Мы уже давно перестали удивляться растущему количеству ядер в процессоре и гигабайтов в оперативке, да и подключенные к Интернету холодильники и стиральные машинки трепета особого уже не вызывают.
И только старой доброй печке-«буржуйке» расти просто некуда, ведь для того, чтобы сжечь полено, много ума не надо. Так наверняка думают многие обыватели, но только не инженеры-теплотехники.
Воплощая инновационные решения, они не только сделали твердотопливное отопительное оборудование более эффективным, но и заставили его гораздо дольше работать без участия пользователя.
В данной статье мы поговорим о том, какими бывают котлы длительного горения на дровах для дома, как они эксплуатируются и что необходимо учитывать при выборе такого агрегата.
Принцип работы
По способу теплообразования котел отопительный длительного горения на дровах для дома ничем не отличается от обычного, так называемого котла прямого горения. В его топке сгорает органическое топливо (древесина, уголь, торф и пр.), а тепло от пламени и дымовых газов передается теплоносителю: воздуху (в печах-конвекторах) или воде (в котлах на дровах с водяным контуром).
Но если в обычном котле закладку топлива приходится обновлять в среднем через каждые 4 часа, то прибор с длительным горением способен проработать без дозаправки в среднем 12 часов на древесном топливе и 36 на угольном.
Что же придумали инженеры, чтобы добиться такого результата? Первый ход кажется очевидным и напрашивается сам собой: нужно увеличить размеры топки, чтобы в нее можно было поместить побольше топлива.
Принцип работы твердотопливного котла длительного горения с водяным контуром для дома
Действительно, в теплогенераторах прямого горения мощностью 20 кВт объем топки составляет примерно 50 – 60 л, тогда как в «долгоиграющих» печах той же мощности этот показатель увеличен до 100 – 150 л, а у некоторых гигантов вообще составляет более 250 л.
Очевидно и следующее: одним только увеличением топки отделаться не получится. Если даже очень большую груду топлива поджечь обычным способом, пламя быстро распространится по ней и через 4 часа снова придется бежать в поленницу. Инженеры предложили несколько решений, на основании которых были созданы такие виды теплогенераторов:
Котлы с удлиненной топкой
Поскольку пламя в силу явления конвекции охотнее всего распространяется в направлении снизу вверх, логично расположить топливо не в виде груды, как в обычной печи, а в виде вытянутой горизонтальной линии.
То есть так, чтобы основная масса горючего была не над огнем, а сбоку от него.
Именно для этого и нужна удлиненная топка. Чтобы еще больше замедлить сгорание топлива, необходимо организовать дозированную подачу воздуха непосредственно в зону горения. Для этого применяются воздуховоды различных конструкций, например, телескопические.
Котлы с верхним горением
Нетрудно понять, что для наилучшего эффекта массив топлива следовало бы расположить не сбоку от пламени, а под ним. Эта идея легла в основу создания котлов с верхним горением, в которых горючее закладывается в виде вертикальной колонны, но поджигается не снизу, а сверху.
Здесь также реализована «адресная» подача воздуха: по телескопическому воздуховоду он подается строго в зону горения.
Комбинированный котел обладает двойным достоинством при невозможности использовать один источник отопления, можно переключиться на другой. Котлы отопления на дровах и электричестве удачный пример такого оборудования.
Пошаговая инструкция по изготовлению печи Бубафоня своими руками представлена здесь.
Котел длительного горения стоит дороже обычного варианты. Но народные умельцы научились делать котлы длительного горения на твердом топливе своими руками. По этой ссылке https://4air.ru/otopitelnoe-oborudovanie/kotly/tverdotoplivnye-dlitelnogo-goreniya-svoimi-rukami.html поделимся секретами изготовления такого агрегата.
Газогенераторные (пиролизные) котлы
В теплогенераторах этого типа применен принципиально иной способ сжигания топлива. Сначала оно подвергается нагреву в бескислородной среде, вследствие чего происходит распад биополимеров (органических молекул) на целый ряд газообразных веществ – метан, азот, водород и пр. Эта смесь, которую называют древесным газом, также способна гореть.
Процесс ее образования и называется пиролизом или газогенерацией. Для сжигания древесного газа в топке котла имеется отделенное пространство (камера дожига), куда он поступает через форсунки.
Увеличение длительности горения – только одно из достоинств такого подхода. Кроме этого:
- КПД теплогенератора удалось увеличить с обычных 80% до 90% 93%,
- за счет более полного, чем при обычном сжигании, разложения топлива выхлоп становится более экологичным и, соответственно, менее опасным для деталей котла и дымохода,
- в топке остается очень мало золы,
- по управляемости пиролизный котел на дровах приближается к газовому.
Некоторые не очень добросовестные производители прибегают к хитрому приему: выпускают обычные котлы, но предлагают эксплуатировать их в режиме тления (ограничивается подача воздуха в топку) и на основании этого позиционируют свою продукцию как теплогенераторы длительного горения.
Котел пиролизный
Действительно, при тлении топлива хватит на более долгий срок, чем при полном горении, но такой режим сопровождается целым рядом нежелательных эффектов:
- КПД теплогенератора падает до 50%.
- Происходит спекание мелкой фракции топлива, из-за чего оно превращается в корж.
- Из-за неполного окисления топлива выхлоп получается насыщенным угарным газом и тяжелыми углеводородными радикалами – остатками органических молекул, проявляющими высокую химическую активность.
Следует учесть и то, что древесина некоторых пород, например, ива и тополь, в таком режиме горит плохо.
Основные преимущества
Твердотопливное оборудование гораздо менее удобно в эксплуатации, но и у него есть свои сильные стороны:
- для установки не требуется разрешение газового хозяйства и других «спецслужб»,
- оборудование является автономным и не зависит от работы сетей энергоснабжения,
- твердое топливо «не умеет» улетучиваться и взрываться,
- в богатых лесом регионах горючее для твердотопливных котлов буквально валяется под ногами.
Несмотря на указанные достоинства, приобретение твердотопливного котла в большинстве случаев является вынужденной мерой, на которую пользователей подталкивает отсутствие централизованного газоснабжения.
Дровяной котел длительного горения
Причина понятна: топливо приходится подкладывать вручную, что очень усложняет эксплуатацию в сравнении с газовым котлом. Теплогенераторы длительного горения позволяют заниматься обслуживанием реже, но и у них есть свои недостатки.
Так, газогенераторные котлы эффективно работают только на сухом топливе (влажность не более 20%). Котлы с верхним горением нельзя догружать топливом до полного прогорания имеющейся закладки, с их помощью нельзя быстро прогреть помещение, а стенки часто приходится чистить от налипших углей. Да и цену и те и другие модели имеют более высокую, чем обычные котлы.
Устройство прибора
Пройдемся по основным компонентам котла длительного горения:
Топка
От материала и толщины топки зависит долговечность котла, а также то, на каких видах топлива он может работать. Самая высокая температура наблюдается при горении угля, поэтому топки под эту разновидность горючего делают из особой термоустойчивой стали и с толстыми стенками.
Следует учесть и то, что древесина некоторых пород, например, ива и тополь, в таком режиме горит плохо.
Система контроля горения
Мощность теплоотдачи в твердотопливных котлах на дровах всегда регулируется путем изменения количества подаваемого в топку воздуха.
Для этого в воздухозаборном патрубке устанавливается поворотная заслонка, также называемая дросселем.
В пиролизных котлах мощность дополнительно регулируется изменением проходного сечения форсунки, через которую в камеру дожигания поступает древесный газ.
Регулировка может осуществляться тремя способами:
- Вручную.
- Посредством энергонезависимой (аналоговой) автоматики. Чаще всего в этой роли выступает биметаллическая пластина, которая в зависимости от температуры изгибается с различной кривизной. Через систему рычагов она соединяется с воздушным дросселем. Также в качестве термодатчика и одновременно привода для заслонки могут применяться колбы, заполненные материалами с высоким коэффициентом температурного расширения.
- Посредством электронной автоматики. В ее составе имеется термодатчик, электронный контроллер, а также сервопривод, который по сигналу контроллера переводит дроссель в нужное положение. Такая автоматика работает более эффективно, но она нуждается в электроснабжении.
В самых простых котлах воздух в топку поступает самотеком, то есть засасывается тягой. Более эффективными являются теплогенераторы с принудительной подачей воздуха, то есть оборудованные вентилятором.
Выбирайте модель с вентилятором, установленным в верхней части корпуса – такие служат дольше. При нижнем расположении вентилятор тянет с пола пыль, а потому быстрее ломается.
Теплообменник
Эта деталь имеет вид нескольких труб или водяной рубашки, окружающей топку. Теплообменники изготавливаются из стали и чугуна.
Чугунные стоят на 15% 20% дороже, зато они отличаются более высокой надежностью и долговечностью, что обусловлено отсутствием сварных швов (изготавливаются методом литья) и более высокой стойкостью к коррозии.
Однако, у чугуна есть важный недостаток, который нужно учитывать: в отличие от стали, он не обладает пластичностью, поэтому может лопнуть от резкого изменения температуры.
Если в стальной теплообменник в случае опасности закипания теплоносителя можно подать холодную воду, то с чугунным теплообменником такой прием использовать нельзя – приходится надеяться на своевременное срабатывание предохранительного клапана.
Случаются и такие неприятности: при остановке циркуляционного насоса из-за отсутствия циркуляции разница температур между теплоносителем в теплообменнике (здесь он становится очень горячим) и отопительном контуре (здесь наоборот остывает) становится слишком большой, так что при возобновлении электроснабжения и запуске насоса чугунный теплообменник опять же может лопнуть.
Попадание холодного теплоносителя (с температурой ниже 50 градусов) для стального теплообменника также нежелательно. От этого он не лопнет, но на его стенках будет образовываться едкий конденсат, провоцирующий термохимическую коррозию.
Для предотвращения подобных явлений в обвязке твердотопливных котлов устанавливается узел подмеса – байпас между «подачей» и «обраткой» с автоматически управляемым трехходовым клапаном, который при необходимости разбавляет холодный теплоноситель горячим.
Узел подмеса
Не приобретайте котлы отопления на дровах длительного горения, в которых трубы теплообменника имеют вид колосниковой решетки. При таком исполнении они быстро обрастают налипшими углями, да и автоматика у такого котла срабатывает чаще.
Вторым контуром, предназначенным для обеспечения горячего водоснабжения, котлы длительного горения оборудуются очень редко. Как правило, такие агрегаты подключают к бойлеру косвенного нагрева.
Особенности загрузки топлива и эксплуатация
В топку котла длительного горения следует закладывать максимально возможное количество топлива.
В газогенераторных котлах ему сначала дают возможность загореться, затем перекрывают заслонку. Горение при этом сменится тлением, которое будет сопровождаться пиролизом.
Поступают и по-другому: сначала в топке сжигают порцию быстросгораемого материала, например, щепу, а затем на угли укладывают поленья и перекрывают заслонку.
В котлах с верхним горением для розжига топливо сверху поливают какой-нибудь горючей жидкостью.
Эксплуатация твердотопливного котла «на низких оборотах», то есть в притушенном состоянии, является невыгодной – сильно падает КПД. При этом выхлоп, как уже говорилось, становится более вредным. Поэтому в жидкостную систему отопления, оборудованную подобным агрегатом, настоятельно рекомендуется (в странах Западной Европы это даже считается обязательным) включать теплоаккумулятор в виде наполненной водой большой емкости.
Она вберет в себя лишнее тепло, произведенное котлом, а потом постепенно вернет его в систему отопления. Котел при этом можно будет эксплуатировать на номинальной мощности.
Стоимость
Цена на котлы длительного горения находится в широком диапазоне.
На уровень цены влияет совокупность многих факторов.
И прежде всего – мощность и тип автоматики, а также другие технические характеристики.
Приведем несколько примеров котлов длительного горения с характеристиками и ценами:
- Печи Breneran (бывш. Bullerjan) с частичной газогенерацией. Выпускаются немецкой компанией Energetec Gmbh и российской (по лицензии) ЗАО «Лаотерм». Стоимость моделей без теплообменника (воздушно-конвекционное отопление) составляет от 8 до 35 тыс. руб. Средняя цена печей с водяной рубашкой – 41 тыс. руб.
- Котлы с верхним горением Stropuva. Модель Mini S8 с мощностью 8 кВт и временем горения 18 ч стоит 61 тыс. руб. Модель S15 с мощностью 15 кВт и временем горения до 30 ч стоит 93,8 тыс. руб. Модель S15U (универсал) с мощностью 15 кВт и временем горения на угле до 5 сут. Стоит 116,5 тыс. руб.
- Пиролизный (газогенераторный) котел «ТеплоГарант Буржуй». Мощность – 10 кВт. Вес – 180 кг. Цена: 36,8 руб.
- Пиролизный котел Траян ТБ-10. Мощность – 10 кВт. Вес – 236 кг. Стоимость: 37 тыс. руб. (модель на 15 кВт обойдется в 46 тыс. руб.)
- Пиролизный котел Lavoro Eco C-12. Мощность – 12 кВт. Вес – 210 кг. Стоимость: 40 тыс. руб.
Для печек длительного горения применяется любое твердое топливо, в том числе отходы производства, таким образом, можно отапливать помещение с минимальными затратами. Печи длительного горения своими руками: чертежи для изготовления представлены в материале.
Чертежи, схемы и инструкцию по изготовлению пиролизного котла смотрите в следующей теме.