомендует тщательно изготовить ее нижнюю часть.Однако двух рядов кирпича вполне достаточно. Поэтому сплошными выкладываются два ряда, после каждого из них производится тщательный замер углов.

Совет! Для большей прочности следует записать одно четное число стальной проволокой.

С третьего ряда начинается раскладка писеля и планки ясеня.
Далее, согласно другу, внутренние перегородки и стена из фаски кирпича, расположенная между духовкой и перепутали .
Кладка пятого ряда, смонтирована колосниковая решетка из чугуна. Между решеткой и стеной необходимо оставить небольшой деформационный зазор (около 5 мм). Сама решетка монтируется под небольшим углом по отношению к двери.

Совет! Толщину решетки необходимо подбирать, исходя из размеров светильников, которые планируется загрузить в камеру.

В пятом ряду также установлена дверца топливной камеры. Его следует демонтировать шамотными огнеупорными кирпичами (кладка выполняется по кромке ).Этот процесс называется футеровкой и предназначен для защиты стенок печи от повышенных температур.

16 ряд выкладываем таким образом, чтобы полностью закрыть камеру, установив заглушку.
С 17-го ряда начинает выводить вторую камеру поверх первой.

Далее утверждение продолжается относительно тренера. На 26 ряду необходимо полностью закрыть кирпичом верхнюю часть топки.

Важно! Проверку общей работоспособности следует производить не ранее, чем через сутки после строительства. Пробный запуск осуществляется с минимумом топлива. Дизайн должен медленно прогреваться.

Заключение

Печь Кузнецова имеет очень высокий КПД и может использоваться для различных нужд. Но самой популярной конструкцией остается отопление и приготовление пищи. Имея план со-заказа, можно построить его самостоятельно, в котором часть описанной инструкции пригодится домашним мастерам.

Печи Игоря Кузнецова завоевали популярность благодаря эффективности и стабильной работе. Их конструкция принципиально отличается, и на основе базовых моделей можно создавать абсолютно новые и воплощенные авторские, комбинированные печи для дома или бани с оригинальным дизайном.

Основная особенность печной группы, изобретенной Кузнецовым, — отсутствие протяженных дымовых каналов с множеством поворотов и изгибов. Чтобы получить максимальное количество тепла от горящего топлива, в канальных печах предусмотрена тактовая система, по мере их движения горячий дым нагревает кирпичи.В этом случае печь нагревается на разных уровнях неравномерно, что может привести к растрескиванию кладки. К тому же есть необходимость в узких местах и поворотах.

Печи Кузнецова для дома и бани лишены этого недостатка. В них горячие газы из топки попадают в так называемый колпак — внутреннее пространство, сверху ограниченное перекрытие, а снизу — выход. Нагретый дым поднимается к самому верху колпака, где задерживается, пока не остынет. По мере остывания они постепенно опускаются по стенкам шапки, и их место занимает новая порция дыма.

Охлажденный дым по каналу уходит в или другой колпак в зависимости от конструкции и назначения топки. Постепенно по мере прохождения колпачков по каскадам дымовые газы охлаждаются до 120-150 градусов. Температура газа на одном уровне каждой крышки одинакова, что позволяет избежать неравномерного расширения кирпича.

Преимущества крышек

Печи Кузнецова

могут работать на любом твердом топливе — угле, дровах, пеллетах и брикетах;
температура в топке высокая, от 600 до 800 градусов, поэтому топливо рубится полностью, оставляя минимум золы, а отсутствие узких мест и расширенных каналов позволяет избежать осаждения сажи.В результате печь нуждается в чистке очень редко;
на выходе каждого колпака образован «газовый мастер» — потоки теплого дыма не пропускают скопление холодного воздуха, поэтому печь не выделяет тепло после топки даже при открытой заслонке;
для кладки колпаковых печей требуется меньше кирпича за счет свободного внутреннего пространства;
отопительные модификации печей компактных размеров могут повредить значительную площадь;
по данной технологии можно ставить печи различного назначения, с оригинальной формой и дизайном, с небольшими изменениями конструкции, не влияющими на производительность и эффективность печи.

На первый взгляд кажется, что эти печи полностью лишены недостатков, однако при укладке необходимо соблюдать следующие требования:

Кладку ведут строго по схеме, иначе печь во время топки может обвалиться.
Топливо и связанная с ним часть нижней крышки выполнены из шамотного кирпича, выдерживающего высокие температуры. Кладка кладки осуществляется с помощью специального раствора на основе шамотной глины.
Печь выполняется плавучей, без жесткой связи с остальными элементами конструкции. Это требование связано с разным коэффициентом линейного расширения шамотного и керамического кирпича.
Пространство 5 мм между топкой и стенками печи называется сухими швами, остатки раствора полностью удаляют остатки и заполняются прокладками из минерального картона. Некоторые виды печей требуют, чтобы оставшийся сухой шов не заполнялся для беспрепятственного движения потоков холодного воздуха.
При кладке стен печи для увеличения прочности каждый третий ряд армируют кладочной сеткой.
Двери топки и зольник, а также другие чугунные элементы устанавливаются с зазором 5 см с асбестовыми компенсационными прокладками.
Пуск печи топки происходит после полного высыхания кладочного раствора, постепенно повышая температурный режим.

Просмотры

Отопительные, предназначены для обогрева жилища.Могут тянуть несколько комнат, в том числе в двухэтажном доме;
Отопление и приготовление пищи, совмещающее две функции — нагревание и приготовление пищи;
Хлеб, предназначенный для выпечки, обычно закладывают в комбинированную печь;
Камины;
Печи-обогреватели для бани;
Печи-мангалы уличные, в том числе с казаном и хлебной камерой.

По Кузнецовской технологии кладки можно изготавливать целые топочные комплексы, включая варочную плиту, и печь, и камин, и даже оборудовать их одной или несколькими кладками.Дымовые потоки от разных источников пламени легко объединить в одной крышке, не вызывая ненужных скручиваний и противотока.

Требования к фундаменту

Все печи, складывающиеся по технологии цоколя, нуждаются в устойчивом фундаменте, не имеющем отношения к цоколю дома или бани.

Высота фундамента должна быть не менее 30 см, а его верхняя плоскость — на 5-10 см ниже первого этажа . Фундамент под печь делают из монолитного бетона марки М200 и выше с двухуровневым армированием стержнем.По горизонтали его размеры должны превышать размеры топки на 10 см с каждой стороны.

Перед началом монтажа опалубки необходимо снять верхний слой грунта и выполнить песчаную или песчано-гравийную подушку толщиной 15-20 см с притиркой. Подушку необходимо укладывать в гидроизоляцию, после чего кладут опалубку из досок, кладут арматуру с обязательной вертикальной перевязкой и заливают бетон.

Высушите основу в течение 2–3 недель. В жаркую и сухую погоду ее регулярно увлажняют и покрывают пленкой.После этого выполняется выравнивание из цементно-песчаного раствора и приступают к кладке печи.

Простое отопление

На чертеже изображена нагревательная крышка. Топка и пространство над ней образуют колпак. Дым, поднимаясь в нее, нагревает верх топки, после чего опускается по широким каналам, расположенным по бокам. Спустившись, они попадают в пространство вдоль задней стенки печи, откуда поднимаются вверх и уходят в дымовую трубу.

Ниже представлена схема-заказ.Часть кирпичей, как видно на схеме, обрезана для лучшей аэродинамики. Разрезать кирпич можно болгаркой или циркулярной пилой, заменив обычный круг на ромбовидный. Кирпич нужен, чтобы жестко закрепить.

Нагревание и приготовление пищи

Печь колпачковая, оснащенная варочной панелью и латунным шкафом. Печка служит перекрытием для топливной камеры и духовки, она утоплена в нише, снабженной вытяжкой. Духовой шкаф можно использовать как хлебную камеру. Капот закрывается заслонкой.Топка и окружающее печное пространство выложены из фаски кирпича, что позволяет поддерживать в них стабильное тепло.

Печь оборудована летним курсом, который закрывается заслонкой, расположенной в 21 ряду. Когда заслонку можно открыть для улучшения первоначальной тяги, заслонку можно открыть, и дым из топливной камеры пойдет прямо в дымоход. После того, как фокус устойчиво повернется, клапан постепенно закрывается, и дым направляется по каналам вдоль задней части печки, и он начинает работать как обогрев.Если вам нужно использовать духовку только для приготовления или выпечки хлебобулочных изделий, заслонка должна постоянно оставаться открытой.

Видео: Как складывать колпачок для нагрева и варки

Отопление каминное и кладка

Чертежи и схема печи взяты с авторского сайта И.В. Кузнецова. Печь оборудована топкой, камином и грядкой, степень нагрева которой регулируется вентилем. На рисунке показан внешний вид устройства. Печь и моча расположены с одной стороны, камин — с другой, что позволяет выносить их в разные комнаты.

Топливо и камин — из рифленого кирпича, остальные части — из керамики. Порядок показан ниже.

Духовка

Еще одна авторская работа Кузнецовой — банная печь Бик-41, оснащенная встроенным ТЭНом и регистром, подключенным к контуру ГВС. Общий вид банной печи представлен на картинке.

Двухъярусная конструкция крышки достаточно проста, однако позволяет быстро нагреть ТЭН и камеру сгорания бани и поддерживать в ней температуру.Благодаря встроенному регистру можно решить проблему нагрева воды для душа. Топка располагается сбоку от комнаты отдыха или подсобного помещения бани. Каменка выполнена в виде духовки, дверца расположена на боковой стенке.

На сайте И.В. Кузнецова может найти и другие модели с подходящей теплоотдачей, в том числе со встроенным камином, выходящим в комнату отдыха. Как и в других комбинированных печах, обе топки можно перемещать одновременно и независимо друг от друга.

Русская печь со встроенным камином

;
подтопов;
варочная камера.

Каминная печь расположена на боковой стенке относительно устья. Подпутопс находится ниже устья, свод его образует конфорка. При топке устье варочной камеры должно быть плотно закрыто хорошо подогнанной герметичной заслонкой. Друг русской печи с камином показан на рисунке, взятом с сайта Кузнецова.При укладке рекомендуется использовать арматуру из оцинкованной сетки, прокладывая ее в один ряд.

На базе печей Кузнецова создано множество интересных и многофункциональных конструкций для дома, дачи или бани. К тому же их дизайн настолько привлекателен, что печь становится центром интерьера, определяющим его стиль. Сложить колпак печей своими руками несложно, если следовать рекомендациям их автора.На сайте Кузнецовой представлено множество чертежей и тележек печей различного назначения, указаны их технические характеристики и размеры. Стоит только выбрать подходящий, и ваш дом наполнится уютом и теплом.

При строительстве или покупке загородного дома в первую очередь учитывается вопрос отопления. Все зависит от того, как часто планируется комната для проживания. Рассмотрим только один пример, когда в загородном доме были только выходные, в остальных случаях предложенные варианты неактуальны.

Содержание:

Духовка-камин

Классический вариант — печь Кузнецова. Печь применяется повсеместно, ее многофункциональность, дизайн и исполнения проверены временем. Обслуживание печи предполагает двухразовую топку в сутки. Утренняя печь-печь для обеспечения тепла в доме на целый день, предназначена для возможного приготовления пищи. Вечером печь лепят для ночного обогрева. Для среднего деревенского дома на зимний период требуется заготовка примерно 5-10 кубиков дерева.Подаем рабочие дни, в итоге результат — два кубика дров на зиму. В общем, немного.

Отличия печей

Особых принципиальных отличий печь Кузнецова от других печей не имеет. Традиционная облицовка плиткой обуславливает ее привлекательный внешний вид и постоянное напоминание о рождественских праздниках. Плитка изготавливается вручную, штучно — стоимость такой печи соответственно на порядок выше.

Нагревательная печь

Любая грамотно сложенная духовка дает ровный и комфортный обогрев во всем доме.Процесс топки в печи добавляет положительных эмоций, находясь в загородном доме.

Функции камина

Камин — как вид отопления, следует рассматривать только отдельно занесенный. Несомненно, он является частью интерьера гостиной и не способен утеплить весь дом. Камины бывают двух типов: с открытой топкой и защищенные огнеупорным стеклом. Тепловой эффект камин дает практически сразу, но остывает и без дополнительной заправки горючим уже через час.Сухая древесина хорошо и быстро горит. Есть еще Кузнецов.

Описание камина Кузнецова

Печи и камины обычно состоят из печно-керамического кирпича без использования цемента, который улучшает их буферные свойства по аккумулированию и равномерной отдаче тепла. Дополнительно в печах установлена многоточечная система отвода горячего газа, снижающая тепловые потери.

Дымоход

Любой твердотопливный прибор предусматривает отвод дымовых газов, то есть дымоходов.Это касается и малогабаритных трубок под общим популярным названием «Буржуйские». В самодельном варианте они режут трубы большого диаметра и снабжены топочной атрибутикой. Также доступны в чугунном исполнении, с хорошей литой конструкцией. Крайне прожорлив и пожаров.

Следует отметить, что при использовании открытого огня необходимо усилить меры пожарной безопасности. Элементарные навыки использования печей — безусловные.

Схема строительства

Видео

Экология потребления.Усадьба: Печи инженеров Кузнецова известны не только на своей родине, но и во всем мире с 60-х годов прошлого века. Причем актуальность разработки полувековой давности не стала меньше, а наоборот — печи Кузнецова пользуются все большей популярностью.

Духовые шкафы Кузнецова известны не только на своей родине, но и во всем мире с 60-х годов прошлого века. Причем актуальность разработки полвека назад не стала меньше, а наоборот — печи Кузнецова пользуются все большей популярностью.Целью модернизации старой конструкции русской печи с не столь значительным изменением ее внутреннего устройства было создание нагревательного агрегата с более высоким КПД при экономии топлива. Возможно, это было предвкушение — ведь тенденция к удорожанию всех видов энергоресурсов, в том числе биологического топлива, упорно предполагает, что нам придется экономить ресурсы, причем со всей серьезностью? Но полвека назад слова «энергоэффективность» и «энергонезависимость» в контексте жилого дома были не так привычны, как сегодня.

Внешний вид проходной печи Кузнецова практически ничем не отличается от моделей традиционных русских печей. А вот теплотехнические параметры несколько другие — только один пример:

для отопления дома площадью до 100 м2, одна печь Кузнеца Кузнецова мощностью около 4-5 кВт
по справочным данным: для обогрева такого объема необходим агрегат с показателем не менее 10 кВт тепловой мощности.

Плюсы печей Кузнецова:

Очень высокий КПД, применяется для печей, работающих на древесном топливе — не менее 80%
Топливо комбайнов при высоких температурах
Печь работает на всех видах твердого топлива — дровах, каменном и буром угле, брикетах и др.
Сжигание топлива до минимального остатка золы, как следствие — не только экономия топлива, но и упрощение эксплуатации, так как очистить печь от золы необходимо намного меньше
При частоте закладки топлива в Кузнецовке только два раза в день можно иметь тепловой режим в доме, это выгодно даже из режима квартир с центральным отоплением.В квартире в многоэтажном доме перепады температур более частые, чем в частном доме, отапливаемом топкой Кузнецова, что дает равномерную тепловую отдачу между топками
Совмещение печи Кузнецова и водяного отопления несложно и часто применяется на практике. Внутри топки устанавливают трубчатый теплообменник и совмещают его с трубопроводом отопительного контура. Главный плюс — теплотехника и теплоотдача в печи при модернизации остаются неизменными, без малейшего снижения КПД
Конструкция Кузнецовки позволяет устраивать низкие дымоходы, при этом снижения тяги не происходит.Этот факт несколько удивляет тех, кто впервые знакомится с конструкцией и работой этих печей
Особенности внутреннего устройства печей Кузнецова позволяют устанавливать агрегат практически в любых помещениях любых размеров, независимо от того, для чего они предназначены. И на кухне, и в общих помещениях печь выглядит солидно и эстетично, органично вписывается во многие интерьеры
Самая интересная и необычная особенность кузнецовской фишки в контексте домашней печи: нельзя закрывать вид.Это важнейшая деталь печи и одно из условий безопасного повседневного использования — для печи Кузнецова только в том случае, если наступит внештатная ситуация. Дело в том, что когда процесс сгорания топлива подходит к завершению и остывает, тяга в каналах топки самопроизвольно перераспределяется, «автомат»

Распределение тяги по специальной схеме является уникальной особенностью конструкции печи. В аппарате введены каналы, которые называются нижними.В этих нижних каналах потоки воздуха, подчиняясь тяге, проходят рядом с нагретыми частями топки. При пожаре в топливном отсеке топки этот огонь «притягивает» часть воздушного потока

По материалоемкости топки данной конструкции есть еще интересный факт: у печи колпака Кузнецова больше свободного места внутри, она более «пустая» по сравнению с большинством многоканальных моделей. В заказах могут быть вариации, но по расчетам видно, что печь Кузнецова требует меньше стройматериала для постройки, около 1.4-1,5 раза на единицу выделяемого тепла.

Особенности устройства печи Кузнецова

Известно, что устройство дымоходных труб в виде длинных и узких канальных конструкций преследует одну из целей — экономию. Вихревой поток горячих дымовых газов не достигнет выхода дымоходной трубы, пока вся энергия и тепло не уйдут в топку. Все классические печи со сложными многооборотными коптильными каналами (например, пятиводные голландские печи) имеют в своих сложных трубах турбулентность потока до одной степени или более.Печка зимой часто гудит, эту «музыку» слышат все, кто топит большими печами.

Теоретически конструкция вращающихся удлиненных дымоходных каналов и длинных дымоходов заставляет дымовые газы отдавать все тепло внутри печи. Но на практике часто бывает не совсем так, и в результате отклонения КПД печи дает процент меньше ожидаемого — до 55-60%. Причина одна — большая часть энергии по-прежнему улетает в атмосферу через дымоход.Тепловыделение огромно, но в канальной конструкции только его часть идет на нагрев теплоносителя в теплообменнике и на обогрев воздуха в помещении. Другая часть влетает в трубу, по разным схемам, но ни одна из этих схем не может устроить:

В трубу влетает горячая турбулентная струя, практически не успевая остыть
Дымовой газ остывает, но слишком быстро — и остатки дымовых газов в виде твердых частиц просто огромны, а слои сажи вынуждены чистить дымоход чаще, чем планировалось

Даже не понятно, какой из вариантов менее желателен.Когда инженеры-теплотехники шутят, можно услышать сравнение печного канала не мало, а с ядерным реактором. Но Кузнецовку сравнивают с термоядерной, вся энергия, выделяемая топливом, и все тепло уходит в отапливаемое помещение. Но важнее, чтобы тепловая энергия выделялась нужным количеством — столько, сколько нужно, и не более. Такая схема возможна благодаря особой организации движения дымового газа — он не закручивается повторно в каналах, а сразу подается в корпус топки.

Крышка модели печи, сравнение

Заглушка как модель известна давно, и в печах Кузнецова используется такая же схема — внутренняя полость печи устроена таким образом, что топочный газ свободно перемещается. Но при этом организуется пиролиз, и в результате топливо сгорает до мельчайших частиц.

Если рассматривать на примере двухкасковой печи Кузнецова, то пиролизный процесс и саморегулирующийся идет сразу под первым колпаком.Схема «регулировки» следующая: как только топливо в топливном элементе становится сильнее, заправочная крышка перемещает стрелу. Газ, сдерживаемый колпачком, не может выйти, и не просто увеличивается в количестве, но становится более плотным и сжимает всю массу, которая не должна терять часть своей интенсивности. В результате процесс горения спадает до определенного значения, и давление газа ослабевает, затем весь процесс повторяется.

По мнению специалистов, в идеале двухконтурные печи должны иметь круглое сечение.Тогда второй колпак будет обслуживать внешнюю арку, или стенку агрегата, где будут нейтрализоваться генераторные газы — газообразный оксид углерода и оксид азота. В дымоходе будет только водяной пар и углекислый газ. Но в то же время круглое сечение печи создает определенные проблемы при строительстве и эксплуатации:

Чистка круглой печи — неудобство, это отмечают владельцы таких печей
Двери установить сложнее, чем в плоскую стену

В результате они практичнее — совместить обе заглушки дымохода, установив их друг над другом.CPD будет менее 2-3%. Если вы желаете интегрировать печь в систему отопления дома или получать горячую воду из печи — проточные теплообменники устанавливаются под вторым колпаком, а не под первым, что дает основную отдачу тепловой энергии. Вторая арка имеет температуру нагрева всего от 300 до 400 градусов, поэтому теплообменник выбирают относительно попроще, в том числе по материалу. К тому же под второй аркой не будет прослойки твердых частиц, а металл встроенного теплообменника прослужит дольше.

Модификации печей Кузнецова разработано много — и не только домовые печи для отопления жилья. Существует ряд моделей бань, печей со слоями. Особое место занимает популярная линейка отопительных и варочных печей. Но по принципу внутреннего устройства — все варианты аналогичны.

Некоторые нюансы строительства печи Кузнецова:

Корпус печи возведен из красного дымоходного кирпича, марка не ниже М150
Для топливного цеха нужен термостойкий и огнеупорный кирпич, практически единственный вариант — профильный.Штамп ш-5; СБ-8, габариты значения не имеют, так как топка конструктивно не связана с корпусом топки
Вся конструкция печи должна быть отделена от корпуса печи, вариант — плавающая конструкция. Более того, здесь не просто отсутствуют хлебобулочные и шамотные кирпичи, и оба модуля принципиально разделены — никакие крепежи, выступы или опорные части не являются недопустимыми. Раствора между фаской кладкой и дымоходным кирпичом быть не должно, а только компенсационные зазоры, заполненные термостойким материалом (базальтом, каолином или другими видами картона или шерсти).Причина — слишком большая разница в характеристиках теплоемкости и линейного теплового расширения шамота и керамики. Усилия и деформации в зоне контакта нагретого до высоких температур шамота и керамического кирпича настолько велики, что приводят к пробоям кладки стен печки. Разделение и устройство по плавающему принципу решают эту проблему.

Небольшой минус печей cabic — при уменьшении их объема немного снижается КПД, даже при выборе идеальной формы печи — круглой в сечении.В небольших помещениях обычно бывают небольшие печи, поэтому некоторое снижение КПД неизбежно. Интересная альтернатива изготовлению печи Кузнецова из металла пока не имеет достойного воплощения. Конструкция и форма кузнецовки не вызывают касательных напряжений, и это лишь один аргумент в пользу сварного металлического корпуса печи. Стоимость материала, конечно, ломается, но более дешевый чугун невозможен из-за массивности и хрупкости, в том числе некоторой термической хрупкости.

Модель Кузнецовки из стального листа, окрашенного порошковой краской — перспектива заманчивая, но есть и технические проблемы, и одна из них — сложность выполнения эффективной футеровки печейки. А у первой шапки Кузнецовки очень высокие температуры под сводом, топочные газы слишком горячие и металл без футеровки долго не простоит. Таким образом, кирпич для моделей печей Кузнецова пока не имеет конкуренции. Опубликовано

Если у вас возникнут вопросы по данной теме, задавайте их специалистам и читателям нашего проекта.

По чудакам, как известно, весь прогресс держится. Кто знает, как мы жили сегодня, если бы не Чудак Леонардо, если бы Тесла не был столь настойчив в своих чудаках. Есть весовые примеры, но сегодня мы заинтересованы в разработке одного человека, который посвятил жизнь печам, их глубокому изучению и разработке новых, принципиально не похожих друг на друга конструкций. И.В. Кузнецов начал свою деятельность с 1962 года, речь шла о том, как долго его разработки теряют актуальность.

Духовка Кузнецова и ее особенности

Кузнецов стремился достичь максимальной производительности, эффективности и экономичности в работе своей печи. Каждое представленное им устройство отличалось улучшенными возможностями — теплосбережением, производительностью, оснащением и конструктивными особенностями. Тем более, что в изготовлении таких печей нет ничего сверхъестественного. Все гениальное просто, поэтому построить печь Кузнецова по чертежам вполне возможно, устройство и основные правила следует изучить досконально.

Все печи Кузнецова отличаются повышенным КПД. Это было достигнуто благодаря совершенно новой и уникальной разработке. В печи очень точно продумано движение газов, горячий воздух не расходуется зря и не обогревает улицу, а холод по специальной системе уходит в дымоход. Такие печи принято называть колпаками в связи с конструктивными особенностями, которые мы кратко рассмотрим.

Печь сцепления Кузнецова

Заглушки названы потому, что внутри топки по проекту сооружается своеобразная заглушка, совмещающая непосредственно очаг и нижнюю часть топки.Колпачок служит разделителем газов, и разделяет их на горячие и холодные, что позволяет удалить холодные газы, а горячую муку оставить как можно больше. Горячие газы просто поднимаются под колпак и остаются там долго, не летя в трубу, как в обычной русской печи, а наоборот накапливая тепло.

Естественно, что в топке за счет этого повышается температура горения, в результате КПД возрастает до 80-90%. К тому же система свободного движения газов помогает сделать нагрев печи намного более равномерным, а образование сажи не таким интенсивным.В результате использования всех этих структурных подразделов такие преимущества Кузнецовкова плавают:

огромная эффективность;
;
высокая стойкость печи к образованию трещин;
свободное отношение к форме и конструкции печи;
очень равномерный нагрев;
минимальное курение;
Инкомпьютерный дизайн к обслуживанию.

Типы печей Кузнецова

Огромное значение имел дизайн благодаря удивительной универсальности.Духовка Кузнецова, чертежи которой представлены более чем в 150 вариантах, может максимально эффективно использоваться в любом помещении. Каждый из чертежей учитывает особенности помещения того или иного назначения, поэтому печь и работает с таким высоким КПД для определенного типа построек.

Все печи Кузнецова перечислять бессмысленно, вот лишь некоторые варианты, которые наиболее востребованы:

печи хлебопекарные, совмещенные с варочными поверхностями;
банные печи;
печи каминные;
нагревательные печи.

Это далеко не полный перечень специализированных печей Кузнецова. Возможно создание комбинированных видов, что очень удобно, если использовать их в быту.

Покрытия печей Кузнецова

Строительство печей Кузнецова не требует особых знаний и навыков. Если руки заточены под самый простой инструмент, достаточно соблюдать порядок и несколько простых правил, чтобы успешно построить конструкцию. Заказ — это всего лишь система чертежей и инструкций, описывающих процесс кладки печи поэтапно, вплоть до каждого ряда кирпичей отдельно.Что такое точность? Дело в том, что у Кузнецова потрачены десятки лет на то, чтобы конструкция работала идеально, и если пропустить какую-то мелочь, печь не будет работать правильно. Вот образец друга:

Духовки Кузнецова банные

Довольно много Кузнецовок и для бани. Только в обычных банных печах всего 17 видов. Все они могут быть разными по размеру, по расположению топки, месту для камней, наличию очага, варочной поверхности, и для каждого из видов свой порядок.Даже из готовых печей можно легко подобрать наиболее подходящий перетяжку под ту или иную планировку бани, практически не внося никаких изменений. Вот лишь несколько примеров:

Использование печей Кузнецова в бане дает целый ряд преимуществ:

Никакой художественной литературы. Просто внимательно изучив дружище, можно поставить красивую печь своими руками как на баню, так и на отопление или печь для барбекю.

Котлы Кузнецова — Полевые отчеты из России и Канады

Пермский котел (без изображения — по всей видимости, похож по конструкции на монастырский котел)

(Пермь находится в центральной части России, к востоку от Москвы)

Цитата: http: // www.плита.ru/index.php?lng=1&rs=171

Котлы, построенные по этой технологии, показывают фантастически потрясающие результаты. Этот факт подтверждается результатами работы в отопительном сезоне 2005-2006 гг. Дровяного котла нашей Системы, построенного ОАО «ВИСТ» в г. Пермь, тел. + 7 (342) 2530164, [электронная почта защищена]. Котел имеет габаритные размеры 195х169 и высоту 210 см. Он отапливает цех размером 36 х 16 м и высотой 9 м, в том числе 60 м2 двухэтажной секции. Стены кирпичные, толщиной 52 см.
Площадь магазина: 36 х 16 + 60 = 636 м2. Объем здания: 36 х 16 х 9 = 5184 м3. Потребность в трубопроводе составляет 57 x 5, (10 x 149 + 2 x 123) x 4 = 70 погонных метров для котла. Поверхность нагрева трубы составляет 3,14x 0,057x 70 = 12,52 м2, что примерно соответствует 126 кВт. Температура на выходе 65-70 ° С (могла и выше), на выходе не замеряли. Топливо использовалось необработанной сосновой кромки, 1 м3 в сутки. Мощность, полученная при сжигании влажной сосновой древесины, составила 57 кВт.Представитель компании С.А.Машьянов признал, что котел поддерживал в цехе температуру 18 ° C, а внешняя температура была почти -40 ° C.Этот факт следует подтвердить или опровергнуть проведением испытаний. Другие покупатели также отмечают хорошие эксплуатационные характеристики котлов.

[здесь в основном та же информация, переведенная для нас англоязычными людьми …]

http://heatkit.com/research/2008/Hydronic/Игора комментарии о boiler.htm

Котлы построенные по этому технологии показывают исключительные, невероятные результаты.Можно загружать древесную древесину и бурый уголь с влажностью 45-55%. Пар, образующийся при сжигании такого топлива в наших котлах, не мешает горению и теплообмену и проходит в нижней части колпака в дымоход.

Такие факты подтверждаются при эксплуатации котла, построенного в г. Пермь, Россия, компании «ВИСТ» 8 (342) 2530164, [email protected] Габаритные размеры этого котла составляют 195смx169смx210см. Он отапливает здание высотой 115 x 53 футов x 30 футов с кирпичными стенами толщиной 20 дюймов без изоляции.Площадь теплообменников составляет 12,52 кв. М, что позволяет производить примерно 126 кВт. Температура на выходе из теплообменников 65-70С (при необходимости может быть выше). Используемое топливо: влажные обрезки сосны от бревен. Расход: 1 м3 в сутки. Такое топливо в своем состоянии может дать только 57 кВт ».

[снова радости (и разочарования) хвойных хвойных пород … Кубический метр в день — это много древесины, даже по моим несколько расточительным меркам. быть около 0,2 пуповины в день — может быть, полторы пуповины в неделю.Тем не менее, возможность обогреть такое большое помещение в середине зимы на ВЛАЖНОЙ хвойной древесине — это довольно примечательно. Мы с нетерпением ждем дополнительных данных.]

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файлах cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Морфологические особенности аэрогелей и карбогелей на основе лигносульфонатов

Синтез новых карбогелей на основе одних лигносульфонатов натрия (LSNa) и интерполиэлектролитных комплексов (IPEC) на основе комбинации лигносульфоната и хитозана (CT) (т.е. IPEC-LSNa-CT). ИПЭК были превращены в карбогели путем медленного и быстрого пиролиза (Py _{медленный} и Py _{быстрый}), и было установлено влияние условий Py на образование карбогелей. Показано, что полученные карбогели имеют высокую микропористую структуру с повышенными значениями общей пористости. Пористость синтезированных карбогелей находится на наноразмерном уровне, в то время как около 80% внутренних поверхностей, полученных с помощью Py _{медленный} и Py _{быстрый}, находится в диапазоне 0.Размер пор 7–1,0 нм. Было обнаружено, что элементы исходной структуры прекурсора (LSNa) сохраняются в углеродных аэрогелях, если они получены соответствующим методом пиролиза.

Ссылки

Aegerter, M.A., Leventis, N., Koebel, M.M. Справочник по аэрогелям. Springer, New York, NY, 2011. Поиск в Google Scholar

Ayers, M.R., Hunt, A.J. (2001) Синтез и свойства гибридных аэрогелей хитозан-диоксид кремния. J. Non-Cryst. Solids 285: 123–127. Искать в Google Scholar

Baldino, L., Кардеа, С., Реверчон, Э. (2015) Производство природных аэрогелей с помощью сверхкритического геля. Chem. Англ. Пер. 43: 739–744. Искать в Google Scholar

Baldino, L., Concilio, S., Cardea, S., Reverchon, E. (2016) Взаимопроникновение природных полимерных аэрогелей путем сверхкритической сушки. Полимеры 8: 1–12. Искать в Google Scholar

Боголицын К.Г., Резников В.М. Химические методы делигнификации сульфитов. Экология, Москва, 1994. Искать в Google Scholar

Бровко О.С., Паламарчук И.А., Бойцова Т.А., Боголицын К.Г., Вальчук Н.А., Чухчин Д.Г. (2015) Влияние конформации биополиэлектролитов на морфологическую структуру их интерполимерных комплексов. Макромол. Res. 23: 1059–1067. Искать в Google Scholar

Crow, B.B., Nelson, K.D. (2006) Высвобождение бычьего сывороточного альбумина из биоразлагаемого полимерного волокна с сердечником из гидрогеля. Биополимеры 81: 419–427. Искать в Google Scholar

Danks, A.E., Hall, S.R., Schnepp, Z. (2016) Эволюция «золь-гель-химии» как метода синтеза материалов.Матер. Horiz. 3: 91–112. Искать в Google Scholar

Eiselt, P., Lee, K.Y., Mooney, D.J. (1999) Жесткость двухкомпонентных гидрогелей, полученных из альгината и поли (этиленгликоль) -диаминов. Макромолекулы 32: 5561–5566. Искать в Google Scholar

Fischer, F., Rigacci, A., Pirard, R., Berthon-Fabry, S., Achard, P. (2006) Аэрогели на основе целлюлозы. Полимер 47: 7636–7645. Искать в Google Scholar

Fricke, J. Aerogels. Springer-Verlag, Tokyo, 1986. Искать в Google Scholar

Gamzazade, A.И., Слимак В.М., Скляр А.М., Стыкова Е.В., Павлова С.С.А., Рогозин С.В. (1985) Исследование гидродинамических свойств растворов хитозана. Acta Polymerica 36: 420–424. Искать в Google Scholar

Гарсиа-Гонсалес, К.А., Алнаиф, М., Смирнова, И. (2011) Носители на основе полисахаридов для систем доставки лекарств. Углеводы. Polym. 86: 1425–1438. Искать в Google Scholar

Goring, D.A.I., Uuong, R., Gancet, C., Chanzy, H.J. (1979) Плоскостность макромолекул лигносульфоната, продемонстрированная с помощью электронной микроскопии.Прил. Polym. Sci. 27: 931–936. Искать в Google Scholar

Grant, G.T., Morris, E.R., Rees, D.A., Smith, P.J.C., Thom, D. (1973) Биологические взаимодействия между полисахаридами и двухвалентными катионами — модель яичной коробки. FEBS Lett. 32: 195–198. Искать в Google Scholar

Гришечко, Л.И., Амарал-Лабат, Г., Щурек, А., Фиерро, В., Кузнецов, Б.Н., Целзард, А. (2013) Лигнин-фенолформальдегидные аэрогели и криогели. Micropor. Мезопор. Матер. 168: 19–29. Искать в Google Scholar

Jiao, Y., Ван, К., Ли, Дж. (2016) Синтез аэрогеля из углеродного волокна из натурального бамбукового волокна и его применение в качестве экологически чистого высокоэффективного и пригодного для повторного использования адсорбента. Матер. Des. 107: 26–32. Искать в Google Scholar

Карадагли, И., Шульц, Б., Шестаков, М., Милоу, Б., Грис, Т., Ратке, Л. (2015) Производство пористых целлюлозных аэрогелевых волокон методом экструзии. J. Supercrit. Жидкости 106: 105–114. Искать в Google Scholar

Korntner, P., Sumerskii, I., Bacher, M., Rosenau, T., Potthast, A.(2015) Характеристика технических лигнинов с помощью ЯМР-спектроскопии: оптимизация анализа функциональных групп с помощью 31P ЯМР-спектроскопии. Holzforschung 69: 807–814. Искать в Google Scholar

Laurienzo, P., Malinconico, M., Motta, A., Vicinanza, A. (2005) Синтез и характеристика нового привитого сополимера альгинат-поли (этиленгликоль). Углеводы. Polym. 62: 274–282. Искать в Google Scholar

Li, R., Yang, D., Guo, W., Qiu, X. (2013) Механизмы адсорбции и диспергирования лигносульфоната натрия на частицах Al2O3 в водном растворе.Holzforschung 67: 387–394. Искать в Google Scholar

Li, Y., Yang, D., Huang, Q., Li, R. (2016) Модифицированные лигносульфонаты натрия (NaLS) со спиртами с прямой цепью, их агрегационные свойства и характеристики адсорбции на твердых поверхностях. Holzforschung 70: 1023–1030. Искать в Google Scholar

Maleki, H. (2016) Последние достижения в области аэрогелей для восстановления окружающей среды: обзор. Chem. Англ. J. 300: 98–118. Искать в Google Scholar

Myrvold, B.O.(2013) Эксперименты по высаливанию и засаливанию лигносульфонатов (ЛС). Holzforschung 67: 549–557. Искать в Google Scholar

