Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

Как соорудить твердотопливный котел для загородного дома или коттеджа без помощи специалиста

Простейший агрегат можно изготовить самостоятельно при наличии базовых навыков по ведению сварочных работ.

Классический вариант включает следующие элементы:

  • топочную камеру;
  • теплообменник;
  • регулятор тяги;
  • колосники;
  • дымоход.

От размеров загрузочного бункера, его вместительности зависит время автономной работы устройства.

Необходимые инструменты и материалы

После проектирования твердотопливной котельной установки составляют спецификацию и чертежи.

Для изготовления агрегата потребуются:

  • сварочный аппарат;
  • электрическая дрель;
  • угловая шлифовальная машина;
  • набор отверток, ключей;
  • пассатижи;
  • молоток;
  • угольник.

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домовДля изготовления котла требуется сварочный аппарат.

Для каркаса нужен уголок из жаропрочной стали 50 х 50, стальные трубы для теплообменника диаметром 32‑50 мм или готовый чугунный змеевик, демонтированный с ранее используемого агрегата. Для изготовления накопителя нужен листовой прокат нержавеющей стали. Минимальная толщина металла для котла — 5 мм, для колосников — 7 мм.

Пошаговая инструкция

Для выполнения поставленной задачи потребуются навыки выполнения сварочных работ с учетом особенностей выбранного металла, используемого сварочного аппарата. Основные операции выполняются в следующей последовательности:

  1. Изготовление двухслойного жесткого корпуса с топочной камерой на основе каркаса из уголка. Между слоями металлопроката засыпают песок для предупреждения деформации листов при нагреве.
  2. Подготовка проемов для зольника и загрузочного бункера на передней стенке согласно разметке. Для увеличения точности выполнения операции мастера рекомендуют в углах сделать дрелью отверстия диаметром 3‑4 мм.
  3. Изготовление теплообменника из водопроводных стальных труб методом сварки с применением отводов.
  4. Сборка узлов агрегата. Выполняется на месте монтажа в соответствии с проектом.

После пробного пуска собранной установки при необходимости устраняют выявленные недочеты, вносят коррективы в конструкцию.

Принцип работы

Многие не понимают выгод, которые несет использование твердотопливных котлов. Покупая дешевое твердое топливо, можно обеспечить дом горячей водой и теплом. Некоторые не рационально используют установку, ограничиваясь только прогревание помещения. У них излишки тепла улетучиваются в атмосферу.

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

Чтобы увеличить КПД такого котла нужно установить специальную емкость с теплоносителем, качестве которого обычно выступает обычная вода.

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

В качестве топлива в таких котлах могут быть использованы:

  • Уголь.
  • Дерево.
  • Кокс.
  • Опилки и щепа.

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

Такой котел отличный вариант для предприятий, вырабатывающих лишние горючие материалы, которые обычно утилизируют.

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

Монтаж

Безусловно монтаж отопительной системы лучше доверить специалистам. Однако ознакомившись с инструкцией и изучив все нюансы монтажа можно сделать своими руками отопление частного дома твердотопливным котлом, при этом сэкономить приличные деньги.

Твердотопливный котел Defro (Польша).

Важно! Не следует экономить на материалах, особенно, если это касается дымохода и его обустройства. Необходимо сделать все, чтобы обезопасить себя от возникновения пожара.. Этапы монтажа:

Этапы монтажа:

  1. Котел на твердом топливе должен устанавливаться на расстоянии не менее 200 мм от стен и других материалов. Сам котел устанавливается на бетонную стяжку высотой не менее 70 мм. В случае наличия ножек, то устанавливается на них, однако если ножки не предусмотрены, то дно котла должно плотно прилегать к бетонной стяжке. Если стяжка сделана с неровностями, полости необходимо замазать герметиком. Пол перед загрузочной камерой должен быть покрыт металлическим листом.
  2. Монтаж отопительных труб, желательно медных или стальных. На входе и выходе котла устанавливаем американки, это позволит легко его обслуживать в случае неисправностей.
  3. На подающем патрубке устанавливается клапан охлаждения, который в случае превышения температуры теплоносителя на подающей линии выше 95°C перемешивает перегретую и водопроводную воду и подает ее в обратную линию общей магистрали, при этом скидывая излишки перегретой воды в канализацию.
  4. Монтаж группы безопасности, как правило состоящей из автоматического воздушного клапана, манометра и сбросного клапана на 3 Бара. В случае срабатывая сбросного клапана перегретый пар может обжечь рядом стоящего человека, поэтому на него желательно установить отвод на 90°, который направит горячую струю вниз.
  5. На обратке монтируется шаровой кран, фильтр грубой очистки, циркуляционный насос (с мокрым ротором), обратный клапан и расширительный бак, который компенсирует линейное расширение воды в результате ее нагрева.
  6. Между подачей и обраткой устанавливаем двухходовой клапан с выносным термодатчиком, который позволяет поддерживать температуру теплоносителя в обратной линии не меньше 55°С. Это позволит избежать образования конденсата внутри камеры сгорания, что в свою очередь увеличит КПД и продлит срок службы котла.
  7. Если котел электро зависимый, подсоединяем электропровода.
  8. Установка дымохода. Все стыки необходимо посадить на термостойкий герметик. Диаметр и длина дымохода указываются в инструкции к котлу.

