Всі тонкощі роботи твердопаливних котлів. 12 нюансів.

Ця стаття призначена для тих, хто вирішив організувати чи модернізувати опалення свого будинку, або дачі, або іншого (наприклад, промислового приміщення, гаражу, цеху) і обирає метод опалення. Найскладніше розібратись в усіх тонкощах і зробити правильний вибір саме в питаннях опалення дровами та іншим твердим паливом через велику кількість нюансів. І як правило, людина без певного досвіду тут обов'язково зробить помилки... Але ж на сьогодні дрова - це майже безальтернативний метод зменшити залежність від монополій (газових, електроенергетичних, вугільних та комунальних).

Давайте розбиратись...

Розглянемо основні принципи роботи твердопаливних котлів.

Найпростіша (і вже не дуже правильна) схема обв'язки твердопаливного котла.

Подача теплоносія - червоним, зворотка - синім

Котел - пристрій для нагріву теплоносія (Вікіпедія). в переважній більшості випадків під теплоносієм мається на увазі вода або інша рідина, що циркулює в системі опалення. Для нагріву води в твердопаливному котлі використовується енергія екзотермічної реакції окислення, що вивільняється в результаті спалювання твердого палива. Кількість виділеної енергії на одиницю маси палива залежить від теплотворної здатності палива, його вологості і різних домішок, а також від повноти згоряння. В твердопаливному котлі вогонь (полум'я, факел) призводить до швидкого розігріву газів, які в свою чергу нагрівають сорочку котла. Частина цієї теплової енергії передається теплоносієві, решта (що не передалась) разом з все ще гарячими газами залишає сорочку котла і рухається далі по димоходу, що відводить відпрацьовані гази назовні. На перший погляд, все не так вже й складно - скаже людина, яка сама ніколи в житті не користувалась твердопаливним котлом. Тепер ми перейдемо до тонкощів та нюансів роботи такої системи... А раз так, то почнемо з недоліків:

1. Умовно недорогий і середньої цінової групи (а переважно саме такі й купують люди), а відтак простий конструктивно твердопаливний котел за кресленнями часів Радянського Союзу має надзвичайно низький коефіцієнт корисної дії (ККД). Можете забути і ніколи не згадувати більше про паспортні значення 75+ відсотків, бо насправді виявиться значно менше! Можливо, інженери-конструктори мали на увазі якісь окремі режими роботи, при яких таке значення ККД можна теоретично досягти, але ті режими (коли на самому дні камери згоряння лежить дві-три нещасні дровеняки) вами ніколи не використовуватимуться. Натомість, ви будете витискати з котла чим більше потужності, або завантажувати його повністю, щоб не бігати до котла з новою порцією кожні 30 хвилин, а збільшити цей час ну хоча б до 2-х годин. Так от, коли ваш котел працюватиме в нормальному режимі, ви на власні очі побачите як червоніє ваша вихлопна труба, що означатиме що тепло разом з вашими грошима і номінально-паспортним значенням ККД вилітає назовні, в космос.

Так виглядає переважна кількість дешевих твердопаливних котлів

Друга назва: обігрів космосу або дарма витрачені кошти...

2. Дорогий і більш ефективний котел. Він відрізняється тим, що має значно більшу (в рази) довжину всього тракту відводу газів і теплообмінники аж до виходу з котла. Також має значно більш ефективні теплообмінники, зазвичай у вигляді вварених в сорочку багатьох труб, що в рази збільшує площу теплового обміну. Звідси, через суттєво більшу кількість використаного металу і зварювальних робіт, випливає і відчутно вища ціна на виріб. Хороший котел завжди має бути важким! Коефіцієнт корисної дії такого котла значно вищий за розглянутий попередній і теоретично дійсно може досягати величин, заявлених в паспорті за однієї важливої умови: теплообмінники, починаючи з сорочки камери згоряння та всі інші по всьму тракту, мають бути чистими, тобто фактично чистими до металу - як у нового, щойно купленого котла, а режими горіння мають забезпечувати достатню кількість повітря для повного згоряння палива. Лише в такому разі якісно спроектований і виготовлений твердопаливний котел може бути ефективним. І от з цим починаються проблеми, див. п.3

Ескіз високоякісного котла з довгими газовими каналами

3. Внаслідок того, що теплоносієм є вода в рідкому стані (з температурами до 90 градусів Цельсія!), температури робочої внутрішньої поверхні сорочки камери згоряння і інших теплообмінників є низькими в порівнянні з температурами газів. Через цю велику різницю температур, виникає таке явище, як "конденсат". Конденсат не лише згубно впливає на стан і довговічність котла, буквально (завдяки багатому кислотному набору) роз'їдаючи його металеві стінки, але й напряму впливає на величину ККД котла, зменшуючи його. В переважній більшості інструкцій з експлуатації котлів ви знайдете пункт про те, що кожен міліметр зайвих відкладень на стінках теплообмінника призводить до зниження ефективності роботи котла на 10%. Можна припустити, що ця цифра є дещо перебільшеною, але слід згадати про теплопровідність смоли (дьоготю), коксу і сажі, які насправді є вкрай низькими. Відтак, не складно порахувати падіння коефіцієнту корисної дії найкращого з найліпших котла за умов зайвих відкладень в кілька міліметрів... Для зниження ефекту таких відкладень на стінках теплообмінників виробники котлів пропонують збільшити температуру теплоносія до певного рівня (зазвичай це від 60 градусів Цельсія), що досягається лише на режимах роботи котла, близьких до максимальних. Але тут з'являється проблема, що описана в п.4

Конденсат на стінках теплообмінника котла. Як вам?

4. Отже, котел рекомендовано використовувати при температурах від 60 градусів. Ґаразд, ми гріємо котел, піднімаємо температуру до рекомендованих величин... Але як довго? Якщо потужність котла є достатньою для того періоду опалення, приміщення поступово прогрівається, температура теплоносія невпинно зростає... Верхня межа роботи будь-якого котла, знов-таки згідно з паспортними даними, не має перебільшувати 90-95 градусів Цельсія. Якщо допустити збільшення цієї температури, неодмінно виникає небезпека. Справа в тому, що якщо допустити закипання води в котлі (чого допускати в жодному разі категорично не можна!!!), водяна пара, що утворюватиметься в результаті кипіння, миттєво збільшить тиск в системі опалення до небезпечного рівня. В такому разі неодмінно виникає ризик вибуху котла, і стати на заваді цьому має спеціальний захисний клапан, який спрацьовує на певній величині тиску системи (наприклад 1-2-3 атмосфери, в залежності від моделі котла). Не будемо зосереджуватись на цьому питанні, але лише зазначимо що клапан обов'язково має бути і він має бути технічно справним. І повертаючись до основної суті, підкреслимо що доводити до критичних температуру котел не можна. Для цього всі котли оснащуються системою електронної автоматики та/або механічним регулюванням, завданням яких є зменшення подачі повітря аж до повного перекриття, що автоматично зменшує потужність котла і стабілізує котлову температуру на безпечній величині. І все було б чудово, якби не пункт 5.

Механічний регулятор тяги твердопаливного котла
(ціпок тягне або відпускає шторку повітряної заслінки)

5. Перекриття подачі повітря зменшує кількість кисню, що подається для горіння. Але в цей самий час всередині котла знаходиться певна маса розжареного до червоного і вище кольору палива, яке під впливом високих температур піролізується (розкладається на більш дрібні молекули), перетворюючись на вибухонебезпечний отруйний газ. Переважно це буде моноокис вуглецю (СО). За нормального режиму роботи котла, коли подається достатня і навіть з запасом кількість кисню, екологічно небезпечний, вибухонебезпечний і отруйний чадний газ СО, догоряє (доокислюється) і перетворюється на безпечний двоокис вуглецю (СО2), вивільняючи при цьому значну як для екзотермічної реакції кількість теплової енергії.
Отже, через штучне вимушене заниження необхідної для повного екологічного згоряння палива кількості повітря, ми отримуємо викид в атмосферу (і не дай Боже будинок!) отруйного чадного газу і разом з тим не отримуємо бажану теплову енергію, зменшуючи продуктивність системи опалення. Саме через це, через екологічне забруднення повітря, в провідних європейських країнах вже давно є заборона на кисневе придушення твердопаливних котлів і там котли такого типу заборонені. Як же працюють "правильні" твердопаливні системи? Про це п.6

Чадний газ, що виділяється під час горіння при нестачі кисню

6. Спеціальна утеплена теплоакумулююча ємність, об' єм якої добирається відповідно до теплових параметрів будинку, служить тим самим пристроєм, який дозволяє твердопаливному котлу працювати в режимі номінальної потужності без придушення кисню аж до повного нагріву теплоносія в такій ємності до максимально дозволених температур. Зазвичай це ті ж самі 90-95 градусів Цельсія або менше. Принцип дії такої системи полягає в тому, що котел працює весь час в нормальному номінальному режимі і таким чином забезпечується як екологічна так і економічна складова (паливо спалюється екологічно і повністю і таким чином отримується максимальна кількість теплової енергії). Після нагріву тепло-акумулюючої ємності до заданих або максимально дозволених температур, в котел перестають додавати паливо і він затухає. Далі накопиченої теплової енергії вистачає на обігрів приміщення впродовж певного часу, що залежатиме від розміру тепло-акумулюючі ємності та вже її теплоізолюючих властивостей. Це може бути пів доби, доба або навіть кілька діб. Залишається лише додати що така система стане власникові в нормальну копійочку. Окрім того, треба вирішити непросте питання розміщення тепло-акумулюючої ємності. Загалом, за наявності фінансових ресурсів, саме така система буде найбільш правильною, екологічною і економічно перспективною (згодом сюди можна буде долучити й усі інші джерела теплової енергії, в тому числі відновлюваної). Ну от, нарешті ми знайшли чудове вирішення питання опалення приміщень! Так? Так, але є п.7...

Правильно організована система опалення з буфером

7. Все, про що йшлося вище, не відміняє того факту, що будь-який котел (найдешевший чи найдорожчий) треба періодично очищати від відкладень, що постійно з кожним часом роботи будуть погіршувати ККД котла. Рекомендовані періоди очищень дивіться в паспортах, зазвичай це один раз на кілька днів. Відповідно, чим складніший котел, тим більше часу буде потрібно для його нормального очищення. І кажучи правду, така робота є дуже брудною в прямому сенсі. І саме з цієї причини, зазвичай твердопаливні котли встановлюються поза житлових приміщень (в приміщеннях технічних), що означає автоматичну постійну втрату кількох кВт теплової енергії за рахунок вимушеного обігріву цих технічних приміщень. А ще це означає, що якщо у вас нема спеціально найнятого для того працівника, вам доведеться самому бігати кожні 1,5-2 години в підсобку, щоб закинути чергову порцію дров. І буде дуже добре, якщо вхід через це приміщення не через двір...

Вигляд після чергової чистки котла. А що ви думали? ))

8. "Правильна обв'язка твердопаливного котла". Це, до речі, дуже корисний запит в Google для тих, хто таки остаточно вирішив придбати твердопаливний котел і зробити все так, щоб потім не переробляти... Оскільки цей запит і відповіді на нього говоритимуть самі за себе, зупинятись не будемо, обмежимось простою схемою:

Правильна обв'язка котла твердопаливного

9. Треба ще додати витрати на організацію системи опалення, а саме: батареї, труби, крани, клапани, насос, компенсаційний бак, правильне проектування та виготовлення... А також врахувати той факт що подібна система на основі води в якості теплоносія не підійде для будинків з періодичним методом використання (наприклад дачні будинки) через те, що при замерзанні води вся ваша система опалення (батареї, котли і труби) розірветься на шматки. Залити тосол? Можна, але пам'ятайте що це не автомобіль і мова йдеться про 100+ літрів, врахуйте і ці чималі витрати...

Думаєте це все? Та ні, є ще дуже важливі питання:

10. Димохідна труба. І в даному випадку запит "Правильно димохідна труба" в Гуглі також не буде зайвим... Ця тема теж заслуговує на окрему розгорнуту теоретичну підготовку майбутнього власника твердопаливного котла!

11. Залежність від електрики. Всі пристойні моделі котлів потребують електрики для роботи автоматики, насосів, наддуву або примусової витяжки (димотягу). Відповідно, якщо зникає світло - ваш котел працювати не буде. Відповідно, для безперебійної роботи опалення бажано додати в систему бензиновий чи дизельний електрогенератор...

12. Недорогі моделі котлів без автоматики можуть працювати автономно. Але для цього ваша система опалення - а саме батареї та труби - мають бути виконані саме так, як то потрібно для автономної безнасосної роботи. Ви думаєте це одне й те ж саме? - Зовсім ні!!!

Невже все так погано? Невже щоб опалювати будинок дровами, потрібно все це мати і в усьому розібратись ще перед тим, як придбати найдешевший твердопаливний котел? Ну, якщо чесно сказати, то так: твердопаливний котел - це лише вершина айсберга та приблизно 20-30% від вартості всієї (більш-менш правильної) системи опалення. Складно, в решті решт дуже дорого, потребує постійного контролю, ревізії, чищення, розуміння процесів...

Через все це пройшов автор цієї статті. І він просто ділиться своїм досвідом і своїми думками. І основна думка така: якщо ви до всього цього не готові, не витрачайте дарма свої кошти, бо дуже швидко вам це все набридне... Але це ще не означає, що опалення дровами не може приносити задоволення. Чудовий вихід є, але він знаходиться в площині використання принципово іншого пристрою, що називається "Обігрівач - плита - утилізатор - піч - літня кухня "Лагуна".

Утилізатор "Лагуна", не має всіх тих недоліків, а система опалення на її основі вийде вам в рази дешевше, навіть на порядок бо для цього буде потрібно всього 2 речі: плита "Лагуна" (за ціною на рівні найдешевшого котла аналогічної потужності) і димова труба для неї. ЇЇ не треба чистити (в ній не може бути жодного конденсату), вона грітиме на максимальній потужності необмежено довго саме як вам треба і не вибухне, спалює все екологічно чисто, навіть побутові (і промислові!) відходи - це за сумісництвом утилізатор, їй не потрібні батареї, вода і труби - бо вона сама і є надпотужною батареєю на 14,1 кВт з постійним, незмінним в часі ККД 83%, теплоакумулюючі ємності - бо вона і є теплоакумулятором із шамотної цегли з вагою 170кг і гарантовано буде теплою аж до ранку, крани, обв'язки, насоси, захисні клапани... Вона абсолютно автономна і не залежить від обленерго чи облгазу чи ще від когось, якихось аварій і поривів... Вона стоїть на кухні і для її роботи вам не потрібно кудись бігати і підкидати дрова... А якщо так сталося що дрова сирі, вона висушить їх за кілька днів (є спеціальна зона просушки/складування дров) і ви не втрачатимете половину енергії... Вона одночасно чесно й вправно служитиме величезною кухонною плитою під будь-який посуд різних розмірів аж до виварок з можливістю одночасного приготування безлічі страв... Працюватиме мангалом і ви зможете насмажити неперевершений шашлик прямо в себе на кухні. Без проблем вижене вам самогон... Слугуватиме консервним заводом...

Частково виконуватиме функції каміна, бо ви зможете насолоджуватись відкритим полум'ям з ніжним потріскуванням дров...

А влітку, коли тепло в хаті вже буде зайвим, служитиме вам чудовою літньою кухнею, навколо якої точитимуться всі найцікавіші події дружніх компаній - для цього його треба лише винести на двір під навіс (піч "Лагуна" - це переносний аґрегат, щоправда важкий, 170кг, тому для переносу треба 4 чоловіки)... Термін служби не менше 15 років і це лише гарантований термін. Вона дуже проста і разом з тим неймовірно надійна, бо там нема чому ламатись... Завдяки правильно розрахованій величині димової тяги, вона не коптить і не димить під час роботи або підкидання дров... Вона безпечна і багатофункціональна...

Але це вже тема для іншої статті...

Автор матеріалу: