Виды котлов для отопления дома
Отопительные котлы используют разные источники энергии. Агрегаты создают в доме атмосферу тепла и комфорта и обеспечивают жильцов горячей водой.
Выбор вида котла для отопления дома определяется тепловой мощностью. При этом исходят из следующего соотношения: 1 кВт тепловой мощности на 10 м² площади отапливаемого помещения при стандартной высоте 2,5–3 м. 24-киловаттный аппарат обеспечивает теплом дом жилой площадью до 240 м². Предварительный расчет требует уточнения с учетом всех факторов.
Поэтому выбор отопительной системы доверяют инженерам-теплотехникам. Котел, используемый только для отопления, — одноконтурный. В нем тепло от нагревателя или сжигаемого топлива через теплообменник передается воде, циркулирующей в системе отопления. У котла, служащего для отопления и ГВС, два контура — второй предназначен для нагрева воды для бытовых нужд проточным способом. Пользователем задается приоритет контура, который поддерживается автоматически. Например, если понадобится душ, автомат отключит циркуляцию теплоносителя в системе отопления, и котел будет работать в режиме проточного водонагревателя.
Потребность дома в ГВС удовлетворяют и другим способом — за счет комбинирования одноконтурного котла с внешним накопительным бойлером, нагревающим воду электричеством.
Двухконтурные котлы используют для отопления квартир и небольших домов. Одноконтурные котлы с бойлерами косвенного нагрева работают с приоритетом ГВС. Котел переключается на нагрев бойлера при появлении запроса на ГВС.
Одноконтурные котлы, в отличие от двухконтурных, объединяются в каскад. При необходимой мощности котельной 40 кВт целесообразнее организовывать ее в виде каскада из двух одноконтурных 20-киловаттных котлов.
Универсальный котел — это агрегат с камерой для сжигания твердого топлива, в котором предусмотрены нагрев теплоносителя электричеством и возможность установки дополнительной навесной жидкотопливной или газовой горелки.
Газовые котлы
Газ — дешевое топливо. Его бесшумное пламя дает относительно чистые продукты сгорания с небольшим количеством оксидов серы и азота. Есть газовые котлы, работающие на сжиженном углеводородном газе (СУГ). Сжиженный газ для отопления частного дома хранят в баллонах или специальных резервуарах-газгольдерах. Баллонные установки дешевле, проще монтируются и при небольших объемах потребления газа, например, в дачном доме, где хозяева живут периодически, будут удачным вариантом.
Настенные котлы
Настенные газовые котлы по размерам не больше навесного кухонного шкафа, их размещают в доме в удобном месте, например, на кухне или в прихожей. Большинство котлов настенного вида имеют номинальную мощность до 32 кВт.
Настенные газовые котлы выпускают с открытой или с закрытой камерой сгорания. Аппараты первого вида оснащают атмосферными горелками, использующими кислород, содержащийся в воздухе помещения. Необходимо решить вопрос вентиляции.
Котлы с закрытой камерой сгорания оснащаются модуляционными горелками с предварительным смешением газа и воздуха.
Требуемое соотношение газа и воздуха в топливной смеси автоматически поддерживается с помощью датчика. Датчик контролирует содержание кислорода в продуктах сгорания.
Передача тепла от дымовых газов теплоносителю системы отопления осуществляется в первичном теплообменнике. Эту часть настенного котла изготавливают из нержавеющей стали, меди, силумина (алюминиево-кремниевого сплава) и даже чугуна. Для повышения эффективности работы теплообменник иногда оборудуют турбулизаторами — металлическими пластинами, замедляющими прохождение горячих дымовых газов без потери тяги.
Напольные котлы
Напольные газовые котлы различаются:
- — Типом горелки (атмосферные или надувные)
- — Типом камеры сгорания (открытые или закрытые)
- — Материалом и конструкцией теплообменника
- — Режимом эксплуатации
- — Наличием функции приготовления горячей воды
- — Зависимостью от внешнего источника электропитания
Разделение отопительных котлов на высоко-, низкотемпературные и конденсационные возникло относительно недавно — с появлением генераторов тепла двух последних видов.
Конструкция «низкотемпературников» снижает ограничение по минимальной температуре воды на входе в котел вплоть до 30–40 °С или не предусматривает его. Это позволяет повысить КПД котла до 94–96%. Источник тепла такого вида проще использовать для отопления домов, обладающих хорошей теплоизоляцией и оснащенных низкотемпературными системами. Отсутствие необходимости поддерживать высокую температуру на входе в котел обусловливает сокращение расхода топлива на нагрев теплоносителя и уменьшение тепловых потерь.
Принцип действия конденсационных котлов подразумевает охлаждение теплообменника до точки росы и конденсацию водяного пара. Этот процесс возвращает то тепло, которое при сжигании топлива затрачивается на испарение влаги, присутствующей в газе. Такие котлы — самые производительные.
Электрические котлы
У электрических отопительных котлов множество достоинств. Они компактны, бесшумны, просты в эксплуатации. У электрических генераторов тепла КПД равен 100% (ведь даже тепловые потери, неизбежные в электрических цепях, идут на обогрев дома). Однако, во-первых, электричество дорого, что приводит к немалым расходам. Их можно уменьшить, если пользоваться льготным ночным тарифом. Во-вторых, лишь маломощные виды котлов подключаются к однофазной сети дома. Агрегатам мощностью более десятка киловатт требуется трехфазная линия питания — с ее организацией возможны проблемы, связанные, в частности, с ограничением потребляемой электроэнергии.
Котлы бывают тэновые, электродные и индукционные. Первые из них состоят из емкости для воды и нескольких погруженных в нее трубчатых нагревателей мощностью 1,5–2 кВт каждый. Это недорогие и доступные агрегаты.
В электродных котлах теплоноситель нагревается вследствие пропускания через него переменного тока. Котлам данного вида требуются водоподготовка и периодическая замена электродов.
Нагревательный элемент индукционного котла представляет собой трубу из диэлектрика, по которой течет теплоноситель. Внутри трубы помещен металлический сердечник, а снаружи вокруг нее намотана катушка, подключенная к электросети. Поле переменного тока, пропущенного через катушку, разогревает сердечник, передающий тепло воде. Котлы этого вида исключительно эффективны и надежны.
Твердотопливные котлы
В нашей стране немалая часть домов, не подключенных к газовым сетям, традиционно отапливается дровами. Твердотопливный котел может играть роль основного, стартового, резервного и дополнительного источника тепла. Он подходит, например, для отопления дачи, куда в холодное время года наведываются нечасто.
Более распространены котлы с прямым сжиганием древесины, как в печи. Только они отдают тепло не окружающему воздуху, а теплоносителю — воде или антифризу, находящемуся в «водяной рубашке». Закладку дров, растопку котла, очистку зольника производят вручную. Дном камеры сгорания служит колосниковая решетка — сквозь нее в топку поступает воздух, а в обратном направлении ссыпается зола.
Процесс горения регулируется изменением количества воздуха, подаваемого в топку. Если в доме энергетически автономная гравитационная (безнасосная) система отопления, логично использовать в котлах механическое регулирование мощности — простое, надежное и недорогое. А если система с принудительной циркуляцией, с насосом, подключенным к электросети, нет смысла отказываться от современной управляющей электроники, которая предоставляет пользователю ряд удобств.
В качестве резервного топлива служат древесные отходы, бурый уголь, кокс и брикеты (древесные, торфяные, из растительной биомассы). Сыпучий материал удобнее загружать в котел сверху — он плотнее заполняет объем топливного отсека. Однако чаще встречаются виды твердотопливных котлов, загружаемые через фронтальную дверцу (как в печи).
Дровяные котлы с фронтальной загрузкой несложно оборудовать атмосферной газовой или жидкотопливной горелкой с автоматикой. Камеры сгорания котла производят из стали и чугуна. Чугунные котлы собирают из отдельных секций, стягивая их шпильками и уплотняя сопрягающиеся поверхности герметиком. Мощность теплогенератора определяется количеством секций теплообменника и размером топки. Стойкость материала к коррозии и массивность изготовленных из него деталей обусловили долгий срок службы чугунных котлов — более 30 лет. У стальных он раза в два меньше.
Средний КПД отечественных чугунных и стальных генераторов тепла, работающих на дровах, составляет 75%, однако есть разновидность твердотопливных котлов, КПД которых достигает 90%. Эти котлы называют также пиролизными. Принцип их действия основан на газификации древесины — ее термическом разложении в условиях, когда кислорода для прямого горения недостаточно. Горючий древесный газ, образующийся в верхней, загружаемой дровами секции котла, проникает через сопло (щелевидное) в расположенную ниже камеру и там сжигается. Продукты сгорания направляются в теплообменник, а оттуда в дымоход. Такое перевернутое (сверху вниз) горение обеспечивается вентилятором-дымососом, подающим также нужное количество воздуха в зоны получения и сжигания древесного газа.
Жидкотопливные котлы
У жидкотопливных котлов относительно небольшие габариты и высокий КПД. Они работают автоматически на протяжении отопительного сезона. Дизтопливо дорого, а для отопления дома площадью 150 м² каждый час требуются 1,5 кг солярки. Котлы этого вида используют в качестве стартового и резервного источника тепла.
Дизтопливо можно сжечь в виде мельчайших капель, смешанных с воздухом. Основные элементы горелки — система розжига, топливный насос, вентилятор и форсунка для распыления горючего. Мощность горения определяется пропускной способностью форсунки. А нужный расход воздуха задается воздушной заслонкой. Среди других обязательных элементов — клапан прекращения подачи топлива. Так устроена одноступенчатая горелка, чаще устанавливаемая на котлах бытовой мощности.
