Основным элементом любой системы центрального отопления является источник тепла. Его выбор оказывает существенное влияние на будущую эксплуатацию здания, поэтому его следует производить с большой осторожностью, учитывая такие факторы, как доступность топлива, инвестиционные и эксплуатационные затраты и требуемый комфорт обслуживания. Следует также учитывать экологические аспекты и возможность использования бесплатной энергии из окружающей среды.
Наиболее часто используемыми источниками тепла в жилых домах (особенно в частных домах) в настоящее время являются отопительные котлы. Эти устройства вырабатывают тепло за счет сжигания подаваемого к ним топлива, а затем передают его воде, заполняющей установку.
Котлы делятся на газовые, котлы, работающие на жидком топливе (например, на мазуте), и котлы, работающие на твердом топливе (например, на каменном угле, коксе, древесине). Другое деление котлов учитывает их расположение (стоячие и подвесные устройства), функциональные возможности (одно- и двухфункциональные устройства), способ забора воздуха и отвода дымовых газов (устройства с открытой и закрытой камерами сгорания) и режим работы ( традиционные, низкотемпературные и конденсационные устройства), большой выбор есть на сайте ecogorelki.ru каждый сможет найти свой вариант. В новостройках с хорошим энергетическим стандартом обычно применяют конденсационные газовые котлы с высоким КПД (более 100 %) и низкой температурой горения топлива (50–55 °С). Альтернативой газовому отоплению являются твердотопливные котлы , отличающиеся широким спектром доступных видов топлива и низкими эксплуатационными расходами.
Твердотопливные котлы
Твердотопливные котлы универсальны в основном из-за разнообразия сырья, которым они могут топиться. Топливом может быть каменный уголь (практически в любом виде), а также древесина и другое биотопливо: пеллеты, брикеты, щепа, энергетическая ива и солома. Разнообразие имеющихся на рынке устройств позволяет разделить их по типу сжигания на: котлы верхнего горения (камерные), котлы нижнего (загрузочные) и котлы газификации топлива.
Котлы с верхним горением пользуются большой популярностью благодаря широкой доступности и низкой цене. Такие устройства обычно имеют камеру сгорания, соединенную с загрузочной камерой, неподвижную колосниковую решетку и одну или две нити сжигания (конвекционные каналы, по которым проходят дымовые газы). Топливо, заполняющее камеру сгорания, полностью превращается в тлеющие угли, и процесс сгорания происходит относительно быстро. Достигаемая котлом мощность динамически изменяется в процессе работы, что в сочетании с высокой температурой отходящих газов, выходящих из камеры сгорания, обусловливает низкий КПД данного типа устройств.
Котлы с нижним сжиганием – более современное решение, а значит, и более дорогое. Камера сгорания расположена в задней части зарядной камеры, а сгорание топлива происходит с участием вторичного воздуха. Эти устройства имеют стальную или чугунную подвижную решетку (или постоянную водяную решетку) и два или три дымохода. Автоматическое регулирование позволяет поддерживать постоянную высоту теплового слоя и постоянную тепловую мощность. КПД котлов нижнего горения выше, чем котлов верхнего горения, они также характеризуются меньшими выбросами загрязняющих веществ, лучшим дожиганием топлива и меньшей температурой уходящих газов, выходящих из камеры сгорания. В качестве топлива в котлах этого типа используются каменный уголь и кокс.
Газификационные котлы обеспечивают иное протекание процесса горения, чем описанные выше устройства. Подаваемое в котел топливо (обычно дрова) предварительно высушивается и дегазируется в герметично закрытой камере газификации. Образующийся при этом древесный газ направляется к соплу горелки, где смешивается с вторичным воздухом (нагнетаемым вентилятором). Затем нагретую смесь сжигают в камере при температуре около 1200°С. Работа газификационного котла контролируется автоматически, а доливка топлива должна производиться каждые несколько или несколько часов (в зависимости от емкости газификационной камеры). Цена такого типа оборудования выше, чем у традиционных котлов.
Управление работой котла
Твердотопливные котлы из-за большой массы сжигаемого топлива и в силу своей тепловой инерции в ограниченной степени поддаются регулированию мощности. Основным методом управления является регулирование подачи воздуха для горения, которое может осуществляться с помощью регуляторов тяги или нагнетательного вентилятора, работающего с частотой и мощностью в зависимости от потребности в воздухе для горения. Эти устройства управляются котловыми или комнатными термостатами, которые соответствующим образом реагируют на изменения температуры подаваемой воды или температуры в помещении. Котлы, оснащенные дутьевым вентилятором, лучше всего подходят для сжигания мелкого угля.
Котлы с питателем топлива
Основным недостатком, связанным с использованием твердотопливных котлов, является необходимость хранения топлива и частое пополнение шихты. В зависимости от вида и качества топлива, с учетом типа и КПД котла загрузка может производиться даже несколько раз в сутки. Для решения проблемы частой работы котла используются автоматические питатели топлива, которые позволяют увеличить интервал между последовательными загрузками топлива до нескольких дней. Котлы с фидерами работают на экологически чистом угле (ретортные котлы), угольной мелочи (котлы с поршневым питателем) или пеллетах.
Наиболее популярны ретортные котлы, т.е. устройства со шнековым питателем и емкостью для топлива. Имеют специальную безколосниковую топку, в которой сжигается порция топлива, дозируемая системой автоматики таким образом, что котел всегда работает с мощностью, необходимой для поддержания заданной пользователем температуры в помещениях. Котлы этого типа имеют самый высокий КПД среди угольных котлов.
Аналогичную конструкцию имеют котлы на мелкозернистом угле с поршневым питателем. В их случае топливо подается не плавно, а порционно проталкивается поршнем в камеру сгорания.
Пеллетные котлы оснащены автоматическими электрозапальниками и установками для автоматического дозирования топлива, транспортируемого винтовыми системами. Самые современные пеллетные котлы обеспечивают высокую эффективность сгорания (около 90%) и высокий комфорт эксплуатации.
Соединение котла с установкой
Установку, в которой эксплуатируется твердотопливный котел, необходимо обезопасить открытым или закрытым расширительным баком, а в закрытой системе обязательно установить устройства для отвода избыточного тепла. Для этого используется охлаждающая спираль или буферный бак.
Задача охлаждающей спирали — открыть клапан с холодной водой после превышения допустимой температуры в установке. Холодная вода из сети охлаждает воду, возвращающуюся в котел, понижая ее температуру. Это относительно простое и дешевое решение, но его недостаток в том, что накопленная (нагретая вода) энергия безвозвратно теряется.
При использовании буферного бака при превышении максимальной температуры в установке предохранительный клапан переключает контур котла с радиаторов на нагрев воды, заполняющей буфер, что вызывает значительный расход тепла в течение многих часов и позволяет сгорать шихте котла. вне. Преимущество использования буферного бака в том, что тепло не теряется – оно отводится из буфера в установку.
Буфер также может использоваться для стандартного режима работы котла. Это связано с определенными технико-экономическими преимуществами (периодическая работа котла на полную мощность, особенно в периоды пониженной потребности в тепловой энергии, т.е. в весенние и осенние месяцы).
Перспективы применения котлов
Современные твердотопливные котлы с развитой автоматикой и высокой степенью необслуживаемости являются реальной альтернативой газовым и масляным котлам. Широкий ассортимент топлива и относительно низкие цены на него в сочетании с высоким КПД новых устройств делают эксплуатацию твердотопливных котлов экономически выгодной.
В связи с тем, что при сжигании каменного угля (и его различных разновидностей) происходит выброс в атмосферу многих вредных соединений, все большую популярность приобретают такие виды топлива, как древесина, брикеты, солома, щепа и т. д. Кроме того, отопление здания на биомассе очень дешевы — ориентировочная стоимость производства 1 кВтч тепловой энергии из древесины и пеллет (с учетом КПД котлов) составляет примерно 0,12-0,14 злотых/кВтч. Сравнивая эти значения с примером здания площадью 140 м2 и индексом EK = 100 кВтч/(м2 в год), годовая стоимость отопления составляет менее 2000 злотых.
Основным ограничением использования твердотопливных котлов является необходимость хранения топлива и его ограниченная доступность (особенно в случае биомассы), а также требование периодического обслуживания и использование дополнительных элементов безопасности в установках центрального отопления.