2 отзыва
компания "Тепло без газа"

КАК ВЫБРАТЬ СИСТЕМУ ОТОПЛЕНИЯ С ТВЕРДОТОПЛИВНЫМ КОТЛОМ

КАК ВЫБРАТЬ СИСТЕМУ ОТОПЛЕНИЯ С ТВЕРДОТОПЛИВНЫМ КОТЛОМ
Котел является самым важным элементом отопительной системы и от его работы зависит работа всей системы в целом. Данная тема посвящена основным критериям выбора твердотопливного котла для системы отопления частного дома площадью, например 73м2.

27.08.18

Анализируя рынок твердотопливных котлов в Украине, мы пришли к неутешительному выводу. С одной стороны – большинство недорогих котлов, которые напоминают обычные буржуйки в водяном кожухе только в различном исполнении, а с другой – дорогие фирменные, не слишком отличающиеся  по конструкции от отечественных, но качественно сделанные и ярко окрашены.  Есть на рынке автоматические пеллетные котлы, как импортного так и отечественного производства, которые разработаны для конкретного вида топлива, которого у нас почти нет или оно очень дорого, например белая древесная пеллета.  Между этими типами котлов на рынке можно найти котлы шахтного типа или котлы так называемого длительного горения типа Стропува. Вот пожалуй и все, мы не будем рассматривать котлы на биомассе и котлы мощностью выше 100кВт. Новинки отечественного  котлостроения рассмотрим в отдельной статье.

Перейдем к нашей задаче. Выбираем котел для нашей водяной системы отопления. Котел должен быть экономичен, безопасен, длительность горения должна быть менее 12 часов, применяемое топливо должно быть разнообразным: от обычной древесины до угля, брикет и пеллет. Главный критерий выбора – это мощность котла, которая должна соответствовать потерям нашего дома. Следует учитывать и тот факт, что холодные дни зимой с температурой за – 25оС бывают очень мало, где – то одну – две недели. В основном температура держится от +5оС до – 10оС. Поэтому общепринятые тепловые потери дома из расчета 100Вт на м2 могут быть ошибочными. Лучше сделать свой расчет. Вот, например, в нашем случае мы отапливали дом газовым котлом импортного производства. По расходам газа мы получили тепловые потери дома, равные 4,5кВт·ч. Если мы поставим котел мощностью 12кВт, то в периоды температур от +5оС до – 5оС мы будем иметь коэффициент полезного действия (КПД) котла на уровне 40% - 45%, что приведет к двойным затратам топлива и за экономичность можно забыть.  В данном случае нас не спасет и теплоаккумулятор, но об этом мы поговорим ниже.

 

Несколько советов по выбору твердотопливного котла:

1. Смотрим схему котла или его вид в разрезе, оцениваем объем топки, проверяем  наличие камеры сгорания или ее совмещение с топкой

         Так что же делать, если мы послушаем менеджера и купим обычный котел мощностью 12 кВт, то у нас получится следующее. Обычные котлы продаются со слоевой топкой с верхним горением. Добиться приемлемой экономичности не получится. Кроме этого следует обратить внимание на размеры топки, вернее на ее объем. Обычно объем топок таких котлов составляет 30 – 35л. В эту топку можно разместить 8 -10 кг дров, которые могут выработать 28 – 35кВт·ч энергии. И это при условии, что КПД котла равен 100%.  Но если мы топим котел с теплоотдачей 6кВт·ч, то КПД котла  = 45%. Следовательно, мы сможем получить тепловой энергии от одной закладки дров только 35кВт·ч *0,45=15,75кВт·ч. При эксплуатации котла в номинальном режиме мы получаем время непрерывной работы котла на одной закладке  всего 35кВт·ч ·0,70: 12кВт= 2 часа (при условии что КПД котла =70%), – не впечатляет. Если от котла требуется мощность 4,5кВт, то котел будет гореть 15,75 кВт·ч : 4,5кВт = 3,5часа. Если мы будем греть дом сутки, то нам необходимо сделать 24ч : 3.5ч= 7закладок. Поздравляем – Вы кочегар.

Примеры конструкции твердотопливных однообъемных котлов

         2. Обращаем внимание на колосники, а точнее на их площадь.  Чугунные или водонаполненные – это очень важно, проверяем наличие футировки.

         Пока на колосниках топливо горит пламенем, котел выдает заявленную мощность. Как только горение переходит в режим тления, КПД котла резко падает, так как мощность котла падает, а вместе с этим снижается температура пламени, что приводит к неполному сгоранию топлива и выбросу летучих газов в трубу. При этом теплонапряженность на чугунных колосниках обычно принимают равной 100кВт/м2. При использовании футировки этот показатель снижается до 50кВт/м2. При этом следует знать, что водонаполненные колосники наоборот увеличивают этот показатель до 130кВт/м2, что свидетельствует об ухудшении самого процесса горения. Поэтому рекомендуем проверять площадь колосников  и ее материал лично перед покупкой твердотопливного котла.

3. Подача вторичного воздуха.

         Понятно, что отсутствие вторичного воздуха снижает качество горения древесины и газообразующих видов топлива, что существенно снижает КПД котла. Кроме этого следует обратить внимание на подвод вторичного воздуха. Подача через боковые круглые отверстия в зону горения не дает существенного улучшения самого процесса горения, а лишь разбавляет горячие газы, ухудшая процесс теплообмена. Вторичный воздух должен максимально контактировать с факелом через подводимые дюзы.

4. Футерованная камера сгорания и ее объем

         Футеровка камеры дожига служить для поддержания необходимой для полного сгорания топлива температуры факела. При недостаточной температуре в факеле дожиг пиролизных газов, выделяющихся при сжигании древесины, осуществляться не не будет. Для протекания реакции 2СО+О2=2СО2 необходима температура более 780оС. В противном случае при подводе вторичного воздуха в зону дожига, происходит банальное разбавление горячих газов холодным воздухом с еще большей потерей КПД котла.

         Наличие камеры сгорания говорит о правильности проекта данного котла. В противном случае, как у большинства выпускаемых дешевых котлах-буржуйках, включая и котлы длительного горения типа Стропува,  загрузка топлива, его горение, теплосъем в теплообменнике происходит в одном объеме, причем объемы эти в процессе горения меняют свои размеры. Можно ли отрегулировать такие процессы? Ответ очевидный, но производители об этом не говорят.

 

5. Теплообменник.

         Для эффективного отбора тепла от выходящих из котла газов необходим теплообменник с определенной площадью, которая рассчитывается из условия, что 1м2 теплообменника сможет снять 8 – 10кВт·ч тепловой мощности. Многие авторы утверждают, что площадь стен топки за теплообменные поверхности принимать нельзя. Это подтверждается и в методиках расчета котловых агрегатов. Стенки котла воспринимают лучистый импульс от горящего факела, но открытые для излучения площади поверхности топки все время изменяются ввиду сгорания топлива. Поэтому точные расчеты теплоотдачи в таких топках рассчитывать сложно, а вот конвективный теплообмен в основном происходит на стационарных площадях теплообменника, независимо от его конструкции. Просто временем доказано, что жаротрубные вертикальные теплообменники наиболее эффективны и практичны, так как меньше засоряются. Кроме этого, установленные в трубы теплообменника турбулизаторы,  повышают эффективность тплосъема  на 10 – 15%. Если теплообменник реализован в виде стенок водяной рубашки, как в большинстве котлов – буржуек,  то эффективность его очень низкая и заявленный коэффициент полезного действия вряд ли достигнет 70%. Аналогично устроены теплообменники у котлов длительного горения. Поэтому без автоматики такие котлы эксплуатировать очень сложно, автоматика позволяет регулярно и принудительно изменять параметры процесса горения, чем в какой – то степени позволяет их эксплуатировать. Но это уже совсем не дешевое теплогенерирующее оборудование и совсем не факт, что имеющееся в наличии топливо подойдет для сжигания в таких котлах.

6. Нужен ли теплоаккумулируюший бак?

Вернемся к теплоаккумулятору (ТА) – может быть это решение наших проблем? Забудем на время, что я писал ранее, так как повсеместно бытует мнение, что для расчетов надо брать значение тепловых потерь дома 1 кВт·ч на каждые 10 м2 отапливаемой площади. Хоть это и достаточно спорное мнение, но за отсутствием точных теплопотерь конкретного дома вполне можно воспользоваться этим значением (но мы то с вами знаем наше значение теплопотерь).

Итак, 1 кВт·ч на каждые 10 м2. У нас - 73 м2. Получается 7.3 кВт·ч теплопотерь. Если вам нужен ТА который обеспечивал бы вас теплом в течение 24 часов, то это означает, что в него необходимо зарядить Q = 7.3кВт·ч * 24ч = 175 кВт•ч тепловой энергии.

При условии что вода в теплоаккумуляторе будет прогреваться полностью от температуры 40°С до 90°С, определим градиент температур ΔТ = 90 - 40 = 50°С.

Теплоемкость воды в пересчете на кВт·ч: C = 0.001163056 кВт·ч/кг·°С.

Теперь мы имеем все исходные данные для того, чтобы рассчитать необходимую емкость теплоаккумулятора V. Приниманм, что 1 литр воды весит 1 кг. Формула для расчета проста: V = Q/(T·C).

Считаем на основе наших данных: V = Q/(T·C) = 175/(50·0.001163056) = 3009 кг (или литров). То есть, грубо говоря, нужна емкость объемом 3 м3.

Таким образом, мы рассчитали объем теплоаккумулятора. Но не менее важен вопрос о том, какой нужен котел, чтобы прогреть такое количество воды. Ведь совершенно понятно, что любым железным котлом мощностью, например 12 кВт, аккумулятор возможно прогреть не ранее, чем через 175 : 12 = 14,58 часов. То есть, что получается, мы должны только теплоаккумулятор греть 15часов, а как же дом?

Что же делать? Во – первых, если принять вариант отопления дома кирпичным котлом мощностью 100 кВт, то картина меняется. Главное отличие кирпичного котла от любого заводского - это его способность аккумулировать тепло в своем массиве. Количество сохраненного тепла в нем измеряется значением 60-80 кВт·ч.

А если так, то получается, что на долю водяного водяного аккумулятора остается не более 100 кВт·ч. По той же формуле расчета определяем новую емкость аккумулятора: 1.7 м3.

А сколько времени необходимо топить кирпичный котел, чтобы прогреть 1.7 м3? Расчет по упрощенной логике показывает, что в течение первого часа топки котел нагреет свой массив, вложив в него 75 кВт·ч, и 25 кВт·ч отдаст аккумулятору. Последнему останется додать еще 75 кВт·ч, которые прогретый уже котел выработает за последующие 45 минут.

Таким образом, за 1 ч 45 мин котел сохранил в своем массиве 75 кВт·ч тепловой энергии и нагрел теплоаккумулятор, отдав ему 100 кВт·ч. Итого: 175 кВт·ч.

Во – вторых, этот расчет проведен для постоянных температур -25°С -30°С, но это вовсе не значит, что так будет весь отопительный период. Таких дней может быть только несколько в году. Остальное, как мы уже с вами знаем, - со средней температурой от 0°С до -10°С. Вспоминаем наш расчет теплопотерь – он составляет 4,5кВт·ч. Вот теперь мы имеем варианты: поправочный коэффициент будет равен 10кВт:34,5кВт=2,22. Теплопотери будут составлять 175кВт·ч:2,22=78,8кВт·ч. И здесь уже совершенно другие варианты. Наш котел с мощностью 12кВт будет топить 78,8кВт·ч:12кВт=6,5ч, то есть всего две закладки с максимальной теплоотдачей 6кВт·ч. Но это не лучший вариант, так как опять же приводит к потерям топлива из – за снижения КПД нашего котла.

В – третьих, нам желательно иметь котел с топкой не менее 100л, что подойдет для закладки дров весом около 20кг (20кг * 3,5кВт·ч=70кВт·ч), то есть мы можем покрыть теплопотери за одну закладку дров. Необходимо еще сжигать порционно, чтобы получалось по 4,5кВт в час. Возможно ли это? Конечно. Существуют шахтные котлы с нижним горением, котлы длительного горения (нужно с ними быть осторожны!), пиролизные, инновационные. Но не все так просто! Конечно лучший вариант – это автоматические пеллетные котлы, если бы не один нюанс – это их цена и сильная зависимость надежности их работы от качества пеллет, а они у нас не всегда хорошего качества. В последнее время ведутся попытки разных производителей выпускать инновационные котлы, которые учитывают все вышеприведенные недостатки обычных наших котлов – «БУРЖУЕК». О них мы поговорим с вами в следующей статье.

 

07.08.18

В.Наливайко

Другие статьи