Котлы на разных видах топлива преимущества и недостатки

Виды твердотопливных котлов на дровах и другом топливе

Поскольку отличительной особенностью котлов длительного горения является полное сгорание топлива, включая выделяемый им пиролизный газ, то основной задачей является обеспечение поступления воздуха и пиролизного газа в необходимых пропорциях в камеру сгорания, чтобы горение обеспечивало должную теплоотдачу.

Зная, как работает твердотопливный котел длительного горения, можно выделить несколько основных видов котлов длительного горения:

1. Модели с встроенным вентилятором, обеспечивающим подачу воздуха. Настройка интенсивности подачи осуществляется за счет автоматического блока.
2. Энергонезависимые устройства, в которых циркуляция воздуха осуществляется посредством естественной тяги, которая регулируется вручную.
3. Котлы, обеспечивающие сгорание тонкого слоя дров сверху вниз.
4. Устройства с автоматизированной подачей новых порций топлива в топочную камеру.

Первый вариант конструкции, включающий в себя вентилятор для принудительной подачи воздуха и блок автоматики, обычно имеет компоновку, в которой камера загрузки и топка расположены в верхней части устройства. Когда розжиг произведен, подача воздуха к топливу переключается на минимальный режим, а вентилятор проводит воздух через нижнюю огнеупорную камеру основного дожига.

Поскольку камера выложена из жаростойких материалов, то опасаться прогорания металлических элементов конструкции не стоит. Кроме того, накапливающие тепло детали обеспечивают дополнительную теплоотдачу. Созданная вентилятором тяга перемещает пиролизный газ в нижнюю камеру, оснащенную керамическими соплами, рассчитанными на работу в условиях экстремально высоких температур.

Сгорающий в топке пиролизный газ является основным топливом в котле длительного горения, поэтому именно его энергия используется для отопления здания. К камере подключается отопительный трубопровод дома, а движение теплоносителя в нем осуществляется за счет циркуляционного насоса.

Впрочем, рассмотренная компоновка для данной категории котлов не является единственно возможной. Например, модельный ряд «Gefest-profi» отличается задним расположением камеры дожига. Помимо расположения, она отличается сложной конфигурацией, благодаря которой достигается КПД около 90-93%. При таком показателе эффективности почти вся энергия отдается теплоносителю – на выходе в дымоотвод температура газа может снижаться до 70 градусов.

Устройства с электронным управлением очень хороши по всем параметрам, но без небольшой ложки дегтя все же не обошлось – наличие электронного блока говорит о том, что твердотопливный и электрический котел длительного горения находится в непосредственной зависимости от электроэнергии. При отключении электросети происходит вполне ожидаемое явление – вентилятор и автоматика прекращают свою работу, тем самым полностью парализуя функционирование отопительной системы.

Этот недостаток крайне существенен, ведь отопление в случае отсутствия электричества не станет работать даже при наличии естественной циркуляции теплоносителя. Конечно, существует частичное решение проблемы, которое заключается в установке бесперебойного питания – но от регулярных отключений электричества оно не спасет. К тому же, автоматика сама по себе очень плохо относится к перепадам напряжения в сети, поэтому котел придется дополнительно оборудовать отдельным стабилизатором.

Чтобы не зависеть от электроэнергии, можно установить энергонезависимый котел длительного горения. В таких устройствах используется естественная тяга, а интенсивность подачи воздуха регулируется без использования электронных приспособлений. Хорошим примером энергонезависимого котла является модель «Траян» отечественного производства.

Устроение и этапы сгорания

Твердотопливный котел представляет собой устройство, собранное в стальном корпусе и состоящее из следующих узлов:

• теплообменник (змеевик);
• прочистной люк и топочная камера, оснащенная дверцей;
• колосники (решетка);
• терморегулятор.

Принцип работы заключается в сжигании топлива: сначала оно подсушивается, затем окисляется и выделяется древесный газ, все дожигается, превращаясь в золу. Попадая в камеру, топливо распределяется на колосниках, которые располагаются наклонно.

Вся влага, которая есть в топливе, испаряется в процессе взаимодействия с футеровкой камеры и от энергии горения. Все горение проводится принудительным поддувом. Дожиг происходит в топке при температуре в 95С в той части, куда поступает воздух из прослойки между облицовкой и футеровкой.

После сгорания теплообменник передает энергию теплоносителю. Теплообменник представляет собой нехитрое устройство — это бочка, сосуд, сквозь который идут трубы: горячий воздух проходит через трубы и нагревает воду внутри бочки. Вода движется в теплоносителе автоматически при помощи насоса. Для регулирования объема теплоносителя используются впускной и выпускной коллектор с датчиком температуры.

Электричество

Многие пользователи предвзято относятся к этому виду топлива. А напрасно. Полностью отказываться от электрического отопления, как от альтернативы природному газу, не стоит по ряду причин. Да. Природный газ выгоднее. Но только тогда, когда он уже в доме. А если он не подведен, или вообще проходит далеко от жилья, то электрическое отопление является вполне серьезным ему конкурентом.

Во-первых, электричество – самый удобный по всем пунктам энергоноситель. Ни складировать его не надо, ни таскать, ни загружать в топку. Во-вторых, оно не дымит, не выделяет вредных веществ в атмосферу и не засоряет дымоходную систему (ее вообще в данном случае нет). КПД котлов, работающих на электричестве – выше 99%, а значит греть улицу вы не будете.

Возможных аргументов против этого вида топлива – два. В особо отдаленных от цивилизации местах электрификация может отсутствовать. Также следует учитывать, что электрический котел – это не электрочайник на 2 киловатта. Подобное оборудование требует мощностей от 15 и более кВт, подключить которые бывает очень дорого, а иногда и невозможно из-за особенностей местных сетей.

Многих также отпугивает электрическое отопление из-за цены одного кВт*ч. Однако если подойти к обустройству системы отопления с умом, подключить двойной тариф и использовать накопители тепловой энергии, грея их ночью, по итогу затраты на обогрев жилья окажутся не такими уж и страшными.

Вывод. Электрическое отопление выгодно в двух случаях. Во-первых, когда нет доступа к другим видам дешевой энергии. Во-вторых, если отопительная система на основе электрического котла спроектирована и реализована с умом.

Классификация

Условно котлы разделяются по характерным особенностям.

По материалу теплообменника

1. Чугунные – конструкция собрана из отдельных секций с резьбовыми соединениями.

Мощность зависит от количества секций. Дым обычно выходит напрямую без дополнительных каналов с теплообменниками.

Преимущества:

• долговечность и антикоррозийные свойства;
• высокая термоустойчивость;
• возрастание мощности увеличением числа секций;
• ремонтопригодность.

Недостатки:

• повышенная хрупкость;
• неустойчивость к резким перепадам температуры;
• необходимость фундамента или прочного пола из-за веса котла;
• пониженный КПД.

2. Стальные – конструкция сварена из листовых элементов.

Теплообменником выступает «водяная рубашка», нагревающая теплоноситель. Установка дополнительных заслонок на путях выхода газов повышает теплоотдачу и КПД.

Преимущества:

• большой ассортимент;
• удобство обслуживания;
• быстрый выход в рабочий режим
• ударостойкость;
• ремонтопригодность.

Недостатки:

• подверженность коррозии;
• образование слабокислотного конденсата, ограничивающего срок эксплуатации;
• возможность прогара из-за некачественной тонкой стали;
• мощность не регулируется.

По виду топлива

1. На дровах.

Основными показателями являются плотность древесины, количество выделяемого дыма, а также золы. Подходящие породы:

• дуб – самое большое выделение тепла при длительном горении;
• ольха – не требует сушки, подходит для очистки дымохода;
• берёза – хорошая теплоотдача с длительным горением, но недолгое хранение;
• осина – подходит для чистки трубы;
• ясень – максимальная теплотворность:
• тополь или ива – когда уже нет никаких дров;
• сосна – даёт жар, но быстро сгорает, оставляя много копоти.

2. На угле.

В котлах используются:

• каменный уголь;
• слабоспекающийся кокс;
• бурый уголь;
• антрацит.

3. На пеллетах.

Спрессованные гранулы диаметром до 10 мм и длиной до 50 миллиметров. Изготовители обычно указывают подходящие размеры, так как превышение значений повышает нагрузку на компоненты котла, снижая срок службы. В качестве сырья для изготовления используются:

• древесина;
• солома;
• шелуха подсолнечника;
• камыш;
• торф;
• кукурузные початки и шелуха гречихи;
• твёрдые бытовые отходы;
• макулатура;
• уголь.

4. На щепе и опилках.

Эффективный способ избавиться от остатков деревопереработки.

5. На смешанных материалах.

Возможность сжигания разных видов в одном котле.

По способу подачи

1. Котлы с ручной загрузкой.

Изделия, в которых топливо добавляется по мере надобности или сгорания. Неплохой вариант для установки в частном доме для максимального извлечения тепла.

2. Полуавтоматические агрегаты.

Закладка осуществляется вручную, а процесс горения контролируется автоматикой.

3. Автоматические изделия.

Современное оборудование с автоматической подачей гранулированного топлива в виде пеллетов. Характеризуется компактностью, высоким КПД до 86%, а также малой зольностью.

Кроме того, оборудуются автоматизированными системами розжига, поддержания заданной температуры, а также аварийной защиты.

По направлению загрузки

1. С горизонтальной (фронтальной) загрузкой – у изделий с чугунными теплообменниками. В процессе работы удобно подкладывать поленья дров.
2.  С вертикальной (верхней) загрузкой – у моделей со стальными теплообменниками и характерным горением на нижнем уровне с одновременной просушкой в верхней части. Для эффективной работы требуется аккуратность при укладке поленьев.

По способу сжигания

1. Традиционные – отличаются отсутствием какой-либо электроники или элементов, зависящих от электропитания. Используется вся топливная линейка. Размеры топки и принцип горения определяют частоту загрузки котла и регулярность очистки. Изделие является неплохим вариантом для оборудования деревянного дома или дачи.

2. Пиролизные – отличаются применением принципа раздельного сгорания материалов и газов, образующихся при горении. Тепло в большом количестве выделяется при смешивании с поступающим кислородом. Отходы в виде золы и сажи практически не образуются, а КПД устройства очень большой. Обязательно соблюдение повышенных требований к влажности дров, которая не должна превышать 15 процентов.

3. Длительного горения – простые устройства с лояльными требованиями к влажности и возможностью обслуживания один-два раза в день. Бывают:

• одноконтурные;
• двухконтурные;
• комбинированные.

По способу регулирования воздушной тяги

1. Энергонезависимые – механическая регулировка притока воздуха.
2. Энергозависимые – использование нагнетающего вентилятора, управляемого электронным блоком.

По количеству контуров

1. Одноконтурные – только для отопительной системы.
2. Двухконтурные – обеспечивают обогрев помещения и снабжение горячей водой.

Способы дополнительной экономии

Максимальной экономии можно добиться, если соблюдать определенный тепловой режим. Еще во время проектирования частного дома владельцу следует учесть то, что комнаты, которые граничат с внешними стенами, сильнее подвержены охлаждению в зимнее время года, чем те, которые находятся ближе к центральной части дома.

Логично, что если разместить комнаты, требующие высокой степени обогрева, ближе к центру, а те, для которых допустима более низкая температура, расположить ближе к стенам, расходы сети теплоснабжения будут значительно меньше. Таким методом не следует пренебрегать. Комнаты, для которых необходимо 20−25 градусов тепла: гостиная, детская, спальня, ванная. Более низкая температура может быть в кладовке, гардеробной и на кухне.

2.1

Использование уплотнителей

Занимаясь монтажом, не нужно забывать об эффективном утеплении частного дома. Даже самое качественное отопление не даст никакого результата, если все тепло будет выдувать из помещения. Если в доме нет сквозняков, неутепленные стены все равно охлаждают воздушные потоки. Холодные полы также сводят на нет все старания хозяина. Кроме того, нужно учитывать качество дверей и стеклопакетов.

Если дом будет эффективно утеплен, на его отопление уйдет в два раза меньше средств, чем в обратном случае. Помня об этом, нужно еще при планировке дома подобрать материалы, имеющие максимальные теплоизолирующие функции. Однако даже уже построенный частный дом можно очень качественно утеплить. Есть много теплоносителей с низкой теплопроводимостью. Старые проверенные материалы — стекловата и пенопласт. Из новых можно остановиться на таких разновидностях:

• Минеральная или базальная вата.
• Пенополистирол.
• Экструдированный пенополистирол.
• Пенополиуретан.

2.2

Современные приборы

Рынок не стоит на месте. Существует несколько эффективных приспособлений, которые помогут неплохо сэкономить:

• Программатор. Такое устройство позволяет в автоматическом режиме контролировать уровень обогрева в комнатах. Есть возможность задать нужную температуру по дням и даже часам. Например, во время отсутствия владельцев дома можно поставить температуру 17−18 градусов, а ко времени их прихода повысить ее до 22−24 градусов. Интересно, что уменьшение температурного режима на 1 градус равно 5 процентам экономии энергии.
• Технологии для энергосбережения. К этой категории можно отнести оборудование для геотермального обогрева, солнечные батареи и конденсационные котлы. Эти системы являются настоящим ноу-хау. Они позволяют добывать энергию очень дешево или же поставлять ту, за которую вообще не нужно платить. Минус такого оборудования — высокая цена, которая может окупиться очень нескоро.

Не существует единого мнения о том, какое отопление является самым экономичным. Выбор метода обогрева зависит от множества факторов и индивидуальных особенностей дома. Однако, изучив информацию обо всех способах теплоснабжения, а также узнав об их достоинствах и недостатках, можно выбрать для себя наиболее подходящий вариант.

4 Выбор системы

Таким образом, дешёво отопить дом возможно несколькими путями. Самые экономичные способы заключаются в использовании неисчерпаемой энергии. Но из-за стоимости устройств их применение пока не получило достаточной популярности. Поэтому по виду используемых ресурсов системы отопления расположились в следующем порядке:

1. 1. Твердотопливная.
2. 2. Газовая.
3. 3. Электрическая.

Используя твердотопливные котлы, можно будет топить углём, древесиной или другим твёрдым топливом. Для автоматизации процесса используются пеллеты. Но довольно значимым недостатком такого способа отопления является необходимость найти место для складирования топлива.

Если к частному домовладению подведён газ, то отопление с помощью него будет также неплохим вариантом. Но неудобство вызовет получение разрешительных документов на установление такой системы. Электрическое же отопление больших участков существенной экономии не принесёт. Из-за высокого потребления энергии. Единственным преимуществом его будет простота установки, не требующая даже подключение к дымоходу.

Отопление на жидком топливе

Отопление частного дома котлом на жидком топливе – распространенный вид автономного обогрева жилья. Топливом для домашних систем отопления чаше всего является солярка(дизтопливо). Именно поэтому котельное оборудование, работающее на солярке, в народе называют дизельным (дизельные отопительные котлы). Гораздо реже встречается отопление частного дома на мазуте: это топливо в основном используется в котельных центрального отопления.

Дизельные системы отопления работают полностью в автоматическом режиме и потребляют лишь незначительное количество электроэнергии для работы насосного и вентиляционного оборудования.Участие человека в процессе сведено к минимуму: от хозяина требуется лишь заправить емкость необходимым количеством солярки, и выставить параметры автоматики.

Плюсы и минусы отопления дизельным топливом (соляркой)

Кроме полной автономности, отопление на жидком топливе имеет следующие плюсы:

• Высокий коэффициент полезного действия (КПД) дизельных котлов — до 90 – 95%
• Доступность топлива и отсутствие проблем с его доставкой.
• Возможность автоматического регулирования подачи топлива и температуры в помещениях.
• Низкое потребление электричества. Оно используется лишь маломощными топливными насосами, автоматикой управления и системами безопасности.
• Резервуар для хранения солярки может быть сколь угодно больших размеров.Обычно, его рассчитывают на годовой запас топлива. Он может размещаться как внутри помещения, так и снаружи. Наружные резервуары для экономии места на участке закапывают в землю.

В то же время, как и у любой другой системы, отопление на жидком топливе имеет и свои недостатки:

• Цена. Пожалуй, основной недостаток систем отопления на жидком топливе. Солярка является вторым по стоимости видом топлива после электроэнергии (в пересчете на киловатт-час тепловой энергии, производимой котлом).
• Загустение солярки при низких температурах может привести к понижению мощности котла и даже к его остановке из-за прекращения подачи топлива. Необходимо утеплять трубопроводы, а в идеале – отапливать помещение с топливными емкостями.
• Покупка солярки у разных поставщиков каждый раз требует настройки котельного оборудования специалистом после заправки. Настройка и проверка необходима даже при покупке солярки у одного и того же поставщика.
• Необходимость отдельного помещения в доме или котельной для установки дизельного котла. Такое помещение обязательно должно иметь два выхода и быть оборудовано системой вентиляции. Отдельное помещение для котла необходимо еще и по той причине, что горелка дизельного котла при работе имеет высокий уровень шума.
• Неприятный запах – еще один минус. Именно из-за запаха, в первую очередь, котельные на жидком топливе устраивают вне дома, в подсобном помещении.
• При случайном или аварийном проливе топлива на землю, происходит сильное загрязнение почвы вредными веществами, которые очень сложно удалить.

Итак, несмотря на все очевидные плюсы отопления частного дома на жидком топливе (автономность, использование автоматики, высокий КПД котлов на солярке), главный минус – это стоимость самого топлива.

2 Используемые энергоресурсы

Для получения тепла, кроме оборудования, которое его будет аккумулировать и отдавать, необходима энергия. Её источником могут быть вещества, обладающие высоким энергетическим потенциалом, то есть параметром, характеризующим их целесообразность использования. Единицу измерения его принято выражать в джоулях (Дж) или киловатт-часах (кВт/ч).

Все существующие ресурсы разделяются на два класса: первичные и вторичные. В происхождении первых участвуют природные процессы: термальные воды, полезные ископаемые, солнечный свет, ветер. Вторые же являются побочными продуктами деятельности, осуществляемой человеком: отходы, выбросы горючих газов.

Первичные ресурсы условно разделяют на возобновляющиеся, неисчерпаемые и ограниченные. К возобновляющим относят энергию, получаемую от солнечного света, растительных продуктов (дерево), движения воды и воздуха. Неисчерпаемыми считаются термальные воды и вещества, выделяющие термоядерную энергию. Но наибольшее распространение получило использование природных ресурсов, запас которых ограничен. Это такие вещества, как уголь, нефть, газ, торф, сланец, а также уран и торий.

Раньше жителям многоэтажных домов невозможно было отказаться от централизованного отопления, но сейчас такая возможность появилась, поэтому выбор выгодного способа отопления стал актуальным и для них. Хотя для жителей многоэтажек, по сравнению с людьми, проживающими в частном секторе, доступными являются не все варианты.

Как соорудить твердотопливный котел для загородного дома или коттеджа без помощи специалиста

Простейший агрегат можно изготовить самостоятельно при наличии базовых навыков по ведению сварочных работ.

Классический вариант включает следующие элементы:

• топочную камеру;
• теплообменник;
• регулятор тяги;
• колосники;
• дымоход.

От размеров загрузочного бункера, его вместительности зависит время автономной работы устройства.

Необходимые инструменты и материалы

После проектирования твердотопливной котельной установки составляют спецификацию и чертежи.

Для изготовления агрегата потребуются:

• сварочный аппарат;
• электрическая дрель;
• угловая шлифовальная машина;
• набор отверток, ключей;
• пассатижи;
• молоток;
• угольник.

Для изготовления котла требуется сварочный аппарат.

Для каркаса нужен уголок из жаропрочной стали 50 х 50, стальные трубы для теплообменника диаметром 32‑50 мм или готовый чугунный змеевик, демонтированный с ранее используемого агрегата. Для изготовления накопителя нужен листовой прокат нержавеющей стали. Минимальная толщина металла для котла — 5 мм, для колосников — 7 мм.

Пошаговая инструкция

Для выполнения поставленной задачи потребуются навыки выполнения сварочных работ с учетом особенностей выбранного металла, используемого сварочного аппарата. Основные операции выполняются в следующей последовательности:

1. Изготовление двухслойного жесткого корпуса с топочной камерой на основе каркаса из уголка. Между слоями металлопроката засыпают песок для предупреждения деформации листов при нагреве.
2. Подготовка проемов для зольника и загрузочного бункера на передней стенке согласно разметке. Для увеличения точности выполнения операции мастера рекомендуют в углах сделать дрелью отверстия диаметром 3‑4 мм.
3. Изготовление теплообменника из водопроводных стальных труб методом сварки с применением отводов.
4. Сборка узлов агрегата. Выполняется на месте монтажа в соответствии с проектом.

После пробного пуска собранной установки при необходимости устраняют выявленные недочеты, вносят коррективы в конструкцию.

Газ

Здесь 2 варианта либо магистральный, либо сжиженный. В одном случае дорогое подключение к магистрали и использование дешёвого газа, а во втором случае постоянная покупка дорогого газа в баллонах. Цены сжиженного и магистрального газов возьму по ценам Новосибирска.

Баллоны

Теплотворность сжиженного газа 9,3 кВт/м³, а нам за сезон нужно 25680 кВт. КПД у таких котлов в районе 92%. Поэтому примем, 25680 кВт/ (9,3 кВт/м³ × 0,01 × 92%) = 3001 м³, а это 5619.85 кг. В деньгах это 110376 рублей в сезон (если килограмм по 36.78 рублей). Стоимость килограмма взята с сайта “сибгаз”.

Стоимость килограмма сжиженного газа. Скриншот с сайта сибгаз.

Цена котла от 35 до 150 тысяч рублей, а стоимость сжиженного газа очень дорогая. Соответственно, хранение газа тоже опасно. Не особо выгодно, но лучше, чем солярка, хоть и также опасно.

Магистраль

Теплотворность магистрального газа 10 кВт/м³, а нам за сезон нужно 25680 кВт. КПД у таких котлов в районе 92%. Поэтому примем, 25680 кВт/ (10 кВт/м³ × 0,01 × 92%) = 2791 м³. В деньгах это 17977 рублей в сезон (если куб по 6,44 рублей). Стоимость куба взята с сайта “энерговопрос”.

Цены и теплотворность газа и дизеля. Таблица автора статьи.

Цена котла от 35 до 150 тысяч рублей, а подключение с документами от 250 до 320 тысяч рублей. Видел стоимость и 500, и 800 тысяч, но это скорее всего большая удалённость от магистрали или мифы. Кроме этого не всем доступно подключение, не только из-за цены, но и из-за плохой газификации в стране. А также требуется ежегодное обслуживание, но оно и к лучшему (стоимость от 4 до 6 тысяч в год).

Чем выгоднее отапливать дом: выводы.

Исходя из всего вышесказанного, при наличии центральной газовой магистрали, частный дом выгоднее всего отапливать природным газом. Если такового в вашем районе не проведено, свое предпочтение можно отдать твердому топливу: углю или дровам. Последний вариант будет особенно выгоден в случае, если у вас есть возможность их самому бесплатно (или за символическую цену) заготавливать.

К электричеству же, как источнику отопления, прибегать рекомендуем лишь в случае сезонного использования дома, например, в качестве дачи в теплое время года, во всех остальных вариантах такой обогрев будет стоить вам очень дорого.