Отопление частного дома твердотопливным котлом на дровах

Другие статьи на эту тему:

Среди котлов на твердом топливе самой большой популярностью пользуются твердотопливные котлы на дровах.

Твердотопливные котлы на дровах

Котлы на дровах по принципу сжигания топлива делятся на три категории:

Твердотопливные котлы естественного, природного горения

В твердотопливном котле с обычным природным процессом горения топлива горит сразу вся закладка дров.

В традиционных котлах естественного горения происходит обычный, природный процесс сгорания топлива. Такие котлы имеют простое устройство, относительно не дорогие, менее требовательны к качеству топлива и не сложные в обслуживании.

Мощностью котла можно управлять, изменяя интенсивность горения топлива, но в ограниченном диапазоне 60-100%. Для этого, прикрывая заслонку, уменьшают подачу воздуха в котел  При этом снижается не только мощность, но и КПД котла. Максимальный КПД котлов классического горения не превышает 80%.

Самый большой недостаток — малая продолжительность горения одной загрузки топлива, обычно не более 4-х часов.

Пиролизные газогенераторные твердотопливные котлы длительного горения на дровах

Работа пиролизных котлов основана на принципе газификации топлива.

Топка котла разделена на две части. В верхней камере котла (камере загрузки топлива) топливо тлеет. Под действием высокой температуры и недостатке воздуха для полного сгорания, из древесины выделяется горючий газ, который затем сжигается в нижней камере (камере сгорания).

Этот процесс повышает КПД котла до 85-90% и увеличивает продолжительность горения до 12 часов.

Пиролизные котлы достаточно сложные и дорогие устройства. Как правило, котлы оснащаются дымососом, электронными устройствами управления и контроля.

Котлы требуют обязательного использования дров влажностью не более 20-25%. При естественной сушке в поленнице, колотые дрова приобретают указанную влажность только через два года хранения под навесом.

Для увеличения продолжительности горения пиролизных котлов необходимо топливо определенных размеров, например, толщина полена не должна быть меньше 10см.

Диапазон регулирования мощности котла 50-100% Работа котла нарушается при малой нагрузке, с мощностью менее 30-50%. Для отопления дома в межсезонье необходим другой источник тепла.

Пиролизные котлы торговых марок VERNER и ATMOS  имеют хорошие отзывы домовладельцев.

Твердотопливные котлы с подачей в топку вторичного воздуха

 (Псевдо пиролизные котлы)

В обычных котлах с природным процессом горения, в целях регулирования мощности сокращают подачу воздуха в топку. Недостаток воздуха для горения, как и в пиролизных котлах, вызывает появление в отходящих газах горючих газов, которые бесполезно улетают в трубу. Увеличивается расход топлива, а КПД котла уменьшается.

В твердотопливном котле с подачей в топку вторичного воздуха происходит обычный природный процесс горения топлива — горит сразу вся закладка дров. Подача вторичного воздуха в верхнюю часть топки способствует сжиганию горючих газов, которые появляются при ограничении подачи воздуха в топку. Канал подачи вторичного воздуха в верхней дверце показан синей стрелкой.

Для повышения экономичности обычных твердотопливных котлов, производители придумали в верхнюю часть топки дополнительно подавать вторичный воздух, и горючие газы сгорают в топке.

У таких котлов увеличивается КПД, но продолжительность горения загрузки топлива и другие параметры остаются как у традиционных котлов.

Однако, некоторые производители и продавцы называют такие котлы тоже пиролизными. Такой маркетинговый ход — дешевые пиролизные котлы, налетай покупай. Как говорят, не обманешь — не продашь.

В настоящих пиролизных котлах увеличение длительности горения обусловлено тем, что процесс горения происходит только в нижнем слое закладки дров. Для того, чтобы не горела вся закладка топлива, тяга в топке направлена вниз или в сторону от зоны горения. Дрова тлеют, а большая часть тепла выделяется в результате сгорания газов.

