Котлы для отопления частного дома на твердом топливе: конструктивные особенности, обзор производителей и советы по монтажу

Веками и даже тысячелетиями твердое топливо активно использовалось для обогрева печей. Появление иных видов горючего потеснило в значительной мере такие системы. Но все же они, пусть и в новом обличье, продолжают активно использоваться и в XXI веке.

Твердотопливный котел сжигает:

• каменный уголь;

• дрова;

• пеллеты;

• торф;

• щепу и отдельные виды отходов.

Встречаются системы, где использованы как отдельные указанные виды топлива, так и их причудливое сочетание. В отличие от газовых, жидкостных и электрических нагревателей, твердотопливные котлы регулируются автоматикой лишь ограниченно. Увы, при всем развитии современной техники взять на себя процесс первичной загрузки тех же поленьев, угля или пеллет она неспособна. Так что автоматизирован может быть только цикл от одной заправки до другой. В остальном работа производится по типичной схеме.

Регулировку прохода воды и ее прогрева обеспечивает трехходовой и термосмесительный клапан. Подъем и спуск заслонки позволяют определять характеристики горения, его интенсивность и скорость. Косвенно это можно считать защитой от перегрева через контроль тяги в дымососе. Любой котел, сжигающий твердое горючее, может создавать очень сильные вспышки, когда температура за короткий срок стремительно растет. Это должно быть всесторонне учтено конструкторами.

Твердотопливные котлы имеют ряд положительных отзывов, авторы которых отмечают:

• сравнительно малую цену, если сравнивать с сопоставимыми по мощности электрическими и газовыми аппаратами;

• отсутствие потребности как в электричестве, так и в газе (исключение составляют комбинированные и автоматизированные устройства);

• длительность использования;

• широкое разнообразие видов горючего и возможность его подбора;

• способность после единственной заправки проработать до 72 часов подряд.

Но у таких устройств есть и многочисленные слабости. Так, сгорание угля, дров или пеллет происходит с очень малым КПД (не более 70%). Невозможно избавиться от расхода сил на приготовление горючего, на очистку котлов. Монтаж такого котла усложнен, а когда он работает, приходится постоянно контролировать его действие. Требования к качеству горючего крайне велики. Отрегулировать температурный режим принципиально невозможно.

Изготовленные на индустриальных предприятиях котельные аппараты делаются из стали или чугуна. В отдельную группу выделяются самодельные системы, где могут применяться и некоторые другие металлы. Важную роль играет градация по виду применяемого топлива. Многие люди предпочитают пеллетные конструкци, потребляющие специализированные топливные гранулы, либо смешанные агрегаты.

Вид процесса сжигания позволяет делить твердотопливные котлы на:

• системы длительного горения;

• применяющие гравитационную тягу;

• работающие со вспомогательной тягой;

• пиролизные установки.

Чугунный котел отличается повышенной тепловой инерцией, что может быть как плюсом, так и минусом в зависимости от обстоятельств. В актив изделиям из чугуна при этом можно смело записать повышенную устойчивость к коррозии. Вопреки распространенному стереотипу, сталь ничуть не дороже. Применение современных методов сварки металла существенно удешевило такие установки и сделало их продуктом массового производства. Но есть еще один нюанс: котел из стали неизбежно монолитен, в то время как чугунный «собрат» его собирается из секций.

А значит, в случае любого сбоя, при необходимости произвести капитальный ремонт или просто при переезде он оказывается практичнее. Если сравнивать по сроку эксплуатации, вновь неоспоримое лидерство принадлежит чугуну. Даже сейчас выпущенные еще до 1980-х годов чугунные котлы успешно эксплуатируются кое-где, исправно выдавая тепло в трубы и радиаторы втрое моложе себя. Что касается сопротивляемости коррозии, тут также не все просто. Начаться ей в аппарате из чугуна заметно сложнее, чем в стальной системе.

Но если процесс уже возник (из-за неизбежного появления конденсата при нарушении режима эксплуатации), он будет развиваться ускоренными темпами. Вопреки очевидности, чугунный котел, потребляющий дрова или уголь, легче стального аналога. Причина – то самое модульное строение. Однако его нельзя насыщать сразу холодной водой, это может привести к разрушению корпуса или даже к взрыву. Теоретически тщательно продуманная обвязка способна предотвратить такое развитие событий, но она оказывается крайне дорогой и потому используется редко.

Каков бы ни был материал твердотопливного котла, тепло из него отдается во внешнюю среду. Кроме систем, работающих на принципах конвекции, широко распространены сейчас и аппараты с водяным контуром. Таких контуров, заметим, может быть сразу два – если требуется получать воду не только в отопительную систему, но и в водопровод. Сложность устройства, его общая стоимость и вырабатываемая мощность при таком выборе сразу вырастают. Что немаловажно, увеличивается и потребление топлива, ведь воды приходится греть больше.

Определенное распространение получили твердотопливные паровые котлы. Топка у них располагается спереди и отличается впечатляющими габаритами. Конвектором в такой системе служит конгломерат из труб, связывающих рубашки. Учитывая повышенное давление, производители оснащают паровые котлы манометрами, специальными клапанами, останавливающими утечку воды. Подогрев производится быстро, но при одноступенчатой схеме действия точно просчитать эффективность расхода топлива нельзя, а ставить котел придется на предельно ровную поверхность.

Автоматические и полуавтоматические котлы на твердом топливе выгодно отличаются от управляемых вручную аналогов именно тем, что работать с ними проще. Частично автоматизированная система оснащается вентилятором, темп кручения которого определяет, как быстро будет сгорать топливо. Минимальная интенсивность его сожжения позволяет растягивать одну порцию на несколько дней, но при этом удается только предотвратить заморозку труб и радиаторов, не более. Автоматический вариант подразумевает подачу команд от центрального блока на специальный шнек, который будет забирать топливо из бункера и затягивать его в топку.

Газогенераторный тип выделен в особую группу благодаря тому, что он преодолевает недостатки классической схемы: ограниченный КПД и жесткий лимит на продолжительность работы. Давно известно, что при нагревании из твердых органических тел начинает выделяться газ. Этот эффект активно использовался даже в автомобилях первой половины прошлого века. Дровяной котел генерирует газ точно так же, сокращая подачу кислорода и переводя углекислоту в камеру для дожигания. Собственно, горение в химическом смысле слова происходит только на первой фазе, а затем древесина лишь тлеет.

Преимуществами газогенераторного устройства оказываются:

• ускоренный прогрев благодаря основательной теплозащите рабочей камеры;

• оптимальная регулировка тяги;

• довольно длительное использование топлива.

Разница по времени выработки тепла заметна хорошо только в самых совершенных (и дорогих) моделях. Не получится сжигать дрова, влажность которых превосходит 20%. Вместо выработки газа будет происходить их сушка. Исключение составляют модели с так называемой вертикальной выкладкой дров и нижним горением. Там допускается применение даже более влажной древесины.

Отдельного разговора заслуживают твердотопливные котлы с варочной поверхностью. Кроме непосредственного разогрева пищи, выставленной сверху, некоторые модели могут подогревать ее еще и в духовом шкафу. Так как тепло подается от открытого огня, поверхность плиты оснащается чугунной панелью. Подобные устройства рекомендуется использовать на дачах и в загородных домах, где они (благодаря своей многофункциональности) экономят место. Следует внимательно взвешивать достоинства изделий с чугунным и со стальным теплообменником – у этих вариантов есть как достоинства, так и недостатки.

Технические параметры твердотопливного котла для системы отопления частного дома крайне важны. Эти аппараты категорически не соответствуют традиционному представлению, рисующему образ крайне примитивного механизма. В большинстве случаев из-за простоты используется схема с естественным горением. Наиболее продвинутые устройства имеют программаторы, позволяющие задавать нужные отопительные программы. Эта автоматика управляет турбиной или вентилятором поддува воздуха. Многие практические свойства зависят от конкретного механизма получения тепловой энергии.

Например, работающие на твердом топливе по пиролизному методу установки во второй стадии своей работы сжигают газ, температура горения которого достигает 1200 градусов. Это позволяет повысить КПД до 90% и более, что вполне солидно смотрится даже по сравнению с газовыми и электрическими системами. «Расплата» за столь эффективную работу состоит в очень жестких требованиях к свойствам топлива (дерево с максимальной влажностью всего до 16% и так далее). Что касается мощности, примерную оценку необходимых характеристик можно дать, исходя из ориентировочной цифры в 1 кВт на каждые 10 кв. м обогреваемого пространства. Дымовая труба для описываемой категории котлов должна иметь ровно ту высоту, которая указана в техническом паспорте и иной сопроводительной документации.

