Как выбрать водогрейный котел на твердом топливе – особенности конструкции, правила выбора

Общие сведения

Из-за высокой стоимости дизельного топлива и электричества, а также дополнительных расходов на подключение газового оборудования во многих случаях выбор делают в сторону котла на твердом топливе. В результате получается обзавестись отопительной системой, на работу которой не влияет наличие или отсутствие внешних энергоносителей. Как правило, большая часть приборов данного типа не нуждаются в электрической энергии, или же потребляют ее в очень небольших количествах.

Чаще всего твердотопливными котлами комплектуются индивидуальные системы отопления в отдаленных районах, испытывающих серьезные затруднения с подачей магистрального газа. Существуют целые области нашей страны, где в качестве основного обогревающего агрегата используются дровяные котлы.

Основная информация о твердотопливных агрегатах

Высокая цена на дизельное топливо и электричество, расходы по подключению газового оборудования подчеркивают целесообразность решения приобрести котел, функционирующий на твердом топливе. На его основе можно создать отопительную систему, независящую от внешних энергоносителей, так как в своем большинстве агрегаты этого класса могут работать без электричества или с минимальным его потреблением.

Твердотопливные котлы используются в качестве центральных агрегатов автономной системы отопления в тех районах, где имеют место быть проблемы с подачей магистрального газа. А в некоторых поселениях, которых в России довольно много, дровяной котел так вообще незаменим.

Из чего состоит

Схема устройства твердотопливного аппарата

Чтобы понять, как функционируют агрегаты данного класса, давайте рассмотрим устройство твердотопливного котла, которое включает в себя следующие части:

1. Топка – так называема камера сгорания топлива и одновременно теплообменник. В конструкцию топки входят: портал для подачи топлива, зона вывода летучих продуктов сгорания, колосниковая решетка, емкости для сбора золы и отверстия для подачи воздуха. В процессе горения твердого топлива, стенки топки нагреваются, разогревается вода, которая находится вокруг топке в водяной рубашке агрегата.

Топка

1. Водяная рубашка. Как правило, в топке дровяного котла имеются двойные стенки, между которыми находится теплоноситель (далее по тексту просто вода) – это и есть водяная рубашка. Когда топливо в топке начинает гореть, вода в водяной рубашке нагревается, благодаря чему образуются тепловые потоки, поднимающие горячую воду в верхнюю часть рубашки. Из этой части котла горячая вода поступает в теплопровод. Пройдя по всей отопительной системе и отдав тепло помещению, уже остывшая вода возвращается обратно в водяную рубашку через нижний патрубок. С целью ускорить передвижение воды по всей системе, твердотопливные некоторые котлы оснащают специальными циркуляционными насосами отопления. Но все же большинство моделей предназначены для открытых отопительных систем (то есть для тех систем, где циркуляция воды осуществляется не при помощи насосов, а самотеком). Обусловлено это тем, что самотечные системы просты, надежны, экономичны и независимы. Их можно использовать даже в тех районах, где отсутствуют какие-либо признаки цивилизации.

Традиционный агрегат, работающий на твердом топливе

1. Система удаления угарных газов. Из-за горения твердого топлива в самом агрегате образуется большое количество дыма, поэтому обязательной составляющей таких устройств является дымоход. Дым отводится при помощи теплоизолированных труб, идущих от котла на улицу.

Схемы монтажа дымохода

Обратите внимание! Некоторые модели также оснащаются блоками принудительной вентиляции.

Устройство твердотопливного агрегата с принудительной вентиляцией

1. Система контроля и регулирования температуры. Не секрет, что любое горение просто невозможно без подачи воздуха. И, нужно также заметить, что интенсивность горения как раз таки зависит от интенсивности подачи воздуха в топку. А устройство твердотопливных котлов предполагает регулирование подачи воздуха при помощи механических заслонок и шиберов. Такая система контроля очень проста и надежна – заслонка крепко соединена со специальным регулятором. При чрезмерном повышении температуры стенки регулятора расширяются, и заслонка опускается, тем самым уменьшая подачу воздуха в топку. При остывании регулятора происходит обратный процесс – заслонка поднимается, тем самым увеличивая подачу воздуха и, как следствие, интенсивность горения. Конечно, данный способ может показать весьма примитивным и устаревшим. Однако он же и самый эффективный, именно поэтому используется во многих моделях твердотопливных отопительных котлов. Кроме того, он до сих пор не имеет конкурентов, так как для работы такого механизма не требуется электроэнергия, стоящая немалых денег.

Классификации

Современная схема отопления с твердотопливным котлом может включать в себя как простейшие одноконтурные устройства, так и мощнейшие высокопроизводительные и многофункциональные агрегаты. Давайте посмотрим, на какие классификации делятся котлы, работающие на твердом топливе.

По материалу изготовления:

1. Стальные агрегаты. Дешевле своих чугунных собратьев, легче в обслуживании и их гораздо проще чистить своими руками. Зато они весьма требовательны к температуре в обратном трубопроводе отопительной системы (не менее +60°С). А потому для них нужно ставить специальные клапаны, которые поддерживают необходимую температуру обратки (то есть в обратный трубопровод подмешивается горячая вода с подающего трубопровода).

Стальная модель Logano S121

1. Чугунные агрегаты долговечны, но за ними сложнее ухаживать. Твердотопливные котлы, выполненные из чугуна, рекомендуется приобретать в тех случаях, когда предполагается их постоянное непрерывное использование. А покупать супер надежный чугунный агрегат лишь для аварийных случаев – не имеет смысла. С этим вполне справится более дешевый стальной котел.

Чугунная модель SIME SOLIDA 4

По виду используемого топлива:

1. Дрова, торф, отходы деревообработки, их производные в виде специальных брикетов;

Поленья

1. Уголь;

Уголь

1. Пеллеты (представляют собой гранулы, образующиеся в результате переработки древесины, смолы, хвои и иных органических материалов);

Пеллеты

1. Сегодня есть и такие модели, которые работают абсолютно на всех видах твердого топлива.

По способу теплопередачи:

1. Воздушный;
2. Паровой;
3. Водяной (самый ходовой).

По принципу сжигания топлива:

1. Традиционные (думаем, разъяснять здесь ничего не нужно).
2. Длительного горения – последняя инновация в отопительной технике. Твердотопливные котлы длительного горения представляют собой вертикальную удлиненную топочную камеру, вокруг которой расположена емкость с водой. Горение в такой камере осуществляется не снизу вверх, а сверху вниз (можно сравнить этот процесс с горением свечи). Благодаря такой системе достигается полное сгорание топлива, время горения одной закладки увеличивается (до 7 суток), стабильная и высокая температура теплоносителя и приличный КПД.

Аппарат длительного горения Stopuva 7

Для бесперебойной и безопасной работы таких агрегатов, их оснащают вентилятором для экстренного тушения, предохранительным клапаном и циркуляционным насосом отопления.

Внимание! Котлы длительно горения автоматизированы, поэтому требуют наличия электроэнергии. И, кстати, инструкция о том, как управлять данными устройствами – довольно проста, и с ней разберется даже ребенок.

1. Пеллетные – то есть функционирующие на специальных пеллетах. Состоят они, собственно, из самого котла, автоматической системы подачи пеллет и бункера. Электронная система контроля проверяет наличие топлива в камере сгорания, и если его там нет, то включает механизм подачи пеллет из бункера. Довольно удобное, но опять же энергозависимое решение.

Симпатичная пеллетная модель

1. Пиролизные (газогенераторные). Уникальность этого вида твердотопливных котлов заключается в том, что кроме энергии сгорания твердого топлива они используют еще и тепловыделение газов, которые образуются в процессе сгорания твердого топлива. В результате из минимального объема топлива вырабатывается гораздо больше тепловой энергии, а значит, повышается КПД агрегата, и улучшаются его экологические показатели.

Пиролизный аппарат

Водяная рубашка

Принцип действия твердотопливного котла подразумевает наличие в его топке двойных стенок: в промежутке между ними заполняют теплоносителем. Такую конструкцию называют водяной рубашкой. По мере горения топлива происходит нагревание жидкости в водяной рубашке. Это приводит к появлению тепловых потоков, поднимающих горячий теплоноситель в верхнюю часть емкости. Отсюда горячая вода перетекает в теплопровод. После того, как жидкость пройдет по всему отопительному контуру и отдаст тепло жилищу, она возвращается в остывшем состоянии обратно. Для этих целей имеет нижний патрубок.

Для убыстрения циркуляции воды внутри отопительной системы на некоторых твердотопливных котлах монтируются специальные насосы. Однако большая часть моделей выпускается для открытых отопительных систем. Имеются в виду схемы, где теплоноситель двигается не за счет работающей помпы, а благодаря небольшому уклону трубопровода. Объясняется это простотой, надежностью и экономичностью инерционных систем. К тому же, они полностью независимы от наличия электрической энергии. Благодаря этому их можно применять в отдаленных районах, лишенных благ цивилизации.

Контроль и регулировка температуры

Как известно, обязательным условием для процесса горения является подача воздуха. При чем от интенсивности этой подачи напрямую зависит скорость горения. Этот принцип используется в конструкции твердотопливных котлов, где для регулировки поступления воздуха имеются механические заслонки и шиберы.

Для такой схемы устройства твердотопливного котла отопления характерна простота и надежность: заслонку прочно скрепляют со специальным регулятором. Если температура чрезмерно поднимется, это провоцирует расширение стенок регулятора и следующее за этим опускание заслонки. В итоге снижается интенсивность поступления кислорода в топочную камеру. Процесс остывания регулятора активизирует обратный процесс поднятия заслонки: воздух получает возможность поступать в большем объеме, увеличивая тем самым интенсивность горения.

На первый взгляд может показаться, что учитывая принцип работы твердотопливного котла длительного горения, такая схема управления процессом горения слишком примитивна и архаична. Однако именно простота служит залогом ее эффективности и надежности. Это объясняет широкое распространение шиберной регулировки в большинстве моделей твердотопливных отопительных котлов. Строго говоря, такой подход до сих пор не испытывает особой конкуренции, т.к. в этом случае не требуется дорогостоящая электроэнергия.

Классические модели

Такие варианты наиболее востребованы, они характеризуются невысокой стоимостью и простым устройством, и называются котлами прямого горения.

Различают классические котлы двух типов.

Работа конструкций первого типа основывается на естественной тяге

, второго – на
принудительной циркуляции воздуха
.

Твердотопливные энергонезависимые котлы устроены достаточно примитивно.

Подача воздуха из помещения осуществляется через заслонку. Для регулировки подачи воздуха установлен специальный термостат, реагирующий на температуру в так называемой рубашке котла. В процессе сгорания топлива образуются газы, проходящие по трубам теплообменника. Вокруг труб циркулирует вода, нагревающаяся посредством отдачи тепла продуктов горения. Последние совершают 2-3 прохода по трубопроводу, после чего удаляются из печи с помощью присоединенного к ней дымохода. КПД таких котлов зависит от конкретного типа конструкции и объема используемого топлива и зачастую не превышает 70%.

Более эффективными считаются модели с принудительным нагнетанием воздуха.

Как видно на схеме твердотопливных котлов этого типа, их устройство во многом напоминает энергонезависимые модификации. Но главное отличие заключается в установленном вентиляторе-нагнетателе. Принудительная подача воздуха делает процесс горения более стабильным и эффективным, в следствие чего КПД возрастает до 75%.

Разновидности твердотопливных котлов

Принцип действия твердотопливных котлов позволяет им быть частью различных современных схем. Речь идет как о самых простых одноконтурных приборах, так и о мощнейших многофункциональных агрегатах с высокой производительностью. Существует несколько способов классификации твердотопливного оборудования.

По материалу изготовления:

1. Из стали. Стоимость на стальные приборы ниже, чем на чугунные. К тому же они более просты в обслуживании: чистка проходит без особых проблем. Из недостатков можно выделить чувствительность моделей к температуре в обратной трубе: она должна быть не менее +60 градусов. Это предусматривает использование специальных клапанов для поддерживания необходимого температурного режима путем подмешивания в обратку горячей воды из подающей трубы.
2. Из чугуна. Отличаются более высокой долговечностью, однако требуют сложный уход. Использование чугунных твердотопливных котлов рекомендуется в случае их непрерывного использования. Приобретение сверхнадежного чугунного агрегата только для аварийных случаев является непрактичным решением. С подобными задачами в состоянии справиться более дешевые стальные модели.

Принцип работы

Работает котел на твердом топливе, как правило, на дровах, торфе, отходах пиломатериалов, специальных древесных брикетах, угле и пеллетах (гранулах, изготовленных из измельченной древесины, смолы, хвои и т.п.). Особой популярностью пользуются приборы универсального типа, способные потреблять практически все виды твердого топлива.

По способу теплопередачи котлы бывают:

• Воздушными.
• Паровыми.
• Водяными (встречаются чаще всего).

По принципу сжигания топлива:

• Традиционные. Работают на дровах и угле. Принцип действия такой же, как у обычной дровяной печи.
• Длительного горения. Инновационная разработка в области оборудования для отопления. Твердотопливные котлы длительного горения имеют вид удлиненной топочной камеры, окруженной со всех сторон водяной рубашкой. При горении пламя распространяется не снизу вверх, а сверху вниз, напоминая в этом отношении процесс горения свечи. Принцип работы котла длительного горения позволяет достигать полного сгорания топлива. При этом увеличивается промежуток горения одной закладки топлива (до 7 суток). Работает котел длительного горения, как правило, при стабильно высокой температуре теплоносителя, что на порядок повышает его КПД. Бесперебойное и безопасное функционирование таких моделей достигается за счет включения в конструкцию вентиляторов для экстренного тушения, предохранительного клапана и циркуляционной помпы.

• Пеллетные. В качестве топлива здесь используются специальные пеллеты. Такие котлы дополнительно оснащаются автоматической системой подачи пеллет и бункером для хранения топлива. Благодаря электронным датчикам осуществляется контроль наличия топлива внутри топки. Для работы такой системы необходимо стабильное электрическое питание.
• Пиролизные. Уникальное оборудование, где наряду с энергией от горения твердого топлива используется также тепловыделение газов. Это дает возможность небольшой объем топлива обратить в значительную порцию тепловой энергии. В результате достигается повышение КПД котла и снижение вредных выхлопов.

Принцип работы твердотопливных котлов длительного горения дает возможность применить автоматизацию. Управление агрегатами данного типа настолько простое, что его может осилить ребенок.

Устройство и принцип работы

• Как и все твердотопливные агрегаты, водяной котел на дровах обладает камерой сгорания, куда через верхнюю дверцу производится закладка дров. Единственное отличие, это очень вместительная топка.
• В ней размешается колосниковая решетка.
• Под решеткой располагается специальная камера, куда падает зола от сгоревших дров. В камере есть дверца, через нее производится очистка золы и углей. Кстати, многие производители устанавливают выдвижной поддон, он облегчает процесс чистки.
• В верхней части обязательно монтируется дымоход.

Внутреннее устройство
А вот теперь отличительные особенности конструкции.

• Внутри камеры сгорания установлен теплообменник, обычно из чугуна. Это полая литая конструкция, внутри которой движется нагретый воздух, а не горячая вода. Именно с помощью горячего воздуха и производится нагрев воды для хозяйственных нужд.
• И основная часть котла – это бак (резервуар). Здесь присутствует два варианта — как расположен бак относительно камеры сгорания. Он может быть установлен сверху или сбоку. Первый вариант предпочтительнее, потому что горячий воздух всегда стремиться вверх, что позволяет провести эффективную схему установки теплообменника.
• И, как дополнительный элемент прибора, это вентилятор, который устанавливается не во всех моделях. Он обеспечивает подачу свежего воздуха в камеру сгорания. Кстати, устанавливается он с боку топки.

Корпус водогрейного агрегата изготавливается из металла (это высокопрочная сталь), обязательно устанавливаются тепловые отражающие экраны, их размещают на внутренних поверхностях корпуса. Они не только не дают стенкам котла перегреваться, но и являются надежной защитой от химически агрессивных веществ и механических повреждений.

Принцип работы

Камера сгорания чаще всего изготавливается из чугунных плит. Некоторые производители предлагают котлы, топки которых собираются из огнеупорного кирпича.

Внимание! Конструкция камеры сгорания данного вида водогрейных котлов не позволяет использовать технологию сжигания твердого топлива пиролизным способом. Просто нет возможности разделить топку на две отдельные камеры сгорания. И в этом вся проблема.

Принцип работы

Принцип работы водогрейного котла на дровах основан на сжигании топлива, которое отдает свою тепловую энергию чугунному теплообменнику. Он в свою очередь передает тепло воздуху, который находится внутри него. Последний перемещается по внутренним полостям и попадает в продолжение теплообменника, расположенного внутри бака, заполненного холодной водой.

Проходя по теплообменнику в баке, воздух отдает свою тепловую энергию воде. Так и происходит нагрев. Охлажденный затем он опять возвращается в теплообменник, расположенный в камере сгорания. И цикл повторяется. Все очень просто и оригинально. К тому же воздух нагревается быстрее, чем вода, что является причиной быстрого нагрева воды в самом баке.

Водогрейный котел

Добавим, что часть тепловой энергии поступает в бак через металлические стенки самого твердотопливного водогрейного котла. Это плюс, который увеличивает показатель эффективности. Кстати,

• Коэффициент полезного действия таких установок 80-85%. Не самый высокий уровень для твердотопливных котлов. Но именно для этой водогрейной конструкции считается нормальным.
• В резервуаре вода нагревается до +95°С, при давлении 0,6 атм.