geo-comfort@yandex.ru
Твердотопливный котел считается самым простым и дешевым вариантом отопления при отсутствии магистрального газа. Но так ли это? Чтобы не работать кочегаром, выйти на максимальный КПД и сгладить температурные скачки от работы твердотопливного котла, а самое главное уменьшить частоту закладки дров, его необходимо правильно подобрать и смонтировать. Это не все.
Дом нужно хорошо утеплить, а систему отопления сделать низкотемпературной. Да, да, мы не ошиблись. Именно низкотемпературной. Ниже мы немного разберем, как все это работает.
Кто-то может сказать, что есть долгоиграющие котлы (котлы длительного горения), есть термостаты, которые прикрывают поддувало и другие примочки к твердотопливным котлам, позволяющие им регулировать температуру и длительность горения, но максимальный эффект достигается именно с баком-аккумулятором, а сам котел работает на максимальной мощности. К тому же, котлы длительного горения стоят гораздо дороже и к ним все равно нужен тепловой аккумулятор.
Ниже приведена схема обвязки твердотопливного котла. Ее мы и рассмотрим.
Эта схема выглядит простенько и вроде все ясно, но давайте разберемся с ней более подробно.
1. Подбор мощности и объем топки твердотопливного котла.
Большинство подбирают мощность твердотопливного котла по мощности. Если вы планируете сделать систему таким образом, чтобы реже подходить к твердотопливному котлу, а самое главное утром вставать или возвращаться вечером после работы в теплый дом, такой подход не приемлем. Мощность котла необходимо подобрать таким образом, чтобы он не только компенсировал теплопотери, но и был способен «зарядить» бак-аккумулятор, который, в свою очередь, после окончания горения, продолжал бы отдавать тепло и компенсировать теплопотери. А низкотемпературная система отопления должна быть способна компенсировать теплопотери при более низких подачах тепла в отопительные приборы.
Большинство владельцев домов давно выучили слово теплопотери. В зависимости от того из каких материалов построен дом и как он утеплен, теплопотери будут больше или меньше. Предположим, мы ставим перед собой задачу, чтобы нам хватало тепла на 12 часов в холодную пятидневку. Предположим, что теплопотери нашего дома составляют 10 кВт. Если взять твердотопливный котел приблизительно такой мощности, то его будет хватать только на компенсацию теплопотерь, и ни о каком накоплении тепла речи быть не может. Даже если у вас привязан бак-аккумулятор, горячая вода будет только в верхней части, остальной объем будет холодный. Чтобы этого не происходило, котел должен быть гораздо мощнее. Например, котел мощностью 40 кВт, за час горения 10 кВт отдаст теплопотери, а 30 кВт накопит бак-аккумулятор. КПД котла мы пока отбрасываем. Здесь с киловаттами нужно разобраться более подробно. Мощность котла ограничена теплообменником. Это нужно понимать. Т.е. когда происходит максимальное горение, теплообменник максимально может отдать 40 кВт, прикрываете поддувало или прикрываете дымоход, теплообменник остается такой же, а вырабатываемая мощность уменьшается. При этом КПД котла снижается. Попросту говоря больше тепла улетает в трубу. Киловатты, выработанные твердотопливным котлом за одну закладку, вам дает не сам котел, а количество дров, заложенных в этот самый котел. Поэтому объем топки важнейший элемент при подборе твердотопливного котла. Чем больше топка, тем больше будущих киловатт вы сможете загрузить в котел.