Myrvold, B.O. (2015a) Реакции свободнорадикального гелеобразования лигносульфонатов. Holzforschung 69: 1089–1096. Искать в Google Scholar

Myrvold, B.O. (2015b) Доказательства очень медленной дезагрегации лигносульфонатов. Holzforschung 69: 9–16. Искать в Google Scholar

Паламарчук И.А., Бровко О.С., Боголицын К.Г., Бойцова Т.А., Ладесов А.В., Ивахнов А.Д. (2015) Взаимосвязь структуры и ионообменных свойств полиэлектролитных комплексов на основе биополимеров. Русь. J. Appl. Chem. 88: 103–109. Искать в Google Scholar

Pierre, A.C., Pajonk, G.M. (2002) Химия аэрогелей и их применения. Chem. Rev. 102: 4243–4265. Искать в Google Scholar

Pockets, A.P. Самоорганизация и структурная организация лигнина. Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, 2004. Искать в Google Scholar

Qian, Y., Deng, Y., Guo, Y., Yi, C., Qiu, X. (2013) Определение абсолютной молекулярной массы лигносульфонатов натрия (NaLS) с помощью рассеяния лазерного света (LLS). Holzforschung 67: 265–271. Искать в Google Scholar

Qian, Y., Deng, Y., Qiu, X., Huang, J., Yang, D. (2014) Агрегация лигносульфоната натрия при температуре выше критической. Holzforschung 68: 641–647. Искать в Google Scholar

Qian, Y., Deng, Y., Guo, Y., Li, H., Qiu, X. (2015a) Характеристика светорассеяния структуры лигносульфоната в солевых растворах.Holzforschung 69: 377–383. Искать в Google Scholar

Qian, Y., Deng, Y., Qiu, X., Lou, H., Pang, Y. (2015b) Режим медленной релаксации лигносульфоната натрия в физиологических растворах. Holzforschung 69: 17–23. Искать в Google Scholar

Sarkanen, K.V., Ludwig, C.H. Лигнины (появление, образование, структура и реакция). Джон Вили и сыновья. Inc, New York, 1975. Искать в Google Scholar

Соколов, О.М. Определение молекулярных масс лигнинов на ультрацентрифуге и метод гель-фильтрации: Учебное пособие.Лесотех. Акад., Москва, 1987. Поиск в Google Scholar

Song, LT, Wu, ZY, Liang, HW, Zhou, F., Yu, ZY, Xu, L. (2016) Макроскопический синтез углеродного нановолокна, легированного азотом. аэрогели путем темплатно-направленной гидротермальной карбонизации азотсодержащих углеводов. Нано-энергия 19: 117–127. Искать в Google Scholar

Tang, Q., Zhou, M., Yang, D., Qiu, X. (2015) Влияние концентрации и температуры на реологическое поведение концентрированных растворов лигносульфоната натрия (NaLS).Holzforschung 69: 265–271. Искать в Google Scholar

Ткалец, Г., Кнез,., Новак, З. (2015) Инкапсуляция фармацевтических препаратов в пектиновые аэрогели для контролируемого высвобождения лекарств. Adv. Technol. 4: 49–52. Искать в Google Scholar

Выродов В.А., Кислицын А.Н., Глухарева М.И. Технология лесохимических производств. Лесная промышленность, Москва, 1987. Поиск в Google Scholar

Йошимура, Т., Мацунага, М., Фуджиока, Р. (2009) Сверхабсорбирующие гидрогели на основе альгината, состоящие из взаимодействия карбоновой кислоты и амина: получение и характеристика.е-полимеры 80: 1–8. Искать в Google Scholar

Zakis, G.F. Функциональный анализ лигнинов и их производных. TAPPI Press, Атланта, 1994. Поиск в Google Scholar

Вольтамперометрия и сканирующая туннельная микроскопия цитохром-с-нитритредуктазы на Au (111) электродах

Biophys J. 2006, 15 ноября; 91 (10): 3897–3906.

Джеймс Д. Гвайер

^* Школа химических наук и фармации и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг.Люнгби, Дания

Jingdong Zhang

Julea N. Butt

^* Школа химических наук и фармацевтики и ^‡ Школа биологических наук, Центр спектроскопии и биологии металлопротеинов, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Соединенное Королевство; и ^† Кафедра химии и NanoDTU, Технический университет Дании, DK-2800 кг.Люнгби, Дания

Йенс Улструп

Запросы на перепечатку направляйте профессору Йенсу Улструпу, Департамент химии и NanoDTU, корп. 207, Технический университет Дании, DK-2800 кг. Люнгбю, Дания. Тел .: 45-45252359; Факс: 45-45883136; Электронная почта: kd.utd.imek@uj; или д-р Джулия Батт, Школа химических наук и фармацевтики, Университет Восточной Англии, Норвич NR4 7TJ, Великобритания. Тел .: 44-1603 593877; Факс: 44-1603 592003; Электронная почта: [email protected].

Поступило 9 июня 2006 г .; Принято 15 августа 2006 г.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Escherichia coli цитохром c нитритредуктаза (NrfA) катализирует шестиэлектронное восстановление нитрита, выполняя важную роль в биогеохимическом круговороте азота. Здесь мы описываем адсорбцию NrfA на монокристаллических электродах Au (111) как электрокаталитически активную пленку, в которой фермент подвергается прямому электронному обмену с электродом. Адсорбированный NrfA был отображен с молекулярным разрешением с помощью сканирующей туннельной микроскопии in situ (in situ STM) при полном контроле электрохимического потенциала и в условиях, когда фермент является электрокаталитически активным.Раскрыты подробности плотности и ориентационного распределения молекул NrfA. Субмонослойное покрытие, разрешенное с помощью СТМ in situ, легко согласуется с неспособностью обнаружить непереходные сигналы при циклической вольтамперометрии пленок NrfA. Молекулярные структуры имеют ряд поперечных размеров. Это наводит на мысль о распределении ориентаций, которое могло бы объяснить в противном случае аномально низкое число оборотов, рассчитанное для общей популяции адсорбированных молекул NrfA, по сравнению с определенным для растворов NrfA.Таким образом, сравнение вольтамперометрических сигналов и изображений СТМ in situ предлагает прямой подход к корреляции электрокаталитических и молекулярных свойств белкового слоя, что является давней проблемой в вольтамперометрии белковой пленки.

ВВЕДЕНИЕ

Ферменты, адсорбированные или иммобилизованные на твердых поверхностях, могут сохранять свою впечатляющую каталитическую специфичность и селективность, открывая выгодные возможности для использования и объяснения катализа. Физическое отделение катализатора от растворов реагентов, продуктов и т. Д.это, например, облегчается для извлечения катализатора в биореакторах и анализа проб с помощью биосенсоров (1). Соответствующий выбор твердой поверхности также может открыть элегантные пути для контроля катализа адсорбированным ферментом, где вольтамперометрия белковой пленки (PFV) занимает важное место (2–5). Здесь твердое вещество представляет собой электрод, способный к прямому электронному обмену с окислительно-восстановительным ферментом, адсорбированным в виде (под) монослойной «пленки». Применение точно определенного, но переменного потенциала позволяет контролировать скорость катализа за счет контроля степени окисления фермента.В свою очередь, катализ производит чистый перенос электронов между электродом и молекулами подложки в растворе. В результате возникает электрический ток, который определяет скорость катализа.

Непосредственное понимание каталитического поведения окислительно-восстановительного фермента дает PFV в отсутствие кинетических ограничений со стороны межфазного переноса электронов и массопереноса реагента (продукта) (6). Новые перспективы даже для хорошо изученных ферментов появились в таких условиях благодаря тому, что активность ферментов определяется как функция электрохимического потенциала в дополнение к концентрации реагента, температуре и времени (7–16).Например, приложение повышенной движущей силы для каталитической реакции может повысить или ослабить установившуюся каталитическую скорость. Измерения до стационарного состояния также могут разрешить потенциально-зависимое ингибирование и активацию ферментов (17–20). Следующая задача — разработать механистические интерпретации каталитического поведения. Для этого глобальная активность пленки, определяемая PFV, должна быть связана с описаниями на молекулярном уровне, где кинетические и термодинамические свойства адсорбированных молекул фермента рассматриваются вместе с их поверхностной плотностью, ориентацией и подвижностью.

Традиционные подходы к интеграции кинетических и термодинамических свойств ферментов в каталитический механизм могут быть распространены на адсорбированные окислительно-восстановительные ферменты (6,21). Например, межфазный перенос электронов вводится через формализмы Батлера-Фольмера или Маркуса, которые включают термины для электродного потенциала и восстановительного потенциала ферментного центра, подвергающегося прямому электронному обмену с электродом. Затем рассчитанные профили тока и потенциала можно сравнить с определенными экспериментально, чтобы проверить механистическое предложение.При применении этого подхода обычно предполагается, что электрокаталитически активные молекулы обладают однородными свойствами. Эта ситуация может быть подтверждена экспериментально, когда каталитический отклик со временем теряет величину без изменения формы или положения. Однако даже пленки, демонстрирующие такое поведение, могут содержать особенности, указывающие на участие молекул ферментов с неоднородными свойствами. Примечательно, что распределение медленных скоростей межфазного переноса электронов, отражающее диапазон ориентации ферментов, было предложено для объяснения неспособности каталитических токов достичь постоянного значения при высоких перенапряжениях (22).

Дополнительные молекулярные свойства пленки могут влиять на электрокаталитическое поведение, даже если они не могут быть раскрыты простым анализом каталитического отклика. Они относятся к плотности, дальнему порядку и динамике адсорбированных молекул. Для мультисубъединичных ферментов целостность межсубъединичных взаимодействий после адсорбции также может быть поставлена под сомнение. Понимание некоторых из этих свойств может быть получено при изучении электрокаталитически активных пленок с помощью циклической вольтамперометрии в отсутствие реагентов (23,24).Пики, которые соответствуют восстановлению и окислению центров внутри фермента, сообщают об однородности (или ином) потенциалов восстановления, популяции электроактивных центров и общей электроактивной популяции. Однако такие «невозвратные» сигналы не всегда различимы и обычно объясняются наличием в пленке лишь небольшого количества электроактивных адсорбатов (7–15).

Вышеупомянутое обсуждение служит иллюстрацией того, что наше понимание каталитической PFV может быть значительно усилено прямым пониманием молекулярной природы белковой пленки.Одним из методов, обеспечивающих такую перспективу, является сканирующая туннельная микроскопия in situ (СТМ) (25,26). Белковые пленки на монокристаллических, атомно-плоских поверхностях электродов, погруженных в водный буферный раствор, могут быть отображены с помощью независимого электрохимического контроля электрода, скажем, электрода Au (111) и наконечника СТМ с покрытием (27, 28). Результатом является карта свойств электронного туннелирования границы раздела белок: электрод с нанометровым разрешением или разрешением одной молекулы, параллельной поверхности Au (111) (29–41).Отчетливые области с высокой проводимостью определяют плотность, порядок и поперечные размеры адсорбированных белковых молекул, которые могут быть напрямую связаны с электрокаталитическим поведением пленки.

В этом отчете мы предоставляем новые данные для PFV и in situ STM изображений цитохрома Escherichia coli , c нитритредуктазы (NrfA) на монокристаллических Au (111) электродах. NrfA катализирует шестиэлектронное восстановление нитрита до аммония, выполняя важную роль в биогеохимическом круговороте азота (42).Кристаллическая структура определила декагем-содержащий гомодимер с асимметричными размерами () (43). При pH 7 были определены потенциалы средней точки -37 мВ для гема 2, -107 мВ для гема 1 и 3 и -320 мВ для гема 4 и / или 5. Нитрит связывается в качестве аксиального лиганда с гемом 1, и нитритредуктазная активность NrfA была тщательно изучена с помощью каталитического PFV на «краевых» (PGE) электродах из пиролитического графита (14,15,17,18,44,45). Однако легкий доступ к молекулярному разрешению этих пленок NrfA затруднен из-за неблагоприятных оптических и топографических свойств поверхности PGE.Здесь мы представляем вольтамперометрические данные, которые показывают четкие сигналы для электрокаталитического восстановления нитрита пленками NrfA на электродах из Au (111). In situ STM обеспечивает визуализацию адсорбированного NrfA до молекулярного разрешения в условиях, когда фермент каталитически активен. Раскрыты подробности плотности и ориентационного распределения молекул NrfA в электрокаталитически активной пленке. Сравнение вольтамперометрических сигналов и изображений СТМ in situ предлагает прямой подход к корреляции каталитических и молекулярных свойств белковой пленки, что является давней проблемой в PFV.

Структура E. coli NrfA. Гемы пронумерованы в соответствии с порядком их присоединения к последовательности белка. Перспективы A и C связаны с B поворотом на 90 ° вокруг осей y, и x , соответственно. Пунктирные кривые в B указывают область, предложенную для стыковки с физиологическим окислительно-восстановительным партнером NrfB. Стрелки блока в C указывают предполагаемую направленность входа нитрита в активный центр и выхода аммония из него.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Реагенты

Цитохром c Нитритредуктаза (NrfA) из E. coli была очищена и количественно определена, как и ранее (43). Очищенный фермент заменяли на 50 мМ Hepes, 2 мМ CaCl ₂, pH 7,0 и хранили замороженными в виде аликвот в жидком азоте. Образцы имели удельную активность ~ 1500 мкм моль нитрита израсходовано мин. ^-1 мг ^-1 в 50 мМ Hepes, 2 мМ CaCl ₂, pH 7,0, с использованием восстановленного дитионитом метилвиологена в качестве донора электронов.Все растворы были приготовлены в воде Millipore (Millipore, Bedford, MA). Исходные растворы нитритов (нитрит калия,> 98%; Fluka, Milwaukee, WI) готовили ежедневно по мере необходимости (17). Фосфатный буфер (2 или 5 мМ, pH 7,0) получали смешиванием растворов K ₂ HPO ₄ и KH ₂ PO ₄ (Suprapur, Fluka).

Белковая пленочная вольтамперометрия

Рабочие электроды из Au (111) были приготовлены по методикам Клавильера и Гамлена (диаметры электродов равны 2.5–4 мм) и отжигали в течение 12 ч при 850 ° C (46,47). Электроды проверяли с помощью циклической вольтамперометрии в сверхчистой водной 0,1 М серной кислоте на регулярной основе и удовлетворительно сравнивали с полученными вольтамперограммами (47). Перед использованием электроды были электрополированы, отожжены в печи при 860 ° C, затем заново отожжены в пламени H ₂ и закалены в воде, насыщенной H ₂.

Пленки ферментов получали путем покрытия свежеприготовленной поверхности электрода ледяным раствором 32 мк М субъединиц NrfA.Через ~ 5 мин избыток раствора белка удаляли, а электрод помещали в электрохимическую ячейку, содержащую проволочный противоэлектрод из платины и свежеприготовленный обратимый водородный электрод сравнения. Электрод сравнения калибровали по насыщенному каломельному электроду (+244 мВ по сравнению со стандартным водородным электродом (SHE)) после каждого эксперимента. Все потенциалы указаны относительно SHE. Ячейку промывали потоком чистого (5 н.) Аргона и помещали в клетку Фарадея. Циклическую вольтамперометрию проводили на приборе Autolab PGSTAT 10 (EcoChemie, Утрехт, Нидерланды) с использованием программного обеспечения GPES.

Предыдущая PFV NrfA была выполнена с электродами PGE и буферными электролитами, содержащими буферы Goods, такие как Hepes и Mes (14,15,17). Однако было обнаружено, что буферы Goods адсорбируются на электродах из золота (111). Поэтому фосфатные буферы использовались на протяжении всего исследования, чтобы минимизировать конкуренцию между NrfA и компонентами буфера за адсорбцию на электродах из Au (111). Контрольные эксперименты с вращающимися электродами из PGE показали, что каталитическая PFV пленок NrfA по существу не зависит от того, содержит ли буферный электролит pH 7 фосфат или буфер Товара.

СТМ-визуализация на месте

Рабочий электрод, электрод сравнения и противоэлектрод из Au (111) размещались в ячейке из политетрафторэтилена, совмещенной с тефлоновым уплотнительным кольцом. Непосредственно перед использованием ячейку кипятили в 15% азотной кислоте, обрабатывали ультразвуком и тщательно промывали водой Millipore. Затем в ячейку помещали покрытый ферментом электрод, приготовленный, как описано выше. Ячейку немедленно заполняли желаемым буферным раствором электролита (3 мл) и начинали регулирование потенциала электрода.Ячейка была установлена в приборе STM (PicoSPM, Molecular Imaging, Tempe, AZ) внутри стеклянной камеры, в которую постоянно подавался поток влажного чистого аргона, чтобы гарантировать регистрацию STM in situ в анаэробных условиях (48). Прибор СТМ подвешивался на эластичных шнурах в клетке Фарадея. Использовали наконечники из вольфрама или платино-иридия (диаметр 0,25 мм, общая длина ∼17 мм), покрытые воском Apiezon. Прибор работал в режиме постоянного тока с частотой 9,8 Гц.

Размеры деталей на изображениях СТМ были определены непосредственно с помощью программного обеспечения SPIP (Image Metrology, Копенгаген, Дания).Калибровку прибора СТМ проводили по расстоянию (6,35 нм) между линиями периодической реконструкции на Au (111). Молекулярные проекции, перпендикулярные поверхности Au (111), калибровались ежедневно по золотой террасе (0,245 нм) при сканировании белковой пленки. Большинство СТМ-изображений пленок NrfA показало области с высоким контрастом с поперечными размерами> 4 нм и, таким образом, согласующиеся с кристаллографически определенными размерами белка (). Наибольший боковой размер был принят за длину молекулы.Ширину измеряли по нормали к наибольшему размеру в его центральной точке. Проверка значительного количества записанных изображений не показала непосредственной корреляции между направлением сканирования и ориентацией вытянутых структур. Таким образом, боковые размеры можно считать «физически» обоснованными. Иногда наблюдалась область аномально высокого контраста с поперечными размерами <1 нм. Такие характеристики были исключены из анализа на том основании, что они слишком малы, чтобы соответствовать белку.Покрытие электрода NrfA обычно определялось из изображений 100 × 100 нм ², молекулы, пересекающие край изображения, подсчитывались только в том случае, если появлялось более 50% молекулы. Представленные результаты являются репрезентативными для семи независимо подготовленных электродов и более 100 изображений каждого электрода.

РЕЗУЛЬТАТЫ

PFV на Au (111) электродах

Типичные циклические вольтамперограммы на Au (111) электродах, недавно покрытых NrfA, показаны на рис.Циклическая вольтамперометрия была ограничена диапазонами положительных потенциалов -0,60 В, потому что был отмечен сильный ток восстановления от эволюции H ₂, начинающейся при отрицательных потенциалах -0,50 В. В отсутствие нитрита не было обнаружено никаких сигналов, которые можно было бы отнести к восстановлению или окислению центров внутри фермента. В присутствии нитрита токи каталитического восстановления были ниже -0,10 В. Эти токи отсутствовали, когда NrfA был исключен из эксперимента, и их связывают с восстановлением нитрита, катализируемым NrfA в прямой электрической связи с электродом.Наличие электрокаталитически активной пленки NrfA было подтверждено, когда каталитический отклик сохранялся при переносе покрытых NrfA электродов на свежие нитритсодержащие буферы.

Типичные циклические вольтамперограммы пленок NrfA на электродах из Au (111). Эксперименты проводились с указанным уровнем нитрита в 2 мМ фосфате калия, pH 7, при комнатной температуре со скоростью сканирования 10 мВ с ^-1. Пунктирные линии указывают первое сканирование, сплошные линии — последнее сканирование, а пунктирные линии — промежуточное сканирование.

Некоторые свойства каталитических сигналов менялись со временем. В частности, сигналы уменьшились по амплитуде, а профили ток-потенциал стали менее зависимыми от направления сканирования (). Эти изменения могут отражать взаимосвязанные явления. Разумно предположить, что начальное и относительно быстрое уменьшение амплитуды сигнала вызвано десорбцией электрокаталитически активного NrfA, лишь слабо связанного с электродом. По мере уменьшения количества электрокаталитически активных молекул на электроде конкуренция за нитрит на поверхности электрода уменьшается.Любое ограничение на вольтамперограмме из-за переноса массы субстрата, на что указывают более высокие каталитические токи на развертке в сторону более отрицательных потенциалов, чем на обратном, должно затем уменьшаться по мере продвижения экспериментов (49). Это действительно так, и со временем вольтамперограммы стали стремиться к стационарному описанию катализа пленками NrfA.

Отчетливые установившиеся сигналы отражаются на вольтамперограммах 30 и 1000 мкм M нитрита (). При каталитическом ПФВ часто наблюдается зависимость стационарного сигнала от концентрации ферментного субстрата (2–5).Он отражает отчетливое лимитирующее событие катализа при концентрациях субстрата значительно ниже константы Михаэлиса, K _M, по сравнению с концентрацией субстрата более K _M. Для NrfA составляет ~ 30 мкм М при pH 7, и каталитические сигналы на электродах из Au (111) напоминают те, о которых сообщается на быстро вращающихся электродах из PGE, как по их форме, так и по потенциальному окну, для которого определяется активность (14,17). Стоит отметить, что каталитический отклик на стационарных электродах из PGE обычно определяется последствиями истощения нитрита вблизи ферментной пленки.Таким образом, кажется разумным предположить, что химически и топографически разнообразная поверхность PGE вмещает большую плотность электрокаталитически активного NrfA, чем гораздо более однородная поверхность Au (111).

Мы ранее интерпретировали стационарный каталитический PFV NrfA с точки зрения гомогенной популяции электрокаталитически активных молекул (5,14,15). Вкратце, при концентрациях нитрита начало активности происходит в диапазоне потенциалов, который подразумевает уменьшение гемов 1 и 3 ( E _{m, 7} −100 мВ) как необходимый шаг для наблюдения активности NrfA.При более отрицательных потенциалах предполагается, что ослабление каталитической скорости происходит в результате восстановления гема 4 и / или гема 5 ( E _{m, 7} -320 мВ) с точными механистическими последствиями, которые еще предстоит выявить. Результат — максимальный установившийся каталитический ток в узком окне потенциала. При концентрациях нитрита, таких как 1000 мк M, которые намного больше, становится труднее связать потенциалы восстановления, определенные в отсутствие субстрата, с каталитической реакцией.Это связано с тем, что события внутри комплекса фермент-субстрат определяют скорость катализа. В таких условиях активность NrfA больше не ослабляется при низком потенциале. Фактически, в 1000 мк M нитрита активность NrfA повышается при более низких потенциалах. Это может отражать лимитирующую скорость доставки электронов к активному центру в условиях максимального оборота. При промежуточных концентрациях нитрита каталитический сигнал систематически изменяется между ограничивающими формами, описанными выше.

Таким образом, характерные стационарные особенности катализа NrfA на электродах из PGE также проявляются NrfA, адсорбированным на электродах из Au (111).Аналогичное поведение наблюдалось для NrfA на быстро вращающихся поликристаллических золотых электродах (14). Однако отклик на поликристаллическом золоте сохранялся только в течение четырех или пяти сканирований. Напротив, пленки NrfA на электродах из Au (111) показали каталитическую вольтамперометрию по крайней мере через 3 часа после приготовления, что позволило более критически рассмотреть их поведение. Например, в 1000 мк M нитрита каталитический отклик, как было показано, практически не зависит от скорости сканирования до 100 мВ с ^-1.Важно отметить, что долговечность пленки NrfA на электродах из Au (111) позволила получить СТМ-изображение in situ для прямого доступа к молекулярному разрешению электрокаталитически компетентных пленок NrfA, как мы описываем ниже.

СТМ in situ на электродах из Au (111) в отсутствие нитрита

Визуализация пленок NrfA в отсутствие нитрита (туннельный ток 0,15–0,30 нА) показала наличие дискретных областей с высоким контрастом с латеральной длиной 5–15 нм. Габаритные размеры (). Этот диапазон размеров хорошо согласуется с предсказанным кристаллографией (), и эти контрастные области приписываются молекулам NrfA.То, что наибольшие размеры, полученные с помощью СТМ, немного больше, чем определено кристаллографией, является обычным наблюдением, которое, скорее всего, возникает из-за слоев воды вокруг белка или свертки кончика. Из изображений видно, что NrfA адсорбируется значительно ниже монослойного покрытия. Приписывая каждый контраст одной «молекуле» NrfA (мономеру или димеру), покрытие составляет 0,5 ± 0,1 пикомоль см ^-2.

Репрезентативные СТМ-изображения in situ NrfA, адсорбированного на Au (111) электроде. Размеры изображения: ( A ) 200 × 200 нм, ( B ) 100 × 100 нм, ( C ) 60 × 60 нм и ( D ) 30 × 30 нм.Изображения, записанные в 2 мМ фосфате, pH 7, с электродом Au (111), поддерживаемым при -0,07 В по сравнению с SHE, напряжением смещения -0,2 В, туннельным током 0,3 нА.

Когда потенциал Au (111) поддерживался в диапазоне потенциалов от ∼0,3 до −0,3 В, медленное уменьшение покрытия NrfA было отмечено при повторных изображениях данной области электрода (напряжение смещения −0,3 или −0,4 В). Распад можно приблизить к процессу первого порядка с периодом полураспада ∼60 мин. Пленки выглядели заметно менее стабильными при приложении большего потенциала отрицательного электрода и при -0.6 В период полураспада для десорбции составлял ~ 10 мин. Когда наконечник был поднят и перемещен к свежему участку электрода, покрытие оказалось в пределах погрешности по сравнению с первоначально записанной. Таким образом, десорбция NrfA облегчается процессом визуализации и ускоряется приложением электродных потенциалов ниже ~ -0,3 В. Десорбция, индуцированная кончиком, также наблюдалась во время визуализации дрожжевого цитохрома c на Au (111) и является общим наблюдением нековалентно связанной адсорбаты (34).

Получение изображений с более высоким разрешением позволило определить поперечные размеры адсорбированных молекул ().Такой анализ проводился для изображений одной и той же площади электрода с разными потенциалами Au (111) (). При напряжении смещения -0,4 В наблюдалась кажущаяся длина молекулы в диапазоне 5-15 нм и кажущаяся ширина от 4 до 10 нм с небольшой зависимостью от потенциала Au (111). В результате молекулярные «следы» варьировались от примерно круглых до удлиненно-овальных. Меньшее количество молекул, зарегистрированных при более низких потенциалах электрода, отражает отмеченные повышенные скорости десорбции. Корреляции между размерами молекул и временем удерживания на поверхности не было.

Видимые поперечные размеры молекул NrfA, адсорбированных на Au (111) электродах, удерживаемых при указанном потенциале в отсутствие нитрита. На вставке: гистограммы, представляющие частоту, ось y , заданной длины (, черный, ) и ширины (, серый, ), ось x . Данные репрезентативных изображений (60 × 60 нм), записанных в 2 мМ фосфате, pH 7, с напряжением смещения -0,4 В, туннельным током 0,15 нА.

Вертикальная проекция изображенной молекулы отражает туннельный ток, определяемый электронной, а не топографической структурой молекулы (37).Адсорбированные молекулы NrfA демонстрировали видимые вертикальные проекции ~ 0,2-0,5 нм независимо от потенциала Au (111) от -0,25 до 0,25 В (). Они намного меньше кристаллографических размеров, что в основном наблюдается с помощью СТМ окислительно-восстановительных металлопротеинов in situ (32,34,40). Хотя тогда абсолютные значения проекций менее значимы, относительные высоты все же могут отражать различия в электронной проводимости.

Вертикальная проекция молекул нитрита 0 мкм M (○) и 40 мкм M (•) как функция потенциала Au (111).Данные репрезентативных изображений (60 × 60 нм), записанных в 2 мМ фосфате, pH 7 с напряжением смещения -0,3 В и туннельными токами 0,2 нА (0 мкм нитрита М) и 0,5 нА (40 мкм нитрита М).

In situ СТМ на электродах из Au (111) в присутствии 40

мкм M нитрита

Визуализация пленок NrfA в присутствии 40 мкм M нитрита выявила особенности с аналогичной начальной плотностью (0,45 ± 0,1 пикомоль см ^{— 2}) к наблюдаемым в отсутствие нитрита.Для стабильной визуализации здесь использовался немного более высокий туннельный ток, 0,5 нА. Было очевидно, что пленки были менее стабильными, чем пленки, полученные в сопоставимых условиях, но без нитрита. Период полураспада около 20 минут был оценен по изображениям, записанным между 0,3 и -0,1 В. При более низких потенциалах электрода период полураспада еще больше уменьшался, и иногда отображаемая область очищалась от всех адсорбированных молекул в течение 20 минут повторной визуализации. Перемещение наконечника для изображения свежей области электрода показало, что десорбция NrfA была ускорена процессом визуализации.Это также свидетельствует об уменьшении охвата по сравнению с тем, что наблюдалось изначально. Это наблюдение предполагает, что NrfA может легче диссоциировать с поверхности Au (111), когда происходит восстановление нитрита. Количественному определению «внутренней» скорости потери пленки препятствовала сложность деконволюции внутренних эффектов десорбции и эффектов десорбции, вызванных визуализацией. Однако общая стабильность пленки находится в хорошем качественном согласии со стабильностью, наблюдаемой с PFV, где потенциал Au (111) непрерывно циклически проходит через диапазон потенциалов.

Из-за десорбции молекул NrfA, для оценки влияния условий измерения на внешний вид адсорбированных молекул потребовалось визуализация нескольких областей электродов. Размеры молекул были сопоставимы с таковыми в отсутствие нитрита (). Однако видимые высоты молекул, отображаемые в присутствии нитрита, обычно были меньше и имели более узкое распределение, чем зарегистрированные в отсутствие нитрита (). Например, средняя видимая высота равнялась 0.39 нм со стандартным отклонением 0,06 нм при 0,153 В в отсутствие нитрита, тогда как оно составляло 0,26 нм со стандартным отклонением 0,04 нм при 0,135 В в 40 мкм M нитрите. Это различие обсуждается ниже.

Видимые поперечные размеры молекул NrfA, адсорбированных на Au (111) электродах, удерживаемых при указанном потенциале в нитрите 40 мкм M. ( Вставка ) Гистограммы, представляющие частоту, ось y , заданной длины (, черный, ) и ширины (, серый, ), ось x .Данные репрезентативных изображений (60 × 60 нм), записанных в 40 мкм M нитрите, 2 мМ фосфате, pH 7, с напряжением смещения -0,4 В, туннельным током 0,5 нА.

ОБСУЖДЕНИЕ

На сегодняшний день только несколько исследований объединили PFV со сканирующей зондовой микроскопией in situ для выявления молекулярных структур адсорбированных молекул. Целевые белки включают цитохром c (29,31) из сердца лошади, пероксидазу хрена (30), цитохром c (34,36) Saccharomyces cerevisiae (34,36), Pseudomonas aeruginosa азурин (32,33,37,39,41 ), Pyrococcus furiosus ферредоксин (35) и Achromobacter xylosoxidans Cu-содержащая нитритредуктаза (38).Представленные здесь исследования дополняют эту коллекцию систематическим наблюдением за электрокаталитически активными пленками NrfA, полученными с молекулярным разрешением с помощью СТМ in situ. Субмонослойное покрытие NrfA электродов из Au (111) сразу выявляется и обеспечивает отправную точку для рассмотрения PFV.

Редокс-преобразование однородной невзаимодействующей совокупности адсорбированных молекул даст сигналы неперехода с пиковой плотностью тока, i _p, равной n ² F ² υ Γ / 4 РТ (50).Здесь n — число электронов, перенесенных в окислительно-восстановительном событии, υ — скорость сканирования, Γ — популяция электроактивных молекул, а F , R и T имеют свое обычное значение. Для пленок NrfA на электродах из Au (111) Γ ≈ 0,5 пикомоль · см ⁻². При скорости сканирования 10 мВ с ⁻¹, используемой в этих экспериментах, процесс n = 1 будет иметь i _p ≈ 4 нА см ⁻². Даже с учетом вдвое большей популяции, если молекулярные структуры представляют собой димеры, а не мономеры, как обсуждается ниже, это значительно ниже уровня вольтамперометрического обнаружения ().Таким образом, неспособность обнаружить непереходные сигналы от пленок NrfA легко согласуется с субмонослойным покрытием, разрешенным с помощью in situ STM.

Каталитические токи, зарегистрированные в присутствии нитрита, иллюстрируют усиление переноса электронов, достигаемое за счет катализа NrfA. При 1000 μ M нитрита достигается максимальная каталитическая скорость (∼ 30 μ M), и несколько независимо полученных пленок были исследованы в этих условиях. Когда сигналы приблизились к установившейся форме, каталитические плотности тока составляли от 4 до 15 мкм А · см ^-2 были обнаружены при -0.4 В. Принимая эти токи для представления шестиэлектронного восстановления нитрита до аммония 0,5 пикомоля электрокаталитически активного NrfA, вычисляется число оборотов, k _cat, порядка 30 с ^-1. Это значение значительно ниже, чем значение 770 с ^-1, измеренное с использованием восстановленного дитионитом метилвиологена в качестве донора электронов (43). Предполагая, что электрод из Au (111) был равномерно покрыт NrfA (СТМ-изображение на месте не дало информации, противоречащей этому), можно предусмотреть два ограничивающих сценария, чтобы учесть очевидное несоответствие между экспериментами с раствором и PFV.В одном сценарии адсорбированные молекулы проявляют идентичную электрокаталитическую активность, но с числом оборотов значительно ниже, чем у свободно диффундирующего NrfA. В альтернативном описании адсорбированные молекулы демонстрируют неоднородное поведение. Здесь адсорбированный и диффундирующий NrfA имеют одинаковое число оборотов, но только часть (~ 5%) отображаемых структур является электрокаталитически активной.

Чтобы продолжить это обсуждение, необходимо рассмотреть свойства отдельных молекул.Здесь изображения СТМ in situ сочетаются с внутренними асимметричными размерами молекулы NrfA, чтобы предоставить дополнительную ценную информацию. Молекулярные структуры показывают диапазон поперечных размеров, которые выходят за пределы неопределенности, присущей таким измерениям, что свидетельствует о неоднородности свойств адсорбированных молекул. Размеры, полученные с помощью СТМ-изображений in situ, неразрывно связаны с электронными свойствами адсорбированных молекул. Однако предыдущие исследования обнаружили широкое согласие между поперечными размерами, полученными с помощью СТМ, и теми, которые определены кристаллографически (32,34,35).Чуть большие размеры, обычно регистрируемые первым, объясняются участием структурированных слоев воды в контрасте изображения или свертке кончика. В этом контексте раскрытые здесь боковые размеры NrfA предполагают, что молекулы проецируют отчетливые «следы» на поверхность Au (111) (). Таким образом, NrfA может адсорбироваться с распределением ориентации и, возможно, в форме как мономера, так и димера.

Наложение кристаллографически определенных размеров мономеров NrfA ( белый ) и димеров ( серый ) на поперечные размеры, полученные из СТМ in situ, как в случае с Au (111) электродом при 1 мВ по сравнению с SHE.

Структура NrfA, как и многих многоцентровых металлоферментов, предполагает области, адаптированные для облегчения определенных стадий катализа. Например, каналы, которые, как предполагается, облегчают обмен субстратом / продуктом между активным центром NrfA и объемным раствором, были идентифицированы в дополнение к «горячим точкам» для продуктивного межмолекулярного электронного обмена (). Как следствие, ожидается, что электрокаталитическое поведение адсорбированного NrfA будет зависеть от ориентации. Если большинство молекул NrfA адсорбируется, чтобы ограничить доступ к каналам, которые позволяют субстрату проникать в активный центр и выходить из него, или, таким образом, который не поддерживает легкий межфазный перенос электронов, необходимый для катализа, очевидно низкий каталитический объясняется активность фильма.

Представленная здесь работа и приведенные выше обсуждения служат для иллюстрации сложности, которая может быть свойственна электрокаталитически активной белковой пленке. Данные СТМ in situ указывают на низкий уровень покрытия поверхности ферментом, что согласуется с электрохимическими данными, но также частично вызвано процессом визуализации и тесным контактом наконечника. Молекулярные структуры показывают распределение латеральных размеров, указывающее на ряд ориентаций, которые могут включать распределение форм димеров и мономеров ферментов.Однако для окончательного объяснения наблюдаемого поведения потребуется разрешение электрокаталитической активности на уровне отдельной молекулы.

Ряд недавних исследований комплексов переходных металлов (51), органических окислительно-восстановительных молекул (52,53) и небольшого окислительно-восстановительного металлопротеина, азурина Pseudomonas aeruginosa (41), подтвержденных теоретическими рамками (54), открыли пути для in situ STM не только как инструмент визуализации с высоким разрешением, но и как конфигурация одной молекулы с подобными устройствам свойствами.Такие наблюдения могут открывать другие перспективы для изучения электронных свойств окислительно-восстановительных металлоферментов на уровне одной молекулы. Зависимость от перенапряжения электрокаталитического тока отражает, например, межфазный электронный обмен в активном и покоящемся состояниях фермента, также свойственный туннельному току in situ СТМ. Различные электронные структуры фермента и комплекса фермент-субстрат также в принципе будут давать разные STM-сигналы in situ. Настоящие данные показывают меньшую кажущуюся высоту для комплекса фермент-субстрат, чем для фермента без субстрата.Для стабильной визуализации в присутствии подложки использовался немного более высокий туннельный ток, т.е. 0,5 нА против 0,15–0,3 нА. Однако, если туннельный ток следует ожидаемой экспоненциальной зависимости от расстояния, такое изменение тока кажется слишком малым, чтобы вызвать наблюдаемое изменение кажущейся высоты. Кроме того, присутствие нитрита, по-видимому, ослабляет связывание фермента с электродом, о чем свидетельствует уменьшение периода полужизни для десорбции. Не принимая во внимание различную степень влияния наконечника на фермент и комплекс фермент-субстрат, принимаемые за чистую монету, данные STM in situ позволяют предположить, что комплекс фермент-субстрат имеет более компактную структуру и более свободно связан с поверхностью с более низкой проводимостью, чем свободный фермент.

Выводы о небольших видимых изменениях высоты, т. Е. Изменениях электронной проводимости, либо при изменении потенциала Au (111), либо при связывании нитрита, требуют дальнейшего обоснования. Однако они служат для освещения общей проблемы картирования окислительно-восстановительных металлопротеинов с помощью in situ STM. Для небольших окислительно-восстановительных молекул, таких как комплексы переходных металлов, можно ожидать тесной связи между вольтамперометрическими и СТМ-моделями in situ (51,54). Когда окислительно-восстановительный центр составляет лишь небольшую часть целевой молекулы, такой как в металлоферментах, множество других каналов электронного туннелирования вне резонанса становятся все более конкурентоспособными.Они видны в СТМ и in situ STM, но не в PFV, где захват электронов важен в окислительно-восстановительном центре. К этому добавляется неоднородная структура адсорбции NrfA на голой поверхности Au (111), которая дополнительно разрушает тонкие туннельные спектроскопические особенности для однородной адсорбции. Подходы к благоприятной и равномерной адсорбции будут основаны на систематических исследованиях NrfA на модифицированных поверхностях электродов Au (111) с монослоями линкерных молекул с функциональными группами, подходящими для мягкого связывания фермента в одинаковых ориентациях.Это также обеспечило бы эффективное электронное соединение с поверхностью электрода, как показано недавно (41).

ВЫВОДЫ

Сообщенных исследований электрокаталитического поведения окислительно-восстановительных металлоферментов на четко определенных поверхностях монокристаллических электродов немного. Как показывают отчеты о малых белках, переносящих электрон, такие подходы, однако, открывают перспективы для внедрения новой технологии, такой как in situ STM, для решения проблемы поведения металлопротеинов с разрешением, приближающимся к разрешению одиночной молекулы (29–41).Это дополнительно решит нерешенные проблемы в PFV, в частности, покрытие электрода белком и количество электрохимически и электрокаталитически активных молекул белка в монослое поверхности белка.

Это исследование осветило некоторые из этих проблем. Целевой металлофермент, NrfA, электрокаталитически активен на поверхности немодифицированного монокристалла Au (111), но в отсутствие нитритной подложки вольтамперометрические сигналы обнаружены не были. Электрокаталитические сигналы уменьшались по величине с течением времени, скорее всего, из-за слабой адсорбции NrfA.In situ STM под контролем электрохимического потенциала обнаружил низкую плотность адсорбированных молекул, что легко объясняет невозможность обнаружения вольтамперометрических сигналов в отсутствие субстрата. Корреляция каталитических токов с количеством адсорбированных молекул дает число оборотов, намного меньшее, чем наблюдаемое при исследованиях растворов. Причина этого заключается в широком распространении структур латеральных размеров молекул, что отражает распределение режимов адсорбции металлоферментов, только некоторые из которых могут быть электрокаталитически активными.Таким образом, взаимная поддержка между макроскопическим PFV и одномолекулярным in situ STM подходом ярко освещена таким образом. Вместе с предыдущими исследованиями белков-переносчиков электронов (27,32–36,39,40) и окислительно-восстановительных металлоферментов (30,38), исследование предлагает способы приближения как к стабильной электрокаталитической вольтамперометрии, так и к параллельному структурному и функциональному картированию для разрешения одиночных молекул.

Благодарности

Мы благодарны Кристине Мур за очистку от NrfA и Дэвиду Ричардсону, Тому Кларку, Бенедикт Бурлат, Майлсу Чизману и Эндрю Хеммингсу за полезные обсуждения.

Эта работа финансировалась Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам (награда за докторскую подготовку JDG), Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (гранты 83 / {«type»: «entrez-nucleotide», «attrs»: { «text»: «B17233», «term_id»: «2124982», «term_text»: «B17233»}} B17233 и 83 / {«type»: «entrez-нуклеотид», «attrs»: {«text»: » B18695 »,« term_id »:« 2316599 »,« term_text »:« B18695 »}} B18695) и награду Объединенного фонда инфраструктуры в области биофизической химии Университета Восточной Англии (062178).Финансовая поддержка J.U. признается.

Список литературы

1. Тишер, В., и В. Каше. 1999. Иммобилизованные ферменты: кристаллы или носители? Trends Biotechnol. 17: 326–335. [PubMed] [Google Scholar] 2. Леже К., С. Дж. Эллиотт, К. Р. Хок, Л. Дж. К. Джукен, А. К. Джонс и Ф. А. Армстронг. 2003. Электрокинетика ферментов: использование пленочной вольтамперометрии для исследования окислительно-восстановительных ферментов и их механизмов. Биохимия.42: 8653–8662. [PubMed] [Google Scholar] 3. Винсент, К. А. и Ф. А. Армстронг. 2005. Исследование металлоферментных реакций с использованием электрохимических разверток и ступеней: точный контроль и измерения с различными реагентами, от ионов до газов. Неорг. Chem. 44: 798–809. [PubMed] [Google Scholar] 4. Армстронг, Ф. А. 2005. Последние разработки в области динамических электрохимических исследований адсорбированных ферментов и их активных центров. Curr. Opin. Chem. Биол. 9: 110–117. [PubMed] [Google Scholar] 5. Батт, Дж. Н. 2003. Свежие взгляды на ферменты азотного цикла из вольтамперометрии белковой пленки.Недавнее Res. Devel. Biochem. 4: 159–180. [Google Scholar] 6. Херинг, Х.А., Дж. Херст и Ф. А. Армстронг. 1998. Интерпретация каталитической вольтамперометрии электроактивных ферментов, адсорбированных на электродах. J. Phys. Chem. B. 102: 6889–6902. [Google Scholar] 7. Эллиот, С. Дж., К. Р. Хок, К. Хеффрон, М. Палак, Р. А. Ротери, Дж. Х. Вайнер и Ф. А. Армстронг. 2004. Вольтамперометрические исследования каталитического механизма респираторной нитратредуктазы из Escherichia coli : как восстановление и ингибирование нитратов зависят от степени окисления активного центра.Биохимия. 43: 799–807. [PubMed] [Google Scholar] 8. Андерсон, Л. Дж., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2001. Каталитическая вольтамперометрия белковой пленки респираторной нитратредуктазы свидетельствует о сложной электрохимической модуляции активности фермента. Биохимия. 40: 11294–11307. [PubMed] [Google Scholar] 9. Франджони Б., П. Арну, М. Сабати, Д. Пиньоль, П. Бертран, Б. Гильярелли и К. Леже. 2004. В дыхательной нитратредуктазе Rhodobacter sphaeroides кинетика связывания субстрата способствует внутримолекулярному переносу электронов.Варенье. Chem. Soc. 126: 1328–1329. [PubMed] [Google Scholar] 10. К. Хеффрон, К. Леже, Р. А. Ротери, Дж. Х. Вайнер и Ф. А. Армстронг. 2001. Определение оптимального потенциального окна для катализа диметилсульфоксидредуктазой E. coli и гипотеза о роли Mo (V) в пути реакции. Биохимия. 40: 3117–3126. [PubMed] [Google Scholar] 11. Херст, Дж., Б.А.С. Акрелл и Ф.А. Армстронг. 1997. Глобальное наблюдение влияния изотопов водорода / дейтерия на двунаправленный каталитический перенос электронов в ферменте: прямое измерение с помощью белковой пленочной вольтамперометрии.Варенье. Chem. Soc. 119: 7434–7439. [Google Scholar] 12. Хадсон, Дж. М., К. Хеффрон, В. Котляр, Ю. Шер, Э. Маклашина, Дж. Чеккини и Ф. А. Армстронг. 2005. Перенос электронов и каталитический контроль кластерами железо-сера в респираторном ферменте, E. coli фумаратредуктаза. Варенье. Chem. Soc. 127: 6977–6989. [PubMed] [Google Scholar] 13. Батт, Дж. Н., Дж. Торнтон, Д. Дж. Ричардсон и П. С. Доббин. 2000. Вольтамперометрия флавоцитохрома c ₃: гем с самым низким потенциалом модулирует скорость восстановления фумарата.Биофиз. J. 78: 1001–1009. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 14. Ангов, Х. К., Дж. А. Коул, Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2002. Вольтамперометрия на белковой пленке выявила отличительные отпечатки восстановления нитрита и гидроксиламина нитритредуктазой цитохрома c . J. Biol. Chem. 277: 23374–23381. [PubMed] [Google Scholar] 15. Гвайер, Дж. Д., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2005. Характеристики диода или туннельного диода? Устранение каталитических последствий переноса электронов, связанных с протонами, в многоцентровой оксидоредуктазе.Варенье. Chem. Soc. 127: 14964–14965. [PubMed] [Google Scholar] 16. Брэдли, А. Л., С. Э. Чобот, Д. М. Арчиеро, А. Б. Хупер и С. Дж. Эллиотт. 2004. Отличительный электрокаталитический ответ пероксидазы цитохрома c из Nitrosomonas europaea . J. Biol. Chem. 279: 13297–13300. [PubMed] [Google Scholar] 17. Гвайер, Дж. Д., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2004. Разрешение сложности во взаимодействиях окислительно-восстановительных ферментов и их ингибиторов: контрастирующие механизмы ингибирования нитритредуктазы цитохрома c , выявленные с помощью вольтамперометрии белковой пленки.Биохимия. 43: 15086–15094. [PubMed] [Google Scholar] 18. Гвайер, Дж. Д., Х. К. Ангов, Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2004. Редокс-триггерные события в нитритредуктазе цитохрома c . Биоэлектрохимия. 63: 43–47. [PubMed] [Google Scholar] 19. Леже, К., С. Дементин, П. Бертран, М. Руссе и Б. Гуильярелли. 2004. Кинетика ингибирования и аэробной инактивации Desulfovibrio fructosovorans NiFe-гидрогеназа изучена методом вольтамперометрии на пленке белка. Варенье. Chem. Soc. 126: 12162–12172.[PubMed] [Google Scholar] 20. Леже, К., А. К. Джонс, В. Роузбум, С. П. Дж. Альбрахт и Ф. А. Армстронг. 2002. Электрокинетика ферментов: выделение и окисление водорода Allochromatium vinosum NiFe-гидрогеназой. Биохимия. 41: 15736–15746. [PubMed] [Google Scholar] 21. Реда Т. и Дж. Херст. 2006. Интерпретация каталитической вольтамперометрии адсорбированного фермента с учетом массопереноса субстрата, обмена ферментов и межфазного транспорта электронов. J. Phys. Chem. Б. 110: 1394–1404.[PubMed] [Google Scholar] 22. Леже, К., А. К. Джонс, С. П. Дж. Альбрахт и Ф. А. Армстронг. 2002. Влияние дисперсии скоростей межфазного переноса электронов на стационарный каталитический перенос электронов в NiFe-гидрогеназе и других ферментах. J. Phys. Chem. Б. 106: 13058–13063. [Google Scholar] 23. Aguey-Zinsou, K. F., P. V. Bernhardt, S. Leimkuhler. 2003. Белковая пленочная вольтамперометрия ксантиндегидрогеназы Rhodobacter capsulatus . Варенье. Chem. Soc. 125: 15352–15358. [PubMed] [Google Scholar] 24.Тернер, К. Л., М. К. Доэрти, Х. А. Херинг, Ф. А. Армстронг, Г. А. Рид и С. К. Чепмен. 1999. Редокс-свойства флавоцитохрома c ₃ из Shewanella frigidimarina NCIMD400. Биохимия. 38: 3302–3309. [PubMed] [Google Scholar]

25. Гевирт, А. А., и Х. Зигенталер, редакторы. 1995. Наноразмерные зонды границы раздела твердое тело / жидкость. Клувер, Дордрехт, Нидерланды.

26. Данилов А. 1995. Сканирующая туннельная и атомно-силовая микроскопия в электрохимии поверхностей.Русь. Chem. Rev. 64: 767–781. [Google Scholar] 27. Zhang, J., Q. Chi, A.M. Кузнецов, A.G. Hansen, H. Wackerbarth, H.E.M. Christensen, J.E.T. Andersen и J. Ulstrup. 2002. Электронные свойства функциональных биомолекул на границе раздела металл / водный раствор. J. Phys. Chem. Б. 106: 1131–1152. [Google Scholar] 28. Чжан, Дж. Д., К. Дж. Чи, Т. Альбрехт, А. М. Кузнецов, М. Грабб, А. Г. Хансен, Х. Вакербарт, А. К. Велиндер и Дж. Ульструп. 2005. Электрохимия и биоэлектрохимия на уровне одиночных молекул: теоретические понятия и системы.Электрохим. Acta. 50: 3143–3159. [Google Scholar] 29. Андерсен, Дж. Э. Т., П. Моллер, М. В. Педерсен и Дж. Ульструп. 1995. Динамика цитохрома c на поверхностях золота и стеклоуглерода, отслеживаемая с помощью сканирующей туннельной микроскопии in situ . Серфинг. Sci. 325: 193–205. [Google Scholar] 30. Чжан, Дж., К. Чи, С. Донг и Э. Ван. 1996. In situ, , электрохимическая сканирующая туннельная микроскопия, исследование структуры пероксидазы хрена и ее электрокаталитических свойств.Биоэлектрохим. Биоэнерг. 39: 267–274. [Google Scholar] 31. Андерсен, Дж. Э. Т., К. Г. Олесен, А. И. Данилов, К. Е. Фоверсков, П. Моллер и Дж. Улструп. 1997. Ковалентно иммобилизованный цитохром c , полученный методом сканирующей туннельной микроскопии in situ. Биоэлектрохим. Биоэнерг. 44: 57–63. [Google Scholar] 32. Chi, Q. J., J. D. Zhang, J. U. Nielsen, E. P. Friis, I. Chorkendorff, G. W. Canters, J. E. T. Andersen и J. Ulstrup. 2000. Молекулярные монослои и межфазный перенос электронов азурина Pseudomonas aeruginosa на Au (111).Варенье. Chem. Soc. 122: 4047–4055. [Google Scholar] 33. Chi, Q.J., J. D. Zhang, J. E. T. Andersen и J. Ulstrup. 2001. Упорядоченная сборка и контролируемый перенос электронов синего медного белка азурина на монокристаллических подложках золота (111). J. Phys. Chem. B. 105: 4669–4679. [Google Scholar] 34. Hansen, A. G., A. Boisen, J. U. Nielsen, H. Wackerbarth, I. Chorkendorff, J. E. T. Andersen, J. D. Zhang и J. Ulstrup. 2003. Адсорбция и межфазный перенос электронов монослоев дрожжевого цитохрома Saccharomyces cerevisiae c на Au (111) электродах.Ленгмюра. 19: 3419–3427. [Google Scholar] 35. Zhang, J. D., H. E. M. Christensen, B. L. Ooi и J. Ulstrup. 2004. In situ визуализация СТМ и прямая электрохимия ферредоксина Pyrococcus furiosus , собранного на тиолат-модифицированных поверхностях Au (111). Ленгмюра. 20: 10200–10207. [PubMed] [Google Scholar] 36. Бонанни Б., Д. Аллиата, А. Р. Биццарри и С. Каннистрато. 2003. Топологические и электронно-переносные свойства дрожжевого цитохрома c , адсорбированного на голых золотых электродах.ХимФисХим. 4: 1183–1188. [PubMed] [Google Scholar] 37. Zhang, J. D., A. M. Kuznetsov, J. Ulstrup. 2003. In situ сканирующая туннельная микроскопия окислительно-восстановительных молекул. Когерентный перенос электронов при больших напряжениях смещения. J. Electroanal. Chem. 541: 133–146. [Google Scholar] 38. Zhang, J.D., A.C. Welinder, A.G. Hansen, H.E.M. Christensen и J. Ulstrup. 2003. Каталитическая монослойная вольтамперометрия и in situ сканирующая туннельная микроскопия нитритредуктазы меди на электродах из Au (111), модифицированных цистеамином.J. Phys. Chem. B. 107: 12480–12484. [Google Scholar] 39. А. Алессандрини, М. Салерно, С. Фабброни и П. Фаччи. 2005. Влажный биотранзистор, состоящий из одного металлопротеина. Приложение. Phys. Lett. 86: 133902. [Google Scholar] 40. Фриис, Э. П., Дж. Э. Т. Андерсен, Ю. И. Харкац, А. М. Кузнецов, Р. Дж. Николс, Дж. Д. Чжан и Дж. Ульструп. 1999. Подход к механизмам переноса электронов на большие расстояния в металлопротеинах: in situ сканирующая туннельная микроскопия с субмолекулярным разрешением. Proc. Natl. Акад. Sci.СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 96: 1379–1384. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 41. Чи, К. Дж., О. Фарвер и Дж. Улструп. 2005. Перенос электрона на большие расстояния, наблюдаемый на уровне одной молекулы: in situ картирование окислительно-восстановительного туннельного резонанса. Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 102: 16203–16208. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 42. Саймон, Дж. 2002. Энзимология и биоэнергетика респираторной аммонификации нитрита. FEMS Microbiol. Откр. 26: 285–309. [PubMed] [Google Scholar] 43. Бэмфорд, В.А., Х. К. Ангов, Х. Э. Сьюард, А. Дж. Томсон, Дж. А. Коул, Дж. Н. Батт, А. М. Хеммингс и Д. Дж. Ричардсон. 2002. Структура и спектроскопия периплазматического цитохрома c нитритредуктазы из Escherichia coli . Биохимия. 41: 2921–2931. [PubMed] [Google Scholar] 44. Гвайер, Дж. Д., Д. Дж. Ричардсон и Дж. Н. Батт. 2006. Ингибирование цитохрома Escherichia coli c нитритредуктазы: вольтамперометрия выявляет фермент, способный действовать, несмотря на химические проблемы, с которыми он может столкнуться in vivo .Biochem. Soc. Пер. 34: 133–135. [PubMed] [Google Scholar] 45. Б. Бурлат, Дж. Д. Гвайер, С. Поук, Т. Кларк, Дж. А. Коул, А. М. Хеммингс, М. Р. Чизман, Дж. Н. Батт и Д. Дж. Ричардсон. 2005. Цитохром c нитритредуктаза : от структурного к физико-химическому анализу. Biochem. Soc. Пер. 33: 137–140. [PubMed] [Google Scholar] 46. Клавилье, Дж., Р. Фор, Г. Гине и Р. Дюран. 1980. Изготовление монокристаллических Pt микроэлектродов и электрохимическое исследование плоских поверхностей, срезанных в направлении плоскостей (111) и (110).J. Electroanal. Chem. 107: 205–209. [Google Scholar] 47. Хамелин, А. 1996. Циклическая вольтамперометрия на поверхности монокристаллов золота.1. Поведение на лицах с низким индексом. J. Electroanal. Chem. 407: 1–11. [Google Scholar]

48. Zhang, J., and J. Ulstrup. 2006. Бескислородный сканирующий туннельный микроскоп in situ. J. Electroanal. Chem. Под давлением.

49. Армстронг, Ф. А., А. М. Бонд, Х. А. О. Хилл, И. С. М. Псалти и К. Г. Зоски. 1989. Микроскопическая модель переноса электрона на электроактивных участках молекулярных размеров для восстановления цитохрома c на графитовых электродах базальной плоскости и плоскости края.J. Phys. Chem. 93: 6485–6493. [Google Scholar]

50. Бард А. Дж. И Л. Р. Фолкнер. 2001. Электрохимические методы: основы и приложения. John Wiley & Sons, Нью-Йорк.

51. Albrecht, T., A. Guckian, J. Ulstrup, and J. G. Vos. 2005. Транзистороподобное поведение комплексов переходных металлов. Nano Lett. 5: 1451–1455. [PubMed] [Google Scholar] 52. Haiss, W., H. van Zalinge, S. J. Higgins, D. Bethell, H. Höbenreich, D. J. Schiffrin и R. J. Nichols. 2003. Зависимость проводимости одиночных молекул от окислительно-восстановительного состояния.Варенье. Chem. Soc. 125: 15294–15295. [PubMed] [Google Scholar] 53. Ли З., Б. Хан, Г. Месарош, И. Побелов, Т. Вандловски, А. Блашчик и М. Майор. 2006. Двумерная сборка и локальная окислительно-восстановительная активность молекулярных гибридных структур в электрохимической среде. Фарадей Обсуди. 131: 121–143. [PubMed] [Google Scholar] 54. Кузнецов А.М., Ульструп Дж. 2000. Механизмы сканирующей туннельной микроскопии in situ организованных редокс-молекулярных ансамблей. J. Phys. Chem. А. 104: 11531–11540. Исправление: J. Phys. Chem. А . 105: 7494. [Google Scholar]

Оценка устойчивости самодельных солнечных плит для использования в развитых странах

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.08.125Получить права и контент

Основные моменты

•: Преимущества использования самодельных солнечных плит вместо микроволновых печей.
•: Выбросы парниковых газов и образование отходов могут быть сокращены на 42,6 тыс. И 4,2 тыс. Тонн в год.
•: Около 67 ГВтч электроэнергии и 23 евро.2 миллиона можно сэкономить каждый год.
•: Социальное участие в строительстве и использовании солнечных плит может улучшить социальное благополучие.
•: Они могут мотивировать поведенческие изменения в сторону экономики замкнутого цикла и устойчивости.

Реферат

Преимущества использования солнечных плит в развивающихся странах с точки зрения экологической устойчивости широко анализируются в литературе. Однако потенциал устойчивости солнечных плит в развитых странах еще не исследован, что и является темой данной статьи.В рамках этого исследования были построены три типа солнечных плит — коробчатые, панельные и параболические, с использованием в основном (> 70%) повторно используемых бытовых материалов. Их экологические и экономические показатели жизненного цикла были проанализированы и сравнены с обычными микроволновыми печами. Результаты сначала рассматривались на уровне отдельных плит, а затем масштабировались до уровня города, региона и страны с учетом консервативного (10%) использования солнечных плит вместо микроволновых печей. Также был проанализирован вклад самодельных солнечных плит в экономику замкнутого цикла и их социальную устойчивость.Испания была использована в качестве наглядного примера, демонстрирующего потенциальные выгоды от использования солнечных плит в развитых странах с точки зрения устойчивости. Результаты показывают, что по сравнению с микроволновыми печами они могут снизить годовые затраты за жизненный цикл до 40%, а воздействие на окружающую среду — до 65%, включая выбросы парниковых газов. На национальном уровне 42 600 т CO ₂ экв. можно будет избежать ежегодно, а потребление первичной энергии сократится на 860 ТДж. Кроме того, потребление электроэнергии сократится на 67 ГВт / год, и можно будет избежать 4200 т / год бытовых отходов.Если бы солнечные плиты были построены полностью за счет повторного использования бытовых материалов, можно было бы сэкономить до 23,2 миллиона евро в год. Наконец, развитие ремесел по строительству и ремонту кухонных плит может помочь людям участвовать в жизни общества и снизить стресс, тем самым повышая их социальное благополучие. Это также может повысить осведомленность людей о более рациональном использовании ресурсов. Таким образом, самодельные солнечные плиты представляют собой многообещающую возможность стимулировать изменения в поведении в направлении экономики замкнутого цикла и устойчивости в развитых странах.

Ключевые слова

Круговая экономика

Сделай сам (DIY)

Эко-дизайн

Оценка жизненного цикла (LCA)

Стоимость жизненного цикла (LCC)

Социальная устойчивость

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Цитирующие статьи

Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.