В горелке со ступенчатым регулированием мощности изменяют количество подаваемого топлива (через дополнительные форсунки) или давление в топливопроводе (насос оснащен функцией переключения скоростей). Воздушная заслонка в этом случае управляется сервоприводом.
Экономичное и экологически чистое сжигание обеспечивают горелки с модуляцией мощности, то есть с плавным изменением количества вырабатываемого тепла. В горелках такого вида предусмотрены регулировка давления в питающем топливопроводе и соответствующее изменение подачи воздуха — с помощью механических тяг или электронного преобразователя скорости вращения вентилятора.
Дизельный котел можно перевести на газ, когда к дому подведут газовую магистраль. Для этого надо заменить дизельную горелку на газовую. При сжигании жидкого топлива образуется больше — по сравнению с другими видами — сернистых соединений. Они образуют конденсат на поверхности стенок котла, особенно при невысоких температурах воды. Поэтому воспринимающие тепло поверхности дизельных котлов стараются делать из чугуна, который подвержен коррозии меньше, чем сталь. Это увеличивает вес агрегата. Жидкотопливные модели выпускают в напольном исполнении.
Для отопления частных домов используют жидкое топливо из углеводородов легких фракций — печное и дизельное. Первое тяжелее по фракционному составу и, соответственно, более вязкое, содержит больше серы и отличается меньшей теплотой сгорания. Возможность его применения зависит от требований производителя горелочного устройства.
Видов дизтоплива три: летнее, зимнее и арктическое. Самое вязкое — летнее, самое тяжелое по фракционному составу. Оно рекомендовано для эксплуатации при положительной температуре окружающего воздуха (при –10 °C застывает). Зимнее дизтопливо можно использовать для отопления дома при морозах до –30 °C (у него температура застывания –45 °C). Эти характеристики накладывают ограничение на места и условия хранения топливных емкостей.
Пеллетные котлы
Твердотопливные котлы работают на угле, дровах, древесных и торфяных брикетах, а также пеллетах. Пеллеты автоматически подаются из бункера по мере необходимости. Котел способен функционировать без участия человека 3–4 недели, пока не закончатся пеллеты в бункере.
Топливные пеллеты представляют собой гранулы, получаемые прессованием. Сырьем для них выступает не только древесина, но и отходы сельского хозяйства, биомасса с энергетических плантаций и т.д. Древесные пеллеты определенного стандарта гарантируют эффективную работу котлов при минимальном объеме технического обслуживания и количестве вредных выбросов в окружающую среду, не превышающем предельно допустимых значений. Древесные топливные пеллеты подразделяются на классы А1, А2 и В. Гранулы двух первых классов используются для отопления частных домов. Пеллеты третьего класса предназначены для промышленных котельных. Качество гранул зависит от сырья, из которого они произведены. Для пеллет класса A1 допускается применять деловую древесину (бревна) и химически необработанные отходы деревообработки без добавления коры. Пеллеты класса A2 производятся из сырья более широкого спектра — в частности, это целиковые деревья без корневой системы. Поэтому они характеризуются большей зольностью — до 1,5%.
В пеллетных котлах используется три вида горелок: ретортные, факельные и каминные. В первых подача топливных гранул в камеру сгорания осуществляется снизу с помощью шнековой передачи. Пламя направлено вверх. В горелках факельного вида пеллеты подаются по горизонтальному шнеку или вакуумной трубке, а огонь направлен вбок. Необходимое для факела давление воздуха создается вентилятором. В горелках каминного вида горение происходит в чашеобразной емкости. Пеллеты поступают сверху, а воздух — снизу.
В передовых «пеллетниках» реализуется также пиролизное сжигание топлива. Древесина попавших на колосники гранул термически разлагается с образованием горючих газов, которые затем дожигаются в камере сгорания. И только потом продукты сгорания попадают в теплообменник. Это позволяет получить КПД 95% (КПД пеллетных генераторов без пиролиза не превышает 92%).
Пеллеты в котел подаются разными способами. Установки со стационарными встроенными ретортными горелками комплектуются бункерами объемом 300–500 л. Бункер соединен с котлом шнековым транспортером.
При использовании навесной горелки применяется приставной бункер — забор пеллет из него осуществляется питателем в виде трубы со шнеком внутри. Один конец трубы погружается в бункер. Гранулы поднимаются к верхней точке и сбрасываются по гибкому шлангу к горелке. Привод питателя расположен сверху трубы и управляется автоматикой. Модули располагают произвольно.
Применяются также вакуумные системы: подача гранул по гибкой трубе под действием разряжения, которое создается вентилятором. Некоторые модели оснащают встроенным промежуточным бункером (его емкость зависит от мощности котла) с интегрированным вакуумным насосом.