Твердотопливные котлы своими руками схема. Как сделать твердотопливные котлы своими руками виды, пошаговое руководство по монтажу

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

«Котел это по правде печь в бочке с водой»… и КПД такого агрегата будет в лучшем случае 10%, а то и 3-5%. Уж какой-никакой, а твердотопливный котел вовсе не печь, а печь на твердом топливе – не водогрейный котел. Дело в том, что процесс сгорания твердого топлива, в отличие о газа или горючих жидкостей, непременно растянут в пространстве и времени. Газ или масло можно полностью сжечь сразу в небольшом промежутке от сопла до диффузора горелки, а дрова-уголь – нет. Поэтому и требования к конструкции котла отопления на твердом топливе иные, чем для отопительной печи, просто так засунуть в нее водогрейку контура отопления в непрерывной циркуляцией нельзя. Почему так, и как должен быть устроен отопительный котел непрерывного действия, и предназначена разъяснить эта статья.

Свой котел отопления в частном доме или квартире становится необходимостью. Газ и жидкое топливо неуклонно дорожают, а взамен в продаже появляется недорогое альтернативное топливо, напр. из отходов растениеводства – соломы, лузки, шелухи. Это только с точки зрения хозяев дома, не говоря уже о том, что переход на индивидуальное отопление позволит избавиться от потерь энергии в магистралях ТЭЦ и проводах ЛЭП, а они отнюдь не малы, до 30%

Газовый котел самому делать нельзя, хотя бы потому, что никто не даст разрешения на его эксплуатацию. Индивидуальные котлы на жидком топливе для отопления жилых помещений применять запрещено вследствие их высокой пожаро- и взрывоопасности при децентрализованном использовании. А вот котел на твердом топливе можно и сделать своими руками, и оформить его официально, точно так же, как отопительную печь. Это, пожалуй, единственное, что у них принципиально общего.

Особенности твердого топлива

Твердое топливо горит не очень быстро, и в видимом его пламени сгорают далеко не все компоненты, несущие тепловую энергию. Для полного догорания дымовых газов необходима высокая, но вполне определенная температура, иначе возникнут условия для протекания эндотермических реакций (напр. окисления азота), продукты которых унесут энергию топлива в трубу.

Почему котел не печь?

Печь – устройство циклического действия. В ее топку загружают сразу столько топлива, чтобы его энергии хватило до следующей протопки. Избыток энергии сгорания загрузки топлива частично используется для поддержания оптимальной для дожигания температуры в газовом тракте печи (ее конвективной системе), а частично поглощается телом печи. По мере прогорания загрузки соотношение этих частей энергии топлива меняется, и внутри печи циркулирует мощный поток тепла, в несколько раз мощнее, чем текущие потребности в нем для обогрева.

Тело печи представляет собой, таким образом, тепловой аккумулятор: основной обогрев помещения происходит за счет ее остывания после протопки. Поэтому отбирать циркулирующее в печи тепло нельзя, от этого тем или иным образом нарушится ее внутренний тепловой баланс, и КПД резко упадет. Можно, и то не во всяком месте конвекционной системы, взять до 5% на подпитку накопительного бака ГВС. Также для печи не нужна оперативная регулировка ее тепловой мощности, достаточно загрузить топлива исходя из требуемой среднечасовой на время между протопками.

Водяной котел, все равно на каком топливе – устройство непрерывного действия. Теплоноситель в системе все время циркулирует, иначе она греть не будет, а котел должен в каждый конкретный момент дать тепла ровно столько, сколько ушло наружу из-за теплопотерь. Т.е., топливо в котел нужно либо периодически подгружать, либо обеспечить оперативную регулировку тепловой мощности в достаточно широких пределах.

Второй момент – дымовые газы. К теплообменнику они должны подойти, во-первых, возможно более горячими, чтобы обеспечить высокий КПД. Во-вторых, они должны быть прогоревшими полностью, иначе энергия топлива осядет на регистре сажей, которую нужно будет еще и чистить.

Наконец, если печь греет вокруг себя, то котел как источник тепла и его потребители разнесены. Для котла необходимо отдельное помещение (котельная или топочная): вследствие высокой концентрации тепла в котле его пожарная опасность намного выше, чем и печи.

Примечание: индивидуальная котельная жилого дома должна иметь объем не менее 8 куб. м, потолок не менее 2,2 м высотой, открывающееся окно не менее 0,7 кв. м, постоянный (без задвижек) приток свежего воздуха, отдельный от прочих коммуникаций дымовой канал и противопожарную развязку от остальных комнат.

Отсюда следуют, во-первых, требования к топке котла:

• Она должна обеспечивать быстрое и полное сгорание топлива без сложной конвекционной системы. Этого можно добиться только в топке из материалов с как можно меньшей теплопроводностью, т.к. для быстрого догорания газов требуется высокая концентрация тепла.
• Сама топка и связанные с ней по теплу части конструкции должны иметь возможно меньшую теплоемкость: все тепло, ушедшее на их нагрев, останется в котельной.

Эти требования изначально противоречивы: материалы, плохо проводящие тепло, как правило хорошо его накапливают. Поэтому обычная печная топка для котла не пойдет, нужна какая-то специальная.

Теплообменный регистр

Теплообменник – важнейший узел отопительного котла, он в основном и определяет его КПД. По конструкции теплообменника и называют весь котел. В бытовых отопительных котлах применяют теплообменники – водяные рубашки и трубчатые, горизонтальные или вертикальные.

Котел с водяной рубашкой – это та самая «печка в бочке», теплообменный регистр в виде бака окружает в нем топку. Котел с рубашкой может быть и довольно экономичным при одном условии: если горение в топке беспламенное. Пламенная твердотопливная топка непременно требует дожигания отходящих газов, а в контакте с рубашкой их температура сразу падает ниже необходимого для этого значения. В результате – КПД до 15% и усиленное осаждение сажи, а то и кислотного конденсата.

Горизонтальные регистры, вообще говоря, всегда наклонные: их горячий конец (подача) должен быть приподнят над холодным (обраткой), иначе теплоноситель пойдет вспять, а отказ принудительной циркуляции немедленно приведет к тяжелой аварии. В вертикальных регистрах трубы расположены вертикально или в небольшим наклоном в сторону. И там, и там трубы, чтобы газы лучше в них «запутывались», располагают рядами в шахматном порядке.

Относительно направлений движения горячих газов и теплоносителя трубные регистры делятся на:

1. Проточные – газы проходят в общем перпендикулярно току теплоносителя. Чаще всего такая схема применяется в горизонтальных промышленных котлах большой мощности ради меньшей их высоты, что удешевляет установку. В бытовых ситуация получается обратная: чтобы регистр как следует уловил тепло, его приходится делать вытянутым вверх выше потолка.
2. Противоточные – газы и теплоноситель движутся вдоль одной линии навстречу друг другу. Такая схема дает наиболее эффективную теплопередачу и наивысший КПД.
3. Поточные – газы и теплоноситель движутся параллельно в одном направлении. Применяется редко в котлах специального назначения, т.к. КПД при этом плохой, а износ оборудования большой.

Далее, теплообменники выполняются огнетрубными и водотрубными. В огнетрубных дымогарные трубы с дымовыми газами проходят сквозь бак с водой. Огнетрубные регистры работают стабильно, а вертикальные дают неплохой КПД даже в поточной схеме, т.к. в баке устанавливается внутренняя циркуляция воды.

Однако, если рассчитать оптимальный для передачи тепла от газа к воде температурный градиент исходя из соотношения их плотности и теплоемкости, то он оказывается примерно 250 градусов. А чтобы протолкнуть этот поток тепла сквозь стенку стальной трубы в 4 мм (меньше нельзя, очень быстро прогорит) без заметных потерь на теплопроводность металла, нужно еще около 200 градусов. В итоге, внутренняя поверхность дымогарной трубы должна быть раскалена до 500-600 градусов; 50-150 градусов – эксплуатационный запас на обводненность топлива и пр.

Из-за этого срок службы дымогарных труб ограничен, особенно в больших котлах. Кроме того, КПД огнетрубного котла невелик, он определяется отношением температур поступающих в регистр горячих газов и выходящих в дымоход. Давать остывать газам ниже 450-500 градусов в огнетрубном котле нельзя, а температура в обычной топке не превышает 1100-1200 градусов. По формуле Карно выходит, что КПД выше 63% не получить, да еще КПД топки не больше 80%, так что всего получается 50%, что совсем плохо.

В малых бытовых котлах эти особенности сказываются слабее, т.к. при уменьшении размеров котла отношение поверхности регистра к объему дымовых газов в нем увеличивается, это т.наз. закон квадрата-куба. В современных пирозизных котлах температура в камере сгорания доходит до 1600 градусов, КПД их топки под 100%, а регистры фирменных котлов в гарантией на 5 и более лет делают только тонкостенными из жаропрочной спецстали. В них газам можно дать остыть до 180-250 градусов, и общий КПД доходит до 85-86%

Примечание: чугун для дымогарных труб вообще непригоден, трескается.

В водотрубных регистрах теплоноситель течет по трубам, помещенным в жаровую камеру, куда поступают горячие газы. Теперь градиенты температур и закон квадрата-куба действуют наоборот: при 1000 градусах в камере внешняя поверхность труб будет нагрета всего до 400 градусов, а внутренняя – до температуры теплоносителя. В итоге – трубы из обычной стали служат долго и КПД котла около 80%

Но горизонтальные проточные водотрубные котлы склонны к т. наз. «бухтению». Вода в нижних трубах оказывается гораздо горячее, чем в верхних. Она и проталкивается на подачу в первую очередь, давление падает, и воду «выплевывают» более холодные верхние трубы. «Бухтение» не только дает шуму, тепла и комфорта столько же, сколько сосед – пьяница и скандалист, но и чревато порывом в системе из-за гидроударов.

Вертикальные водотрубные котлы не бухтят, но, если проектируется водотрубный котел в дом, регистр нужно располагать на опуске дымохода, в том его участке, где горячие газы идут сверху вниз. У поточного, с одинаковым направлением движения газов и теплоносителя, водотрубного котла, КПД резко падает и на трубах возле подачи интенсивно осаждается сажа, а делать обратку выше подачи вообще недопустимо.

О емкости теплообменника

Отношение емкостей теплообменника и всей системы охлаждения берут не произвольно. Скорость передачи тепла от газов к воде не бесконечна, вода в регистре должна успеть принять в себя тепло, прежде чем уйдет в систему. С другой стороны, нагретая внешняя поверхность регистра отдает тепло воздуху, и оно зря пропадает в котельной.

Слишком маленький регистр склонен к вскипанию и требует точной быстрой регулировки мощности топки, что в твердотопливных котлах недостижимо. Регистр большого объема долго прогревается и при плохой наружной теплоизоляции котла или ее отсутствии теряет много тепла, причем воздух в котельной может прогреться выше допустимого по пожарной безопасности и ТУ на котел.

Величина емкости теплообменника твердотопливных котлов колеблется в пределах 5-25% от емкости системы. Это нужно учесть при выборе котла. Напр., для отопления по расчету получилось всего 30 секций радиаторов (батарей) по 15 л каждая. С водой в трубах и расширительным баком полная емкость системы окажется около 470 л. Емкость регистра котла должна быть в пределах 23,5-117,5 л.

Примечание: существует правило – чем больше теплотворная способность твердого топлива, тем больше должна быть относительная емкость регистра котла. Поэтому, если котел угольный, емкость регистра нужно брать ближе к верхнему значению, а для дровяного – к нижнему. Для котлов медленного горения это правило не справедливо, емкость их регистров рассчитывают исходя из наибольшего КПД котла.

Из чего делать теплообменник?

Чугун как материал для регистра котла современным требованиям не удовлетворяет:

• Малая теплопроводность чугуна ведет к низкому КПД котла, т.к. остужать отходящие газы ниже 450-500 градусов нельзя, сквозь чугун в воду не пройдет тепла сколько нужно.
• Большая теплоемкость чугуна также его минус: котел должен быстро отдать тепло в систему, пока оно не улетучилось куда-то еще.
• Чугунные теплообменники не вписываются в современные требования по массогабаритам.

Для примера возьмем секцию М-140 от старой советской чугунной батареи. Площадь ее поверхности – 0,254 кв. м. Для обогрева 80 кв. м. жилой площади нужна поверхность теплообмена в котле примерно 3 кв. м, т.е. 12 секций. Видали вы батарею на 12 секций? Представьте себе, каков должен быть котел, в котором она поместится. А нагрузка от него на пол точно превысит предельную по СНиП, и под котел придется делать отдельный фундамент. В общем, 1-2 чугунные секции пойдут на теплообменник, подпитывающий накопительный бак ГВС, но для отопительного котла вопрос о чугунном регистре можно считать закрытым.

Регистры современных заводских котлов делают из жаропрочной и жаростойкой спецстали, но для их изготовления нужны производственные условия. Остается обычная конструкционная сталь, но она при 400 и выше градусах очень быстро коррозирует, поэтому огнетрубные котлы из стали нужно выбирать для покупки или разрабатывать очень осторожно.

Кроме того, сталь хорошо проводит тепло. С одной стороны, это неплохо, можно рассчитывать простыми средствами получить хороший КПД. С другой, нельзя давать обратке охлаждаться ниже 65 градусов, иначе на регистр в котле выпадет из дымовых газов кислотный конденсат, который может проесть трубы в течение часа. Исключить возможность его осаждения можно 2 способами:

• При мощности котла до 12 кВт достаточно перепускного клапана между подачей и обраткой котла.
• При большей мощности и/или обогреваемой площади более 160 кв. м нужен еще элеваторный узел, а котел должен работать в режиме перегрева воды под давлением.

Перепускной клапан управляется либо электрически от термодатчика, либо энергонезависимо: от биметаллической пластины с тягой, от плавящегося в специальной емкости воска и пр. Как только температура в обратке упадет ниже 70-75 градусов, он подпускает в нее горячую воду из подачи.

Элеваторный узел, или просто элеватор (см. рис.) действует наоборот: вода в котле нагревается до 110-120 градусов под давлением до 6 ати, что исключает закипание. Для этого температуру горения топлива повышают, что увеличивает КПД и исключает выпадение конденсата. А перед подачей в систему горячую воду разбавляют обраткой.

В том и другом случае необходима принудительная циркуляция воды. Тем не менее, стальной котел на термосифонной циркуляции, не требующий электропитания для циркуляционного насоса, создать вполне возможно. Некоторые конструкции будут рассмотрены далее.

Циркуляция и котел

Термосифонная (гравитационная) циркуляция воды не позволяет обогреть помещение площадью более 50-60 кв. м. Дело не только в том, что воде трудно протискиваться по развитой системе труб и радиаторов: если при полном расширительном баке открыть сливной кран, вода хлынет сильной струей. Дело в том, что энергия на проталкивание воды по трубам при этом берется от топлива, а КПД преобразования тепла в движение в термосифонной системе мизерный. Поэтому и КПД котла в целом падает.

Но для циркуляционного насоса нужно электричество (50-200 Вт), которое может пропасть. UPS (источник бесперебойного питания) на 12-24 часа автономной работы очень дорог, поэтому правильно спроектированный котел рассчитывают на принудительную циркуляцию, а при пропадании электроснабжения он должен без постороннего вмешательства переходить в термосифонный режим, когда отопление еле теплится, но все-таки греет.

Как ставят котел?

Из требования минимальной собственной теплоемкости котла непосредственно вытекает его небольшой сравнительно с печью вес и весовая нагрузка от него на единицу площади пола. Как правило, она не превышает минимально допустимых по СНиП для настила пола 250 кг/кв. м. Поэтому установка котла допустима без фундамента и даже разбора настила, в т.ч. и на верхних этажах.

Ставят котел на ровную устойчивую поверхность. Если пол играет, его придется в месте установки котла все-таки разобрать до бетонной стяжки с выносом в стороны не менее 150 мм. Основу под котел застилают асбестом или базальтовым картоном толщиной 4-6 мм, а на него кладут лист кровельного железа толщиной 1,5-2 мм. Далее, если настил разбирался, низ котла обмуровывают цементно-песчаным раствором до уровня пола.

Вокруг выступающего над полом котла делают теплоизоляцию, такую же, как под низом: асбест или базальтовый картон, а на нем – железо. Вынос изоляции в стороны от котла от 150 мм, а перед дверцей топки не менее 300 мм. Если котел допускает догрузку топлива до прогорания предыдущей порции, то вынос перед топкой нужен от 600 мм. Под котел, который ставят прямо на пол, подкладывают только теплоизоляцию, накрытую стальным листом. Вынос – как в предыдущем случае.

Для котла на твердом топливе обязательно нужна отдельная котельная . Требования к ней приведены выше. Кроме того, почти все твердотопливные котлы не допускают регулировки мощности в широких пределах, поэтому для них нужна полноценная обвязка – комплект дополнительного оборудования, обеспечивающий эффективную и безаварийную работу. Мы о ней поговорим далее, но вообще обвязка котла – отдельная большая тема. Здесь упомянем только о непреложных правилах:

1. Монтаж обвязки ведется в противоток воде, от обратки к подаче.
2. По окончании монтажа его правильность и качество соединений проверяют зрительно по схеме.
3. К монтажу системы отопления в доме приступают только после обвязки котла.
4. До загрузки топлива и, если требуется, подачи электропитания, всю систему заполняют холодной водой и в течение суток контролируют все стыки на протечку. В данном случае вода именно вода, а не какой-то другой теплоноситель.
5. Если протечек нет, или по их устранении, котел запускают на воде, непрерывно контролируя температуру и давление в системе.
6. По достижении номинальной температуры контролируют давление в течение 15 мин, оно не должно изменяться более чем на 0,2 бар, этот процесс называется опрессовкой.
7. После опрессовки котел гасят, системе дают полностью остыть.
8. Сливают воду, заливают штатный теплоноситель.
9. Еще раз сутки контролируют стыки на протечку. Если все в порядке – запускают котел. Нет – устраняют протечки, и снова суточный контроль перед запуском.

Выбираем котел

Теперь мы знаем достаточно, чтобы выбрать котел исходя из предполагаемого вида топлива и его назначения. Приступим.

Дровяные

Теплотворная способность дров невелика, у лучших – менее 5000 ккал/кг. Сгорают дрова довольно быстро, выделяя большой объем требующих дожигания летучих компонент. Поэтому на высокий КПД на дровах лучше не рассчитывать, зато их можно найти почти везде.

Дровяной в дом

Домашний дровяной котел может быть только длительного горения, иначе бьет его по всем статьям. Промышленные конструкции, напр. известный КВр, стоят от 50 000 руб., что все-таки дешевле строительства печи, не требуют электропитания и допускают регулировку мощности для обогрева в межсезонье. Как правило, они работают и на угле, и на любом твердом топливе, кроме опилок, но на угле расход топлива будет много выше: теплоотдача с одной загрузки 60-72 часа, а у специализированных угольных – до 20 суток.

Тем не менее, дровяной котел длительного горения может пригодиться в тех местах, где нет регулярной доставки угля и квалифицированного теплотехнического сервиса. Стоит он раза в полтора дешевле угольного, его рубашечная конструкция очень надежна и позволяет построить термосифонную систему отопления площади до 100 кв. м.. В сочетании с тлением топлива тонким слоем и довольно большим объемом рубашки вскипание воды исключено, поэтому обвязки достаточно такой же, как для титана. Подключение котла длительного горения на дровах тоже не сложнее, чем титана, и может быть выполнено самостоятельно неквалифицированным владельцем.

О кирпичных котлах

Схема устройства котла “Благо”

Кирпич – друг печи и враг котла из-за того, что придает конструкции большую тепловую инерцию и вес. Пожалуй, единственный кирпичный котел, в котором кирпич на своем месте – пиролизный «Благо» Беляева, схема на рис. И то, его роль здесь совсем иная: из шамотного кирпича выполнена футеровка камеры сгорания. Теплообменник водотрубный горизонтальный; проблема бухтения решена тем, что трубы регистра – одинарные, плоские, вытянутые в высоту.

Котел Беляева действительно всеяден, причем предусмотрены 2 отдельных бункера для загрузки разных видов топлива без останова котла. На антраците «Благо» может работать несколько суток, на опилках – до суток.

К сожалению, котел Беляева довольно дорог, из-за шамотной футеровки плохо транспортабелен и требует, как и все пиролизные котлы, сложной и дорогой обвязки. Мощность его регулируется в небольших пределах перепуском дымовых газов, поэтому хороший КПД в среднем за сезон он покажет только в местах с продолжительными сильными морозами.

О котлах в печи

Котел в печи, о которых сейчас столько говорят и пишут – водотрубный теплообменник, замурованный в печную кладку, см. рис. ниже. Идея такова: печь после протопки должна отдать тепло более регистру, чем в окружающий воздух. Скажем сразу: сообщения о КПД в 80-90% не то что сомнительны, а просто фантастичны. Лучшая кирпичная печь сама по себе имеет КПД не выше 75%, а площадь ее наружной поверхности будет не меньше 10-12 кв. м. Площадь же поверхности регистра вряд ли более 5 кв. м. Итого в воду уйдет менее половины накопленного печью тепла, а общий КПД будет ниже 40%

Следующий момент – печь с регистром сразу теряет свойство . Топить ее не в сезон с пустым регистром ни в коем случае нельзя. ТКР (температурный коэффициент расширения) металла много больше, чем у кирпича, и раздувшийся от перегрева теплообменник порвет печь на глазах. Тепловые швы делу не помогут, регистр не лист или балка, а объемная конструкция, и его распирает сразу во все стороны.

Есть тут и другие нюансы, но общий вывод однозначен: печь – это печь, а котел – это котел. И плод их насильственного противоестественного союза печной котел жизнеспособным не будет.

Обвязка котла

Котлы, исключающие вскипание воды (рубашечные длительного горения, титаны) не могут быть выполнены на мощность более 15-20 кВт и вытянуты в высоту. Поэтому обогрев своей площади они всегда обеспечивают в термосифонном режиме, хотя и циркуляционный насос, конечно, не помешает. Их обвязка кроме расширительного бачка включает в себя только воздушный дренажный кран в самой верхней точке трубопровода подачи и сливной кран в низшей точке обратки.

Обвязка твердотопливных котлов других типов должна обеспечивать набор функций, с которым лучше разобраться по рис. справа:

1. группа безопасности: дренажный воздушный кран, общий манометр и прорывной клапан для выпуска пара при вскипании;
2. накопительный бак аварийного охлаждения;
3. его поплавковый кран, такой же, как в унитазе;
4. термоклапан запуска аварийного охлаждения с его датчиком;
5. MAG-блок – сливной вентиль, аварийный сливной клапан и манометр, собранные в одном корпусе и подключенные к мембранному расширительному баку;
6. узел принудительной циркуляции с обратным клапаном, циркуляционным насосом и электроуправляемым по температуре трехходовым перепускным клапаном;
7. интеркулер – радиатор аварийного охлаждения.

Поз. 2-4 и 7 составляют группу сброса мощности. Как уже сказано, твердотопливные котлы по мощности регулируются в небольших пределах, и при внезапном потеплении вся система может недопустимо, вплоть до порыва, перегреться. Тогда термоклапан 4 пускает водопроводную воду в интеркулер, а она охлаждает подачу до нормы.

Примечание: хозяйские денежки за топливо и воду при этом тихо-мирно утекают в канализацию. Поэтому котлы на твердом топливе для мест с мягкой зимой и затяжным межсезоньем непригодны.

Группа принудительной циркуляции в штатном режиме перепускает часть подачи в обратку, чтобы ее температура не упала ниже 65 градусов, см. выше. При отключении электропитания термоклапан захлопывается. В радиаторы отопления поступает воды столько, сколько они пропустят в термосифонном режиме, лишь бы в комнатах жить можно было. А вот термоклапан интеркулера полностью открывается (он держится закрытым под напряжением), и избыток тепла опять уносит в сток хозяйские деньги.

Примечание: если вместе с электричеством пропала и вода, котел нужно срочно тушить. Когда вода из бака 2 вытечет, система вскипит.

Котлы со встроенной защитой от перегрева на 10-12% дороже обычных, но это с лихвой окупается упрощением обвязки и повышением надежности котла: избыток перегретой воды здесь выливается в открытый расширительный бак большой емкости, см. рис., откуда она, остыв, стекает в обратку. Система, кроме циркуляционного насоса 7, энергонезависима и переходит в термосифонный режим плавно, но при внезапном потеплении топливо все равно пропадает зря, а расширительный бак нужно устанавливать на чердаке.

Что касается пиролизных котлов, то типовую схему их обвязки приводим только для ознакомления. Все равно, ее профессиональный монтаж обойдется лишь в небольшую часть стоимости компонент. Для справки: один только теплоаккумулятор к котлу на 20 кВт стоит около $5000.

Примечание: мембранные расширительные баки в отличие от открытых устанавливаются на обратку в ее низшей точке.

Дымоходы для котлов

Дымоходы твердотопливных котлов рассчитываются в общем так же, как печные. Общий принцип: слишком узкий дымоход не даст нужной тяги. Для котла это особенно опасно, т.к. он топится непрерывно и угар может пойти ночью. Слишком широкий дымоход приводит к «просвисту»: холодный воздух по нему опускается в топку, выстуживая печь или регистр.

Дымоход котла должен удовлетворять следующим требованиям: расстояние от конька крыши и между разными дымоходами не менее 1,5 мм, вынос вверх над коньком тоже не менее 1,5 м. На крыше должен быть обеспечен безопасный доступ к дымоходу в любое время года. На каждом изломе дымохода вне котельной должна быть прочистная дверца, каждый проход трубы сквозь перекрытия должен быть теплоизолирован. Верхний конец трубы должен быть снабжен аэродинамическим колпаком, для дымохода котла он, в отличие от печного, обязателен. Также для дымохода котла обязателен сборник конденсата.

В целом расчет дымохода для котла несколько проще, чем для печи, т.к. дымоход котла не такой извилистый, теплообменник считается просто за решетчатую преграду. Поэтому можно строить обобщенные графики для разных расчетных случаев, напр. для дымохода с горизонтальным участком (боровом) в 2 м и сборником конденсата глубиной в 1,5 м, см. рис.

По таким графикам можно после точного расчета по местным данным прикинуть, не было ли грубой ошибки. Если расчетная точка где-то около своей обобщенной кривой, расчет правилен. В крайнем случае, придется нарастить или обрезать трубу на 0,3-0,5 м.

Примечание: если, скажем, для трубы высотой в 12 м кривой на мощность меньше 9 кВт нет, это не значит, что 9 кВт котел нельзя эксплуатировать с трубой покороче. Просто для труб пониже обобщенный расчет уже не получается, и считать нужно точно по местным данным.

Видео: пример строительства твердотопливного котла шахтного типа

Выводы

Истощение запасов энергоресурсов и подорожание топлива в корне изменили подход к конструированию бытовых отопительных котлов. Теперь от них, как и от промышленных, требуется высокая экономичность, малая тепловая инерция и возможность оперативного регулирования мощности в широких пределах.

В наше время отопительные котлы по заложенным в них основным принципам окончательно разошлись с печами и разделились на группы под разные климатические условия. В частности, рассмотренные котлы на твердом топливе пригодны для местностей с суровым климатом и продолжительными сильными морозами . Для мест с иным климатом предпочтительнее будут отопительные приборы других типов.

Несмотря на огромное количество отопительных приборов, представленных на рынке, популярным вариантом является твердотопливный котел длительного горения.

Самодельный ТТ котел длительного горения

Этот агрегат может быть использован в качестве основного источника отопления в отдаленных районах, где не предусмотрена газификация и электрификация. Надежный, эффективный и экономичный, он является отличным решением для отопления загородного дома, коттеджа в городе или дачи.

В отличие от обычного котла, где основное тепло идет от самого пламени, ТТ котел длительного горения работает совсем по другому принципу. В этой статье речь пойдет о том, как правильно сделать твердотопливный котел длительного горения своими руками, а чертежи и схема монтажа помогут вам не ошибиться и сделать всё технологически правильно!

В обычных твердотопливных агрегатах, одной закладки хватает на 6-7 часов горения. Соответственно, если в топку не будет добавлена очередная порция ресурсов, температура в помещении сразу же начнет снижаться. Это происходит из-за того, что основное тепло по помещению циркулирует по принципу свободного движения газа. Нагреваясь от пламени, воздух поднимается вверх и выходит наружу.

Теплового ресурса котла длительного горения хватает примерно на 1-2 суток с одной закладки дров. Некоторые модели могут поддерживать тепло до 7 суток.

За счет чего достигается такая экономичность и эффективность?

От обычного котла, ТТ котел длительного горения отличается наличием сразу двух камер сгорания. В первой стандартно сгорает само топливо, а во второй — выделившиеся при этом газы.

Большую роль в этом процессе играет своевременная подача кислорода, которую обеспечивает вентилятор.

Такой принцип был реализован сравнительно недавно. В 2000 году литовская компания Stropuva впервые презентовала эту технологию, которая стразу снискала уважение и популярность.

Сегодня это является наиболее дешевым и практичным способом обогреть загородный дом, там, где не предусмотрена газификация и случаются перебои с электричеством.

Такие агрегаты работают по принципу горения верхнего топлива. Стандартно во всех печах топка располагается внизу, что позволяет забирать с пола холодный воздух, нагревать его и поднимать вверх.

Принцип работы этого котла в чем-то поход на пиролизный. Основное тепло здесь выделяется не от сгорания твердого топлива, а от выделившихся газов в результате этого процесса.

Сам процесс сгорания происходит в закрытом пространстве. Через телескопическую трубу выделившийся газ поступает во вторую камеру, где происходит его полное сгорание и смешивание с холодным воздухом, который подкачивает вентилятор.

Это беспрерывный процесс, который происходит до тех пор, пока полностью не прогорит топливо. Температура при таком горении достигается очень высокая – около 1200 градусов.

Как уже говорилось выше, в этом котле реализовано две камеры: основная большая и маленькая. В большую камеру закладывается само топливо. Ее объем может достигать 500 куб.дм.

Ресурсом для горения может выступать любое твердое топливо: опилки, угли, дрова, паллеты.

Постоянный приток воздуха осуществляет встроенный вентилятор. Преимуществом этого метода заключается в том, что твердое топливо расходуется крайне медленно.

Это значительно увеличивает экономичность такого отопительного прибора. Почему же так медленно прогорают дрова, по сравнению со стандартной печью?

Суть заключается в том, что прогорает лишь верхний слой, так как воздух нагнетается вентилятором сверху. Причем вентилятор добавляет воздух только после того, как полностью прогорит верхний слой.

На рынке представлено сегодня множество моделей, которые работают по одному и тому же принципу, но, в зависимости от габаритов, материала исполнения, дополнительных опций, имеют разную эффективность и экономичность.

Универсальные ТТ котлы работают абсолютно на любом топливе, что значительно упростит владельцам их эксплуатацию. Более бюджетным вариантом является дровяной ТТ котел длительного горения. Он работает исключительно на дровах и другой вариант топлива в него закладывать нельзя.

Особенность конструкции

Любой котел длительного горения оснащен камерой внушительного размера, куда закладывается топливо. Чем большей камерой оснащен котле, тем большее количество времени будут прогорать дрова.

Сегодня можно встретить две технологии, реализуемые в ТТ котлах длительного горения, которые успешно конкурируют между собой. Это принцип Булерьян и метод Стропува.

Из-за высокой цены Стропува и сложности конструкции, этот метод не так популярен в России. А вот по методу Булерьян народные умельцы с большой самоотдачей конструируют агрегаты для отопления дач и загородных домов.

Котел по методу Булерьян выглядит следующим образом: металлический корпус, внутри которого находятся две камеры. В нижней камере происходит сжигание топлива, а во второй – сжигание газа, поступающего по трубку из первой камеры.

Дверца для загрузки топлива находится в верхней части корпуса котла, так как вся нижняя часть отведена под большую закладку ресурсов.

В верхней части котла располагается дымовой патрубок, который соединяется с дымоходом. В нижнюю часть встраивается зольная камера, через которую происходит очистка котла.

Следует упомянуть еще про один нюанс. В стандартных печах зольник выполняет роль поддувала, через которое задувается воздух, необходимый для горения. Здесь же зольная камера абсолютно герметична, так как воздух поступает через верхнюю воздушную камеру, играющую роль рекуператора.

Поставку кислорода в котел регулирует заслонка, расположенная вверху воздушной камеры. По мере сгорания дров, топливо постепенно оседает и распределитель опускается. Это обеспечивает беспрерывную подачу кислорода.

При новой загрузке топлива, достаточно просто потянуть вверх, возвратив распределитесь в его исходное положение. По положению этого рычага можно легко определить, сколько еще топлива осталось в котле и когда осуществлять следующую загрузку.

Отдельно следует сказать об экологичность этого варианта отопления. Из-за полного сжигания топлива и газов, в атмосферу практически не выбрасывается углекислый газ.

Основные элементы ТТ котла:

1. Топочная камера. Это является главным элементом любого котла и печи, где происходит непосредственное сжигание топлива.
2. Камера сгорания газов. Сюда поступают горячие газы от тлеющих дров.
3. Зольник – здесь собирается пепел. Этот узел необходимо систематически чистить, чтобы поддерживать котле в технически исправном состоянии.
4. Дымоотвод – узел, через который выводятся продукты сгорания наружу.

Все эти узлы заключены в стальной корпус, который изготавливается из листового металла толщиной в 5-6 мм.

Преимущества и недостатки

Из-за крупных габаритов, сложности схемы конструкции, такой агрегат рационально использовать для обогрева большого коттеджа. А вот для небольшой дачи этот вариант не подойдет, так как не оправдает экономичности.

Плюсы

• высокий КПД (около 95%);
• автономность отопительной системы;
• экономичность;
• надежность и долговечность;
• высокая эффективность;
• доступность топлива;
• экологически чистый вариант отопления дома;
• универсальность топлива (угли, дрова, опилки, пиллеты).

Минусы

• громоздкость конструкции;
• под устройство необходимо оборудовать специальное помещение;
• сложность конструкции и монтажа;
• необходимость в постоянной чистке.

Котел длительного горения не обязательно покупать в готовом виде, ведь его цена в разы выше обычных печей. Такую конструкцию можно сделать самостоятельно, если иметь хоть небольшой опыт в строительстве и ремонте.

У самодельной конструкции, по сравнению с заводским аналогом, есть ряд преимуществ:

• низкая себестоимость;
• возможность сделать котел универсальным для любого вида топлива;
• возможность усовершенствования конструкции и добавления мощности.

Единственной сложностью является придание цилиндрической формы котлу. Без вальцовочного станка такую форму металлу придать очень сложно.

Но есть неплохое решение. Можно использовать пустые баллоны для пропана или любую трубу подходящего диаметра. Следует выбирать трубы, толщина стенок которых не менее 5 мм.

Для деревни и маленькой дачи можно сложить небольшую кирпичную печь и радоваться ее эффективности. А вот для большого коттеджа такой вариант будет менее практичен, так как потребует большого запаса дров на зиму. Уход за обычной печью, по сравнению с котлом длительного горения гораздо сложнее, а большие перепады температуры в комнатах, отдаленных от печи и вовсе не позволяют организовать комфортный микроклимат в доме.

В случае, если у вас недостаточно денег на создание полноценной отопительной системы для дома, или само строительство такой системы является нецелесообразным — гораздо разумнее в этой ситуации будет сделать твердотопливный котел длительного горения своими руками и не переживать по поводу его сохранности и эстетичности внешнего вида.

Для эксплуатации ТТ котла, схему которого мы прилагаем ниже подходит любое твердое топливо:

• каменный и бурый уголь;
• антрацит;
• дрова;
• древесные пеллеты;
• брикеты;
• опилки;
• сланцы с торфом.

По качеству топлива особых указаний нет – подойдет любое. Но учитывайте, что при большой влажности топлива, котел не даст большой коэффициент полезного действия.

Меры безопасности!

Чтобы такой котел действительно был эффективным и экономичным вариантом отопления, прослужил долгую службу и не стал причиной ожогов или аварий в доме, учитывайте основные моменты противопожарной безопасности.

1. Необходимо следить за температурой в системе и не допускать его перегрева.
2. Нельзя устанавливать запорный вентиль на трубопроводе.
3. Рядом с котлом нельзя держать легко воспламеняющиеся предметы.
4. Необходимо следить за вентиляции в помещении.
5. Для котла нужно оборудовать отдельное помещение.

На этапе подготовительных работ, продумайте место, где будет установлен котел.

В идеале, конечно, оборудовать отдельную котельную, ведь эксплуатация ТТ котла длительного горения несколько отличается от привычной кирпичной печи на дровах. Да и внешне этот агрегат не будет радовать глаз, и служить украшением дома.

Учитывая, что твердое топливо все-таки создает определенную грязь, ТТ котел длительного горения лучше устанавливать нежилом помещении.

Но если его мощность небольшая (не превышает 30-35 кВт), то можно просто отделить (зонировать) основное помещение от «котельной» с помощью кирпичной стенки.

Обязательно предусмотрите систему вентиляции в помещении, где будет происходить эксплуатация этим котлом. На постоянной основе с улицы должен поступать кислород.

Пошаговая инструкция по созданию твердотопливного котла длительного горения своими руками

Проект твердотопливного котла – задача непростая и новичку с ней справиться будет нелегко. Прежде чем приступить к строительству, подготовьте чертежи и эскизы.

Подготовьте также следующие инструменты:

1. Сварочный аппарат.
2. Инструменты для работы с металлом: плоскогубцы, шлифовальный круг.
3. Электродрель.
4. Строительный уровень и рулетка.
5. Маркер.
6. Болгарка.
7. Перчатки и защитный экран на глаза.

Внимание! При выполнении работ по изготовлению самодельного ТТ котла продолжительного горения, следует быть очень осторожным и иметь хотя бы базовую практику со сварочным аппаратом. Используйте обязательно защиты при работе со сваркой.

Из материалов понадобится:

1. Пустой газовый баллон.
2. Листовой металл.
3. Асбестовый шнур.
4. Стальная труба с сечением 60 мм.
5. Металлические петли и ручки.
6. Металлический уголок либо лопасти.
7. Металлическая вытяжка.
8. Базальтовое волокно для прохода дымоотводящей трубы.

Перед началом изготовления, предлагаем вам ознакомится с видео инструкцией, как правильно разрезать пустой газовый баллон, внимательно смотрите и не пренебрегайте мерами безопасности!

Шаг 1. Разметка корпуса и изготовление корпуса

С помощью маркера выполните разметку на пропановом баллоне согласно размерам чертежа.

Делаем небольшое прямоугольное отверстие под дверцу зольника, через которую будет осуществляться чистка котла.

На верхней части баллона (по всему периметру) проводим ровную линию для среза верхушки.

С помощью болгарки по линии срезаем верхушку.

Теперь по центру выполняем разметку под отверстие, через которую будет проходить труба. Отверстие, соответственно, должно быть больше диаметра трубы.

Вырезаем в крышке отверстие и навариваем кольцо металла, которое будет плотно обхватывать трубу, вставляемую в баллон.

Обвариваем небольшим кольцом из листового металла (4-5 мм) с внешней и внутренней стороны сам баллон, на который будет надеваться крышка.

Шаг 2. Изготовление трубы

Берем металлическую трубу длиной от 80 до 100 см. Если вы используете не пропановый стандартный баллон, а самостоятельно варите корпус для котла, учитывайте, что высота трубы должна быть на 20-25 см выше. Ведь суть работы заключается в том, что по мере прогорания топлива, труба внутри корпуса будет опускаться вниз.

Привариваем к трубе в нижней ее части металлический круг – распределитель воздуха.

Вырезаем из листового металла крепления, которые надежно привариваем по линии среза баллона, предварительно проложив асбестовый шнур.

Крепим срезанную верхушку таким образом, чтобы она легко снималась и ставилась обратно. Выполните из металла ручки и для удобства снятия тоже приварите их к корпусу.

Шаг 3. Изготовление патрубка к дымоходу

Делаем разметку на баллоне в верхней его части под отверстие патрубка.

Вырезаем с помощью болгарки и привариваем трубу для вывода продуктов сгорания.

Потом к этому патрубку присоединяется стальная дымоотводящая труба.

Шаг 4. Изготовление зольника

По ранее выполненной разметке под зольную камеру вырезаем с помощью болгарки отверстие.

Отдельно из листового металла выполняем дверцу, которую потом нужно будет прикрутить на скобы к корпусу котла.

Для удобства можно выполнить небольшую петлю из толстой проволоки или армирующего стержня и прикрутить в качестве ручки.

Шаг 5. Готовим систему подачи воздуха

Измерьте внутренний диаметр корпуса баллона. Теперь на листовом металле начертите круг, диаметр которого будет на 5 мм меньше внутреннего диаметра баллона.

С помощью болгарки вырежьте этот круг.

Берем металлический уголок и нарезаем его на 6 равных частей. Размер каждой части равен ½ диаметра металлического круга. Для этих целей еще хорошо подойдет крыльчатка со старыми лопастями.

Привариваем металлические круги в одинаковом направлении против часовой стрелки.

Шаг 6. Делаем теплообменник

Мы будем делать теплообменник, сконструированный по принципу водяного контура.

Размер этого теплообменника зависит от ваших личных предпочтений. Чем он будет больше, тем большее количество дров вы сможете в него заложить, а значит, большей длительностью горения будет отличаться ваш котел.

Из листового металла толщиной 5-6 мм вырезаем листы согласно схеме и свариваем их в надежный корпус, внутри которого будет располагаться наш газовый баллон.

В верхней и нижней части корпуса выполняем патрубки для подсоединения подающей и обратной линии.

В центральной части необходимо предусмотреть отверстие, через которую будет закладываться топливо. Выполняем с помощью маркера разметку и вырезаем болгаркой.

Шаг 7. Общая сборка и установка котла

Крепим дверцу зольника на топку.

Отмечаем на корпусе теплообменника место, где будет произведен доступ к зольнику и вырезаем с помощью болгарки. Тоже оснащаем этот проем дверцей, которая должна очень плотно закрываться, преграждая доступ кислорода в корпус.

Вставляем баллон внутрь теплообменника.

С помощью сварочного аппарата завариваем бак сверху, в результате чего получаем абсолютно герметичный корпус, внутри которого располагается круглая топка.

Суть ТТ котла длительного горения заключается в ограниченной подаче воздуха сверху, функцию которой выполняет система подачи кислорода.

Топливо (дрова, уголь, брикеты) следует загружать очень плотно, чтобы между слоями было как можно меньше пространства. Если дрова разные по размеры и плотно их укомплектовать не получается, то между слоями можно засыпать щепкой, бумагой. Чем плотнее будет эта твердотопливная смесь, тем дольше будет гореть дрова.

• достаем ограничитель подачи воздуха из корпуса;
• загружаем топливо через специальную дверцу. Топливо предварительно лучше сбрызнуть специальной жидкостью для розжига;
• ставим обратно трубу ограничитель;
• внутрь котла бросаем зажженную спичку;
• после того, как убедитесь, что топливо постепенно начинает тлеть, плотно прикройте дверцу.

По мере прогорания дров, труба внутри баллона будет постепенно опускаться. По ее высоте вы всегда можете узнать, какое количество дров у вас сейчас находится внутри.

Шаг 8. Растопка котла

Такой простой котел вы можете выполнить прямо на улице в теплое время года и протестировать его на открытом воздухе, оснастив временным дымоходом.

Если площадь помещения превышает 30-40 квадратных метров, то можно сварить два баллона вертикально, увеличив, таким образом, закладку дров.

Шаг 9. Установка котла в помещении

Отнеситесь очень серьезно к вопросу пожаробезопасности котла.

Под него лучше выделить отдельное помещение или сделать небольшое ограждение от жильцов, чтобы исключить ожоги. Все-таки корпус котла металлический и в отличие от каменной печи, есть высокая вероятность получить ожог.

Установите в том месте, где есть возможность выводы дымохода. Вывести дымоход можно двумя способами: через кровлю или .

Учитывайте, что к котлу у вас должен быть прямой доступ, поэтому на расстоянии 50 см рядом с ним ничего не должно стоять.

• Выполните основание из кирпича под котел, уложив в 2 ряда сплошной кирпич. Проверьте строительным уровнем наклон основания.
• Соблюдайте расстояние от стен (регламентировано СНиПом). От топочной двери до стены расстояние должно быть не менее 125 см. Расстояние между боковыми частями и задней стороной котла и стеной должно быть не менее 700 мм.
• Если стены в доме выполнены из дерева или любого другого горючего материала, необходимо защитить листовым металлом или базальтом место примыкания котла к перекрытиям. Можно в качестве тепловой изоляции использовать обычный кирпич, которым следует обложить по периметру место примыкания котла к стене.

В месте вывода дымохода через стену или кровлю, необходимо также обеспечить должную теплоизоляцию. Для этого подойдет базальтовое волокно, которое следует плотно проложить между дымоходной трубой и перекрытием.

• Установите котел на подготовленный фундамент и снова проверьте уровнем, насколько ровно стоит прибор. Учитывайте, что патрубок выхода газов должен находиться на одном уровне с трубой дымохода. Если линия не будет горизонтальной, то может быть нарушена тяга в процессе эксплуатации.

Шаг 10. Подключаем котел к дымоходу.

Внимание! Нужно обязательно смазать герметиком стыки соединений всех частей дымохода между собой.

Подсоединяем трубу дымохода к патрубку ТТ котла. Диаметр дымоотвода должен быть не меньше патрубка ТТ котла. Если эти параметры не соблюсти, то снизится пропускная способность выхода газа.

Как видите, делая всё своими руками можно получить отличный, всё не так сложно как казалось на первый взгляд! Если вы четко следовали инструкции, то быстро оцените высокую производительность и экономичность твердотопливного котла длительного горения, который в разы превосходит своих конкурентов с принципом открытого пламени. Это позволит поддерживать комфортный микроклимат в доме при минимальном уходе.

Твердотопливный котел своими руками — видео инструкция

Твердотопливный котёл в загородном доме - прекрасная альтернатива печи, его установка и позволяют тратить меньше времени и сил на обогрев дома. Наибольшей популярностью пользуются модели, оснащенные режимом длительного горения. Опыт мастеров говорит, что такой котёл можно сделать своими руками по готовым чертежам.

Прежде чем мастерить твердотопливный котёл своими руками, неплохо разобраться, как работают , и чем обусловлена их повышенная эффективность. КПД, заявленный в паспортной документации на котлы, часто превышает 90%. Причина этого - длительное и почти полное сжигание топлива.

В обычных , работающих на дровах, угле или пеллетах, камера сгорания общая, в ней происходит разогрев и горение топлива до состояния золы. Дым, выделяющийся при этом, поступает сразу в дымоход, а оттуда - в трубу. Площадь контакта пламени со стенками котла в таких моделях невелика, и они не успевают как следует прогреться. В итоге значительная в атмосферу.

Процесс сжигания дров разделен на этапы. Сначала происходит нагрев их до температуры около 300 градусов. От нагрева нарушается связь между волокнами древесины, выделяется дым, насыщенный парами влаги и горючими газами, а сами поленья обугливаются.