От соблюдения этих указаний прямо зависит, надежно ли защищены жильцы дома от отравления угарным газом. Категорически не рекомендуется ставить трубы менее 4 м высотой, они вдобавок лишают возможности получить нормальную тягу. Внимание стоит уделить и подбору терморегулятора. Рекомендуется настраивать этот аппарат на поддержание температуры 20 градусов (как наиболее комфортного значения). Роль регуляции, впрочем, не только в этом – она критически важна для профилактики коррозии. В детских комнатах целесообразно задавать более сильный прогрев, чем в среднем (до 22 градусов), а в доме, где есть страдающие от гипертонии, можно ограничиться значениями в 18 или 19 градусов.

Отдельного разговора заслуживает и угольная горелка. Лучшие модели таких устройств производятся из литого огнеупорного чугуна, служат которые очень долго. Важно заранее уточнять, какую фракцию угля можно закладывать в котел при использовании определенной горелки. Только соблюдение этих норм позволяет избежать перебоев и нарушений в работе. Опытные специалисты рекомендуют выяснять модель привода, подающего твердое топливо, модель установленного в нем мотор-редуктора, и проверять репутацию изготовителя.

В столь богатой углем и лесными угодьями стране, как Россия, твердотопливные котлы выпускаются в широком ассортименте. Разобрать все существующие варианты не получится, но стоит все же выделить модификацию «Зота Тополь-М». Аллюзия к известному ракетному комплексу в названии неслучайна – этот котел также является «грозным и сокрушительным оружием», только в борьбе против холода. Это название объединяет целую серию котельного оборудования, выпускаемого в Красноярске. Разработчики обещают простоту очистки от сажи, длительность сеансов горения и отсутствие потребности в электрическом питании.

Потребители отмечают, что «Тополь-М» исключительно прост, и разобраться с его использованием можно, даже не знакомясь подробно с инструкцией. Ввод дров происходит сквозь верхнюю дверцу. Конструкторы позаботились о наличии термометра для контроля за работой устройства. Стоит отметить, что до момента прогрева теплообменника до 60 градусов он может покрываться конденсатом. В зависимости от своих потребностей, покупатели могут выбрать устройства мощностью 14-60 кВт; допускается оснащение тэнами (покупаемыми дополнительно) для поддержания стабильной температуры.

Ведя разговор про марки твердотопливных котлов, полезно обратить внимание на «Протерм Бобер» 20 DLO. Словацкий агрегат, как заявляет его производитель, позволяет обогреть дома суммарной площадью до 200 кв. м. Модель совместима как с гравитационной, так и с искусственной циркуляцией теплоносителя. Качественный секционный теплообменник их чугуна и тщательно отобранные прочие детали позволяют гарантировать интенсивное использование на 10-15 лет. Можно, используя дополнительно монтируемый бойлер, обеспечивать еще и горячее водоснабжение.

20 DLO способен работать как на угле, так и на дровах. Наиболее эффективно сожжение древесины с влажностью максимум 20% и угля с размером зерен до 4 см. Регулировка тяги производится с использованием заслонки. Мощность в стандартных условиях – 19 кВт. К сведению: при различных режимах подачи воздуха она может меняться; вода в отопительном контуре прогревается до 90 градусов.

Стоит обратить внимание, что приспосабливаться к специфике регулировки тяги придется долго. Кроме того, 20 DLO не слишком удобен в смысле очистки камеры сгорания. Назвать котел мобильным сложно, существует ряд модификаций, которые передвигаются гораздо лучше. Многие люди обоснованно отдают предпочтение котлам белорусского производства, таким как КОС-ТВ. Загрузка топлива в него производится вертикально, можно использовать как уголь, так и дрова.

Благодаря крупной входной камере с деталью из керамики можно закладывать влажное дерево кусками до 0,4 м в длину. Производитель заявляет, что величина топки и поверхности теплообменника достаточна для обеспечения КПД от 84% при сокращении расхода горючего. Рабочая камера имеет стенки 0,6 см толщиной, в зависимости от модификации уровень выдачи тепла составляет 23 либо 45 кВт. Вода прогревается до 95 градусов. Поставляемый тем же изготовителем аппарат КСТ отлично проявляет себя в контакте с непрерывно работающей отопительной системой, использующей режим природной циркуляции и открытый расширяющий бак. В качестве расчетного топлива (к которому привязаны все указанные в документации теплотехнические параметры) выступает антрацит категории АО. Допустимо сожжение каменного и бурого угля, а также дров, отвечающих обычным бытовым нормативам. Разработчики позаботились о максимальной задержке пламени в котле и о наивысшей отдаче от каждого грамма топлива.

Внимания заслуживают и польские твердотопливные котлы, такие как HT Classic от Heiztechnik. Установка верхнего горения способна перерабатывать в тепло какое угодно горючее, даже угольную мелочь и брикеты. Система сможет обеспечить тепловой энергией помещения от 30 до 280 кв. м, а также наполнять бойлер. Котел бесперебойно работает до 15 часов подряд. Функция дожигания отработанных газов обеспечивает КПД на уровне 76%.

Выполнение всех сервисных манипуляций спереди значительно упрощает работу как владельцам, так и привлекаемым техникам. Все экземпляры обязательно тестируются, чтобы гарантировать максимальную герметичность. Польская фирма применяет только качественную теплоизоляцию, кардинально снижающую потери и препятствующую появлению ожогов. Она готова давать гарантию на стабильность цельных швов до 6 лет. Весь котел как единое целое имеет гарантию 15 лет.

Выбирать отопительные котлы на твердом топливе не так легко, как может показаться. Закономерно самым первым пунктом становится соответствие мощности применяемого оборудования и отапливаемой площади. Большинство производителей указывает, что 1 кВт тепловых ресурсов хватает на 10-15 кв. м. Но применять эти рекомендации напрямую совершенно неразумно, потому что они не учитывают целого ряда важных обстоятельств.

Так, увеличивать мощность по сравнению с предварительной оценкой по площади нужно, если:

• потолок хотя бы в одном помещении выше 3 м;

• отапливаемые части дома тесно контактируют с неотапливаемыми;

• утепление и теплоизоляция не соответствуют нормам;

• установлено много окон или проведено панорамное остекление;

• дом построен в местности с суровыми холодами;

• для конкретной территории характерны сильные и очень сильные ветры, дующие часто.

Во всех указанных случаях резерв по мощности (5 или даже 10 кВт) не только свидетельствует о благоразумии хозяев, но и позволяет им застраховать себя от малейших неожиданностей. Важно учитывать суммарную производительность или коэффициент полезного действия. У твердотопливных котлов он варьируется от 80 до 98%, так что игнорировать этот показатель не стоит. Разница между крайними цифрами означает лишние 1,5-2 тонны дров или угля за сезон. Но даже самый энергоэффективный котел может оказаться плох, если себестоимость его эксплуатации излишне велика.

Эта себестоимость определяется:

• использованными конструкторскими решениями;

• примененными материалами, их толщиной и теплопроводностью;

• качеством сервиса, тем, насколько он доступен и каких денег требует;

• платой за сменяемые детали;

• обстановкой при эксплуатации;

• расходами на различные виды топлива.

Общее правило таково: чем выше скорость сжигания топлива, тем дороже окажется эксплуатация твердотопливного котла. Устройства классической схемы позволяют применять все существующие разновидности горючего (кроме каких-то экзотических вариантов разве что), но требуют загружать новую порцию 3-4 раза за сутки. Самые последние модели оснащаются аппаратом, регулирующим тягу, который помогает удерживать тепло в топке. Пиролизные котлы позволяют загружать партии топлива раз в 24 часа, подробнее об их достоинствах и недостатках уже сказано выше. Если поставлена цель приобрести оборудование, которое будет требовать наименьшего участия людей, следует остановиться на пеллетных конструкциях.

Они регулируются очень хорошо, могут иной раз использовать одну загрузку до 7 суток, а хранить топливо можно практически в любых условиях. Широкому распространению таких систем препятствует только повышенная стоимость их самих и применяемого горючего. Если прикрыть горелку для гранул листовым железом сверху, допускается использования угля, дров и даже торфа. Большое значение в любой модели имеет внешняя утеплительная оболочка и ее качество. Рекомендуется учитывать сразу число колен в дымоходах.

Прямые каналы не позволяют обеспечить КПД выше, чем у мелкого камина для одной комнаты. Но усложнение конструкции дымохода делает более трудным и его монтаж, а также повышает риск выхода из строя. Так что тут нужно основательно думать и искать баланс. Сократить число необходимых колен способна техника, создающая наддув, вдобавок она отлично помогает при недостатке тяги. Зато придется непрерывно следить за уплотнением вокруг дверцы в топку, ведь даже невидимые глазу повреждения этого материала сразу отзовутся вторжением дыма в комнату.

Независимость от электрической сети – палка о двух концах. Она характерна главным образом для котлов, работающих по принципу естественной циркуляции. Но их энергетическая эффективность недостаточна для современного комфортного дома большой площади. А вот если камера сгорания оснащена футеровкой, это однозначный плюс, – количество сжигаемого топлива на единицу мощности примерно на ¼ меньше, чем в аналогичных устройствах без футеровки.

Полностью безопасная и абсолютно стабильная работа котельной в доме достигается только при установке аккумулирующего воду бака.

Подобный буферный резервуар:

• накапливает тепло;

• увеличивает суммарный КПД устройства;

• поможет поддержать однородную температуру теплоносителя;

• сократит затраты на обогрев.

Водогрейный котел на твердом топливе тоже требуется выбирать максимально тщательно. Да, эти приборы могут прослужить несколько десятилетий, и по долговечности иногда не уступают простым отопительным аналогам. Но тем важнее правильно оценивать характеристики их, разбираться в особенностях конструкций. Теплоноситель в системе подогревается до температуры от 95 до 110 градусов, при этом находясь под давлением до 600 кПа. Это давление прикладывается не просто так, а для профилактики кипения, которое крайне негативно отзывается на оборудовании.

Топливные пакеты помогают снизить прогрев выбрасываемых газообразных продуктов горения до 200 градусов. Водогрейные котлы промышленного изготовления образованы двумя главными видами конструкций – поверхностью экрана и конвективным блоком. Для их производства применяется цельный стальной прокат трубчатой формы сечением 7,6 см. Вся конструкция оптимизируется для сокращения тепловых потерь. По техническим нормативам соединение деталей производится строго при помощи сварки (и никак иначе) с расчетом на сопротивление давлению в 10 атм.

В бытовых условиях применяют котлы водогрейные малой мощности, в эту группу согласно общепринятой классификации попадают устройства, вырабатывающие от 4 до 65 кВт тепловой энергии. Дровяные варианты отличаются меньшей тепловой силой, но благодаря увеличенной топке и повышенной единичной загрузке горючего они обеспечивают интенсивное сжигание топлива. Чем выше достигаемая мощность, тем актуальнее установка вентилятора. Ставить водогрейные котлы требуется только в обособленные помещения. Комнаты или технические помещения, где их монтируют, обязательно оснащаются средствами противопожарной борьбы.

Большую популярность имеют котлы долгого и медленного горения, которые разделяются на несколько разновидностей. Простейшие аппараты такого рода, выполненные по традиционной схеме, крайне надежны и служат долго. Но добиться от них высокой тепловой эффективности не получится в принципе. Выбор котла длительного горения прежде всего зависит от того, какой вид топлива удобнее всего использовать. Когда хозяйство может постоянно заготавливать древесину, выбор очевиден.

Для коттеджей, расположенных в степях, в тундровой зоне или на месте сведенного леса, целесообразен обогрев пеллетами. Лишь там, где частный дом расположен при лесоперерабатывающем предприятии, оправдано использование опилок. Масса должна учитываться только в том случае, когда планируется смонтировать котел на стену. Ограничение составляет 100 кг. Расход горючего на 1 кВт тепловой энергии в стальных котлах (для одного и того же вида топлива, конечно) всегда на 25-100% выше, чем в чугунных конструкциях.

Несомненным преимуществом котлов длительного горения является то, что они могут эксплуатироваться на протяжении целого отопительного сезона. Их не разжигают вновь и вновь много раз, как простые печи, а всего лишь наполняют дополнительными порциями угля или дров. Лучшие варианты, по мнению большинства экспертов, – это котлы с использованием верхнего горения. В самый высокий слой топлива нагнетается воздушный поток, а при выгорании заложенной массы он движется все ниже. Поэтому обеспечивается равномерное использование угля, дров или пеллет.

Если на первом этапе температура достигает 450 градусов, то в фазе пиролиза она вырастает уже до 500-800 градусов. Конструкция внешне схожа со свечой, даже корпус вытянут по вертикали и близок к цилиндру. Промежуток внутренней и внешней стенок служит для циркуляции воды. Устройства длительного горения могут расходовать либо дрова и брикеты, либо еще и уголь. Эти две разновидности категорически нельзя путать между собой; расчет мощности производится по стандартному методу.

Когда твердотопливный котел выбран, надо разбираться со схемой его монтажа. Никаких нормативных документов, которые концентрировали бы требования к местам установки котлов этого типа, нет. Необходимые указания рассредоточены в самых разных правовых актах. Очевидно, что образование пыли и риск проникновения дыма наружу при использовании твердого топлива неустранимы. Потому стоит отказаться от мысли устанавливать нагревательное оборудование в кухнях, в коридорах, в гостиных и так далее.

Оптимальным местом, по мнению профессионалов, будут:

• котельное помещение на улице;

• техническая комната в самом доме;

• гараж;

• подземный этаж.

Лишь в самом крайнем случае допускается использование твердотопливного котла на постоянно проветриваемом участке коридора, который посещают редко. Рекомендуется в любом из указанных вариантов ставить аппарат у самой внешней стены. Это помогает избежать прокладки длинных горизонтальных линий дымоходов или проводки их сквозь перекрытия. Нельзя забывать, что теплообменник придется чистить, а потому доступ к нему должен обеспечиваться без единого препятствия. Запрещено подсоединять газоотводные каналы дровяных котлов к вентиляционным каналам из кирпича, проложенным внутри стен.

Вообще, любая идея о совмещении дымохода и вентиляции крайне неудачна сама по себе. Если места недостаточно, приходится ставить котел так, чтобы он не мешал проходу. Рекомендуется оставлять разрыв между необслуживаемыми сторонами оборудования и стенами хотя бы в 0,1 м. От стены до задней стенки котла должно оставаться минимум 0,25 м. Очень тяжелые отопительные системы подчас требуют заливки фундамента из бетона, только так можно гарантировать их стабильность.

Прикрытие конструкций дома, выполненных из легко воспламеняющихся материалов, достигается за счет металлических листов, асбестоцемента, минерита. Подобная защита обязательна как для полов, так и для стен. Сделать теплоаккумулятор своими руками можно и нужно, если он не входит в стандартный комплект поставки. Вытяжной канал вентиляции и отверстие для притока воздуха должны размещаться в противоположных концах помещения, причем на разной высоте. Вытяжку вплотную у котла, на котором смонтирован вентилятор, ставить очень глупо.

Не следует усложнять себе жизнь, выдерживая строгую симметрию осей дымоходных патрубков и подготовленных в стенах отверстий. Эта задача успешно решается при повороте колена. Избежать возникновения конденсата поможет применение для дымохода труб с внутренним утеплением. Как вариант, можно использовать типовую трубу и покрыть ее снаружи базальтовым материалом. Самый простой внешний канал для выброса дыма – приставного формата.

Не рекомендуется делать дымоходы более чем с тремя поворотами, а наименьшая высота (точка отсчета – решетка колосников) составляет 5 м. Стыковка сегментов должна производиться с расчетом на сток конденсата по внутренней стенке, а дождя или талой воды – по внешней. Низ дымохода должен оснащаться люком для ревизии и накопителем конденсирующейся воды. Карнизы кровли обходят, ставя трубу с парой колен под острым углом. Оголовки не должны оказываться в области ветрового подпора.

Установка отопительных котлов на твердом топливе пройдет лучше всего, если сделать чертеж. Повышенное внимание стоит уделить организации дымохода и стабильности работы отопительной системы. Если используются самодельные конструкции, предпочтительна простая разводка. Впрочем, даже при применении изделий промышленного изготовления она будет лучше всего. Чем понятнее и четче контуры подачи воды, тем эффективнее окажется работа системы.

Подробное описание принципа работы котла на твердом топливе - в видео ниже.