Самостоятельная сборка дровяного котла длительного горения

Сферы применения паровых котлов и назначение

Паровые котлы активно используются в следующих отраслях:

1. Отопительные системы. Существуют промышленные и бытовые модели паровых котлов, позволяющие использовать пар в качестве теплоносителя. Пар проходит через отопительные контуры и/или поступает в теплообменники устройств горячего водоснабжения, тем самым обеспечивая перемещение тепловой энергии. Бытовой паровой отопительный котел часто комбинируется с твердотопливными отопительными устройствами. На промышленных объектах используются более мощные и надежные устройства, вырабатывающие перегретый пар, имеющий повышенную теплоотдачу.
2. Энергетика. Паровые машины позволяют преобразовывать разогретый пар в электрическую энергию. Рабочий процесс выглядит довольно просто: пар перемещается в турбину и вращает вал, за счет чего и происходит выработка электричества. Данный принцип с успехом используется на множестве электростанций.
3. Промышленность. Паровые устройства вполне могут обеспечивать механическое движение различных элементов систем. Принцип работы парового котла промышленного назначения выглядит так же, как и в предыдущем случае, но выработанная энергия направлена на осуществление механического воздействия на элементы, которые должны двигаться.

Знание того, для чего нужен паровой котел и где он применяется, позволяет использовать устройство с предельной эффективностью.

Принцип работы твердотопливных котлов

Котлы имеют модульную конструкцию, состоящую из нескольких устройств в одном корпусе:

• теплообменника;
• топки с дверцей;
• колосниковой решётки;
• зольника с люком для прочистки;
• терморегулятора.

Отопительный котёл работает по следующему принципу:

1. В камеру загружают топливо, поджигают. Дрова или альтернативные материалы сгорают, образуя СО.
2. Температура воздуха увеличивается и газы поднимаются выше в дымоход.
3. Горячие воздушные потоки, вытесняя холодные, перемещаются по отопительной сети.
4. По мере их продвижения жидкость в теплообменнике нагревается.

За подведение воды отвечает впускной патрубок, а за поступление горячего носителя в радиаторы — коллектор обратки. Обе точки подключения контура рекомендуют оборудовать температурными датчиками.

Индивидуальный подход в выборе отопительной и водогрейной модели котла на газу

Современные котлы настолько совершенны, что могут управляться при помощи пульта или телефона, защищены на случай перепада напряжения в сети и не боятся ни перегрева, ни замерзания.

У каждой модели есть свои недостатки и достоинства, подбирать котел нужно с их учетом, а также ориентируясь на необходимую площадь обогрева.

Самыми дорогими считаются котлы с принудительной тягой и возможностью модулировать расход топлива. Это, как правило, двухконтурные модели, которые мгновенно нагревают воду для купания. У таких котлов удобная система электронного управления посредством пульта и электрический розжиг.

Как подключить твердотопливный котел

Каноническая схема подключения твердотопливного котла содержит два главных элемента, позволяющих ей надежно функционировать в системе отопления частного дома. Это группа безопасности и смесительный узел на основе трехходового клапана с термоголовкой и датчиком температуры, показанные на рисунке:

Примечание. Здесь условно не показан расширительный бак, поскольку он может располагаться в разных местах в различных отопительных системах.

Представленная схема показывает, как подключить агрегат правильно и должна всегда сопровождать любой котел на твердом топливе, желательно даже пеллетный. Вы можете где угодно найти различные общие схемы отопления – с теплоаккумулятором, бойлером косвенного нагрева или гидрострелкой, на которых данный узел не показан, но он там должен быть обязательно. Подробнее об этом рассказано на видео:

Задача группы безопасности, устанавливаемой прямо на выходе подающего патрубка твердотопливного котла, — сбрасывать в автоматическом режиме давление в сети при его росте сверх установленного значения (обычно – 3 Бар). Этим занимается предохранительный клапан, а кроме него элемент оснащен автоматическим воздухоотводчиком и манометром. Первый выпускает появляющийся в теплоносителе воздух, второй служит для контроля над давлением.

Внимание! На отрезке трубопровода между группой безопасности и котлом не допускается установка любой запорной арматуры

Как работает схема

Смесительный узел, предохраняющий теплогенератор от конденсата и температурных перепадов, работает по такому алгоритму, начиная от растопки:

1. Дрова только разгораются, насос включен, клапан со стороны системы отопления закрыт. Теплоноситель циркулирует по малому кругу через байпас.
2. При повышении температуры в обратном трубопроводе до 50—55 °С, где стоит накладной датчик выносного типа, термоголовка по его команде начинает нажимать на шток трехходового клапана.
3. Клапан потихоньку открывается и холодная вода понемногу поступает в котел, смешиваясь с горячей из байпаса.
4. По мере того как прогреваются все радиаторы растет общая температура и тогда клапан перекрывает байпас полностью, пропуская весь теплоноситель через теплообменник агрегата.

Данная схема обвязки – самая простая и надежная, ее монтаж можно спокойно выполнить своими руками и таким образом обеспечить безопасную работу твердотопливного котла. Касательно этого есть парочка рекомендаций, особенно при обвязке дровяного отопителя в частном доме полипропиленом или другими полимерными трубами:

1. Участок трубы от котла до группы безопасности сделайте из металла, а дальше прокладывайте пластик.
2. Толстостенный полипропилен плохо проводит тепло, из-за чего накладной датчик станет откровенно врать, а трехходовой кран – запаздывать. Для корректной работы узла участок между насосом и теплогенератором, где стоит медная колба, тоже должен быть металлическим.

Другой момент – место установки циркуляционного насоса. Лучше всего ему стоять там, где он изображен на схеме – на обратке перед дровяным котлом. Вообще, ставить насос можно и на подаче, но вспомните, о чем говорилось выше: при аварийной ситуации в подающем патрубке может появиться пар. Насос не может перекачивать газы, поэтому при попадании в него пара циркуляция теплоносителя остановится. Это ускорит возможный взрыв котла, ведь он не будет охлаждаться протекающей из обратки водой.

Способ удешевления обвязки

Схему защиты от конденсата можно удешевить, если поставить трехходовой смесительный клапан упрощенной конструкции, не требующий подключения накладного температурного датчика и термоголовки. В нем уже вмонтирован термостатический элемент, настроенный на фиксированную температуру смеси 55 либо 60 °С, как это изображено на рисунке:

Специальный 3-ходовой клапан для твердотопливных отопительных агрегатов HERZ-Teplomix

Примечание. Подобные клапаны, поддерживающие фиксированную температуру смешанной воды на выходе и предназначенные для установки в первичный контур твердотопливного котла, выпускают многие известные бренды — Herz Armaturen, Danfoss, Regulus и другие.

Установка такого элемента однозначно позволяет сэкономить на обвязке ТТ-котла. Но при этом теряется возможность изменения температуры теплоносителя с помощью термоголовки, а ее отклонение на выходе может достигнуть на 1—2 °С. В большинстве случаев эти недостатки несущественны.

Отличия газо- и водотрубных котлов по схеме работы

Емкость, позволяющая создавать пар, обычно выполняется из одной или нескольких труб. Находящая в них вода прогревается за счет разогретых газов, выделяемых в процессе горения топлива. Такая конструкция подразумевает, что газ сам поднимается к заполненным водой трубам, и устройства, работающие по такому принципу, называются газотрубными котлами.

В другом типе котлов газ перемещается по трубе в самой емкости с водой. Емкость в данном случае называется барабаном, а сам котел относится к категории водотрубных. Заполненные водой барабаны могут располагаться горизонтально, вертикально, радиально или же комбинировано, в зависимости от чего выделяют соответствующие виды водотрубных котлов.

Сравнение особенностей рассматриваемых видов котлов позволяет сделать следующие выводы:

1. Первое отличие – разные размеры используемых труб. Газотрубные устройства оснащаются достаточно большими трубами по сравнению с изделиями, которые используются в водотрубных котлах.
2. Следующее отличие заключается в разнице мощностей. Предельное значение мощности газотрубных котлов составляет 360 кВт, а максимальное давление не может превышать 1 МПа. Высокое давление и объем пара требуют увеличения толщины стенок устройства, что негативно сказывается на итоговой стоимости котла. Водотрубные котлы такого недостатка лишены – для них вполне могут использоваться тонкие трубы, позволяющие добиться большей температуры и давления по сравнению с газотрубными аналогами.
3. Водотрубные котлы отличаются не только мощностью и более высокой температурой. К их преимуществам относится еще и возможность выдерживать серьезные перегрузки, что говорит о большей степени безопасности подобных устройств.

1 Характеристика твердотопливного оборудования

Газовые магистрали и стабильное электроснабжение в России до сих пор есть не в каждом регионе. Кроме того, электроэнергия стоит недешево. За городом нередко происходят сбои в подаче электричества, а возможность воспользоваться газом существует не всегда. Именно поэтому установка твердотопливных котлов отопления в частном доме имеет массу достоинств:

1. 1. Можно использовать именно те теплоносители, которые доступны в конкретном регионе и стоят недорого, например, уголь, дрова, отходы древесины, торф и т. д.
2. 2. Котлы, работающие на твердом топливе, самые дешевые среди оборудования этой категории.
3. 3. Существует большой ассортимент таких аппаратов, к каждому из которых можно докупить нужные вспомогательные детали и автоматику, если это необходимо.
4. 4. Для монтажа твердотопливного агрегата не нужно получать разрешение администрации, в отличие от газовых котлов.

Однако каждая система имеет не только плюсы, но и минусы. К недостаткам такого оборудования относят:

1. 1. Пожароопасность. Она больше касается дизельных и газовых устройств, но при проблеме с проводкой может возникнуть и с электрическим котлом. Схема подключения твердотопливного котла обладает такой же опасностью, как и все другие разновидности систем.
2. 2. Нужно контролировать, сколько теплоносителя находится в топке. Нельзя просто включить твердотопливное оборудование и забыть о его работе. В пеллетные котлы и устройства длительного сгорания можно подкладывать теплоноситель реже, но такие системы отличаются меньшей автономностью.
3. 3. Процессом горения топлива сложно управлять, в то время как в газовых и электрических моделях можно просто отключить электроэнергию или перекрыть газ.

Установка дымохода и котла

Собственно, установка твердотопливного котла в доме не является каким-то сверхсложным процессом. Достаточно всего лишь разместить оборудование на подготовленной основе и выставить его горизонтально по уровню с помощью регулируемых ножек, либо специальных подкладок. Патрубок для дымохода совместить с отверстием в стенке можно с помощью поворота колен.

Быстрее и легче всего будет собрать приставной внешний дымоход. Он состоит из вертикальной закрепленной трубы, которая соединяется с патрубком котла посредством тройника. Если дом деревянный, то монтаж дымовой трубы в местах прохождения сквозь стену или перекрытия должен выполняться с соблюдением техники пожарной безопасности.

Методика установки дымохода такова:

1. В перегородке вырезают квадратное отверстие, по размеру превосходящее сечение трубы дымохода на 38 см с каждой стороны. Так, при сечении канала трубы в 100 мм и толщине утепляющего слоя в 5 см размер отверстия будет равен 100+380×2=860 мм.
2. Монтируют в проем оцинкованный короб – это будет проходной узел.
3. Сквозь короб пропускают сэндвич трубу, а пустоты заполняют базальтовой ватой.
4. Фиксируют внешнюю крышку узла.

В домах, сложенных из кирпича и пеноблока, дымовую трубу монтируют в стальную гильзу с уплотнителем.

Во время монтажа системы отопления с твердотопливным котлом необходимо соблюдать ряд требований к дымоходным каналам:

• минимальная высота дымохода (от колосниковой решетки до козырька) – 5 метров, причем в ней может быть не более трех поворотов;
• стыковку отдельных секций трубы производят так, чтобы осадки стекали снаружи трубы, а скопившийся конденсат – внутри;
• горизонтальный отрезок дымохода следует устанавливать со слабым уклоном в сторону котла;
• внизу дымохода должен быть предусмотрен сборник для конденсата и ревизионный люк;
• кровельный карниз можно обойти, если установить на дымоходе два колена с уклоном по 30º;
• крепление трубы кронштейнами нужно производить так, чтобы они не приходились на стыки секций;
• сверху на дымовую трубу монтируют флюгер или конусовидный колпак.

Устройство парового котла

Конструктивно паровой котел – это емкость, в которой происходит процесс преобразования воды в пар. Емкость обычно выполняется из трубы, диаметр которой может варьироваться в достаточно широких пределах. Помимо заполненной трубы, схема парового котла включает в себя топочную камеру, предназначенную для сжигания топлива.

Топка может иметь определенные особенности, которые напрямую зависят от используемого вида топлива. Например, твердотопливные топочные камеры в нижней части оборудуются колосниковой решеткой, сквозь которую в камеру поступает кислород. В верхней части конструкции устанавливается традиционный дымоход, создающий тягу и обеспечивающий нормальное горение. В случае использования жидких энергоносителей или газа топочная камера снабжается горелкой.

В любом случае, выделяемый при сгорании топлива газ подступает к заполненной водой емкости, отдает ей свое тепло и выводится в атмосферу дымоходом. Вода в определенный момент начинает кипеть и превращаться в пар, который направляется в верхнюю часть емкости, а потом – в трубы.

Как подготовить помещение

Подготовительные работы перед установкой твердотопливного котла своими руками включают несколько направлений:

• подготовка надежной основы и заливка бетонного фундамента, если это необходимо;
• выполнение вентиляционных отверстий и зазора для дымохода в стене;
• изоляция легковоспламеняющегося пола и стен от возгорания с помощью листов металла, минерита, базальтового картона или асбестоцемента.

В котельной должна быть проведена линия электропитания. Она понадобится для подключения циркуляционного насоса и, возможно, автоматики самого котла.

Избавляться от деревянных элементов на стенах и полу не нужно. Если расстояние от твердотопливного котла до стены из дерева составляет менее 38 см, обшивку изолируют одним из указанных выше материалов. Такой же листовой материал необходимо разместить на полу внизу и в передней части котла так, чтобы он выступал на 80 см. Это защитит помещение от углей, вылетающих из открытой дверцы топки.

Рекомендации по устройству фундамента будут такими:

1. Твердотопливные котлы с небольшой мощностью и весом до 200 кг можно устанавливать на цементную стяжку. Как правило, с такой нагрузкой она справляется.
2. При массе до 300 кг монтаж твердотопливного котла осуществляют на армированную железобетонную стяжку с толщиной в 10-12 см. При массе более 300 кг потребуется отдельная фундаментная плита.
3. Теплогенераторы, работающие на пеллетах, с подающим шнеком и электродвигателем нуждаются в особом типе фундамента, поскольку оказывают вибрационную нагрузку.

Если схема установки твердотопливного котла в частном доме предполагает наличие теплоаккумулятора и других тяжелых элементов, не нужно заливать отдельный фундамент под каждым из них. В данном случае делают единую бетонную стяжку толщиной 12 см, армированную прутьями, сечением 8-14 мм. Из арматуры делают сетку с ячейкой 20×20 см, которую кладут поверх подушки из хорошо утрамбованного гравия.

Что такое теплоаккумулятор

Но при эксплуатации агрегата на твердом топливе придется столкнуться с проблемой неоднородности получения тепловой энергии. Пока котел работает — дома тепло или даже жарко. Закончилось топливо – в доме становится холодно. Половина полученного тепла уходит в атмосферу, да и подкладывать дрова приходится часто. Поэтому задумались о том, чтобы сохранять избыточное тепло, а потом потихоньку отдавать его в систему отопления.

Эту проблему и решают, когда начинают эксплуатировать твердотопливный котел с теплоаккумулятором.

В странах Европы запрещено применение агрегатов тепловой энергии без буферной емкости, чтобы не было выбросов угарного газа в атмосферу.

Теплоаккумулятор — это емкость, чаще всего круглая цилиндрическая, наполненная водой, в зависимости от предназначения бывает разных модификаций.

В производственный вариант входят:

• основной корпус, который изготавливается из различных сплавов стали или из нержавейки;
• слой изоляции из базальтовой или минеральной ваты или пенополиуретана толщиной не менее 50 мм;
• наружная обшивка изготавливается или из окрашенного тонкого листового металла, или из чехла из полимерного материала;
• в основную емкость врезают патрубки для подвода и отвода теплоносителя;
• в более дорогих моделях внутри устанавливают змеевик для подогрева воды;
• термометр и манометр служат для контроля за температурой и давлением.

Иногда в тепловой аккумулятор встраивают блок электрических тенов с датчиками и подсоединяют солнечные батареи — это создает дополнительный комфорт при его использовании.

Цены на эти варианты высокие, поэтому народные умельцы чаще всего изготавливают буферные емкости своими руками.

Для чего нужен

Спектр применения аккумулятора тепловой энергии очень широк и определяется согласно модификации и применяемого вместе с ним оборудования.

Самое главное его предназначение:

• накопить как можно больше тепла, а потом, когда закончится топливо в основном теплогенераторе, отдать его в систему отопления;
• предотвращать резкие перепады температуры в системе, тем самым не допускать появления конденсата в котле.

Более современные и дорогие позволяют создать больший комфорт и больше возможностей:

• горячее водоснабжение в доме;
• использовать его вместо электрокотла, если установить в него электрические нагреватели.

Принцип работы

Перед первым использованием рекомендуется изучить схему работы котла и емкости.

Система работает так:

1. Затопили котел.
2. Нагретая вода попадает в теплогенератор, как бы заряжает его.
3. Циркуляционный насос, установленный за емкостью, по трубопроводу, вмонтированному в верхнюю ее часть, доставляет теплоноситель к трубам отопления.
4. Возвращаясь, остывшая вода поступает в нижнюю часть теплогенератора.
5. Затем она поступает в котел.
6. Закончилось топливо — потух котел.
7. В работу вступает теплогенератор: при помощи циркуляционного насоса из верхней горячей зоны постепенно разносит сохраненное тепло по трубам и радиаторам.

Второй насос снабжают комнатным датчиком температуры, который при необходимости может отключить его, если температура превысит установленную для него температуру. Тогда котел будет нагревать только теплоаккумулятор. При понижении температуры воздуха в комнатах, включается насос, и вода снова будет нагревать батареи.

Применение аккумулятора тепловой энергии позволяет хозяину домовладения удовлетворить все его запросы.

Недостатки

У связки теплового нагревателя с тепловым накопителем недостатки, конечно, есть, но со временем покупатель поймет, что вложенные средства были потрачены не зря.

Утепление арматуры

Рассмотрим вопрос необходимости утепления арматуры. Большая протяженность труб, много фитингов и высокие рабочие температуры в системе приводят к потерям тепла. На готовых объектах не утепленное должным образом отопительное оборудование перегревает окружающее пространство. В помещении, где установлен котел и теплоаккумулятор, температура может достигать плюс 27 градусов в сильный мороз. Топливо расходуется нерационально, а эффективность системы снижается. После утепления труб удается отвоевать несколько градусов и снизить расход топлива.

Утепляя арматуру надо помнить о том, что при работе со стороны котлов трубы сильно нагреваются, так как могут транспортировать воду горячее 100 градусов. Пенополиэтиленовая изоляция в этом случае не подходит. Ее можно ставить только в другой части контура со стороны радиаторов системы отопления. В котельной на горячие трубы лучше надеть более устойчивую к нагреву каучуковую изоляцию. Стоит дополнительно изолировать также фитинги и другую арматуру.

По технике безопасности не рекомендуется изолировать насосы. Это оборудование имеет ограничение, не допускающее превышения норматива по температуре окружающей среды. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо.

Совместное подключение двух котлов

Для повышения комфорта отопления частного дома многие хозяева устанавливают два и более источника тепла, работающие на разных энергоносителях. На данный момент наиболее актуальны сочетания котлов на:

• природном газе и дровах;
• твердом топливе и электричестве.

Соответственно, газовый и твердотопливный котел надо подключить таким образом, чтобы второй автоматически замещал первый после сжигания очередной порции дров. Такие же требования выдвигаются и к обвязке электрокотла с дровяным. Это сделать достаточно просто, когда в схеме обвязки участвует буферная емкость, поскольку она одновременно играет роль гидрострелки, что и показано на рисунке.

Как видите, благодаря наличию промежуточного бака-аккумулятора 2 разных котла могут обслуживать сразу несколько распределительных контуров отопления – батареи и теплые полы, и вдобавок загружать бойлер косвенного нагрева. Но теплоаккумулятор с ТТ-котлом ставят далеко не все, поскольку это недешевое удовольствие. На этот случай существует простая схема, причем ее можно смонтировать своими руками:

Примечание. Схема справедлива как для электрического, так и для газового теплогенератора, работающего вместе с твердотопливным.

Здесь основным источником тепла является дровяной отопитель. После прогорания закладки дров температура воздуха в доме начинает падать, что регистрирует датчик комнатного термостата и тут же включает нагрев электрокотлом. Без новой загрузки дров температура в подающей трубе снижается и накладной механический термостат отключает насос твердотопливного агрегата. Если спустя какое-то время его разжечь, то все произойдет в обратном порядке. Подробно об этом способе совместного подключения рассказано на видео:

Обвязка методом первичных и вторичных колец

Существует еще один способ совместной обвязки твердотопливного котла с электрическим для обеспечения большого числа потребителей. Это метод первичных и вторичных колец циркуляции, который предусматривает гидравлическое разделение потоков, но без использования гидрострелки. Также для надежной работы системы требуется минимум электроники, а контроллер не нужен вообще, невзирая на кажущуюся сложность схемы:

Хитрость в том, что все потребители и котлы подсоединяются к одному первичному кольцу циркуляции как подающим трубопроводом, так и обратным. За счет малого расстояния между подключениями (до 300 мм) перепад давлений выходит минимальным по сравнению с напором насоса главного контура. Благодаря этому движение воды в первичном кольце не зависит от работы насосов колец вторичных. Меняется лишь температура теплоносителя.

Теоретически в главный контур может быть включено сколько угодно источников тепла и вторичных колец. Главное, верно подобрать диаметры труб и производительность насосных агрегатов. Фактическая производительность главного кольцевого насоса должна превышать расход в самом «прожорливом» вторичном контуре.

Чтобы этого добиться, необходимо выполнить гидравлический расчет и только потом удастся верно подобрать насосы, так что без помощи специалистов обычному домовладельцу не обойтись. Кроме того, надо увязать работу твердотопливного и электрического котлов путем установки отключающих термостатов, о чем рассказано в следующем видео: