keramická pec

ANEB JAK SI KAMNÁŘI HRAJÍ ..... S OHNĚM

Kuzněcov po česku

Kuzněcov je mezi Českými kamnáři i informovanými laiky v posledních několika letech dosti diskutovaný pojem. Jedná se o technologii konstrukce a stavby topidel na tuhá paliva, která je značně odlišná od principů běžně používaných ve středoevropské kamnářské kolébce, kam spadá mimo České republiky i Rakousko, Německo, Švýcarsko a sever Itálie.

Tato technologie k nám přišla z Ruska a přejímá název od svého propagátora pana Igora Kuzněcova. Slaví s ní úspěch jak v rodném Rusku, tak po Evropě i v USA.

Kolem Kuzněcovovy techniky koluje v Česku spousta mýtů. Staví se z jakýchkoli materiálů, není problém implantovat vodní výměník, prohřívá se naprosto rovnoměrně, spaluje zcela čistě a téměř bez odpadu, je velmi levná, je ekologická, a.t.d.

V roce 2010 se naskytla příležitost kuzněcova postavit a prověřit vše v praxi. V novostavbě slaměného domku v Jižních Čechách jsem dostal za úkol vytvořit těžká kamna s ležením, která by měla vyhřát polovinu domu jak v přízemí, tak v podkroví. Vznikl tedy projekt Kuzněcov, kde jsem se snažil zachovat vše co kuzněcovovi je typické. Tedy celá konstrukce je vystavěna na hlínu z červených plných cihel, s hliněnou omítkou - stejně jako interiéry i exteriér domu. Vyjma ohniště a pádu je konstrukce jednoplášťová. Kamna tvoří celkem 4 kalpaky, z čehož jeden je ležení. Spaliny procházejí z prvního kalpaku buďto do druhého – hlavního – a v patře do třetího kalpaku, nebo do ležení a stejně do patra. Napojení do komína je umístěno v patře. (Vše by mělo být patrné z přiložených výkresů.) Ve druhém kalpaku je umístěna startovací klapka vedoucí přímo do komínového průduchu. Účinná výška třísložkového izolovaného keramického komína o vnitřním průměru 20 cm je cca 500 cm, neúčinná cca 250 cm. Komín je umístěn ve hřebeni střechy a opatřen cihelnou klenutou stříškou.

Jediné co jsem z kuzněcovovy technologie pod tlakem středoevropských kamnářských vědomostí o spalování a  účinnosti neakceptoval, je jeho spalovací komora. Instalovali jsme tedy Bio 3 od Ratha včetně pádu – ústícího do prvního kalpaku. Samozřejmě jsme kamna vybavili startovací štěrbinou a explozivní pojistkou, což ale na základní kuzněcovův princip nemá vliv.

Kamna váží celkem cca 6500 kg, jsou vysoká cca 450 cm. Teplosměnné plochy (bez ležení) jsou dimenzovány dle ČSN 734231 pro návrhovou povrchovou teplotu od 40 do 60°C. Objekt je charakterizován ve znění výše zmíněné normy jako dobře tepelně izolovaný. Okamžitý výkon ohniště (51 kWh) je dimenzován na 10 – 12 hodinovou akumulaci při odpovídající tepelné ztrátě vytápěných místností. Což v praxi znamená, že by kamna měla v přechodových obdobích mít periodu přikládání 24 hodin a v největších zimách cca 8 hodin. Tedy výpočet tepelné ztráty, okamžitý výkon, celkový výkon spalovací komory (= akumulační doba), velikost teplosměnných ploch vychází z nám známých a v praxi ověřených výpočtů. Pouze profil a délka tahového systému jsem do dimenzování nepoužil, neboť v kuzněcovi tahů nět. Jediné v čem se tato stavba zásadně liší od našich kamen je materiál – červená cihla a akumulační hmotnost, která je zhruba desetkrát větší, než je dle našich výpočtů nutné.

N stavbě se podílelo celkem 8 lidí. 6 kamnářů z Čech, jedna kamnářka z Brna a jeden kamnář ze Slovenska. (tedy stavba s mezinárodní účastí). Stavba trvala téměř tři týdny, ale legrace jsme si užili jako za celý rok.

Princip kuzněcovových kamen spočívá v tom, že kamna nemají tahy tak jak je známe, ale „kalpaky“. Kalpak je jakýsi zvon, do něhož přitékají spaliny ve spodní části a odcházejí na druhé straně, ale též ve spodní části. Princip plnění teplem je stejný jako u potoka, který teče do rybníka, pouze obráceně, tedy vzhůru nohama. (Teplé spaliny stoupají vzhůru). Takovýchto kalpaků je možné za sebou, nebo spíše nad sebou vyhotovit více s tím, že celý systém má být „samoregulační“. Logicky, pokud spaliny odevzdají svou tepelnou energii v prvním kalpaku, potom se v následujícím nezdrží a protože jsou chladné, tedy těžké, projdou nejkratší cestou do komína. Je to odborně nazýváno jako „Volný tok spalin“ Naopak, pokud v ohništi vyhoří palivo a uživatel neuzavře dvířka, chladný vzduch proudící skrz ohniště systémem do komína neodnáší naakumulované teplo, neboť proběhne pouze spodem kalpaků a teplé – lehčí plyny nechá nedotčeny ve vyšších oblastech. Tedy kamna nejsou tolik náročná na vychládání při netěsnosti systému. Motorem kuzněcovových topidle je roštové ohniště s pro nás středoevropany dosti nezvyklým způsobem odvodu spalin. Kuzněcov nemá spalinové hrdlo, ale jakousi svislou štěrbinu po celé výšce ohniště. Podle jeho tvrzení se procesu spalování zůčastní plyny zahřáté na odlišné teploty. Ty chladnější – nespalitelné odchází spodem, a čím jsou teplejší, tím vyšší část štěrbiny odcházejí z ohniště. Staví se na hlínu, převážně z červených plných cihel, případně z cihel šamotových. Ohniště je na naše poměry veliké a prosklené. Kalpaků lze na sebe vršit více, čímž je možné vytápět i několik podlaží nad sebou. Toť velmi jednoduchý a stručný popis kuzněcovovy technologie. Více se o ní lze dočíst přímo na stránkách www.stove.ru. Pan Kuzněcov přijal v roce 2008 pozvání skupiny českých kamnářů a uspořádal v Česku workshop s přednáškou a stavbou kamen. (http://www.stove.ru/index.php?lng=1&rs=190) Při dotazech na účinnost systému se odvolával na státní zkušebnu a uváděl 90%. Při dotazech na dimenzování odpovídal nejdříve ve smyslu „hvězdy ještě nevyšly“ a následně „neptej se a makej“. A při dotazech na spotřebu odpovídal „matička Rus je veliká“.

Po té, co jsme kamna začátkem léta dostavěli, vysychala do podzimka. Někdy v září jsme udělali slavnostní zapálení. Spálili jsme cca deset kg. Dřeva. Takto byla konstrukce vysoušena další cca dva měsíce. Poté jsme začali intenzivně topit. Domeček tuto zimu ještě nebyl zcela zateplen a byť v přízemí příčky stály, v podkroví přijdou na řadu až za rok. Tedy půda byla oproti původnímu výpočtu extrémě ztrátová, což mělo na provoz topidla zásadní vliv. Konstrukce přes téměř půlroční vysychání vykazovala celou zimu známky schnutí. V horním kalpaku docházelo k tak intenzivní kondenzaci, že místy opadala povrchová vrstva omítky. Nakonec jsme se s investorem domluvili, že celý vrchní kalpak obalí do izolace. To zabralo a kondenzace se přestěhovala do komína. Každý den se v komíně nasbírala sklenička kondenzátu. Tento jev přirozeně měl vliv jednak na rovnoměrnost tahu a jednak na nekvalitní prokysličování v ohništi. Koncem zimy jsme udělali společné sezení, provrtali kamna na několika místech a na komín nainstalovali teplotní čidlo. Postupně jsme měřili teploty nejdříve u startovací klapky, pak u sopouchu v podkroví a pak na komíně. Po intenzivním nonstop topení v délce cca 6 hodin se nám podařilo teplotu vyhnat až na potřebných 75°C, kdy zmizela kondenzace i z hlavy komína.

Proč tomu tak bylo i přes to, že majitel poctivě dva až třikrát denně topil optimální dávku paliva? Červená cihla má relativně nízkou schopnost přenosu tepla, ale relativně slušnou akumulaci. Pro tyto vlastnosti byla několik tisíc let používána jako konstrukční materiál budov. Tepelnou energii akumuluje, ale zároveň působí jako brzda přenosu, tedy v porovnání s jinými kamnářskými materiály jako izolant.

Pro uvedení našich kamen do provozuschopného stavu bylo tedy nutné jim dodat takové množství tepelné energie, které odpovídá tepelné akumulaci celé hmoty kamen. Tím se vytvořil jakýsi tepelný přetlak, který prostrkal teplo až na plášť topidla. Po tomto nabití už stačilo doplňovat pouze ony zmíněné optimální dávky paliva v příslušných intervalech a kamna topila jak divá a kondenzace ustoupila. Při jakémkoli větším odběru (několikadenní nezatopení) sice kamna topí akumulačně, ale následně je nutné jim tepelný přetlak znovu dočerpat, aby se dostala do optimálního stavu. Uvidíme, jak se bude systém chovat příští zimu, kdy bude objekt již plně zaizolován a obydlen a kamna zcela vaschlá.

Výše uvedená zkušenost člověku přijde jako logická a jasná. A mohlo lze tedy konstatovat, že kuzněcovova technologie je funkční a provozu schopná. Vezmeme –li však k porovnání výkonově i hmotnostně srovnatelné topidlo – viz kapitola Kamna pod schody, zjistíme, o kolik se dnešní středoevropská kamnařina liší a o kolik je vyspělejší. Zmíněné topidlo má spalovací komoru podobného výkonu a tepelné ztráty vytápěných prostor jsou srovnatelné. Hmotnost je sice o 500 kg menší, přes to je stále srovnatelná. Navíc oproti kuzněcovi nemá rozdělený tah, tedy plášť a při topení vytápí všechny teplosměnné plochy naráz. Tato kamna s Ortnerovo technologií a tenkostěnným šamotovým opláštěním se začnou zřetelně prohřívat již hodinu po zatopení a do tří hodin jsou v plném výkonu. A to při dvou optimálních dávkách paliva. Zatím co u kuzněcova jsme přiložili plné ohniště cca 12x. Tedy pružnost systému je cca 6 krát vyšší, než u kuzněcova.

Další nevýhodou je značně problematický start, kdy přemluvit chladné kalpaky, aby pustily do komína aspoň nějaké teplo – aby mohl táhnout – i přes startovací klapku, je téměř nadlidský úkol. Pokud se uživatel nebude kamnům při roztápění dostatečně věnovat a připustí kondenzaci a z ní plynoucí problémy s tahem, vzniká zde značné riziko napuštění obrovského množství nespáleného dřevoplynu do kalpaku a následně jeho exploze, která musí být násobně větší, než podobný stav u klasických kamen s tahovým systémem.

Závěr:

Tato technologie je v porovnání s výše zmiňovanou středoevropskou technologií nesmírně primitivní. Její největší výhodu vidím v tom, že pokud by nastala situace, že nebudou dostupné žádné sofistikované materiály jako šamot, kachle a.t.d. jsme schopni postavit topidlo, které akumuluje a hřeje. Ale musíme si být vědomi jeho vlastností. Nespornou výhodou však je cena, která vychází zhruba poloviční oproti klasickým kamnářským metodám. Každopádně kuzněcova nezatracuji, ale před jeho aplikací doporučuji zvážit všechna pro a proti.