Преимущества использования твердотопливного котла для частного дома

Популярные схемы твердотопливных котлов и их особенности

Проекты ТТ котлов в основном различают по:

• направлению сжигания топлива;
• материалу;
• дополнительным функциям.

Чаще используют чертежи котлов с верхним или нижним горением. Котлы строят из кирпича и/или металла. При необходимости, систему оборудуют варочной панелью.

С верхним горением

Стандартные модели котлов имеют вертикальную цилиндрическую конструкцию с теплообменником, устроенным по типу «водяной рубашки».

Фото 1. Три твердотопливных котла верхнего горения. Устройства имеют цилиндрическую форму.

Кислород в котёл подаётся сверху вниз через телескопическую трубу. В таком же направлении в котле происходит и сгорание топлива.

По мере прожигания дров, подвижный распределитель постепенно опускается под воздействием собственного веса. Под давлением начинается тление следующей части древесной массы в закладке. Топливо сжигается поэтапно и выделяет большой объем газа.

Нижнего горения

В конструкции котла чаще используют две камеры:

• Топочная с вертикальной или горизонтальной закладкой. В ней происходит сжигание дров.
• Секция дожига. Здесь углекислый газ, выделяемый древесиной, сгорает полностью, нагревая воздух и теплоноситель.

Поэтапное сжигание топлива в традиционных схемах твердотопливных котлов обеспечивает обратная тяга. Пламя охватывает только нижний слой. По мере его прогорания, верхний объем закладки опускается на место углей, а последние ссыпаются в зольник. В котлах из чугуна устанавливают «рубашку» вокруг камеры закладки, в стальных используют «змеевик».

Справка. Чтобы исключить потерю энергии в твердотопливных котлах, секцию дожига отделывают шамотным кирпичом. Устанавливать вентилятор для принудительной тяги при сборке необязательно.

С варочной поверхностью

Технически приборы напоминают обычную дровяную печь. Котлы выполняют сразу несколько функций:

• отапливают помещение посредством конвекции или теплоносителя;
• греют воду проточным способом при наличии соответствующего контура и подключения к сети ГВС;
• выполняют функцию плиты.

Фото 2. Твердотопливный котёл с варочной поверхностью. Конфорки устройства изготовлены из чугуна.

Учитывая склонность стали к деформации, под варочную поверхность в котле используют чугун. Для изготовления теплообменника котла подходит любой металл достаточной прочности. Конструкцию регистра выполняют по схеме змеевика или «водяной рубашки». Панель под плиту оборудуют непосредственно над камерой сгорания топлива.

Из кирпича, его размеры

Устройства этого типа котла представляют собой обычную печь с теплообменником внутри. Есть два варианта установки регистра в котле:

• В системе дожига. Из-за меньшей температуры нагрева воды, такой метод чаще применяют в хозяйственных и подсобных помещениях малой площади.
• В зоне горения закладки. В этом случае необходимо увеличить габариты камеры. Основа для регистра — жаростойкая сталь толщиной от 3 миллиметров и более.

Котлы работают по принципу пиролиза. Продукты горения выводятся за счёт естественной тяги через дымоход.

Типовая конструкция котла включает:

• бункер — камеру для закладки топлива;
• колосники для подачи воздуха в топку;
• теплообменник в виде трубчатого змеевика или накопительной ёмкости;
• дымоход для выведения газов;
• механический регулятор тяги.

В бытовых котлах на 25 кВт используют детали следующих размеров:

• контроллер контура — 1039 мм;
• загрузочный люк — 1190 мм;
• дверца зольника — 430 мм;
• дымосос — 618 мм;
• муфта — 1289 мм;
• аварийный патрубок — 1101 мм;
• подающая магистраль контура — 1126;
• подведение холодной воды — 765;
• выход в сеть — 880 мм;
• обратка — 41 мм;
• расширительный бак — 990 мм.

Размер элементов котла напрямую зависит от мощности оборудования.

Справка. Кирпич — слабый проводник тепла. Он сохраняет энергию с минимальными потерями, хорошо нагревает воздух и воду в регистре.

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.

Подключение твердотопливного котла к гравитационной системе отопления

Гравитационная система отопления характеризуется естественной циркуляцией теплоносителя в системе отопления. При нагревании теплоносителя горячая вода от котла вытесняет более холодную, отдавшую тепло посредством радиаторов отопления. Остывшая вода поступает в котел, цикл повторяется и тем самым поддерживается непрерывная циркуляция.

Рассмотрим самую простую схему обвязки твердотопливного котла в системе с расширительным баком открытого типа (система гравитационного типа):

	1) Твердотопливный котел
2) Подающая магистраль
3) Расширительный бак
4) Отопительный прибор (ОП)
5) Обратная магистраль

Несмотря на минимальное количество компонентов, система содержит все необходимое для безопасной эксплуатации котла. Под безопасностью подразумевается защита от перегрева и повышения давления в системе. Постоянная циркуляция воды позволяет не допустить перегрева котла. При этом нужно помнить о важных правилах организации гравитационной системы отопления: 

• Одним из важных параметров системы выступает величина циркуляционного напора — расстояние от центра отопительного прибора до центра отопительного котла. Чем выше этот показатель, тем эффективнее работа всей системы. Отопительные приборы должны быть расположены хотя бы на 30 — 50 см выше котла.
• Хотя бы один контур в гравитационной системе должен быть неотсекаемым. Это значит, что циркуляция теплоносителя в нем при работающем котле не должна прерываться ни при каких условиях.

Избежать превышения допустимого давления в котле позволяет расширительный бак. Он может быть как открытого типа, так и мембранным:

• Высота расположения расширительного бака открытого типа относительно котла определяет давление в котле, которое обычно ограничивается значением 2–2,5 бара для стальных котлов и 4 бара — для чугунных секционных. Такой бак являясь местом попадания в теплоноситель кислорода из воздуха не несет почти никакой угрозы долговечности чугунного котла, но грозит сокращением срока службы стального котла из-за коррозии.
• Мембранный расширительный бак превращает систему отопления в закрытый объем и компенсирует объемные изменения теплоносителя, происходящих при его нагреве и охлаждении.

Схема обвязки твердотопливного котла в гравитационной системе отопления с мембранным расширительным баком:

	1) Предохранительный клапан — обязательный элемент в закрытой системе. В дополнение к нему нужен еще и манометр для визуального контроля давления в котле.
2) Расширительный бак
3) Колпачковый вентиль для контроля, технического обслуживания и замены мембранных расширительных баков
4) Автоматический воздухоотводчик для спуска воздуха
5) Термостатический смеситель для обеспечения наиболее комфортной температуры воды на выходе
6) Водонагреватель

Расположив в одной из ветвей гравитационной системы отопления бак-водонагреватель (установка не менее чем на 30 см выше котла) можно получить горячую воду для бытовых нужд. При этом процесс нагрева воды будет саморегулирующийся. Как только жидкость нагреется, исчезнет разница температур в прямой и обратной линиях, и на выходе из котла циркуляция через контур прекратится. После использования горячей воды температура в баке понизится, что приведет к возобновлению циркуляции теплоносителя. Необходимым элементом такой схемы приготовления горячей воды является термостатический смеситель.

Изготовители твердотопливных котлов регламентируют не только максимальные давление, температуру, но и минимальную температуру котловой воды (50-65°С) или минимальную температуру воды в обратной линии (45-50°С). Чтобы обеспечить соблюдение этого требования в гравитационной системе, необходимо минимизировать перепад температур. Достигается это за счет увеличения скорости протока для меньшего остывания воды в системе отопления. На скорость потока влияет гидравлическое сопротивление системы — чем оно меньше, тем лучше. Уменьшить сопротивление потоку можно за счет применения труб большего диаметра, отопительных приборов с большим сечением каналов.

Обвязка твердотопливного котла с электрическим котлом

Зачастую, нагреватели, функционирующие на дровах и угле становятся вторым отопительным прибором в помещении топочной, где уже присутствует газовая или электрическая установка

Здесь очень важно правильно их связать между собой, чтобы одно устройство было подстраховкой для другого. Это очень удобно, например, когда в одном из них прогорит весь уголь

Тогда в автоматическом режиме произойдет включение электрического или газового водонагревателя.

Обвязка ТТ котла с электрическим

Типичная схема обвязки твердотопливного и электрического котла представлена на рисунке. Подразумевается, что в электрическом агрегате имеется свой циркуляционный насос.

Установка с электрическим или газовым агрегатом

В одну систему отопления можно установить два теплогенератора, основной из которых является твердотопливным агрегатом, а дополнительный – котлом, работающим на газе или электричестве. Такой вариант удобен тем, что на ночь можно включать котел, функционирующий в автоматическом режиме. Газ в баллонах неудобно использовать в качестве основного энергоносителя из-за необходимости заботиться о регулярных поставках топлива. Электричество – самый дорогой энергоноситель и выгоднее всего эксплуатировать такой котельный агрегат только по ночам, если в регионе действует система дешевых ночных тарифов.

Как подключить твердотопливный и газовый котлы в одну систему для отопления большого дома? Самый простой вариант – подсоединение двух теплогенераторов параллельно через теплоаккумулятор, который будет дополнительно выполнять функцию гидравлического разделителя.

Газовый котел функционирует в режиме ожидания, пока вода буферной емкости нагревается твердотопливным агрегатом. После прогорания топлива теплоноситель начинает остывать, и как только термодатчик передает соответствующий сигнал контроллеру газового агрегата, тот автоматически включается. При новом запуске твердотопливного теплогенератора происходит обратный процесс – нагрев теплоносителя выше определенной температуры приводит к отключению газовой горелки.

Систему с электрическим котлом в домах большой площади монтируют по аналогичному принципу. Но для небольших частных домов актуален более простой и дешевый вариант подключения ТТ и электрокотла(см. схему).

Схема подключения твердотопливного котла и электрокотла

Котельные агрегаты подсоединяются параллельно с установкой обратных клапанов на каждом выходе. Электрический котел снабжен встроенным циркуляционным насосом, который невозможно отключить, поэтому для твердотопливного теплогенератора необходимо подобрать более мощный насос, чтобы ТТ котел имел преимущество перед электрическим при совместном функционировании.

Система дополняется:

• термостатом, который отключает циркуляционный насос ТТ котла при остывании теплоносителя;
• комнатным датчиком температуры, который включает электрический котел, когда температура в помещении падает после прогорания топлива в ТТ агрегате.

Метод первичных и вторичных колец

Как подключить два котла в одну систему, используя минимальное количество электроники? Применение метода первичных и вторичных колец циркуляции позволяет выполнить совместную обвязку ТТ агрегата и электрокотла. Гидравлическое разделение потоков осуществляется без установки гидрострелки.

Вариант подлючения двух видов котлов к одной системе отопления

Оба котла, бойлер ГВС, а также все отопительные контуры, подключаются и подающим и обратным трубопроводом к единому циркуляционному кольцу – они является первичным. Минимальный перепад давлений обеспечивается за счет небольшого расстояния между каждой парой подключения (не более 300 мм). Напор насоса, установленного на главном контуре, обеспечивает движение теплоносителя по первичному кольцу, при этом на интенсивность потока не влияют насосы вторичных контуров (к которым подсоединены потребители тепла).

Чтобы система исправно функционировала, требуется выполнить сложные гидравлические расчеты и подобрать оптимальный диаметр трубопроводов для всех контуров

Также важно рассчитать производительность насосов. Реальная производительность насосного агрегата на главном контуре должен превышать расход теплоносителя на самом «объемном» вторичном контуре

Оба котла оснащаются отключающими термостатами, чтобы они могли работать, замещая друг друга.

Рекомендации по безопасному и эффективному использованию твердотопливного котла

В отличие от газовых котлов, при эксплуатации их твердотопливного аналога часть продуктов сгорания остаются в топке. Их необходимо периодически удалять, а также проводить другие мероприятия по повышению эффективности процесса горения:

• Желательно периодически снимать отложения со стенок котла. Специалисты подсчитали, что слой сажи толщиной в 1 мм снижает мощность котла на 3%. Чистку проводят на холодном котле примерно раз в неделю;
• При заполнении колосниковой решетки золой мощность котла также снижается. В таких случаях рекомендуется немного пошевелить угли. В современных моделях котлов для этого предусмотрен специальный рычаг. С его помощью можно также произвести аварийный сброс углей;
• Для улучшения прохождения воды через тепловой контур можно использовать циркуляционный насос. Установка насоса в обратке перед входом в котел позволит увеличить эффективность работы – теплоноситель будет проходить по магистрали быстрее, возвращаясь в котел более горячим, следовательно, энергии на его подогрев будет затрачиваться меньше;

• Необходимо следить за тягой в дымоходе. Для этого желательно регулярно, с интервалом один раз в год, производить его чистку. Участки дымохода, проходящие через неотапливаемые помещения, необходимо утеплять, чтобы предотвратить образование конденсата, который, замерзая, препятствует свободному выходу продуктов сгорания;

  Варианты вывода дымохода твердотопливного котла

• Для более эффективного расходования топлива лучше устанавливать терморегулятор на меньшую производительность при хорошем прогреве помещения и повышении температуры воздуха на улице.

Аварийный теплообменник в схеме обвязки котла

Выше мы уже отмечали, что перегрев котла из-за отключения электроэнергии, требуемой циркуляционному насосу — ситуация неприятная и очень опасная. Чтобы такого не случилось изготовители часто снабжают твердотопливный котел встроенным аварийным теплообменником либо предлагают отдельный модуль с теплообменником вместе с необходимой запорно-регулирующей арматурой как дополнительное оборудование.

Твердотопливный котел со встроенным (а) и внешним (б) аварийными теплообменниками:

Еще один вариант обезопасить котел от перегрева — установка бака-водонагревателя с естественной циркуляцией. Как это работает:

1. Если циркуляционный насос работает, он запирает естественную циркуляцию через теплообменник бака-водонагревателя посредством обратного клапана, установленного на выходе теплообменника.
2. Выключение насоса при разогретом котле открывает путь естественной циркуляции и сбросу тепла из котла в бак-водонагреватель.
3. Такой бак не может быть основным средством приготовления горячей воды в доме. Кроме того, он не действует как аккумулятор тепла в ситуации, когда циркуляционный насос работает, однако котел производит больше тепла, чем потребляет отопительный контур.

Более совершенное решение — установка бака-аккумулятора, дополнительного циркуляционного насоса и запорной арматуры. В этом случае жесткая связь между производительностью котла и потреблением тепла системой отопления устраняется при помощи бака-аккумулятора.

Примерная схема обвязки твердотопливного котла с баком-аккумулятором:

	1) Подающая линия
2) Обратная линия
3) Предохранительный клапан
4) Автоматический воздухоотводчик
5) Расширительный бак
6) Колпачковый вентиль
7) Циркуляционный насос котла
Термостатический смеситель
9) Отопительный прибор
10) Бак-аккумулятор. Он сохраняет все тепло от сгорания топлива в котле, чтобы затем оно расходовалось по мере необходимости.
11) Трехходовой вентиль с приводом
12) Комнатный термостат
13) Циркуляционный насос отопления

При использовании в схеме обвязки котла бака-аккумулятора как вход горячей воды в бак, так и выход горячей воды в систему отопления должны быть расположены в верхней части бака. С учетом этого степень его заполнения горячей водой практически не влияет на готовность системы отопления

В такой системе важно, чтобы циркуляционный насос котлового контура автоматически отключался всякий раз, когда дрова в котле прогорели, и он остыл. Тяга в котле есть практически всегда, и если не выключать насос при холодном котле, тепло из бака будет расходоваться на бесполезный подогрев котла

Специалисты рекомендуют

Работа твердотопливного котла будет эффективной только в случае правильного выбора топлива для него, а также регулярного обслуживания аппарата. И чтобы определить для себя, чем топить твердотопливный котел, и добиться максимальной эффективности профессионалы советуют:

• При распалке древесины выделяется большое количество дыма, поэтому рекомендуется по краям помещать более крупные поленья, а в середине мелкую растопку
• Применение торфа в густонаселенной местности не рекомендуется из-за выброса в атмосферу крупных частиц и выделения кислого запаха
• Для полного сгорания антрацита требуется массивный очаг, поэтому при его применении при извлечении пепла отсеиваются более крупные фрагменты и используются повторно

Преимущества и недостатки твердотопливного котла

Основным аргументом в пользу котлов на твердом топливе, который приводят мастера, специализирующиеся на отопительном оборудовании, становится доступность горючего и разнообразие его видов. При отсутствии возможности подключения к газовой магистрали котельная, работающая на дровах, угле, торфе, — эффективное и сравнительно недорогое решение.

Потребители отмечают следующие достоинства этого вида техники:

• возможность выбора оптимальной модели с учетом особенностей применяемого топлива, требуемых характеристик;
• энергонезависимость;
• способность стабильно работать в сложных эксплуатационных условиях (в пыльных помещениях, во время проведения строительных или производственных работ);
• отсутствие необходимости в предварительном оформлении разрешительных документов перед установкой котла.

При этом твердотопливные агрегаты требуют регулярной подачи топлива и чистки от золы. Они автономно работают 5‑12 часов, после этого пламя в топке затухает. Устранить этот недостаток можно установкой пиролизного агрегата.

Организованная на базе такой котельной система обогрева требует детальных расчетов, учета действующих требований безопасности при эксплуатации и монтаже. Регулярное техобслуживание — гарантия надежной безаварийной работы установки.

Что понадобится

Сборка подводки системы отопления к ТК подразумевает изготовление элементов по размерам, с индивидуальными углами и отрезками. Это подразумевает выполнение сварочно-слесарных работ:

1. Сварочный аппарат (электроды 3).
2. Болгарка с диском по металлу.
3. Уровень 600 мм.
4. Набор разводных и рожковых ключей.
5. Набор отвёрток.
6. Рулетка, маркер, пистолет для герметика, угольник.

Помимо комплектных элементов, нужно приобрести следующие расходные материалы:

1. Кран шаровый со сгоном ДУ-50 (с внутренней и наружной резьбой) — 2 шт.
2. Группа безопасности (может быть в комплекте):манометр — 1 шт.клапан предохранительный — 1 шт.автоматический воздухоотводчик — 1 шт.кран шаровый ДУ-15 — 2 шт.
3. Муфта стальная 50 мм — 3 шт.
4. Трубы с резьбами и без 50мм.
5. Переход стальной 57–32.
6. Отвод стальной ДУ-50.
7. Тэн (может идти в комплекте).
8. Сантехническая подмотка — фумлента, пакля, лён.
9. Термостойкий герметик.
10. Дымовая труба с шибером.

Вопрос. Зачем нужен электрический тэн в твёрдотопливном котле?

Ответ. При большом расходе горячей воды котёл не сможет быстро доводить её до заданной температуры (55–60 °С). Тэн нужен для быстрого догрева. Таким образом, в одном котле компонуется сразу два прибора — отопительный ТК и бойлер. При такой комбинации расходы электричества снижаются в 2,5–3 раза (по сравнению с обычным бойлером).

Рекомендуем выполнить все пункты требований к подготовке, прежде чем начать монтаж. Помните, что нарушения в системах под давлением с применением открытого огня могут привести к выходу из строя отопления дома, что в морозный период чревато проблемами.

Заключение

Монтаж котла на твердом топливе предполагает собой сложный и кропотливый процесс. От того, какую схему подключения вы выбрали, зависит много факторов. Эффективность автономного отопления проявится сразу, после того как запуститься в работу твердотопливный котел. Включение котла наглядно покажет, правильно ли подключен отопительный агрегат, как функционируют все другие элементы системы и приборы. При первом пуске можно выявить технические недочеты и промахи, устранив которые можно добиться оптимизации всех процессов. Нормально работающий механизм позволит обеспечить систему необходимым количеством теплоносителя для теплого пола. Правильно рассчитанная емкость расширительного бака гарантирует вам достаточное количество воды для ГВС.