Как устроен дровяной котел для отопления частного дома – принцип работы, преимущества и недостатки, установка

Принцип работы газогенераторного котла на дровах

При работе газогенераторного котла на дровах используется принцип пиролиза. После закладки топлива (дров или специальных древесных брикетов) они проходят через несколько стадий сгорания. Рассмотрим их:

  1. Первоначально древесное топливо попадает в специальную камеру, где оно подсушивается.
  2. Затем древесное топливо горит при поддержании температуры от 20 до 850 градусов Цельсия. При этом в топочную камеру практически не поступает кислорода. Таким образом происходит окисление древесного топлива,
  3. Получившийся в результате окисления газ поступает в камеру сгорания, где с использованием горелок поджигается и горит.

Газогенераторные котлы на дровах, используемые в отопительных целях имеют специальный водяной контур. Внутри него вода проходит через две нагревательных камеры, а уже затем поступает в отопительные радиаторы.

Принципы работы дровяных котлов для частных домов

Современные дровяные котлы для отопления частного дома с водяным контуром, мало общего имеют с традиционными классическими печами. По своей конструкции, большинство моделей напоминают автономную тепловую станцию. А вот основной принцип работы, остался неизменным. Тепло, получаемое посредством сжигания твердого топлива, используется для обогрева помещений.

Существенным отличием и изменением, произведенным во внутреннем устройстве, является наличие водяного контура. После модификации конструкции, стало возможным соединить радиаторную систему отопления в загородном доме с дровяным котлом.

На данный момент, по принципу работы можно выделить два основных класса оборудования:

Пиролизные дровяные отопительные котлы для частного дома – принцип работы котлов данного типа, заключается в одновременном использовании тепла, получаемого при сжигании дров и дожига газа, образовавшегося в процессе горения.Остальные модели: газогенераторные, длительного горения, так или иначе, похожи по своей конструкции на пиролизное оборудование. Котлы, относящиеся к данной группе, отличаются высоким КПД и длительной работой от одной закладки топлива.

Классические твердотопливные агрегаты – работают по тому же принципу, что и дровяные печи. Передача тепла осуществляется посредством нагрева теплоносителя, циркулирующего по водяному контуру, расположенному внутри корпуса. Данное решение также востребовано при изготовлении автономного отопления, по причине низкой стоимости оборудования.

Твердотопливный котел – это попросту модифицированная дровяная печь, с лучшей автоматизацией процесса горения и высоким КПД.

Схемы дровяного отопления дома

Схема подключения котла с аккумулятором тепла

Ключевым моментом в проектировании дровяного теплоснабжения является выбор схемы. От нее зависит — будет ли установлен дровяной котел отопления своими руками или его функции выполнит печь или камин. Для определения оптимального варианта необходимо учесть все возможные факторы.

Прежде всего учитывается площадь здания и количество комнат. Чаще всего дровяные печи отопления для дачи устанавливаются в том случае, если помещений максимум два. При этом не нужно делать систему водяного теплоснабжения.

Рассмотрим основные факторы, влияющие на выбор типа отопления:

  • Водяное. Состоит из котла (печи, камин), подключенного к трубопроводу. Передача тепловой энергии происходит за счет установленных радиаторов. Оптимальный вариант для дома с площадью от 80 м²;
  • Печное. Для нагрева воздуха в помещении используются печи дровяного отопления. Они характеризуются небольшим КПД, малой площадью обогрева. Однако для их обустройства необходимо меньше всего усилий. Исключение составляют конструкции из шамотного кирпича. Этот тип применяется для обогрева домов площадью менее 60 м²;
  • Каминное. Аналог печному теплоснабжению. Разница закачается в размере камеры сгорания – у камина она значительно большое. К тому же отопление частного дома дровяным котлом иногда подразумевает наличие в конструкции варочной поверхности.

Теплообменник в печи

Как видно выбор варианта напрямую зависит от площади дома. Нужно учитывать, что схема дровяного отопления может быть модернизирована. В печь достаточно установить теплообменник, чтобы появилась возможность сделать полноценное водяное теплоснабжение.

Но самым распространенным вариантом является установка дровяного котла для отопления дома. Он намного практичнее и проще в эксплуатации, чем камин или печь.

Для нормальной работы дровяного отопления загородного дома необходимо заранее продумать дымоходную систему. Учитывается оптимальный диаметр трубы и ее высота.

Характеристики

Большинство присутствующих на современном рынке водогрейных котлов на дровах обладают следующими эксплуатационными характеристиками:

  • Мощность. Этот показатель зависит от объема теплообменника, объема камеры сгорания и материала, из которого изготовлены стены топки. Также, на показатели мощности котла оказывает непосредственное влияние расход топливного материала. Чем больше дров будет загружено, тем больше выделится тепловой энергии при их сгорании. Сколько нужно киловатт для обогрева частного дома? Чтобы узнать какая мощность требуется для обогрева того или иного помещения, необходимо воспользоваться следующим соотношением: для обогрева 10 м² помещения требуется 1 кВт тепловой энергии.
  • Коэффициент полезного действия. Чтобы рассчитать КПД устройства, нужно знать скорость циркуляции теплоносителя, величину теплоты, отдаваемую дровами при сгорании, а также учитывать способ сжигания топлива. КПД отопительного оборудования длительного горения и пиролизных систем может достигать до значения 85-95%.
  • Теплоноситель. В качестве теплоносителя в отопительных системах на дровах используется вода. В качестве альтернативного варианта допускается применение любых незамерзающих жидкостей.
  • Предназначение. В зиму котел может быть использован как для отопления, так и для подогрева воды. Летом основным предназначением дровяного котла является приготовление горячей воды.

Достоинства и недостатки

Отопление на дровах характеризуется целым рядом неоспоримых достоинств, основными из которых являются следующие показатели:

  • Незначительный вес отопительного оборудования. К дровяным котлам, в отличие от их аналогов, работающих на других видах топлива, не предъявляется каких-либо жестких требований относительно их конструктивного исполнения и места установки. Поэтому самостоятельно изготовленный котел может быть установлен в любой части загородного дома, хотя выделение под топочную отдельного помещения будет наиболее правильным решением.
  • Автоматическая система регулирования. Минимальное количество комплектующих САР котла промышленного изготовления позволяет не только эффективно выполнять расход топливного материала, но и снижает вероятность отказа в работе при выходе из строя одного из приборов контроля.
  • Универсальность. В дровяных отопительных котлах в качестве горючего можно использовать не только древесину, но и любую другую разновидность твердого топлива.
  • Продолжительный срок эксплуатации. Дровяной котел прослужит своему хозяину не одну зиму. Сколько лет прослужит котел промышленного изготовления? Производители этой разновидности отопительного оборудования гарантируют не менее 15 лет безотказной работы.
  • Простота обслуживания. В ходе выполнения работ связанных с техническим обслуживанием котла отопления частного дома, необходимо всего-навсего раз в год чистить зольник и дымоход.
  • Приемлемая цена. Сколько нужно заплатить при покупке котла? Цена каждой конкретной модели зависит от количества присутствующих в данном оборудовании опций. Можно с полной уверенностью отметить, что каждый владелец частного дома может приобрести дровяной котел отопления без серьезного ущерба для семейного бюджета.

К сожалению, водогрейные котлы на дровах не лишены определенных недостатков. Данные недостатки относятся только к котлам на дровах, изготовленных кустарным способом. Один из них заключается в том, что в дровяном котле собственного изготовления невозможно автоматизировать процесс управления, поэтому владельцу подобного оборудования нужно загружать топливо в камеру сгорания вручную.

Второй недостаток – «прожорливость» самостоятельно изготовленного водяного котла. Для того чтобы эксплуатация данного оборудования в зиму обеспечивала комфортные условия проживания, необходимо создать большой запас дров. Сколько нужно дров для того чтобы их хватило на всю зиму? Расход топлива для каждого конкретного случая индивидуален. Количество запасаемых дров зависит от мощности устройства обогрева и площади отапливаемых помещений частного дома.

Подключение аварийных систем

Элементы аварийных систем в схеме обвязки используются в целях:

  • защиты от повышения максимального рабочего давления в системе;
  • защиты от превышения максимально допустимой выходной температуры теплоносителя, перегрева котла и элементов системы отопления;
  • предотвращения образования конденсата в котле вследствие большого перепада температур теплоносителя на входе и выходе устройства.

Предохранительный клапан

Защита котла и элементов системы при превышении рабочего давления теплонесущей жидкости обеспечивается предохранительным клапаном, устанавливаемом на подающей линии при выходе из котла. Такой клапан может входить в группу безопасности котла, которая встраивается в сам котел или подключается отдельно.

Как работает предохранительный клапан

К патрубку сброса давления клапана подсоединяется сливной шланг. При срабатывании клапана лишняя теплонесущая жидкость из системы через шланг сливается в канализацию.

Аварийный теплообменник

Авариный теплообменник нужен для защиты котла и элементов системы от перегрева.

Перегрев оборудования может произойти в двух случаях:

  1. при превышении вырабатываемой котлом мощности свыше необходимой для потребителей тепла;
  2. при прекращения работы циркуляционного насоса вследствие его поломки или отключения электричества.

Теплообменник состоит из охлаждающего модуля и термоклапана с выносным тепловым датчиком, настроенным на определенную температуру. Устанавливаться они могут внутри самого котла или отдельно на линии подачи теплоносителя в систему отопления.

Как работает теплообменник

При превышении допустимой температуры по сигналу теплового датчика срабатывает термоклапан.

Он подает холодную воду от магистрали водоснабжения в модуль охлаждения, в котором происходит отбор лишнего тепла от теплоносителя. Из модуля охлаждения отобравшая тепло вода поступает в канализацию.

Дополнительный контур

Защита котла от перегрева в системах с принудительной циркуляцией может быть также обеспечена с помощью дополнительного контура с естественной циркуляцией, к которому подключается накопительная емкость для ГВС.

Обвязка котла с дополнительным контуром

При нормальной работе системы давление, создаваемое циркуляционным насосом в основном контуре, запирает дополнительный контур при помощи обратного клапана, не давая циркулировать в нем теплонесущей жидкости.

При выключении по какой-либо причине насоса прекращается принудительная циркуляция теплоносителя в основном контуре и начинается естественная циркуляция в дополнительном контуре. За счет этого происходит охлаждение теплонесущей жидкости в системе до необходимой температуры.

Термостатический смеситель

Поддерживание минимально необходимой температуры на входе в котел, чтобы предотвратить образование в нем конденсата, обеспечивается термостатическим смесителем.

Устройство устанавливается на обратном трубопроводе и подключается к подающей линии при помощи перемычки (байпаса).

Установка термостатического смесителя

При низкой температуре теплоносителя в обратной линии термосмеситель открывается и подмешивает в нее горячую жидкость. После достижения нужной температуры термосмеситель закрывается и перестает подавать через байпас в обратку горячий теплоноситель.

Эту схему можно использовать в системах с любым видом циркуляции.

Можно ли сделать твердотопливный котел своими руками из подручных средств?

Котлы на электрической энергии

Электрические котлы в настоящее время занимает первое место по эффективности, так как КПД почти всех моделей находится на уровне 99%

При этом, что очень важно, не потребуется организация систем дымоотведения и вентиляции. Нужды в обслуживание электрических котлов практически не существует, кроме чистки оборудования примерно раз в 2-3 года

Организацию схемы электрического отопления частного дома своими руками реализовать несложно: степень автоматизации здесь может иметь какую угодно степень. Строго говоря, после правильно проведенного монтажа о котле можно попросту забыть.

Как сделать дровяной котёл для водяного отопления своими руками

  1. Инструменты и материалы:
  • Сварка.
  • Болгарка, шлифовальный и отрезной диски, очки.
  • Дрель, свёрла по металлу.
  • Газовые ключи с номерами 1 и 2.
  • Молоток.
  • Набор ключей и отвёрток.
  • Пассатижи.
  • Угольник.

Изготовление котла, чертежи

Принципиально можно разделить на три этапа:

  • Изготовление корпуса.
  • Сборка.
  • Покраска.

Фото 1. Чертёж отопительного котла на дровах с указанием размеров прибора. Вид спереди и сбоку.

Поэтапное изготовление дровяного котла:

  • Подготовка материала. Наиболее простой вариант — толстостенная двухсотлитровая бочка. Ещё в качестве материала подойдут листовая сталь и труба диаметром 80 см и длиной 1 м. Нержавеющую сталь использовать нежелательно, так как из-за низкой теплопроводности прогрев помещения будет требовать больше дров.
  • Заготовка дна — оптимальная толщина днища равна 50 мм.
  • Подготовка опоры — используют арматуру диаметром 14 мм.
  • Колосник — подойдёт толстый, не менее 50 мм толщиной, металлический круг. В нём проделываются прорези, через которые зола от дров будет поступать в зольник.
  • Подготовка металлического листа для короба с перегородкой.
  • Подготовка листа для водяного бака (подойдёт фабричный).
  • Сварка арматуры внутри корпуса. Фиксация её на трёх уровнях параллельно между собой. Первый — дно котла, второй — над дверцей поддувала, третий — 200—220 мм под верхним краем корпуса.

Фото 2. Чертёж дровяного отопительного котла из металла. Устройство показано сбоку в разрезе и спереди.

  • Сооружение короба и разделение его на два отделения: для топки и для золы. Через отверстие в корпусе вставляется короб и фиксируется сваркой.
  • Изготовление поддувала. Можно просто вырезать в корпусе отверстие, а можно выполнить его в виде ящика — отпадёт необходимость присоединять дверцу и станет удобнее удалять накопившуюся золу.
  • Недалеко от низа корпуса приваривается дно, а над ним — колосник. Уровень установки последнего должен совпадать с внутренней перегородкой короба.
  • Делается прорезь для трубы, приваривается дверца и дымоход.
  • Над котлом на высоте 250—300 мм крепится бак для воды. Его прикрепляют к стене и размещают так, чтобы дымоход проходил через него. Тепло от трубы и будет нагревать воду.

Система отопления твердотопливным котлом

Теплогенераторы этого типа работают на:

  • дровах;
  • торфе;
  • брикетах;
  • угле.

Загрузка и розжиг топлива производятся вручную.

Особенности системы

Сложность обвязки обусловлена спецификой работы твердотопливного котла:

  1. Тепловой инерционностью. В отличие от газового и жидкотопливного, прибор нельзя быстро потушить. Даже при закрытой воздушной заслонке дрова продолжают какое-то время гореть, выделяя большое количество тепла. Это повышает вероятность перегрева рабочей среды и, как следствие, ее закипания и резкого роста давления в системе. Обвязку дополняют охлаждающим змеевиком, аварийным контуром и другими элементами для экстренного сброса тепла.
  2. Зависимостью КПД от производительности. Максимальная эффективность наблюдается только в режиме номинальной мощности. Если котел притушить, прикрыв воздушную заслонку, сгорание топлива становится неполным. Это приводит к падению КПД и увеличению количества сажи в выхлопе. В систему интегрируют теплоаккумулятор, накапливающий производимую котлом энергию и порциями отдающий ее отопительному контуру.
  3. Высокой концентрацией серы и других элементов в дымовых газах, обусловленной составом твердого топлива. При конденсации пара в выхлопе вода реагирует с примесями и превращается в агрессивный кислотный коктейль. По этой причине нужно предотвратить поступление в теплообменник рабочей среды с температурой ниже +50…+55°С, иначе его стенки вскоре будут разрушены. Применяют смесительный узел, при необходимости добавляющий горячую воду из «подачи» в «обратку».


Сложность обвязки обусловлена зависимостью КПД от производительности.

Требования к месту установки котла

Теплогенератор на твердом топливе нельзя располагать в жилых комнатах, ванной или кухне.

Для него выделяют отдельное техническое помещение, соответствующее таким требованиям:

  • наличие 1 входа шириной от 80 см;
  • объем – от 15 м³ + 0,2 м³ на каждый кВт производительности, но не менее 7 м³;
  • высота потолка – от 2,5 м;
  • приточно-вытяжная вентиляция должна обеспечивать 3-кратный воздухообмен и поступление кислорода, необходимого для сгорания топлива;
  • предел огнестойкости стен, перегородок и перекрытий – 0,75 часа.

В котельной держат средства пожаротушения. Не допускается наличие над ней помещения или чердака.

Вентиляционные отверстия располагают:

  • приточное – не выше 50 см от пола;
  • вытяжное – не ниже 40 см от потолка.

Преимущества системы отопления

Обогрев твердым горючим имеет следующие достоинства:

  1. Независимость от внешних источников энергии. Некоторые модели автономны на 100%, т. к. не нуждаются и в электричестве.
  2. Низкую стоимость горючего: 1 кВт*ч от сжигания дров обходится в 0,9 руб., угля – в 1,6 руб., тогда как от сжиженного газа и солярового масла – в 2,5 и 2,8 руб. соответственно. В ряде регионов хворост и валежник можно раздобыть бесплатно.
  3. Функциональность. Многие отопители оснащаются варочной поверхностью.
  4. Безопасность. Твердое топливо не взрывается, как газ.
  5. Комфорт. В отличие от дизельных, котлы на дровах и угле не издают неприятного запаха.


Обогрев твердым горючим обеспечивает безопасность и комфорт.

В условиях отсутствия централизованного газоснабжения такие установки наиболее популярны.

Недостатки

К отрицательным сторонам системы относятся:

Низкая степень автоматизации. Затруднена регулировка температуры теплоносителя; каждые 4-5 часов требуется подкладывать топливо.
Грязный выхлоп. Нужно регулярно очищать дымоход и теплообменник от сажи.
Сложная обвязка. Наличие теплоаккумулятора, аварийного контура и прочих элементов приводит к удорожанию системы и увеличению объема монтажных работ.
Пожароопасность

Из-за риска воспламенения сажи, попадания искр на строительные конструкции и выхода огня при обратной тяге требуется соблюдать меры предосторожности.

Некоторые недостатки в меньшей степени проявляются в котлах длительного горения.

Из чего состоит система отопления

В основном для обогрева частных домовладений выбираются водяные системы. Для этого традиционного варианта, как проще сделать отопление в частном доме, характерен высокий универсализм, позволяющий использовать для нагрева доставляемого в помещения теплоносителя практически любое топливо. Кроме того, в водяных системах нередко используется комбинированный нагрев, дающий возможность оперировать несколькими разновидностями энергоносителей.

В состав любой отопительной системы для частного дома входят следующие элементы:

  1. Источник нагрева.
  2. Система труб, с необходимым оснащением.
  3. Отопительные приборы – батареи или нагревательные контуры системы теплого пола.

Чтобы обрабатывать и управлять теплоносителем, а также иметь возможность обслуживать отопительную систему, применяется дополнительное оборудование.

Под дополнительным оборудованием имеются в виду следующие приборы:

  • Бачок расширения.
  • Циркуляционный насос.
  • Гидравлический разделитель.
  • Коллектор распределения.
  • Буферный бак.
  • Бойлер косвенного нагрева.
  • Элементы автоматизации системы.

Для принудительной циркуляции нагретой воды используют насос. Если же в системе имеется несколько контуров, для разграничения которых используется гидрострелка или буферная емкость, потребуется 2 и более насосов. При этом буферная емкость выполняет роль и гидравлического разделителя, и теплоаккумулятора. Обычно тепловой циркуляционный контур отделяют в тех случаях, когда обустраивается отопительная система повышенной сложности. В основном это характерно для коттеджей с несколькими этажами.

Распределяющие коллекторы применяются в нагревательных контурах теплых полов или в лучевых радиаторных контурах. Конструкция нагревателя косвенного нагрева состоит из емкости и змеевика, где осуществляется нагрев воды для ГВС от теплоносителя. Чтоб следить за показателями температуры и давления воды, система оснащается термометрами и манометрами. При помощи приборов автоматизации – датчиков, терморегуляторов, контроллеров и сервоприводов, наблюдают за параметрами теплоносителя и управляют ими в автоматическом режиме.

Выбор дровяного котла

Прежде всего, необходимо рассчитать необходимую мощность оборудования, которая указывается в паспорте на агрегат и измеряется в киловаттах. Один киловатт мощности необходим для отопления 10 квадратных метров. К примеру, для отопления жилья площадью 100 квадратных метров следует выбирать дровяной котел, мощность которого 10 кВт. Плохо утепленные помещения нуждаются в запасе мощности в 20–30 процентов.

Выбирая оборудование, стоит смотреть не только номинальную мощность, но и весь диапазон работы котла – в осеннее и весеннее время нецелесообразно использовать агрегат на полную мощность. Если котел будет применяться еще и для получения горячей воды, то необходимо приобрести внешний бойлер, а также выбирать котел с дополнительным запасом мощности.

На выбор котла влияет его материал. Как правило, их производят из стали или чугуна. Оборудование из стали имеет небольшой вес и более простое устройство топки по сравнению с чугунными агрегатами. Чистка такой топки заключается в удалении золы из зольника. Дымоход у котлов из стали длиннее, в результате чего теплоноситель нагревается эффективнее. Чугунные агрегаты имеют более короткий дымоход, большая площадь теплообмена образуется благодаря ребристой поверхности, на которой оседают частицы горения, поэтому для чистки этих устройств нужно применять щетки, скребки и кочерги. Однако, теплоемкость у чугунных моделей выше.

Применение современных технологий позволяет разделить все дровяные котлы на следующие виды:

  • Пиролизный — для получения тепла используются не только дрова, но и выделяющийся при этом газ.
  • Пеллетный — в качестве топлива применяются спрессованные гранулы, исходным сырьем для них являются стружка, опилки, кора и т. д. Также для производства пеллет могут применяться отходы сельскохозяйственных культур.
  • Агрегат с водяным отоплением

Популярные модели и их стоимость

Модель Logano G 211–26 D может загружаться различными видами твердого топлива – углем, коксом, дровами, пеллетами. Такую модель мощностью 32 киловатт можно приобрести за 70 тысяч рублей, мощностью 15 киловатт – 50 тысяч рублей.

Модели этого ряда не только отапливают, но и используются для горячего водоснабжения. Имеют систему защиты. Показатель коэффициента полезного действия более 85 процентов. Оснащены электрическим розжигом, автоматическим поддержанием необходимой температуры. Мощность такого агрегата может достигать 100 киловатт. Вес колеблется в пределах от 300 до 800 килограмм. Стоимость – 130–300 тысяч рублей.

Оборудование отечественного производства KBp

Мощность – 15–40 киловатт. Для обогрева могут использоваться дрова, брикеты, опилки, влажность которых не превышает 30 процентов. Это отличный вариант для частного дома. Обеспечивается работа в течение 12 часов. Диапазон цен – 50–65 тысяч рублей.

Одной закладки хватает на 7–18 часов. Оснащен автоматическим контролем тяги. Стоимость – 45–190 тысяч рублей.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий