В умовах постійного зростання цін на газ та електроенергію все більше власників приватних будинків звертають увагу на твердопаливні котли. Ці опалювальні прилади дозволяють забезпечити будинок теплом, використовуючи доступне та відносно недороге паливо: дрова, вугілля, торф або пелети.
Твердопаливний котел – це пристрій, що перетворює енергію згоряння твердого палива на теплову енергію, яка потім передається теплоносію в системі опалення. Залежно від конструкції та палива, сучасні котли здатні підтримувати стабільну температуру в приміщенні від 8 до 48 годин на одному завантаженні.
Вибір палива значно впливає на ефективність роботи котла. Кожен вид палива має свою теплотворну здатність:
Дрова твердих порід: 4.0-4.4 кВт * год / кг
Дерев'яні брикети: 4.8-5.2 кВт*год/кг
Пелети: 4.8-5.3 кВт*год/кг
Кам'яне вугілля: 7.0-8.1 кВт*год/кг
Важливо відзначити, що вологість дров має перевищувати 20%. При спалюванні більш вологої деревини ККД котла може знизитися на 30-40%, а кількість сажі та смол значно збільшиться.
Основні компоненти твердопаливного котла
Камера згоряння є серцем будь-якого твердопаливного котла. Її обсяг визначає кількість палива, яке можна завантажити за один раз, а отже, і час роботи котла на одному завантаженні. Для будинку площею 100-150 м ² оптимальним вважається об'єм камери згоряння 50-65 літрів при використанні дров та 30-40 літрів при роботі на вугіллі.
Конструкція сучасної камери згоряння передбачає декілька зон:
Зона первинного горіння з колосниковими ґратами
Зона допалу паливних газів
Зона теплообміну з водяною сорочкою
Теплообмінник забезпечує передачу тепла від продуктів горіння до теплоносія. У більшості сучасних котлів використовується водяна сорочка, що оточує камеру згоряння. Ефективність теплообміну підвищується за рахунок спеціальних турбулізаторів – металевих пластин, які уповільнюють рух димових газів та збільшують площу теплообміну.
Димар грає критично важливу роль у роботі твердопаливного котла. Його висота має бути не менше 5 метрів, а діаметр – відповідати потужності котла. При потужності 20 кВт діаметр димоходу, що рекомендується, становить 150-160 мм, а для котла потужністю 40 кВт необхідний димар діаметром 180-200 мм.
Система подачі повітря в сучасних котлах може бути як природною, так і примусовою. Регулювання подачі первинного повітря здійснюється за допомогою заслінки, яка може керуватись механічним або електронним регулятором тяги. Деякі моделі оснащуються системою подачі вторинного повітря для допалювання паливних газів, що підвищує ККД котла на 10-15%.
Органи керування котлом включають:
Регулятор тяги для контролю інтенсивності горіння
Термометр для контролю температури теплоносія
Манометр для контролю тиску в системі
Клапани для регулювання подачі теплоносія
Безпека роботи забезпечується кількома системами. Обов'язковим елементом є група безпеки, що включає запобіжний клапан, що спрацьовує при перевищенні 2.5 тиску бар. У котлах з електронним керуванням встановлюються датчики температури, що контролюють нагрівання теплоносія та запобігають закипанню води в системі.
Етапи роботи твердопаливного котла
Процес роботи твердопаливного котла включає кілька послідовних етапів, кожен із яких важливий для ефективного опалення приміщення. Починається все з правильного завантаження палива. При використанні дров їх укладають горизонтально, забезпечуючи проміжки між полінами для циркуляції повітря. Оптимальна довжина полін повинна бути на 10-15 см менша за глибину топки для створення необхідного повітряного зазору.
Розпалювання котла потребує особливої уваги. Перед початком розпалювання необхідно переконатися, що система опалення заповнена теплоносієм, а тиск знаходиться в межах 1.5-2 бар. Для розпалювання використовується дрібно наколота деревина та папір, які укладаються на колосникову решітку. Заслінка подачі повітря має бути повністю відкрита для забезпечення максимальної тяги.
Після розпалу починається процес горіння, який відбувається у кілька стадій:
Прогрів димоходу та встановлення стабільної тяги (10-15 хвилин)
Інтенсивне горіння з максимальним виділенням тепла (1-2 години)
Стабільне горіння з поступовим зниженням потужності
Теплообмін відбувається за рахунок передачі тепла від палива, що горить, через стінки теплообмінника до теплоносія. Ефективність цього процесу великою мірою залежить від чистоти поверхонь теплообмінника. Навіть тонкий шар сажі завтовшки 1 мм знижує теплопередачу на 5-10%.
Регулювання потужності здійснюється зміною подачі повітря. При повністю відкритій заслінці котел розвиває максимальну потужність, яка може досягати 120-130% від номінальної. Для тривалої роботи рекомендується використовувати 60-70% від максимальної потужності, що забезпечує оптимальний баланс між ефективністю та витратою палива.
Особливості різних видів твердопаливних котлів
Сучасний ринок пропонує кілька типів твердопаливних котлів, кожен із яких має свої особливості роботи. Котли тривалого горіння здатні підтримувати процес горіння до 48 годин на одному завантаженні палива. Це досягається за рахунок особливої конструкції камери згоряння та точного контролю подачі повітря. У таких котлах горіння відбувається зверху донизу, що забезпечує поступове опускання зони горіння в міру вигоряння палива.
Піролізні котли є більш досконалою технологією спалювання деревини. Процес горіння в них поділено на два етапи:
Газифікація деревини за температури 500-800°C
Спалювання деревного газу за температури 1000-1200°C
Завдяки такій технології піролізні котли досягають ККД 85-92%, що значно вище, ніж у класичних котлів, де цей показник рідко перевищує 75%. При цьому витрати палива знижуються на 30-35% при тій же тепловіддачі.
Котли з автоматичною подачею палива працюють переважно на пелетах або вугільній крихті. Шнековий механізм подає паливо невеликими порціями, забезпечуючи рівномірне горіння та стабільну температуру теплоносія. Такі системи здатні підтримувати задану температуру з точністю до 1-2°C, при цьому вимагаючи завантаження палива лише раз на 3-7 днів при об'ємі бункера 200-350 літрів.
Комбіновані системи дозволяють використовувати різні види палива в одному котлі. Типовий приклад - можливість роботи як на дровах, так і на вугіллі. Для цього котел оснащується спеціальною колосниковою решіткою та має збільшену камеру згоряння. При переході з одного виду палива на інший необхідно враховувати, що:
Теплотворна здатність вугілля в 1.8-2 рази вища, ніж у дров
Режим горіння вугілля вимагає меншого потоку повітря
Зольність вугілля вище у 2-3 рази
Температура горіння вугілля може досягати 1500 ° C проти 800-900 ° C у дров
Ефективність та ККД твердопаливних котлів
Ефективність роботи твердопаливного котла багато в чому визначає економічність системи опалення. Сучасні котли здатні досягати ККД 75-92%, проте на практиці ці показники часто виявляються нижчими через різні фактори. Якість палива відіграє першорядну роль - використання вологих дров може знизити ККД системи на 30-40%.
Температурний режим роботи котла істотно впливає його ефективність. Оптимальна температура теплоносія на виході з котла становитиме 65-85°C. При нижчій температурі на стінках теплообмінника починає утворюватися конденсат, що призводить до корозії металу та зниження теплопередачі. Крім того, у димових газах утворюються смолисті відкладення, які засмічують димар.
Для підвищення ККД котла можна використовувати кілька перевірених способів:
Установка турбулізаторів у димарі
Використання теплоакумулюючого бака
Монтаж системи подачі вторинного повітря
Теплоізоляція котла та трубопроводів
Економічність різних видів палива можна оцінити за кількістю тепла, що отримується при спалюванні 1 кг матеріалу:
Дрова (вологість 20%): 4.2 кВт * год / кг
Дерев'яні брикети: 5.0 кВт * год / кг
Пелети: 5.2 кВт*год/кг
Кам'яне вугілля: 7.5 кВт * год / кг
При цьому важливо враховувати як теплотворну здатність, а й вартість палива. Наприклад, для опалення будинку площею 150 м2 протягом сезону потрібно близько 8-10 м сухих дров або 4-5 тонн вугілля.
Вимоги до встановлення твердопаливного котла
Правильне встановлення котла – запорука його безпечної та ефективної роботи. Котельне приміщення повинне відповідати певним вимогам. Мінімальна площа приміщення розраховується виходячи з потужності котла – на кожний кіловат потрібно близько 0,8 м². Таким чином, для котла потужністю 20 кВт необхідно приміщення площею не менше ніж 16 м².
Розміщення котла виконується з урахуванням безпечних відстаней:
До горючих матеріалів: щонайменше 800 мм
До негорючих стін: щонайменше 400 мм
Від фронту котла до протилежної стіни: щонайменше 1500 мм
Від верху котла до стелі: мінімум 1200 мм
Вентиляція котельні має особливе значення, оскільки для горіння 1 кг твердого палива потрібно 8-10 м ³ повітря. Припливна вентиляція повинна забезпечувати надходження не менше 3 м ³ повітря на годину на кожен кіловат потужності котла. Витяжний отвір розміщується під стелею приміщення та повинен мати переріз не менше 200 см².
Особливу увагу слід приділити конструкції димоходу. Внутрішній діаметр димоходу розраховується залежно від потужності котла та висоти труби. Наприклад, для котла потужністю 30 кВт при висоті димоходу 6 метрів потрібна труба діаметром 180 мм.
При підключенні котла до системи опалення необхідно передбачити:
Групу безпеки із запобіжним клапаном
Розширювальний бак достатнього обсягу
Циркуляційний насос відповідної продуктивності
Триходовий термостатичний клапан для захисту від низькотемпературної корозії
Схема обв'язування котла повинна забезпечувати температуру зворотної лінії не нижче 55 °C. Для цього часто використовують рециркуляційний насос або термостатичний триходовий клапан. У системах великого об'єму обов'язкове встановлення теплоакумулятора, об'єм якого розраховується з розрахунку 50-70 літрів на 1 кВт потужності котла.
Коли мова заходить про опалення будинку чи інших приміщень в Україні, багато хто віддає перевагу котлам на твердому паливі, таким як дрова чи вугілля. І це неспроста!