Открытая система с естественной циркуляцией

Эта схема монтажа считается самой безопасной для твердотопливного котла: даже при резком повышении давления и температуры авария маловероятна. Отличия открытой системы от прочих:

  • в контуре используется открытый расширительный бак (его устанавливают в самой высокой точке трубопровода);
  • отсутствует циркуляционный насос. Вода движется по трубам в силу естественной гравитации. Для такой конструкции выбирают трубы большего сечения и устанавливают их под небольшим углом, чтобы вода перемещалась самотеком.

Достоинства открытых систем:

  • поскольку нет насоса, отопление не зависит от электросети. В загородных условиях проблемы с электросетями – дело обычное: перебои из-за обрыва проводов, скачки напряжения;
  • оборудование для обвязки обойдется в меньшую сумму (нет насоса, открытый бак дешевле мембранного).

Минусы:

  • монтаж технически сложнее – нужно соблюдать необходимый уклон труб, устанавливать элементы обвязки на определенной высоте;
  • неизбежно попадание в систему кислорода, который приводит к коррозии труб и металлических фитингов;
  • по той же причине неизбежно завоздушивание контура;
  • теплоноситель частично испаряется, приходится его восполнять;
  • даже при большом диаметре труб естественная циркуляция медленнее принудительной. Необходимо оснащать регулировочными кранами все отопительные приборы, свести к минимуму количество запорной арматуры, но и в этом случае прогрев контура будет неравномерным.

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домовТрубопровод системы с естественной циркуляцией

Как выбрать нужную мощность?

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

Конечно, лучше всего, если расчет необходимой мощности котла будет выполнен профессионалами. Однако при желании можно и самому получить примерное представление о том, какой мощностью должен обладать котельное оборудование для отопления частного дома. Существует довольно простая формула, которая позволяет определить приблизительную цену такого аппарата.

При расчете мощности нужно исходить из следующего правила: чтобы обогреть 10 кв. м. помещения, где было проведено основательное утепление, с потолками, не превышающими в высоту 3 м, значение мощности должно составлять 1 кВт. Так, если этим оборудованием планируется оснастить коттедж, площадь которого равна 250 кв. м., то мощность приобретаемого аппарата должна составлять порядка 25 кВт.

Следует иметь в виду, что эта схема расчета мощности является очень упрощенной. Если эту работа поручена опытным инженерам-теплотехникам, то они обязательно учтут такие факторы, как качество утепления стен, количество и характеристики окон и пр.

Параметры выбора

При выборе твердотопливного котла следует учитывать ряд важных критериев:

  • Мощность агрегата – подбирается в зависимости от обогреваемой площади и необходимой температуры теплоносителя.

  • Доступность топлива.
  • Вид тяги в толочном отсеке – естественная или принудительная. Эта характеристика влияет на производительность прибора и возможность его установки в определённом помещении.
  • Материал конструкции теплообменника. Чаще всего встречаются изделия из стали и чугуна. От их качества зависит надёжность котла и его теплосберегающие качества.
  • Коэффициент полезного действия (КПД) – определяется типом закладываемого горючего, спецификой конструкции и наличием дополнительных элементов, таких как вытяжка, автоматическое поступление топлива и др.
  • Вариант размещения «водяной рубашки» — позволяет оптимально подобрать агрегат для монтажа с соблюдение требований пожарной безопасности.
  • Способ загрузки топлива и размер камеры сгорания – позволяет рассчитать рабочий цикл котла и возможность автоматизации его действия.
  • Масса прибора – учитывается при определении основы для установки оборудования. Поверхность должна быть прочной и устойчивой к деформации.
  • Расположение зольника и его конструкция – определяют удобство обслуживания этого элемента во время эксплуатации оборудования.
  • Цена – складывается из характеристик прибора и популярности марки.

Отопительный котел нижнего горизонтального горения

Применение твердотопливных котлов для отопления частных домовВ твердотопливном котле с тягой, направленной горизонтально, происходит процесс естественного горения топлива в нижнем слое закладки дров

Как видно из приведенного рисунка, в котле с горизонтальным сгоранием топлива горение происходит вблизи колосника, образующиеся дымовые газы уходят в вертикальный кожухотрубный теплообменник, вынесенный за пределы закладочной камеры и далее в дымовую трубу.

Тепло, образующееся при сгорании топлива, воспринимается водоохлаждаемым колосником, стенками топки и кожухотрубным теплообменником. В дымовую трубу выбрасываются газы с невысокой температурой, необходимой для создания тяги.

В подобной конструкции котла вся закладка дров не прогревается, не продувается горячими дымовыми газами. Горит только нижний слой. Такая конструкция позволяет увеличить объем загрузочной камеры, и обеспечивает весьма длительную работу котла на одной загрузке — на дровах до 12 часов. 

Котел работает непрерывно, без остановки. Просто докладываете топливо сверху и удаляете золу снизу на работающем котле без остановки процесса горения.

Котел оснащен заслонкой, расположенной между загрузочной камерой и дымоходом. Перед открытием загрузочной дверцы открывают растопочную заслонку. Тяга через открытую растопочную заслонку не допускает дымления котла  в помещение через дверцу загрузочной камеры при закладке дров.

Обратите внимание на ручку внешнего механизма прочистки выше дверцы поддувала. Выдвижение ручки на себя приводит в действие каретку продольной очистки колосника

Очистка может быть проведена при работающем котле. В задвинутом состоянии каретка прячется в парковочной нише. Внешняя механическая очистка колосника позволяет удалять золу не останавливая котел. 

Работа на сырых дровах — котел может работать на дровах влажностью до 50%

Удобная верхняя загрузка и легкое обслуживание — удобная верхняя загрузочная дверка позволяет до самого верха загрузить котел дровами одного размера. Простая шомпольная очистка теплообменника позволяет всегда поддерживать высокий КПД котла.

Резервный электронагреватель — котел имеет встроенный ТЭН, который можно использовать для увеличения максимальной мощности котла в наиболее холодное время года или использовать как резервный источник тепла при окончании топлива.

Высокая эффективность — водоохлаждаемый колосник и эффективный кожухотрубный теплообменник (такой же как на промышленных котлах) обеспечивает высокий КПД котла во всем диапазоне рабочих мощностей.

Твердотопливные котлы

Несмотря на все недостатки, твердотопливные котлы для отопления частного дома используются в большинстве случаев. Наверно, во многом это благодаря привычке и традициям, но факт остается фактом — котлов на твердом топливе в нашей стане установлено больше чем всех других.

Твердотопливные котлы работают в основном на дровах и на угле

В основном для отопления используют два вида твердого топлива — дрова и уголь. Что проще достать и дешевле купить, тем в основном и топят. А котлы — под уголь и дрова надо использовать разные: в дровяных твердотопливных котлах загрузочную камеру делают большего объема — чтобы можно было заложить больше дров. В угольных ТТ котлах топку делают меньше по размеру, но с более толстыми стенками: температура горения очень высокая.

Плюсы и минусы

К достоинствам данных агрегатов можно отнести:

  • Недорогое (относительно) отопление.
  • Простая и надежная конструкция котлов.
  • Есть энергонезависимые модели, которые работают без электричества.

Недостатки серьезные:

  • Циклический режим работы. В доме то жарко, то холодно. Для нивелирования этого недостатка в системе устанавливают теплоаккумулятор — большую емкость с водой. В ней на фазе активного горения запасается тепло, а потом, когда закладка топлива прогорит, запасенное тепло расходуется на поддержание нормальной температуры.
  • Необходимость регулярного обслуживания. Дрова и уголь надо закладывать, разжигать, затем регулировать интенсивность горения. После прогорания топку надо вычистить и запустить процесс по-новой. Очень хлопотно.
    Принцип работы обычного твердотопливного котла
  • Невозможность оставить дом на длительное время. Из-за цикличности работы необходимо присутствие человека: надо топливо подкидывать, иначе система при длительном простое может замерзнуть.
  • Процесс закладки топлива и чистки котла довольно грязное занятие. При выборе места установки это стоит учитывать: ставить котел надо максимально близко к входной двери, чтобы не носить грязь через все помещение.

Если говорить в общем, то использование твердотопливного котла для отопления частного дома — неудобное решение. Хоть закупка топлива, как правило, обходится относительно недорого, но если посчитать еще затраты времени, то не так уж и дешево выходит.

Котлы длительного горения

Чтобы увеличить промежуток между закладками топлива были разработаны котлы длительного горения. В них используются две технологии:

  • Пиролиз. Пиролизные твердотопливные котлы имеют две или три камеры сгорания. Закладка топлива в них горит при недостатке кислорода. При таком режиме образуется большое количество дымовых газов, большая часть которых горючи. Причем при горении они выделяют тепла намного больше, чем дрова или тот же уголь. Эти газы попадают во вторую камеру, куда через специальные отверстия подается воздух. Смешиваясь с ним, горючие газы воспламеняются, выделяя дополнительную порцию тепла.
    Принцип работы пиролизного котла
  • Режим верхнего горения. В традиционных твердотопливных котлах огонь распространяется снизу-вверх. Из-за этого горит большая часть закладки, топливо прогорает быстро. Во время активного горения часто происходит перегрев системы и дома, что очень некомфортно. При использовании верхнего горения огонь разжигается только в верхней части закладки. Одновременно горит только небольшая часть дров, что выравнивает тепловой режим и увеличивает срок горения закладки.

Котел с верхним горением

Насколько эффективны эти технологии? Довольно эффективны. В зависимости от конструкции одна закладка дров может гореть от 6-8 до 24 часов, а угля — от 10-12 часов до нескольких суток. Но для получения такого результата необходимо использование топлива высокого качества. И дрова и уголь должны быть сухими. Это — основное требование. При использовании влажного топлива котел даже может не выйти на режим тления, то есть, греть он не начнет. Если у вас есть дровник с двух-трех годичным запасом дров или обширный сарай, в котором храниться уголь, котел длительного горения для отопления частного дома — хороший выбор. Лучше, чем обычный.

Принцип работы

По способу теплообразования котел отопительный длительного горения на дровах для дома ничем не отличается от обычного, так называемого котла прямого горения. В его топке сгорает органическое топливо (древесина, уголь, торф и пр.), а тепло от пламени и дымовых газов передается теплоносителю: воздуху (в печах-конвекторах) или воде (в котлах на дровах с водяным контуром).

Но если в обычном котле закладку топлива приходится обновлять в среднем через каждые 4 часа, то прибор с длительным горением способен проработать без дозаправки в среднем 12 часов на древесном топливе и 36 на угольном.

Что же придумали инженеры, чтобы добиться такого результата? Первый ход кажется очевидным и напрашивается сам собой: нужно увеличить размеры топки, чтобы в нее можно было поместить побольше топлива.

Принцип работы твердотопливного котла длительного горения с водяным контуром для дома

Действительно, в теплогенераторах прямого горения мощностью 20 кВт объем топки составляет примерно 50 – 60 л, тогда как в «долгоиграющих» печах той же мощности этот показатель увеличен до 100 – 150 л, а у некоторых гигантов вообще составляет более 250 л.

Очевидно и следующее: одним только увеличением топки отделаться не получится. Если даже очень большую груду топлива поджечь обычным способом, пламя быстро распространится по ней и через 4 часа снова придется бежать в поленницу. Инженеры предложили несколько решений, на основании которых были созданы такие виды теплогенераторов:

Котлы с удлиненной топкой

Поскольку пламя в силу явления конвекции охотнее всего распространяется в направлении снизу вверх, логично расположить топливо не в виде груды, как в обычной печи, а в виде вытянутой горизонтальной линии.

То есть так, чтобы основная масса горючего была не над огнем, а сбоку от него.

Именно для этого и нужна удлиненная топка. Чтобы еще больше замедлить сгорание топлива, необходимо организовать дозированную подачу воздуха непосредственно в зону горения. Для этого применяются воздуховоды различных конструкций, например, телескопические.

Котлы с верхним горением

Нетрудно понять, что для наилучшего эффекта массив топлива следовало бы расположить не сбоку от пламени, а под ним. Эта идея легла в основу создания котлов с верхним горением, в которых горючее закладывается в виде вертикальной колонны, но поджигается не снизу, а сверху.

Здесь также реализована «адресная» подача воздуха: по телескопическому воздуховоду он подается строго в зону горения.

Газогенераторные (пиролизные) котлы

В теплогенераторах этого типа применен принципиально иной способ сжигания топлива. Сначала оно подвергается нагреву в бескислородной среде, вследствие чего происходит распад биополимеров (органических молекул) на целый ряд газообразных веществ – метан, азот, водород и пр. Эта смесь, которую называют древесным газом, также способна гореть.

Процесс ее образования и называется пиролизом или газогенерацией. Для сжигания древесного газа в топке котла имеется отделенное пространство (камера дожига), куда он поступает через форсунки.

Увеличение длительности горения – только одно из достоинств такого подхода. Кроме этого:

  • КПД теплогенератора удалось увеличить с обычных 80% до 90% — 93%;
  • за счет более полного, чем при обычном сжигании, разложения топлива выхлоп становится более экологичным и, соответственно, менее опасным для деталей котла и дымохода;
  • в топке остается очень мало золы;
  • по управляемости пиролизный котел на дровах приближается к газовому.

Некоторые не очень добросовестные производители прибегают к хитрому приему: выпускают обычные котлы, но предлагают эксплуатировать их в режиме тления (ограничивается подача воздуха в топку) и на основании этого позиционируют свою продукцию как теплогенераторы длительного горения.

Котел пиролизный

Действительно, при тлении топлива хватит на более долгий срок, чем при полном горении, но такой режим сопровождается целым рядом нежелательных эффектов:

  • КПД теплогенератора падает до 50%.
  • Происходит спекание мелкой фракции топлива, из-за чего оно превращается в корж.
  • Из-за неполного окисления топлива выхлоп получается насыщенным угарным газом и тяжелыми углеводородными радикалами – остатками органических молекул, проявляющими высокую химическую активность.

Следует учесть и то, что древесина некоторых пород, например, ива и тополь, в таком режиме горит плохо.

Параметры выбора оборудования для обогрева

Эффективность отопления определяется правильным выбором модели котла. Каждый из критериев влияет на характеристики системы, ее надежность, удобство эксплуатации.

Материал по теме: Особенности приобретения и подбор нужных характеристик газового двухконтурного котла

Материал теплообменника

Змеевик может быть стальным или чугунным. Первый вариант привлекает высоким КПД (от 86%), стойкостью к ударным нагрузкам, простотой чистки, большим объемом камеры сгорания в сравнении с аналогами. При этом срок службы и стойкость к коррозии таких моделей меньше. Чугун надежнее, служит от 25 лет, выдерживает высокие температуры, прост в очистке.

Виды топлива

Производители выпускают котлы, работающие на угле, дровах, торфяных брикетах, пеллетах, коксе. Выбор оборудования мультитопливного исполнения повышает универсальность агрегата, позволяет в зависимости от ситуации выбирать оптимальный вид горючего.

Твердотопливные котлы работают на дровах.

Мощность

Производительность установки определяют исходя из количества отапливаемых квадратных метров (из расчета 1 кВт/10 м²). Для получения более точного показателя учитывают эффективность теплоизоляции здания. Если ее нет, при расчетах вводится коэффициент 60, для утепленных зданий — 40.

Чтобы техника работала без перегрузок, мастера рекомендуют предусматривать 20 %-ный запас мощности. При высоте потолка 2,7 м и площади 150 м² расчет выполняют следующим образом:

150 х 2,7 х 60 х 1,2 = 29160 Вт.

Габариты

Размер корпуса зависит от вида топлива, конструкции, комплектации установки, материала теплообменника, характеристик модели. Для техники классической конструкции, работающей автономно 8‑12 часов, этот показатель составит в среднем 1100 х 600 х 850 мм.

Полезный объем загрузочной камеры

В зависимости от модификации оборудования соотношение размеров топки и мощности составляет для агрегатов со стальным теплообменником 1,6‑2,6 л/кВт, для чугунных аналогов — 1,1‑1,4 л/кВт. Чем величина больше, тем реже нужна загрузка топлива.

Объем загрузочной камеры зависит от мощности.

Потребление электроэнергии

Техника с электронным управлением, оснащенная вентилятором для подачи воздуха и насосом для циркуляции теплоносителя, требует подключения к сети. Для надежности энергоснабжения предусматривают резервирование на случай перебоев питания.

Наличие буферной емкости

Возможность организации ГВС — аргумент в пользу выбора моделей, оснащенных встроенным или внешним теплоизолированным баком для нагретой воды.

Долговечность конструкции

Срок службы котла зависит от материала изготовления корпуса, теплообменника, толщины используемой стали. При соблюдении базовых рекомендаций для чугунных моделей он превышает 25 лет, для стальных — 15.

Долговечность конструкции зависит от материала изготовления корпуса.

Безопасность

Стабильность работы агрегата зависит от качества его сборки, комплектации, точности соблюдения правил монтажа и эксплуатации. Надежность системы повышается с установкой предохранительных клапанов, манометра для контроля давления, воздухоотводчиков, с резервированием питания циркуляционного насоса.

Дополнительные опции

Для повышения КПД в комплектацию включают автоматику с функцией управления подачей воздуха в зону горения, контроля температуры в соответствии с настройками комнатного терморегулятора. Выпускают модели с авторозжигом, конвейерной подачей горючего.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Денис Серебряков/ автор статьи
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: