Применение твердотопливных котлов для отопления частных домов

Схема системы отопления на газу

В схему отопительной системы частного домовладения, работающей на газу, обязательно входит котёл, батареи, бачок расширителя, циркуляционный насос и соединительные трубы. Нагретый котлом теплоноситель циркулирует по трубам и радиаторам, отдавая своё тепло в окружающую среду и снова возвращаясь в главный отопительный узел. Перемещение воды обычно обеспечивается принудительным способом за счёт нагнетаемого насосом давления. Для увеличения эффективности водяного газового отопления дома его схема может дополняться запорной арматурой, кранами Маевского, температурным датчиком и другими элементами. Расширительный бачок — неотъемлемая составляющая любой отопительной системы, как с принудительной, так и естественной циркуляцией.

Схема газового отопления с естественной циркуляцией воды обусловлена особенностью монтажа трубопровода под необходимым углом, а также использования труб с большим диаметром и установки расширительного бачка в самой высшей точке системы. При этом схема разводки отопления может выполняться двумя способами:

• Лучевым способом, который обладает простотой проведения ремонтных работ, а также высокой эффективностью. Но придётся потратиться на трубы из-за больших размеров трубопровода.
• Тройниковый метод немного дешевле, что обусловлено меньшим количеством труб. Но выполнить регулировку отдельных элементов отопления не получится, так как это просто не предусмотрено схемой.

Если предусмотрено подключение системы отопления непосредственно к центральному газопроводу, то человеческое вмешательство в её работу будет ограниченно изменением параметров температуры.

Производители, признанные лучшими

Непростой выбор обозначен достаточным количеством предлагаемого ассортимента. Выпускают такую продукцию соответствующего качества многие страны.

Цена на котел на дровах составляет от восьми тысяч ста рублей и варьируется в зависимости от того, какой страной был произведен конкретный агрегат.

Если обратится к рейтингу, то:

• Лидируют котлы немецкого производства с полной автоматизацией и большой экономией в потреблении топлива;
• Котлы из Австрии во многих отношениях идентичны им, включая систему безопасности со многими уровнями;
• Котлы чешские, где отдельны марки чрезвычайно популярны, благодаря возможности работать не только на древесных породах;
• Латвийские котлы, оцененные россиянами по показателям качества и теплоэффективности, которые позволяют функционировать на протяжении двух дней от одной закладки;
• В российских котлах после дополнительной доработки, появились все необходимые показатели, так что их популярность сильно возросла за последнее время.

Материалы

Трубы

1. Какими трубами можно развести водяное конвекционное отопление?

Температура теплоносителя в автономных системах обычно держится в пределах 75С, а давление не превышает 2,5 кс/см2, поэтому требования к прочности труб и их термостойкости минимальны.

Наиболее популярны:

Полипропиленовые трубы. Как правило, для нужд отопления приобретается армированный алюминиевой фольгой полипропилен. Армирование уменьшает удлинение труб при нагреве с внушительных 6,5 мм/м.пог. (при нагреве на 50 градусов) до скромных 1,5 мм/м.пог.;

Монтаж соединения металлопластиковых труб на пресс-фитингах.

1. Какие трубы укладывать в теплый пол?

Для этой цели чаще всего используют сшитый полиэтилен PEX или термомодифицированный PERT.

Труба PERT для теплого пола.

Трубы обоих типов стойки к нагреву, обладают приемлемой механической прочностью и достаточной для укладки гибкостью. Шаг между витками трубы варьируется от 15 до 20 см, длина одного замкнутого контура не должна превышать 120 метров.

1. Каким должен быть наружный диаметр полимерных или металлополимерных труб отопления?

Для дома умеренной площади (до 200 м2) я бы посоветовал придерживаться следующих значений:

• Подводка к радиатору — 20 мм;
• Разлив с принудительной циркуляцией теплоносителя — 25 мм,

Подводка к радиатору и розлив.

Теплый пол — 16 мм.

В гравитационной системе отопления (работающей за счет естественной циркуляции при нагреве теплоносителя) диаметр розлива нужно увеличить до 40 — 50 мм. Инструкция связана с низким гидравлическим напором в контуре; для того, чтобы обеспечить приемлемую скорость циркуляции воды, гидравлическое сопротивление труб должно быть минимальным. А оно, как известно, обратно пропорционально внутреннему диаметру трубы.

Радиаторы

1. Какие радиаторы лучше купить для автономного контура?

Алюминиевые секционные. Очень демократичная стоимость секции (от 280 рублей) сочетается с отличной теплоотдачей (до 205 ватт на секцию). Прочность радиаторов и их термостойкость с избытком достаточны для автономной системы отопления.

Алюминиевые радиаторы: максимум эффективности при разумной цене.

1. Как рассчитать нужное количество секций?

Их суммарное количество рассчитывается простым делением номинальной мощности источника тепла (котла или теплового насоса) на паспортную мощность одной секции. Мощность отопительного прибора для отдельного помещения можно грубо оценить из расчета 40 ватт тепла на кубометр отапливаемого объема. Скажем, для комнаты размером 4х5х3 метра нужно 4*5*3*40=2400 ватт тепла, или 2400/200=12 секций с номинальной тепловой мощностью 200 ватт.

Здесь есть одна тонкость. Производители всегда указывают мощность секций и отопительных приборов для дельты температур между теплоносителем и воздухом в 70 градусов; то есть при +20 в комнате для получения номинального теплового потока батарея должна быть нагрета до 90С.

На практике температура теплоносителя в автономном контуре заметно ниже. Скажем, при +25 в комнате и +60 на поверхности радиатора дельта температур будет равна всего 35 градусам, а тепловая мощность секции уменьшится ровно вдвое — до 100 ватт.

Для автономного отопления нехарактерны высокие температуры теплоносителя.

Дополнительное оборудование

1. Что, кроме котла, труб и радиаторов, необходимо для монтажа водяной системы отопления?

В закрытой системе с принудительной циркуляцией обвязка котла должна включать:

• Циркуляционный насос (желательно — с регулировкой производительности);
• Автоматический воздухоотводчик для удаления воздушных пробок при запуске контура;
• Расширительный бак, компенсирующий увеличение объема теплоносителя при нагреве. Как правило, объем бачка берется равным 1/10 объема теплоносителя в системе;
• Предохранительный клапан для сброса давления при перегреве или закипании теплоносителя;
• Манометр для контроля давления.

Группа безопасности котла — манометр, воздушник и предохранительный клапан.

В открытой гравитационной системе единственное дополнительное приспособление — открытый расширительный бак. Он выносится в верхнюю точку контура и используется не только по прямому назначению, но и отвода воздуха, и для заливки в контур воды.

Отдельные радиаторы снабжаются отсекающими шаровыми кранами, дросселями или термоголовками. Запорно-регулирующая арматура позволяет при необходимости отключить прибор, не останавливая весь контур, или уменьшить его теплоотдачу.

Если радиатор расположен выше розлива, в его верхней пробке должен быть установлен кран Маевского или автоматический воздухоотводчик.

Кран Маевского для ручного стравливания воздуха.

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. 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.

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

Читайте:  Буферный бак — защита твердотопливного котла от перегрева.

Продолжение: перейти на следующую страницу 2:

Твердотопливный котел с аккумулятором тепла

Очень большой популярностью пользуется отопление дома твердотопливным котлом с использованием угля и дров. Но для того, чтобы тепло никуда не уходило нужно его аккумулировать. Порой для задержки тепла используют водяной теплый пол с достаточно большой толщиной бетона.

Но также очень эффективным будет использование большого бака с водой, способного изолировать тепло. Такой бак подсоединяют между котлом и системой отопления. Используя циркулярный насос, котел подогревает воду и далее она подается в специальный бак. После того как вода остывает, она обратно уходит в котел. Также в этой системе есть и второй насос, который «гоняет воду по верхней и нижней части бака.

Подобный бак устанавливают для выполнения таких функций:

• Аккумулирование тепла и отдача по мере необходимости;
• Защита котла от перегрева;
• Автоматическое распределение тепла;
• Является связующим элементом любого типа котла с системой отопления;
• Может обеспечить горение топливных материалов с максимальным КПД;
• Увеличение времени горения;
• В некоторых случая потребление воды.

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.

ТОП лучших твердотопливных котлов длительного горения в соотношении цена/качество на 2021 год

Твердотопливные котлы длительного горения позволяют создавать системы отопления для домов с большой площадью и обеспечивают объекты теплом от одного источника.

Теплодар Куппер Эксперт-15 одноконтурный

Время сгорания одной закладки топливного материала составляет 24 часа. Эти большие показатели достигаются за счет верхнего горения угля в котле, современного теплообменника и трехзонной подачи кислорода.

Топливом в устройстве может служить уголь, топливные брикеты и дрова. В конструкции модели также есть возможность установить пеллетную или газовую виды горелок, которые нужно будет купить отдельно.

Изделие имеет водонаполненное дно, которое обеспечивает дополнительный теплосъем и сводит к минимуму нагрев поверхности под устройством.

Сверху изделия находится штуцер для установки воздухоотводчика.

Модель способна функционировать в четырех режимах. Ее конструкцией предусмотрено подключение к системе отопления с любой стороны.

Характеристики:

• Мощность котла — 15 кВт.
• Диаметр дымохода — 150.
• Размер загрузочной шахты — 35 л.

ZOTA Тополь-16ВК 16 кВт одноконтурный

Устройство способно функционировать на таких топливных материалах как уголь или дрова. Газоплотные двери и система подачи кислорода обеспечивают точное регулирование мощности изделия. Теплообменник обладает конструкцией, при которой происходит доступ к теплопроводным поверхностям для их очищения.

Он обладает большим размером топки, водоохлаждаемыми колосниками и может долго функционировать на одной загрузке топливного материала.

Корпус изделия под декоративной обшивкой изолирован базальтовым картоном, который снижает потерю тепла водяной рубашки. На его передней части находится термоманометр, который показывает температуру подачи воды и давление внутри.

Характеристики:

• Мощность котла — 16 кВт.
• КПД — 75%.
• Размер камеры — 39 л.
• Размер зольника — 7 л.

Теплодар Куппер Эксперт-22 одноконтурный

Автоматизация функционирования котла позволяет еще больше увеличить его возможности. У каждого режима работы свои достоинства.

Котел способен функционировать на всех видах твердого топлива. Его дверь наклонного типа и специальный лоток позволяют загрузить много топлива одновременно.

Теплосъем происходит за счет наличия водотрубных обменников и колосников, а также двухштатной конструкции, которая имеет большую площадь контакта с горячими дымовыми газами.

Устройство способно работать в четырех режимах: в режиме Быстрого прогрева в течение 30 минут достигается оптимальная температура, в режиме Классик продолжение горения составляет 4 часа, в режиме Медиум средняя продолжительность сгорания шесть часов, в режиме Максимум продолжительность горения составляет 24 часа.

Характеристики:

• Мощность котла — 22 кВт.
• Размер дымохода — 150 мм.
• Камера сгорания — открытая.

ZOTA Тополь 32ВК 32 кВт, одноконтурный

Корпус модели находится под обшивкой и закрыт базальтовым картоном. Эта особенность понижает потерю тепла водяной рубашки.

В устройстве есть два варианта загрузки топливного материала. Горизонтальная дверь удобна для верхней загрузки угля, а шуровочная подходит для загрузки дров.

Водяная рубашка находится по всему контуру модели, в том числе и под зольником. Устройство охлаждает зольник, не дает ему повредиться, тем самым происходит дополнительный теплосъем и отличная циркуляция теплового носителя.

На передней панели модели находится термометр, который показывает температуру подачи воды. В качестве источника тепла можно применить электричество. Для этого нужно установить горелку, которая покупается отдельно.

Характеристики:

• Мощность котла — 32 кВт.
• КПД — 75%.
• Рабочее давление — 5 бар.
• Размер теплоносителя — 39 л.

Выбираем котел

После того, как вы определились с топливом, которое будет использовать твердотопливное отопление загородного дома, следует выбрать котел. Условно котлы для твердого вида топлива можно разделить на такие группы:

1. классические;
2. автоматические;
3. пиролизные;
4. длительного горения.

Классические котлы

Классические котлы подразумевают такой принцип работы: твердое топливо сгорает в пламени для того чтобы получилось тепло, как в случае с обычным костром. Горение оптимизируется специальной колосниковой решеткой для того чтобы подавался воздух для горения снизу. А количество этого воздуха регулируется настройками шабера и подачи воздушной массы в топку горения вручную. Топливо загружают через верхнюю дверцу, а зола удаляется и регулируется горение – через нижнюю. Теплообменник котлов может быть из стали или чугуна. Преимущества классических котлов: возможность функционировать на 2-х видах топлива (минимум), часто также можно монтировать газовую или жидкотопливную горелку, независимость от энергии. Среди недостатков: требуется частая загрузка топлива, также нужно место для хранения топлива и отдельное помещение для котельной.

Классический твердотопливный котел

Пиролизные котлы

Пиролизные котлы – применяют для горения газы от разложения топлива. Это обусловлено действием высокой температуры при недостаточном количестве воздуха. В структуру котла входит две камеры, которые разделены колосниками: нижняя для загрузки и камера сгорания.

Процесс горения здесь таков: топливо закладывается и поджигается, дверца топочной камеры закрывается. В верхней камере активируется вентилятор наддува, служащий для смешивания воздуха тления нижней камеры с чистым воздухом. Смесь начинает воспламеняться и через форсунки из керамики направляет огонь на топливо. Без доступа кислорода топливо обжигается – так случается пиролиз, то есть, разложение и газификация топлива. Так, процесс будет идти, пока топливо полностью не сгорит. Так и происходит отопление на твердом топливе. Достоинства пиролизных котлов: высокий КПД (до 90%), топливо горит на одной загрузке до 10 часов, снижены требования к дымоходу, высокий уровень экологичности. Недостатки: высокая стоимость, зависимость от энергии, нестабильное горение при неполной загрузке, очень высоки требования к сухости дров и др.

Пиролизный котел

Автоматические котлы

Автоматические котлы – здесь автоматизированы такие процессы, как загрузка топлива и уборка золы. В котлах такого типа есть бункер автоматической подачи топлива – транспортерный или шнековый. Чтобы горение было стабильным, топливо должно быть однородным по составу и размерам. Преимущества таких котлов: высокий КПД (до 85%), длительность работы, ограниченная емкость бункера, предназначенного для автоматической подачи, и однородность топлива обеспечивают возможность точной настройки процесса горения. Среди недостатков: высокая цена, зависимость от энергии, необходимость отдельного помещения, отдельного пожаробезопасного золоприемника, а также – квалифицированного обслуживания.

Автоматический твердотопливный котел

Котлы длительного горения

Еще один тип котлов, которые использует отопление загородного дома твердым топливом, это котлы длительного горения. Здесь специальными приемами поддерживается длительное горение. Такое горение может быть обеспечено двумя системами: канадской системой котлов Булерьян и прибалтийской системой Стропува. Булерьян – это двухкамерная печь горения дров, которая разделена горизонтально. Внизу осуществляется тление, газы идут в верхнюю камеру, там перемешиваются с вторичным воздухом через жиклер, после чего топливо дожигается. Стропува – это высокая бочка до 3 м высотой, наполненная дровами и накрытая подвижной крышкой с дымоходом. Сначала дрова поджигают, после чего они экономно горят, нагревая носитель тепла по рубашке бочки, подача воздуха регулируется в автоматическом режиме.

Котел длительного горения

Схема отопления с насосом

Контур с принудительной циркуляцией лишен недостатков гравитационной системы. Длина труб и их диаметр могут быть любыми, нужно только установить мощную помпу.

Инструменты и материалы

Дополнительно потребуются:

• индикатор фазы;
• кусачки;
• стриппер (приспособление для снятия оболочки с жил) или нож.

Из инструментов вам понадобится индикатор фазы.

Нужны такие материалы и изделия:

• медные провода с сечением, соответствующим потребляемому насосом току;
• клеммы типа WAGO или самоизолирующие зажимы;
• диэлектрическая клейкая лента;
• короб для кабеля.

Кроме труб, фитингов и радиаторов, для монтажа контура понадобятся:

1. Мембранный расширительный бак. Из-за создаваемого помпой избыточного давления систему делают закрытой, поэтому вариант для гравитационного отопления не подойдет. Нужен красный мембранный бак – для технической воды. Синий для питьевой стоит дороже.
2. Манометр, воздухоотводчик и предохранительный клапан. Вместе они называются группой безопасности.
3. Трехходовой вентиль с термоголовкой.
4. Фильтр.

Что делать с конденсатом

Чтобы избежать поступления в котловой бак теплоносителя с температурой ниже +50…+55°С, вызывающего образование кислоты на его стенках, вблизи отопителя монтируют смесительный узел.

«Подачу» и «обратку» соединяют перемычкой с 3-ходовым вентилем, управляемым сигналами от термодатчика. При остывании теплоносителя на впуске в агрегат ниже критической температуры клапан поменяет положение, и произойдет подмес горячего потока в холодный.

Инструкция

Систему отопления собирают по следующим правилам:

1. Используют трубы ДУ25, при большой протяженности контура – ДУ32.
2. Горизонтальные участки прокладывают с малым уклоном, необходимым только для дренирования трубопровода, – 2-3 мм/м.
3. Разгонного коллектора не делают.
4. Группу безопасности устанавливают со стороны подающего патрубка котла не далее 0,5 м от него. Между теплогенератором и приборами запрещено размещать запорную арматуру.
5. Насос с фильтром и мембранный расширительный бак подсоединяют к «обратке», чтобы они работали в щадящих условиях при относительно низкой температуре.
6. Помпу размещают между 3-ходовым вентилем и отопителем.

Схема отопления твердотопливным котлом с насосом.

Нужно предусмотреть возможность аварийного сброса избыточного тепла.

Для этого используют:

• ветку с радиаторами в неотапливаемых помещениях (например, в кладовой или на веранде);
• змеевик в котловом баке, подключаемый к водопроводу с одной стороны и канализации – с другой.

Рекомендации по организации твердотопливных котлов отопления своими руками

Если собираетесь топить дровами, то лучше сделать топку побольше.

Специалисты рекомендуют всем, кто намерен выполнить котел отопления на твердом топливе своими руками, учесть несколько правил. Во-первых, устройство должно быть абсолютно безопасным. Для этого перед проведением работ нужно ознакомиться с рядом государственных норм и стандартов. Во-вторых, нужно позаботиться об эффективности оборудования. Котел должен производить столько тепла, сколько потребуется для поддержания нормального температурного режима в доме плюс тепловые потери. В-третьих, под любой нагревательный прибор нужно отдельное помещение, то есть котельная.

Есть требования и к топке. В ней должна поддерживаться довольно высокая температура. В некоторых случаях это 500°C, что необходимо для полного сжигания топлива и отходящих газов. Если не соблюсти это условие, то вещества, в которых имеется скрытая энергия (оксиды азота, угарный газ) будут выходить в трубу, а КПД оборудования будет падать. Именно по этой причине самодельные котлы отопления на твердом топливе, их внутренняя часть, выполняется из материалов малой теплопроводности, что позволяет нагнать в топке нужную температуру.

Наружная часть котла, наоборот, выполняется из материалов малой теплоемкости, что повышает безопасность самого агрегата. Тепло, накопленное корпусом, должно быстро отходить в атмосферу. В таком случае исключается вероятность ожогов. С другой стороны корпус малой теплоемкости не будет забирать тепло у топки, что хорошо повлияет на КПД нагревательного элемента.  Однако перед тем, как приступать к организации нагревательного элемента, Нужно провести правильный расчет мощности твердотопливного котла отопления. В принципе, он аналогичен расчету мощности электрокотла.