Соответственно, чем больше мощность котла, тем больше его размер и топка. Предположим в характеристиках написано, что топка составляет 100 литров. Но вы так плотно не загрузите дрова, уголь тоже не набьете под самый верх, существует пустотность. Она может достигать 50% от объема топки. Но с дровами обычно не менее 75%. От нашей топки остается 75 литров. Вес одного метра кубического дров твердых пород составляет около 650 кг. Следовательно 75 литров это около 45-50 килограмм дров. Теплотворность одного килограмма дров твердых пород около 4-х кВт. Это значит, что при сгорании 1 кг мы получаем 4 кВт тепла. При теплопотерях 10 кВт, нам достаточно сжечь 2,5 кг. С учетом КПД твердотопливного котла около 70%, сжечь нужно 3,2-3,4 кг сухих дров. Сухие дрова важнейший элемент всей схемы. Идеальная влажность должна быть менее 10%. Мокрые дрова дают тепла почти в 2 раза меньше. Время, за которое эти дрова прогорят можно вычислить только экспериментальным путем для конкретных условий. Допустим пусть это будет 4 часа. В течении 4-х часов, мы будем отапливать дом от горящего котла и «заряжать» тепловой аккумулятор. 50 кг сухих дров нам дадут около 140 кВт. 40 кВт уйдут на компенсацию теплопотерь во время горения, а 100 кВт накопятся в баке-аккумуляторе. Объем бака-аккумулятора это отдельная большая тема, пока ее опустим. Т.е. 100 кВт нам хватит на 10 часов. В итоге, при данных теплопотерях и данном котле нам хватит одной закладке на 14 часов. Соответственно. Если температура на улице будет теплее, нам хватит на большее время. В этом случае. Управление процессом горения позволит также увеличить время между закладками дров. В Краснодарском крае, практически весь отопительный сезон проходит в районе +5 - -5°С. Хорошо утепленный дом, низкотемпературная система отопления и автоматизация в комнатах, хороший котел с баком-аккумулятором позволит увеличить такое время до 2-3-х суток. Хорошее утепление позволит уменьшить теплопотери, которые позволят приобрести твердотопливный котел меньшей мощности, а тепловой аккумулятор меньшего объема. Хорошее и качественное утепление дома при строительстве или реконструкции дома позволит значительно сэкономить на оборудовании и тем самым компенсировать затраты на дополнительное утепление.
2. Обвязка твердотопливного котла.
Оборудование и материалы для обвязки твердотопливного котла:
· Дымоход
· Группа безопасности (это в целом для всей системы)
· Расширительный бак
· Трехходовый смесительный клапан
· Циркуляционный насос
· Предохранительный клапан
· Автоматика
С дымоходом все просто. Главное чтобы он был утеплен и был конденсатоприемник.
Группа безопасности. Предохраняет от высокого давления. Закрытая система отопления на котлах с твердым топливом работает с таким же рабочим давлением, как и система с газовым котлом. Рабочее давление составляет 1,5-2 бара. Поэтому предохранительная группа на 3 бара идеально подойдет для нашей системы.
Трехходовый смесительный клапан. Важнейший элемент для котлов на твердом топливе. Большинство владельцев твердотопливных котлов пренебрегают этим важнейшим элементом системы. Результат, лужи под котлом (конденсат). Проверенные варианты это Esbe и Herz.
Циркуляционный насос. К подбору циркуляционного насоса нужно подойти очень серьезно. Главный котловой насос должен хорошо прокачивать воду. Идеальная дельта – 10°С. Если насос будет медленно прокачивать воду, котел будет перегреваться. Бак-аккумулятор будет плохо перемешиваться по горячей стороне, тепловой аккумулятор будет плохо накапливать энергию. Также следует учитывать количество и суммарный прокачиваемый объем циркуляционными насосами самой системы отопления. Объем должен быть меньше или равняться прокачиваемому объему главного котлового насоса.
Очень важно следить за чистотой фильтра на главном котловом циркуляционном насосе. Загрязненный фильтр влияет на скорость прокачки. Медленная скорость может привести к срабатыванию предохранительных и аварийных клапанов. А при их отсутствии или неисправности к аварийной ситуации и разрушению твердотопливного котла. Хорошая циркуляция - важнейший элемент и за ней нужно следить. Как, немного ниже в пункте «Автоматика».
Слабый циркуляционный насос очень частая ошибка. На этом оборудовании категорически запрещается экономить.
Предохранительный клапан. Элемент, позволяющий предотвратить аварию. Работает он следующим образом. При достижении на выходе котла температуры 95°С, данный клапан начинает сбрасывать кипяток с системы отопления и на вход в котел подавать холодную воду из системы водопровода. Это очень полезный клапан, он предотвращает взрыв котла. Иногда, владельцы, установив тепловой аккумулятор, считают, что защитили себя от взрыва котла. Но как описано выше, если не отслеживать разницу температур на входе и выходе из котла, т.е. не определять дельту (разницу температур) на входе и выходе котла, можно прозевать медленное движение воды в теплообменнике и получить взрыв. В этом случае и сработает этот клапан. Есть котлы, в которых такой клапан уже установлен.
Автоматика. К автоматике мы бы отнесли оборудование, которое может контролировать температуру в дымоходе, управлять вентилятором и циркуляционным насосом. Требуется отследить температуру на выходе и входе в котел, а также температуру в верхней и нижней части бака-аккумулятора.
Как правильно должен работать твердотопливный котел после розжига. На первоначальном этапе поддувало открыто полностью, если имеется вентилятор, он работает и создает дополнительный наддув. Автоматика отслеживает температуру дымовых газов и как только они достигают определенной температуры, происходит включение циркуляционного насоса, либо включение циркуляционного насоса происходит по температуре воды на выходе из котла. На начальном этапе происходит прогрев самого котла. В систему отопления или в бак-аккумулятор ничего не идет. Через байпас происходит циркуляция внутри самого котла. Это происходит до тех пор, пока не нагреется обратка. Как только обратка нагрелась минимум до 60С, трехходовый клапан начинает приоткрываться и теплоноситель идет в систему отопления или тепловой аккумулятор. Если в процессе горения нагревается вода в системе отопления или тепловом аккумуляторе, автоматика должна обеспечить затухание в котле, остановив вентилятор и закрыв поддувало. Соответственно после остывания воды, все должно открыться и включится, чтобы активировать процесс горения. Обязательно нужны датчики на выходе и входе котла, и бака-аккумулятора. Первые показывают разницу температуры на входе/выходе котла, вторые на баке-аккумуляторе. Первые позволяют отследить циркуляцию и при увеличении дельты вовремя принимать меры, либо чистить фильтр, либо заменить циркуляционный насос или крыльчатку. Датчики на баке показывают на сколько хорошо загружается бак-аккумулятор. Также можно прикинуть сколько тепла еще имеется в баке. Легче будет вычислить, если имеется три датчика, еще дополнительно в средней части бака. Такие датчики лучше подключать к своим отдельным, цифровым дисплеям и устанавливать в электрощиток. Они должны постоянно находится перед глазами.
3. Сколько стоит правильно собранная котельная с котлом на твердом топливе. Цены актуальны на 01.05.17, т.е. на момент написания данной статьи.
Многим кажется, что установка твердотопливного котла - простое и недорогое решение организации альтернативной системы отопления в отсутствии магистрального газа. Если вы постоянно находитесь дома и можете регулярно подкидывать дровишки, пренебрегаете безопасностью и вас не интересует конденсат, тогда да, купил простенький котел со стальным теплообменником, прикрутил к системе отопления и все. В таком случае об удобстве, комфорте и безопасности можно забыть. Мы будем считать правильную котельную. В качестве котла возьмем наш любимый всеядный чешский твердотопливный котел Viardrus с чугунным теплообменником. Это классика жанра. Стоимость с доставкой в Краснодар около 75000 рублей. Дымоход сэндвич из нержавейки – 20000 рублей. Бак-аккумулятор на 1000 литров с утеплителем 100 мм. Это около 65000 рублей. Трехходовый термосмесительный ESBE для твердотопливных котлов серии 500 – около 7500 рублей. Предохранительный Серия VST100 – 7500. Насос циркуляционный 32-8 14000, расширительный мембранный бак нам понадобиться большой. Литров на 120. Ближайший 150 литров. Его цена – около 10000 рублей. Автоматика: контроллер, датчики с дисплеем, провода, автоматы, щиток. Всего наберется на сумму около 20000 рублей. Материал для обвязки всего этого оборудования потянет минимум на 30 000 рублей. Выше мы писали, чтобы бак-аккумулятор работал дольше, система отопления должна быть низкотемпературной. Следовательно, нам еще потребуются смесительные узлы не только на теплый пол, но и на радиаторы. Даже самые простые варианты обойдутся в районе 6 000 рублей
Считаем итого: 255 000 рублей. Стоимость работ по монтажу и наладке автоматике около 40-45 тысяч рублей. Получаем сумму в районе 300 т.р.
Чтобы все это установить, потребуется котельная площадью не менее 8 м2.
Как создать комфорт в домах с твердотопливным котлом
В предыдущей статье «Твердотопливный котел или как не работать кочегаром» мы рассмотрели котельную с твердотопливным котлом. Итак, у нас есть тепловой аккумулятор с накопленным теплом. Температура в нем может достигать +95°С. Это достаточно высокая температура. Может в сильные холода нам такая температура и будет нужна, но в большую часть отопительного сезона такая температура расточительство, ведь мы ставим перед собой задачу как можно реже подходить к нашему котлу, для закладки дров и при этом получить ровную температуру в помещениях на протяжении отопительного сезона. Следовательно, нам нужно это тепло раздать по нашему дому, но при этом создать комфортную температуру. Согласитесь, не очень хочется жить так, растопили котел и разделись чуть ли не до гола, аж пот пробивает, окно хочется открыть. Прогорел котел, остыл бак-аккумулятор и либо бежать дровишки подкидывать, либо одеваться потеплее. А утром как просыпаться в холодном или вечером приходить с холода в холод. В общем некомфортно это.
Чтобы разобраться с комфортом и правильном распределении наших запасов тепла, сделаем для себя вводные. Возьмем двухэтажный дом. На первом этаже у нас будут теплые полы на втором радиаторы, пересчитанные под низкотемпературную систему отопления. Площадь дома 160 м². На первом этаже: зал-кухня, прихожая, гардероб, ванная комната, котельная. На втором этаже 3 комнаты, гардероб и ванная комната. Примем за исходные, что дом хорошо утеплен и мы имеем теплопотери в холодную пятидневку 50 ватт на м². Комфортная температура в комнатах для большинства составляет около 23-25°С. Эту температуру мы поддерживаем постоянно. А вот уличная температура постоянно меняется не только каждый день, но и в течение суток. К тому же зимой солнышко находится низко и хорошо заглядывает к нам в окошки, если у дома окна расположены на юг. В общем мы все построили правильно.
Бак-аккумулятор (тепловой аккумулятор). Какой запас тепла
Если мы с твердотопливным котлом используем бак-аккумулятор, то нам нужно понимать, сколько тепла в нем запасено и на сколько нам будет хватать. Бесспорно, утверждение, чем больше бак и чем выше температура, тем больше тепла мы можем в нем запасти. По нашим исходным, которые мы описали выше, теплопотери составляют 8 кВт для холодной пятидневки. Предположим, что у нас бак-аккумулятор на тонну (1000 литров), средняя температура воды в нем 90°С. Теплоемкость воды 1,163 Вт*ч/кг*К. Также продолжительность работы бака-аккумулятора будет зависеть от вашей низкотемпературной системы отопления. Себе установим вводные, нашего водяного теплого пола будет достаточно до температуры +35°С, радиаторов до +45°С. Что это значит, это значит то, что ниже этой температуры нам начнет не хватать тепла и пора идти и разжигать котел или должен включится дополнительный резервный источник, например, электрокотел или электротэн вставленный в бак-аккумулятор. Считаем:
1000*1,163*(90-35)=64000 ватт или 64 кВт.
64/8=8 часов. Запаса тепла для теплых полов хватит на 8 часов.
Если у на столько радиаторы:
1000*1,163*(90-45)=52000 ватт или 52 кВт
52/8=6,5 часов.
Естественно, если на улице не температура холодной пятидневки (для Краснодара она на данный момент составляет -16°С), а предположим в районе нуля градусов, соответственно наши теплопотери будут меньше и бака-аккумулятора будет хватать на более длительное время.
Более подробно написано в статье «Расчет теплового аккумулятора»
Если система отопления сделана на радиаторах под высокую температуру подача около 80-90°С, в этом случае нам тепла начнет не хватать практически сразу и спать можно не ложиться. К утру в доме будет холодно даже с баком аккумулятором. Очень важно сделать систему отопления именно низкотемпературной. Как это сделать написано в статье «Низкотемпературная система отопления дома. Что это такое».