В традиционных котлах с подачей в топку вторичного воздуха, горение газа лишь незначительно увеличивает поступление тепла, и только в тот период, когда ограничивают мощность котла, прикрывая подачу воздуха. Основное количество выделяемого тепла обеспечивает естественный процесс горения дров. Тяга в  топке котла направлена вверх, поэтому горит вся закладка топлива.

В продаже встречаются котлы (российские, китайские …) с бутафорской системой подачи вторичного воздуха в топку. При покупке котла вам покажут детали системы, расскажут как она работает, но на практике эффекта не будет, так как не выполнены другие условия сгорания газа.

Насторожитесь, если продавец утверждает, что в его «пиролизном» котле можно сжигать другое топливо, кроме дров, а дожиг газа в топке работает на дровах с высокой влажностью. Из влажного топлива выделяется много водяного пара, который снижает концентрацию и температуру отходящих газов и газы не горят.

В видеоролике пример недобросовестной рекламы псевдо пиролизного котла, как пиролизного.

Отопительный котел нижнего горизонтального горения

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.

Отопительные твердотопливные котлы на дровах длительного горения в верхнем слое

В твердотопливном котле длительного горения в верхнем слое горит только верхний слой закладки дров.

Топливо в котле верхнего горения уложено толстым слоем в высокой топке и горит (тлеет) сверху вниз, как свеча. Время горения одной загрузки дров в минимальном режиме достигает 30 часов. Котел работает с высоким КПД до 90% во всем диапазоне регулирования мощности. Мощность котла регулируется в широком диапазоне от 10-100%.

В котлах отсутствуют сложные электронные системы управления и контроля. При работе на дровах не требуется подключение к электросети.

Котлы верхнего горения менее дорогие, чем пиролизные. Требуют обязательного использования дров влажностью не более 20-30%. Не допускают дозагрузки топлива, работают только циклом: загрузка топлива — розжиг — горение — затухание — чистка котла.

Хорошо себя зарекомендовали котлы верхнего горения торговых марок Liepsnele, Stropuva и Candle.

Теплоноситель заполняет пространство между внутренней и наружной стенками на всю высоту цилиндрического корпуса котла.

Воздух для горения подается непосредственно в зону горения через телескопическую трубку поз.18 и воздухораспределитель поз.11. Постоянно горит только верхний слой топлива поз.12 толщиной 10-20 см. По мере сгорания топлива воздухораспределитель опускается вниз, вслед за топливом.

Загрузка топлива производится через дверцу поз.10. Отходящие газы отводятся в дымоход через патрубок поз.7. Подача воздуха регулируется клапаном поз.3, который управляется регулятором мощности поз.1. В камере поз.6 поступающий для горения воздух предварительно подогревается отходящими газами.

В продаже имеются и более дорогие модели котлов с горением в верхнем слое. Например, котел одного из производителей оснащен встроенным теплообменником для подогрева воды в системе горячего водоснабжения.

Котел имеет электрический нагнетатель воздуха, который управляется электронной системой от термостата. В результате изменения количества воздуха, мощность котла в процессе горения меняется в зависимости от температуры теплоносителя.

Электронная система выводит на дисплей различные показатели для контроля режима работы котла. Котел имеет индикатор минимального количества топлива в топке и подает сигнал об этом хозяину. Конструкция котла предусматривает возможность дозагрузки топлива не останавливая процесс горения.

Производители оборудования выпускают универсальные комбинированные котлы, которые могут сжигать топливо в двух режимах — с подачей воздуха или снизу, или сверху. Стоимость таких котлов естественно выше.

Автоматические твердотопливные котлы

В продаже имеются автоматические твердотопливные котлы. Правильнее назвать их полуавтоматическими, поскольку котел все таки требует периодически определенных действий от человека, пускай и не каждый день.

С устройством и принципом работы автоматического твердотопливного котла можно познакомиться, если посмотреть этот видеоклип:

Топливом для автоматического котла могут быть гранулированный уголь фракции 5 — 25 мм. или древесные гранулы — пелеты, а также гранулы из других горючих материалов — торфа и отходов растительного и животного происхождения.

Необходимость использования только гранулированного топлива для сжигания в автоматических котлах, вызывает определенные сложности для хозяев дома. Стоимость такого топлива на рынке заметно выше, чем обычных колотых дров или угля.

В автоматических котлах производители часто предусматривают возможность замены горелки для гранулированного топлива, на другую горелку — для газа или жидкого топлива. Вместо горелки могут устанавливаться колосники. В этом варианте котел превращается в обычный котел на дровах.

Гранулированное топливо обычно продается в мешках. Топливо легко и без пыли загружается в бункер котла. Одной загрузки бункера хватает на 3 — 10 дней работы котла.

После розжига в начале отопительного сезона, горение в автоматическом котле происходит непрерывно. Автоматический котел может работать в двух режимах:

• Режим активного горения, при котором мощность котла может быть в диапазоне 10 — 100% от номинальной.
• Режим поддержки горения, когда мощность котла выбирается такой, чтобы обеспечить температуру теплоносителя в котловом контуре около 55 град.С. Автоматический контроллер переводит котел в режим поддержки, когда отсутствует отбор тепла из отопительного контура. Такой режим необходим для защиты котла от низкотемпературной коррозии (подробнее см. ниже), а также обеспечивает постоянную готовность котла к возобновлению активного горения.

В процессе работы котла необходимо:

• Следить за наполнением бункера и загружать топливо в бункер один раз каждые 3 — 7 дней.
• Удалять золу из съемного зольного ящика через каждые 2 — 4 дня.
• Один раз в неделю чистить внутренние поверхности котла от отложений специальным инструментом.
• Ежегодно, перед началом отопительного сезона, проводить чистку и проверять исправность дымохода котла.

Как выбрать мощность твердотопливного котла

Твердотопливный котел нужно выбрать так, чтобы его номинальная отопительная мощность соответствовала тепловым потерям отапливаемого объекта.

Выбор котла слишком большой номинальной мощности приводит к тому, что котел большую часть времени работает в режиме значительного ограничения мощности. А это, в свою очередь, приводит к снижению КПД (увеличению расхода топлива), повышенному образованию отложений (сажи, дегтя), ускоренной коррозии котла и дымохода. Увеличивается риск перегрева теплоносителя в котле. Стоимость котлов растет по мере увеличения мощности.

Поэтому не следует покупать котел, имеющий значительно большую мощность, чем тепловые потери дома.

Правда, при подборе котла с большим запасом по мощности увеличивается продолжительность горения одной закладки топлива — в топке больше дров. Но, выгодно реализовать это преимущество можно только в системе отопления с аккумулятором тепла.

Точный расчет тепловых потерь дома и мощности отопительного котла достаточно сложная задача, решение которой лучше поручить специалистам-проектировщикам. Менеджеры фирмы, которая продает котлы, скорее всего посоветуют Вам выбрать котел избыточной мощности — это им выгодно.

Ориентировочно мощность котла для отопления дома выбирают, руководствуясь общепринятыми величинами удельной мощности на 10м² отапливаемой площади по климатическим зонам:

• Для южных районов России: 0,7 — 0,9 кВт/10м².
• Для средней полосы — 1,2 — 1,5 кВт/10м².
• Для северных районов — 1,5 — 2 кВт/10м².

Например, для региона г. Москвы в доме с отапливаемой площадью 150 м2 следует установить котел мощностью 150м² х 1,2кВт/10м² = 18кВт. 

Для дома, построенного с соблюдением современных требований к энергосбережению, для расчета применяют меньшие из указанных значений.

 Рекомендуется увеличивать мощность котла примерно на 30% при работе котла с буферным баком — аккумулятором тепла. Запас мощности также необходим, если котел используется в системе горячего водоснабжения.

Следует также учитывать, что теплоёмкость незамерзающих жидкостей на 20% ниже чем у воды. При их использовании в качестве теплоносителя мощность котла может падать на 10 – 15% от номинальной.

Систему водянного отопления с естественной циркуляцией теплоносителя рекомендуется использовать в домах с отапливаемой площадью помещений не более 100м². В домах большей площади или в системах отопления с теплыми полами применяют принудительную циркуляцию теплоносителя с установкой циркуляционных насосов. 

Защита твердотопливного котла от перегрева

В твердотопливном котле горящее топливо, да и сам котел обладают довольно большой массой. Поэтому процесс тепловыделения в котле имеет большую инерцию. Горение топлива и нагрев воды в котле на твердом топливе нельзя мгновенно остановить, прекратив подачу топлива, как это делается в газовом котле.

Твердотопливные котлы, больше чем другие, склонны к перегреву теплоносителя – вскипанию воды, если пропал отбор тепла, например, при внезапном прекращении циркуляции воды в системе отопления, или тепла в котле выделяется больше, чем расходуется.

Кипение воды в котле ведет к росту температуры и давления в системе отопления со всеми серьезными последствиями – разрушению оборудования системы отопления, травматизму людей, повреждению имущества.

Современные закрытые системы отопления с твердотопливным котлом особенно склонны к перегреву, так как содержат сравнительно маленький объем теплоносителя.

В системах отопления обычно используются полимерные трубы, коллекторные узлы управления и распределения, различные краны, клапаны и другая арматура. Большинство элементов системы отопления очень чувствительны к перегреву теплоносителя и скачкам давления, вызванных кипением воды в системе.

Твердотопливный котел в системе отопления должен иметь защиту от перегрева теплоносителя.

Для защиты твердотопливного котла от перегрева в закрытой системе отопления, не имеющей соединения с атмосферой, необходимо выполнить два действия:

1. Перекрыть подачу воздуха для горения в топку котла, чтобы как можно быстрее снизить интенсивность горения топлива.
2. Обеспечить охлаждение теплоносителя на выходе из котла и не допустить повышения температуры воды до кипения. Охлаждение должно происходить до тех пор, пока выделение тепла не снизится до уровня, при котором кипение воды станет невозможным. 

Рассмотрим, как выполнить защиту котла от перегрева, на примере схемы отопления, которая приведена ниже.

Схема подключения твердотопливного котла к закрытой системе отопления

Схема закрытой системы отопления с твердотопливным котлом.  1 — группа безопасности котла (предохранительный клапан, автоматический воздухоотводчик, манометр); 2 — бак с запасом воды для охлаждения теплоносителя при перегреве котла; 3 — поплавковый запорный клапан; 4 — термоклапан; 5 — группа подключения расширительного мембранного бака; 6 — узел циркуляции теплоносителя и защиты котла от низкотемпературной коррозии (с насосом и трехходовым клапаном); 7 — теплообменник защиты от перегрева.

Защита котла от перегрева работает следующим образом. При повышении температуры теплоносителя выше 95 градусов, термостат на котле закрывает заслонку подачи воздуха в камеру сгорания котла.

Термоклапан поз.4 открывает подачу холодной воды из бака поз.2 в теплообменник поз.7.  Холодная вода, протекающая через теплообменник охлаждает теплоноситель на выходе из котла, не допуская кипения.

Запас воды в баке поз.2 необходим на случай отсутствия воды в водопроводе, например, при отключении электроэнергии. Часто в системе водоснабжения дома устанавливают общий накопительный бак. Тогда воду для охлаждения котла берут из этого бака.

Теплообменник для защиты котла от перегрева и охлаждения теплоносителя, поз.7 и термоклапан, поз.4 производители котлов обычно встраивают в корпус котла. Это стало стандартным оснащением котлов, предназначенных для закрытых систем отопления.

В системах отопления с твердотопливным котлом (за исключением систем с буферным баком) нельзя устанавливать на отопительных приборах (радиаторах) термостатические клапаны и другие автоматические приборы, сокращающие отбор тепла. Автоматика может уменьшать потребления тепла в период интенсивного горения топлива в котле, а это может вызвать срабатывание защиты от перегрева.

Еще один способ защиты твердотопливного котла от перегрева описан в статье:

Читайте:  Буферный бак — защита твердотопливного котла от перегрева.

Продолжение на следующей странице 2: