ЯК ВИБРАТИ СИСТЕМУ ОПАЛЕННЯ З ТВЕРДОПАЛИВНИМ КОТЛОМ

Аналізуючи ринок твердопаливних котлів в Україні, ми прийшли до невтішного висновку. З одного боку – більшість недорогих котлів, які нагадують звичайні буржуйки у водяному кожусі тільки в різному виконанні, а з іншого – дорогі фірмові, не надто відрізняються  по конструкції від вітчизняних, але якісно зроблені і яскраво забарвлені.  Є на ринку автоматичні пелетні котли, як імпортного так і вітчизняного виробництва, які розроблені для конкретного виду палива, якого у нас майже немає або воно дуже дорого, наприклад біла деревна пелет.  Між цими типами котлів на ринку можна знайти котли шахтного типу або котли так званого тривалого горіння типу Стропува. Ось мабуть і все, ми не будемо розглядати котли на біомасі та котли потужністю вище 100 квт. Новинки вітчизняного  котлобудування розглянемо в окремій статті.

Перейдемо до нашої задачі. Вибираємо котел для нашої водяної системи опалення. Котел повинен бути економічний, безпечний, тривалість горіння повинна бути менше 12 годин, застосовуване паливо повинне бути різноманітним: від звичайної деревини до вугілля, брикетів та пелет. Головний критерій вибору – це потужність котла, яка повинна відповідати втрат нашого будинку. Слід враховувати і той факт, що холодні дні зими з температурою за – 25^проЗ бувають дуже мало, десь один – два тижні. В основному температура тримається від +5^проЗ до – 10^проС. Тому загальноприйняті теплові втрати будинку з розрахунку 100Вт на м² можуть бути помилковими. Краще зробити свій розрахунок. Ось, наприклад, в нашому випадку ми опалювали будинок газовим котлом імпортного виробництва. По витратах газу ми отримали теплові втрати будинку, рівні 4,5 кВт·год. Якщо ми поставимо котел потужністю 12кВт, то в періоди температур від +5^проЗ до – 5^проЗ ми будемо мати коефіцієнт корисної дії (ККД) котла на рівні 40% - 45%, що призведе до подвійних витрат палива і за економічність можна забути.  В даному випадку нас не врятує і теплоакумулятор, але про це ми поговоримо нижче.

Кілька порад з вибору твердопаливного котла:

1. Дивимося схему котла або його вид в розрізі, оцінюємо обсяг топки, перевіряємо  наявність камери згоряння або її поєднання з топкою

         Так що ж робити, якщо ми послухаємо менеджера і купимо звичайний котел потужністю 12 кВт, то у нас вийде наступне. Звичайні котли продаються з шарової топкою з верхнім горінням. Домогтися прийнятної економічності не вийде. Крім цього, слід звернути увагу на розміри топки, вірніше на її обсяг. Зазвичай обсяг таких топок котлів становить 30 – 35л. В цю топку можна розмістити 8 -10 кг дров, які можуть виробити 28 – 35кВт·год енергії. І це за умови, що ККД котла дорівнює 100%.  Але якщо ми топимо котел з тепловіддачею 6 квт·год, то ККД котла  = 45%. Отже, ми зможемо отримати теплової енергії від однієї закладки дров тільки 35кВт·год *0,45=15,75 кВт·год. При експлуатації котла в номінальному режимі ми отримуємо час безперервної роботи котла на одній закладці  всього 35кВт·год ·0,70: 12кВт= 2 години (за умови що ККД котла =70%), – не вражає. Якщо від котла потрібно потужність 4,5 кВт, то котел буде горіти 15,75 кВт·год : 4,5 кВт = 3,5 години. Якщо ми будемо гріти будинок добу, то нам необхідно зробити 24г : 3.5 ч= 7закладок. Вітаємо – Ви кочегар.

Приклади конструкції твердопаливних однооб'ємних котлів

         2. Звертаємо увагу на колосники, а точніше на їх площу.  Чавунні або водонаповнені – це дуже важливо, перевіряємо наявність футировки.

         Поки на колосниках паливо горить полум'ям, котел видає заявлену потужність. Як тільки горіння переходить в режим тління, ККД котла різко падає, так як потужність котла падає, а разом з цим знижується температура полум'я, що призводить до неповного згоряння палива і викиду летючих газів в трубу. При цьому теплонапруженість на чавунних колосниках зазвичай приймають рівною 100 квт/м². При використанні футировки цей показник знижується до 50кВт/м². При цьому слід знати, що водонаповнені колосники навпаки збільшують цей показник до 130кВт/м², що свідчить про погіршення самого процесу горіння. Тому рекомендуємо перевіряти площа колосникової решітки  і її матеріал особисто перед покупкою твердопаливного котла.

3. Подача вторинного повітря.

         Зрозуміло, що відсутність вторинного повітря знижує якість горіння деревини та газоутворюючих видів палива, що істотно знижує ККД котла. Крім цього, слід звернути увагу на підведення вторинного повітря. Подача через бічні круглі отвори в зону горіння не дає істотного поліпшення самого процесу горіння, а лише розбавляє гарячі гази, погіршуючи процес теплообміну. Вторинний повітря повинен максимально контактувати з факелом підводиться через дюзи.

4. Футерована камера згорання та її обсяг

         Футеровка камери допалювання служити для підтримки необхідної для повного згоряння палива температури факела. При недостатній температурі в факелі допалювання піролізних газів, що виділяються при спалюванні деревини, здійснюватися не буде. Для протікання реакції 2СО+О₂=2СО₂ необхідна температура понад 780^проС. В іншому випадку при підводі вторинного повітря в зону допалювання, відбувається банальне розведення гарячих газів холодним повітрям з ще більшою втратою ККД котла.

         Наявність камери згоряння говорить про правильність даного проекту котла. В іншому випадку, як у більшості випускаються дешевих котлах-буржуйках, включаючи і котли тривалого горіння типу Стропува,  завантаження палива, його горіння, знімання в теплообміннику відбувається в одному обсязі, причому ці обсяги в процесі горіння змінюють свої розміри. Можна відрегулювати такі процеси? Відповідь очевидна, але виробники про це не говорять.

5. Теплообмінник.

         Для ефективного відбору тепла від вихідних газів з котла необхідний теплообмінник з певною площею, яка розраховується з умови, що 1м² теплообмінника зможе зняти 8 – 10кВт·год теплової потужності. Багато авторів стверджують, що площа стін топки за теплообмінні поверхні приймати не можна. Це підтверджується і в методиках розрахунку котлових агрегатів. Стінки котла сприймають променисту імпульс від палаючого факела, але відкриті для випромінювання площі поверхні топки весь час змінюються зважаючи згоряння палива. Тому точні розрахунки тепловіддачі в таких топках розраховувати складно, а ось конвективний теплообмін в основному відбувається на стаціонарних площах теплообмінника, незалежно від його конструкції. Просто часом доведено, що жаротрубні вертикальні теплообмінники найбільш ефективні і практичні, так як менше засмічуються. Крім цього, встановлені в труби теплообмінника турбулізатори,  підвищують ефективність тплосъема  на 10 – 15%. Якщо теплообмінник реалізований у вигляді стінок водяної сорочки, як у більшості котлів – буржуйок,  то ефективність його дуже низька і заявлений коефіцієнт корисної дії навряд чи досягне 70%. Аналогічно влаштовані теплообмінники у котлів тривалого горіння. Тому без автоматики такі котли експлуатувати дуже складно, автоматика дозволяє регулярно і примусово змінювати параметри процесу горіння, ніж в якійсь мірі дозволяє їх експлуатувати. Але це вже зовсім не дешеве теплогенеруюче обладнання і зовсім не факт, що наявне пальне підійде для спалювання в таких котлах.

6. Потрібен теплоаккумулируюший бак?

Повернемося до теплоакумулятор (ТА) – може бути це рішення наших проблем? Забудемо на час, що я писав раніше, так як повсюдно існує думка, що для розрахунків треба брати значення теплових втрат будинку 1 кВт·год на кожні 10 м² опалювальної площі. Хоч це і досить спірна думка, але за відсутністю точних тепловтрат конкретного будинку цілком можна скористатися цим значенням (але ми то з вами знаємо наше значення тепловтрат).

Отже, 1 кВт·год на кожні 10 м². У нас - 73 м². Виходить 7.3 кВт·год тепловтрат. Якщо вам потрібен ТА який забезпечував би вас теплом протягом 24 годин, то це означає, що в нього необхідно зарядити Q = 7.3 кВт·ч * 24ч = 175 кВт•год теплової енергії.

За умови, що вода в теплоакумуляторах буде прогріватися повністю від температури 40°З до 90°З, визначимо градієнт температур ДТ = 90 - 40 = 50°С.

Теплоємність води в перерахунку на кВт·год: C = 0.001163056 кВт·год/кг·°С.

Тепер ми маємо всі вихідні дані для того, щоб розрахувати необхідну ємність теплоаккумулятора V. Приниманм, що 1 літр води важить 1 кг Формула для розрахунку проста: V = Q/(T·C).

Вважаємо на основі наших даних: V = Q/(T·C) = 175/(50·0.001163056) = 3009 кг (або літрів). Тобто, грубо кажучи, потрібна ємність об'ємом 3 м³.

Таким чином, ми розрахували обсяг теплоаккумулятора. Але не менш важливим є питання про те, який потрібен котел, аби прогріти таку кількість води. Адже абсолютно зрозуміло, що будь залізним котлом потужністю, наприклад 12 кВт, акумулятор можливо прогріти не раніше, ніж через 175 : 12 = 14,58 годин. Тобто, виходить, ми повинні тільки теплоакумулятор гріти 15часов, а як же будинок?

Що ж робити? По – перше, якщо взяти варіант опалення будинку цегельним котлом потужністю 100 кВт, то картина змінюється. Головна відмінність цегляного котла від будь-якого заводського - це його здатність акумулювати тепло у своєму масиві. Кількість збереженого тепла в ньому вимірюється значенням 60-80 кВт·год.

А якщо так, то виходить, що на частку водяного водяного акумулятора залишається не більше 100 кВт·год. За тією ж формулою розрахунку визначаємо нову ємність акумулятору: 1.7 м³.

А скільки часу необхідно топити цегляний котел, аби прогріти 1.7 м³? Розрахунок за спрощеною логіці показує, що протягом першої години топки котел нагріватиме свій масив, вклавши в нього 75 кВт·год, і 25 кВт·год віддасть акумулятора. Останнім залишиться додати ще 75 кВт·год, які вже прогрітий котел виробить за наступні 45 хвилин.

Таким чином, за 1 год 45 хв котел зберіг у своєму масиві 75 кВт·год теплової енергії і нагрів теплоакумулятор, віддавши йому 100 кВт·год. Разом: 175 кВт·год.

По – друге, цей розрахунок проведено для постійних температур -25°С до -30°С, але це зовсім не означає, що так буде весь опалювальний період. Таких днів може бути тільки дещо в році. Решта, як ми вже з вами знаємо, - з середньою температурою від 0°С до -10°С. Згадуємо наш розрахунок тепловтрат – він становить 4,5 кВт·год. Ось тепер ми маємо варіанти: поправочний коефіцієнт дорівнюватиме 10кВт:34,5 кВт=2,22. Тепловтрати будуть складати 175кВт·год:2,22=78,8 кВт·год. І тут вже зовсім інші варіанти. Наш котел з потужністю 12кВт буде топити 78,8 кВт·год:12кВт=6,5 год, тобто всього дві закладки з максимальною тепловіддачею 6 квт·год. Але це не кращий варіант, так як знову ж таки призводить до втрат палива з – за зниження ККД нашого котла.

По – третє, нам бажано мати котел з топкою не менше 100л, що підійде для закладки дров вагою близько 20 кг (20кг * 3,5 кВт·год=70кВт·год), тобто ми можемо покрити тепловтрати за одну закладку дров. Необхідно ще спалювати порційно, щоб виходило за 4,5 кВт на годину. Чи це можливо? Звичайно. Існують шахтні котли з нижнім горінням, котли тривалого горіння (потрібно з ними обережні!), піролізні, інноваційні. Але не все так просто! Звичайно найкращий варіант – це автоматичні пелетні котли, якщо б не один нюанс – це їх ціна і сильна залежність надійності їх роботи від якості пелет, а вони у нас не завжди хорошої якості. Останнім часом ведуться спроби різних виробників випускати інноваційні котли, які враховують всі вищенаведені недоліки звичайних наших котлів – «БУРЖУЙОК». Про них ми поговоримо з вами в наступній статті.

07.08.18

Ст. Наливайко