Погодозависимая автоматика или управление климатом из котельной
Самым простым и относительно недорогим способом управлять климатом в доме является погодозависимая автоматика. Предположим, что у нас в доме только радиаторы или только теплые полы. Теплопотери и на первом и на втором этаже одинаковые. Устанавливается погодозависимый контроллер с уличным датчиком температуры. Контроллер управляет трехходовым краном с сервоприводом и подает определенную температуру в систему отопления дома. Температура подачи зависит от выставленной кривой. Чем лучше утеплен дом, а система отопления более низкотемпературная, тем более пологая кривая. Соответственно, чем хуже утеплен дом и более высокотемпературная система отопления, тем более крутая Кривая.
Например кривая с коэффициентом 1,5 (выделена жирным на графике) даст команду на подачу 57°С при уличной температуре 0°С. Соответственно при минус 20°С, подача будет равняться +82°С. А вот кривая с коэффициентом 0,2 при минус 20°С подаст в систему отопления всего 33°С, а при нуле всего 28°С. Это говорит о хорошем утеплении дома. Температура поверхности пола при этом будет на 3-4 градуса ниже. А разница между поверхностью пола и воздухом будет всего 2-3 градуса.
Такая система регулирования будет актуальна, если у вас и на первом, и на втором этаже одинаковая система отопления, либо водяной теплый пол, либо радиаторы. Стоимость недорого погодозависимого контроллера в пределах 12-18 т.р., датчик обойдется 1,5-2,5 т.р. Смесительный узел с сервоприводом около 20 т.р. Итого 35-40 т.р. Монтажные и пусконаладочные работы потянут еще на 7-8 т.р. Но такая простенькая автоматика легко окупиться за один-два отопительных сезона, но самое главное, она сделает комфортную температуру и уменьшит количество подходов к твердотопливному котлу.
Если на одном этаже теплый пол, а на втором радиаторы, такая система не подойдет, либо потребуется дополнительное оборудование. Это дополнительный смесительный узел под теплый пол. Есть контроллеры способные управлять двумя и более смесительными узлами. В этом случае на каждом этаже потребуется установка термостатов в самом важном (например, детская комната на втором этаже и зал на первом), либо в самом холодном помещении.
Такая автоматизация уже позволит более точно управлять климатом на этажах. Ведь достаточно сложно сделать так, чтобы теплопотери и на первом и на втором этаже были одинаковые, а если имеется еще и утепленный цокольный этаж, там вообще могут отсутствовать теплопотери и вместо тепла нужно будет загонять приточный свежий воздух. Такая система позволит уже создавать комфортную температуру на каждом этаже. К тому же можно задать разную температуру на каждом этаже. А если в качестве термостата используется недельный программатор, то экономия может достигнуть еще больших результатов.
Рассмотрим логику работы управлением микроклиматом в доме с водяными теплыми полами на первом этаже и радиаторами, пересчитанными под низкотемпературную систему отопления, на втором. В качестве смесительных кранов могут использоваться как трехходовые, так и четырех ходовые смесительные краны. Термостаты могут быть как простыми механическими, так и электронными недельно программируемыми. Задача термостата - поддерживать заданную температуру. Он управляет включением и выключением циркуляционного насоса на смесительной группе.
При достижении заданной температуры воздуха, реле термостата размыкается и выключает циркуляционный насос, при понижении температуры на определенное значение, чаще всего это 1 градус (в электронных термостатах величину разницы между включением и выключение можно выставлять с шагом 0,5 градусов), реле замыкается и включает циркуляционный насос, начинается нагрев воздуха. В принципе, при такой схеме можно на радиаторы и не ставить смесительный узел, термостат будет четко контролировать температуру, но плохо то, что когда тепловой аккумулятор будет нагрет до 95°С и такая горячая вода будет циркулировать по вашим трубам, то старение труб будет ускорятся. Но зато контроль за температурой подачи будет более точным и каждый контур сможет работать по своей кривой погодозависимости. Срок службы трубопроводов значительно увеличится. Также термостат будет отрабатывать дополнительные теплопритоки от солнечных лучей, попадающих в комнату, где установлен термостат, либо от бытовой техники, либо от присутствия людей, находящихся в помещении. Да, каждый человек выделяет 100-200 ватт, в зависимости от интенсивности работы и представляет собой маленький радиатор.
Рассмотрим работу программируемого термостата. Предположим в вашей семье будет следующий ритм жизни. С понедельника по пятницу вы работаете. Встаете в 7 утра, в 8 уезжаете и возвращаетесь в 18 вечера. Спать ложитесь в 11 вечера. Днем, большая часть времени проводится либо в зале, либо в кухне. В спальни редко кто заходит. С понедельника по пятницу мы программируем термостат таким образом, чтобы он во время нашего присутствия поддерживал комфортные +24°С, а ночью, когда мы спим или днем, когда находимся на работе, поддерживал пониженную температуру градусов 18. В этом случае тепло из баков-аккумулятора будет расходоваться меньше, топить нужно будет реже, и в финансовом смысле будет экономия. Днем солнышко спокойно может нагреть комнату. В спальнях наоборот, днем выставляется 18°С, а ночью градусов 22-24°С. В выходные дни программируется поддержание комфортной температуры в зале и кухне на протяжении всего дня, а в спальнях, как и в будний день. Такая работа термостатов приводит к значительной экономии и способна учитывать все теплопритоки от бытовой техники и присутствия людей. Стоимость такого оборудования будет выше и составит около 70-80 т.р., работа 12-15 т.р. Программируемые термостаты добавят еще 8-10 т.р.
Такая система является лучшей, по соотношению цена качество. Автоматика значительно добавит комфорт в помещении, снизит затраты и уменьшит количество подходов к котлу.
Третьим вариантом управления температуры является покомнатная регулировка. Это когда в каждую комнату устанавливаются свои термостаты, которые управляют отопительными приборами или ветками теплого пола непосредственно в данном помещении. Такая схема позволяет достичь максимальной экономии и максимального комфорта. Например детской спальне поддерживать температуру теплее, а во взрослой ставить ниже, если вам нравится спать в прохладе. К тому же окна могут выходить на разные стороны дома. В одни попадает солнышко, в другие нет. Есть теплопритоки от солнца в одной комнате, температура нагрелась, отопление выключилось, а в соседней комнате на этаже, где солнца нет, отопление продолжает работать. Также покомнатная регулировка отработает ветер. В наветренных комнатах может быть холоднее, а в подветренных теплее. В общем это идеальная система отопления. К тому же у вас есть свободные гостевые комнаты, в которых нет необходимости поддерживать комфортную температуру +24°С., а достаточно поддерживать градусов 18 тепла и днем и ночью, пока не приедут гости. В такие комнаты можно устанавливать и простые, более дешевые термостаты и включать их вручную. Стоимость такой системы составит от 100 000 до 150 000 рублей.
Наш опыт показал, что погодозавсимая автоматика и покомнатная или поэтажная регулировка дает колоссальное энергосбережение и достаточно быстро окупается, особенно если в качестве теплогенераторов использует электрические, дизельные или газовые котлы на сжиженном газе. С твердотопливными котлами уменьшается количество подходов к котлу. Минусом автоматизации является ее стоимость и первоначальные капиталовложения, но после окупаемости, она начинает приносить значительный экономический эффект.
К автоматизации котельной с котлом на твердом топливе мы также относим и электротэны, которые можно установить в тепловой аккумулятор и которые будут автоматически подключатся при снижении температуры до определенного значения. Например, ниже 45°С радиаторы не смогут компенсировать теплопотери, в этом случае включатся тэны и будут поддерживать температуру, пока не начнет работу твердотопливный котел. Как только котел будет запущен, тэны отключатся. Также их можно запрограммировать на работу в ночное время по ночному тарифу или когда хозяева уезжают на несколько дней из дома. Такое оборудование обойдется 10-15 т.р., но польза от таких тэнов очень велика.