Твердотопливные котлы – один из популярных видов теплогенераторов, служащих базовым элементом системы водяного отопления. Агрегаты, работающие на твердых сортах топлива, пользуются наибольшим спросом в регионах со слабым уровнем газификации и легким доступом к дровам, углю, брикетам, отходам деревообрабатывающей промышленности.
По величине затрат на топливо твердотопливные котлы уступают газовым котлоагрегатам, но выгодно отличаются по этому показателю от электрических и жидкотопливных аналогов. Основная сфера применения оборудования – отопление частных домов и дач – это обусловлено трудностями размещения агрегатов в стесненных условиях квартир многоэтажных домов. В материале статьи мы приведем обзор основных видов твердотопливных котлов, принципов их работы и конструктивного устройства, оценим достоинства и недостатки оборудования.
Содержание
Виды твердотопливных котлов
Основным фактором, влияющим на конструктивное исполнение твердотопливных котлов, является принцип и режим горения топливной закладки. По этому критерию оборудование, работающее на твердом топливе, можно поделить на следующие группы:
- Классические (традиционные);
- Пиролизные (газогенераторные);
- Длительного горения (в том числе пеллетные);
- Печи из металла, оборудованные водяным контуром или не имеющие такового.
Принцип работы агрегатов имеет классический алгоритм – при сжигании топлива происходит нагревание теплоносителя, который перемещается к приборам отопления и затем возвращается в котел для получения нового объема теплоты. Единственным исключением здесь являются печи без водяного контура – они сами являются отопительными приборами – но относить их к котлам можно лишь условно. Также следует отметить, что твердотопливные агрегаты обычно довольно массивны и в силу своей конструкции выпускаются только в напольном исполнении.
Традиционные твердотопливные котлы
Традиционные твердотопливные агрегаты отличаются простотой конструкции и надежностью в работе. Конструкция котла состоит из топки, сопряженной с теплообменником, зольника с воздушной заслонкой – эти элементы помещены в опорно-защитной раме с внешней обшивкой и слоем тепловой изоляции. Оборудование не полностью использует тепловой потенциал топлива – поэтому обладает средним КПД в диапазоне 70 – 80%.
Материалами изготовления котлов обычно служат чугун или углеродистая сталь. Модели с чугунной топкой и теплообменником обладают длительным сроком службы, но отличаются значительной массой, материал отрицательно относится к резким перепадам температуры и механическим ударным нагрузкам, оборудование стоит дороже стальных аналогов.
Модели котлов, изготовленных полностью из стали, стоят дешевле – но сталь сильно подвержена коррозии, вызванной образованием конденсата – поэтому оборудование служит меньший срок.
Твердотопливные классические котлы в большинстве своем выполнены с открытой камерой сгорания – воздух на процесс горения поступает в топку из помещения посредством естественной тяги, создаваемой дымовой трубой определенной высоты и сечения. Также существуют модели, оборудованные дымососом или вентилятором – эти устройства увеличивают избыток воздуха на горение – благодаря этому оборудование имеет повышенный КПД, но становится энергозависимым.
Регулирование производительности твердотопливных котлов производится 2-мя основными способами:
- Механическим;
- Электронным.
Механический способ подразумевает наличие в конструкции котла механического термостата, соединенного тросом с заслонкой, регулирующей подачу воздуха в топку. Электронные системы оснащены датчиками температуры и обычно имеют электрический привод заслонки. Электронное управление несколько точнее, чем механическое – но в целом сам диапазон изменения мощности котлов и интенсивности горения довольно узок, поэтому наличие электроники не всегда оправданно – она вызывает удорожание оборудования и относит его к энергозависимой категории.
Работа классических твердотопливных котлов характеризуется необходимостью регулярного ручного обслуживания – закладки топлива и удаления зольного остатка, периодически требуется проводить очистку дымового тракта от сажи, тепловой режим имеет пикообразный неравномерный алгоритм – наибольшее количество тепла выделяется на пике сгорания топливной закладки.
Традиционные котлы, использующие твердое топливо, могут иметь дополнительные опции – варочную панель для приготовления пищи или второй контур для приготовления горячей воды (двухконтурными могут быть и другие разновидности котлов). Для производства горячей воды котлы обычно оборудуются встроенными змеевиками или емкостями – но из-за особенностей теплового режима качество функции ГВС оставляет желать лучшего.
Пиролизные (газогенераторные) котлы отопления
Пиролизные агрегаты реализуют принцип своей работы на более качественном сжигании всех компонентов топлива, оборудование в основном ориентировано на работу с дровами. Конструкция газогенераторного котла отличается наличием 2-х камер (топок). В первой камере происходит тление топливной закладки с ограниченным количеством воздуха – в результате этого выделяется пиролизный газ – компонент, обладающий высокой теплотворной способностью.
Сжигание пиролизного газа осуществляется во второй камере – туда принудительно подается подогретый воздух. Такой алгоритм работы позволяет уменьшить расход топлива по сравнению с традиционными моделями – при одинаковом потреблении дров пиролизный котел вырабатывает тепла больше, КПД его может достигать 85 – 90%.
Газогенераторные котлы предназначены обычно для работы на дровах – причем влажность их не должна превышать 20% — в ином случае нарушится процесс выделения сгораемых компонентов, прежде всего пиролизного газа. Оборудование можно условно отнести к котлам длительного горения – они требуют более редкого ручного обслуживания, работа агрегатов реализуется в энергозависимом режиме для обеспечения наддува воздуха вентилятором.
Твердотопливные котлы длительного горения
Котлоагрегаты длительного горения реализуют в своей работе принцип двухстороннего тлеющего горения, основными видами топлива для них являются дрова и уголь. Горение топливной закладки здесь начинается с верхней зоны, затем производится розжиг нижней зоны топливной закладки. Агрегаты оборудованы вентиляторами и являются энергозависимыми.
Режим тлеющего горения резко уменьшает частоту обслуживания оборудования. Кроме того, многие модели оборудуются бункерами для автоматической подачи топлива, имеются котлы с автоматическим удалением зольного остатка. К котлам длительного горения можно отнести пеллетные котлы – они используют в качестве топлива гранулы из отходов древесины, оборудованы автоматической подачей топлива и могут работать в автономном режиме довольно продолжительный период в несколько суток. Существуют также модели котлов длительного горения с бункерами подачи с мелкой фракцией угля. Подробнее об устройстве котлов длительного горения вы можете прочитать в отдельной статье нашего сайта.
Выбор твердотопливного котла
Выбор твердотопливного котла производится по нескольким параметрам, основными из которых являются следующие:
- Тепловая мощность;
- Уровень автоматизации агрегата;
- Функции, возлагаемые на котел;
- Зависимость от наличия электроэнергии.
Производительность котла определяется расчетным методом – по данным теплового расчета, по величине площади или объема отапливаемых помещений. Итоговое значение тепловой мощности агрегата в значительной мере зависит от качества тепловой изоляции строения и реализации дополнительных функций – производства горячей воды, обеспечения теплом контуров водяных теплых полов, различных теплообменников и так далее.
Общий алгоритм укрупненного расчета для помещений со средним уровнем тепловой изоляции базируется на удельной величине тепла, требуемого для отопления 1 м2 площади отапливаемого помещения – значение этого параметра варьируется от 80 до 120 Вт. Например, для отопления частного дома площадью 100 м2 потребуется около 10 кВт теплоты. Затем к этой величине добавляют запас мощности в 10 – 15% — это необходимо для работы оборудования на средних нагрузках – это положительно влияет на длительность службы котла.
Таким образом, мы получаем величину в 11 – 12 кВт, при наличии функции производства горячей воды мощность агрегата увеличивают минимум на 30% — итог составляет 16 кВт. Более точно величину тепловой мощности твердотопливного котла рекомендуется определять по данным теплового расчета – но для его выполнения скорее всего придется привлекать специалистов.
Следует отметить важный аспект – в паспортах твердотопливных котлов указывается их производительность при использовании определенного типа топлива. При работе на другом сорте топлива тепловая мощность оборудования может значительно меняться – каждый сорт топлива имеет собственную теплотворную способность.
Уровень автоматизации котлов напрямую влияет на частоту их ручного обслуживания – чем качественней автоматика, тем реже требуется вмешиваться человеку. Что касается энергонезависимых моделей – то этот тип оборудования рекомендуется эксплуатировать в районах с серьезными перебоями в электроснабжении.
Достоинства и недостатки твердотопливных котлов
Твердотопливные котлы отопления обладают следующими основными достоинствами:
- Относительно невысокая стоимость топлива;
- Наличие энергонезависимых моделей;
- Установка оборудования не требует каких-либо согласований;
- Котлы (особенно чугунные модели) обладают длительным сроком службы;
- Надежность в работе.
Вместе с этим имеется и ряд весомых недостатков:
- Традиционные модели требуют частого ручного обслуживания;
- Требуется сооружение склада для хранения топлива – это и крупные габариты котлов практически исключают возможность их использования в квартирах;
- Необходимость сооружения дымовой трубы;
- Неравномерный тепловой режим работы большинства моделей;
- Наличие отходов – золы и сажи;
- Производство горячей воды отличается низкой эффективностью;
- Высокая стоимость моделей с автоматической загрузкой топлива и электронными системами управления;
- Узкий диапазон регулирования мощности.
Соотношение достоинств и недостатков оборудования можно назвать равным, но популярность твердотопливных котлов обусловлена важнейшими критериями – топливо для агрегатов намного дешевле, чем электроэнергия или дизтопливо – это во многом нивелирует часть недостатков. Кроме того, некоторые недостатки твердотопливных агрегатов можно устранить с помощью интеграции в схему системы отопления теплоаккумулятора – это устройство позволяет снизить потребление топлива на величину в 20 – 30%, выравнять тепловой режим потребителей тепла, качественно реализовать производство горячей воды, обеспечить необходимым количеством тепла контуры теплых полов и иных потребителей. Подробнее об устройстве и использовании тепловых аккумуляторов можно прочитать в следующей статье.