Котлы длительного горения: особенности конструкции, принцип работы

Рейтинг популярных производителей

Твердотопливный котел НМК Магнум КДГ 30 ТЭ

На российском рынке представлено большое количество КДГ отечественного и зарубежного производства. Но только некоторые из них соответствуют предъявляемым к этим агрегатам требованиям, включая надежность, долговечность и удобство эксплуатации. При составлении рейтинга твердотопливных котлов отопления для частного дома использован ряд сертифицированных моделей, качество которых подтверждено многими пользователями.

На первом месте расположились изделия от российской компании НМК, выделяющиеся обширным ассортиментом и большим выбором цен: от 30 до 100 тыс. рублей. С их помощью удается отапливать помещения площадью от 50 до 3000 квадратных метров, а также банные комнаты (парилки) объемом до 30 метров кубических. Все котлы от этого производителя сертифицированы, их характеристики соответствуют мировым стандартам.

Твердотопливный котел Stropuva S8

Второе место уверенно занимает литовский производитель с брендом Stropuva. Твердотопливное оборудование из Литвы способно поддерживать горение в течение 3-х суток. При этом постоянный присмотр со стороны человека совсем не обязателен. Конструкция котлов от этого производителя позволяет за одну загрузку размещать в рабочей камере более 50-ти килограммов дров. При этом заявленная мощность агрегата превышает 40 кВт, что вполне достаточно для любого загородного дома. Один из образцов выпускаемых Stropuva твердотопливных котлов – модель под названием Candle. К ее достоинствам следует отнести:

• возможность работы на дровах в течение 2 суток, а на угле – более 5 дней;
• высокие показатели эффективности (КПД – до 94 %);
• допустимость встраивания в систему с естественной (принудительной) циркуляцией теплоносителя.

Котел длительного горения «Неделька» КО-60

Отличительной чертой изделий марки Candle является простота эксплуатации оборудования. Все, что остается делать пользователю – периодически добавлять порции топлива, а также не реже 2-х раз в месяц очищать топку от скопившегося пепла.

Почетное третье место занято одним из лидеров российского рынка отопительного оборудования – фирмой под названием «Неделька». Компания занимается серийным производством обогревательных котлов мощностью от 15 до 90 кВт. Модели этого бренда хорошо прогревают помещения с суммарной площадью до 400 кв. метров и способны автономно работать в течение примерно недели.

Четвертое место уверенно занимает известная немецкая фирма Buderus, изделия которой отличаются высоким качеством и завидными показателями долговечности. Все агрегаты марки Будерус характеризуются продуманной конструкцией, применением высококачественных материалов, а также своей универсальностью.

Помимо рассмотренного перечня внимание пользователей нередко привлекают твердотопливные пиролизные котлы длительного горения «Космос», оснащенные дверцами со сменной навеской. Еще одна заслуживающая внимания модель – твердотопливный агрегат «Прометей-12М-5», хорошо известный большинству российских покупателей

Принцип действия

Функционирование отопительного оборудования может базироваться на двух различных принципах:

• распространение огня осуществляется сверху вниз. В результате этого время сгорания увеличивается;
• при использовании пиролизного способа, выделяющиеся газы не выводятся сразу наружу, а поджигаются снова. Такой метод позволяет получить максимальную теплоотдачу.

Воздушный поток поступает непосредственно в область горения. В отопительном котле древесина окисляется. На неё воздействует большая температура и недостаточное количество кислорода. При обугливании дерева выделяется углекислый газ.

Подобный процесс воссоздаётся в топочной камере, в условиях ограниченного пространства. Древесина не горит, а медленно тлеет. Продолжительность сгорания увеличивается. Недостаток тепловой энергии компенсирует сжигание выделяющихся газов.

Котел с верхним горением топлива

На постсоветском пространстве данные теплогенераторы известны в двух разновидностях:

1. Прибалтийские агрегаты фирмы «Стропува» (Stropuva) и их производные от других изготовителей.
2. Дровяные печи типа «Бубафоня».

Неизвестно, какой из отопителей появился раньше, но печь Бубафоня завоевала широкую популярность как обогреватель для дач, гаражей и прочих зданий с низкими требованиями к эстетике изделия. Чего нельзя сказать о котлах верхнего горения, хотя многие их почему-то считают единственно возможной версией твердотопливных теплогенераторов продолжительного сжигания. В действительности, их единственный козырь все тот же – топливник больших размеров.

В процессе эксплуатации котлов Stropuva проявилось множество недостатков, о чем свидетельствуют и отзывы владельцев на форумах:

1. Нельзя подкинуть в топку поленьев, пока не сгорит предыдущая закладка. Физически это возможно, но тогда принцип верхнего сжигания нарушится, пламя охватит все слои топлива.
2. При работе на свежих опилках и другом мелком мусоре остатки топлива «зависают» на стенках.
3. Эффективность ТТ-котла не слишком высока, поскольку в нем отсутствует теплообменник. Из-за камеры нагрева воздуха и большого топливника для теплообменника не осталось места.

Больше критических недостатков у теплогенератора нет, а кое-что в самодельной версии можно исправить по своему разумению. Например, поставить днище и колосники, организовав зольную камеру. Избавиться от недостатка с догрузкой тоже можно, если поставить между загрузочным и зольным проемом дополнительную дверцу. Данная идея модернизации котла верхнего сжигания принадлежит другому нашему эксперту – Владимиру Сухорукову, о чем он рассказывает в своем видео:

Подготовка материалов

Круглый корпус создает некоторые неудобства в изготовлении, но и квадратным его не сделаешь, — топливо станет «зависать» по углам. Есть проблема и со сборкой телескопической трубы с грузом, так что эту часть лучше взять от печи Бубафоня. Чертеж котла длительного горения, сопоставимого по размерам с классической версией, выглядит так:

Перед тем как сделать котел, подбираем материалы по чертежу:

• труба DN 400 со стенкой 5 мм – на топливник;
• то же, DN 50 – на подачу воздуха и водяные патрубки;
• то же, DN 100 – для дымохода;
• заготовка из листа толщиной 10 мм круглой формы с диаметром 38 см;
• полоса 40 х 4 мм – для распределителей воздуха;
• арматура диаметром 16—20 мм периодического профиля – на колосники;
• базальтовая вата толщиной 3 см и плотностью 100 кг/м³;
• тонколистовой металл с полимерным покрытием.

Выбор материала водяной рубашки зависит от способа ее монтажа, ведь у домашнего мастера вряд ли найдутся в запасе вальцы, способные придать металлу толщиной 3 мм форму цилиндра. Варианты такие (показаны ниже на схеме):

1. Схема №1. Взять тонкостенную трубу большего диаметра, хотя найти таковую непросто, а обычная сильно утяжелит котел.
2. Схема №2. Два листа металла согнуть в 2 местах под углом 60°, а потом сварить две половинки вместе. Понадобится пресс – листогиб.
3. Схема №2 в другом исполнении. Варить рубашку из 6 листов – сегментов на клипсах.
4. Схема №3. Сварить прямоугольный короб, отчего увеличится объем котлового бака.

Схему №2 можно реализовать двумя способами – сварить из 2 согнутых половинок или 6 плоских листов

Также понадобится листовой металл 3 мм на обрамление дверок, дно с крышкой и воздушную заслонку.

Предпосылки появления котельного оборудования данного вида

Традиционные твердотопливные котлы работают на топливе, которое загружается в камеру сгорания. Это может быть уголь, дрова, торфяные брикеты, пеллеты и другие виды органического топлива. От того насколько часто приходится загружать топливо в камеру сгорания зависит домашний комфорт и уют. В среднем для твердотопливного аппарата, выполненного по классической схеме, для нормального режима работы требуется 2-8 загрузок в сутки. Отлаженная система автоматики берет на себя все основные функции. То как работает само нагревательное устройство, как расходуется топливо, зависит уже от модели и от человека.

Работающий котел на твердом топливе этого вида в состоянии длительное время выдавать необходимое для обогрева тепло, значительно увеличивая продолжительность времени между загрузками. Уже одно название этого агрегата говорит о том, что оборудование способно работать бесперебойно длительное время. Принципиальное отличие данного вида отопительных приборов от традиционных моделей твердотопливных котлов заключается в способе горения.

Не всегда есть возможность подбрасывать в очередной раз дрова или уголь в топку. Подобная процедура вызывает дискомфорт, особенно ночью, когда температура за окном стремительно опускается. Загруженное топливо может прогореть во время отсутствия хозяев, что приведет неизбежно к остыванию теплоносителя в контуре.

Попытки оптимизировать способ загрузки дров или угля даже в самый лучший котел за счет автоматической подачи, решают проблему частично. Обустраивать рядом с топливным агрегатом прибор механической подачи угля, значит на ограниченной площади дополнительное место. Шум постоянно работающего ротора или шнека малоприятен. Требовалось найти принципиальное решение проблемы. На фото показан обычный котел, работающий на твердом топливе, оснащенный бункером для автоматической подачи угля.

Одним словом, у людей есть масса причин на то, что бы ставить у себя дома твердотопливные котлы длительного горения. Такая техника сводит к минимуму человеческий фактор, от которого во многом зависит эффективность отопительной системы. Отопительная техника, работающая по данному принципу, появилась чуть более 10-15 лет назад. Тогда только стали появляться первые образцы аппаратов. Многие пытались у себя дома самостоятельно соорудить твердотопливный . Главное понять принцип действия отопительного оборудования данного вида.

Котел на твердом топливе длительного горения – принцип действия

С появлением на рынке котельного оборудования нагревательных приборов длительного горения, ситуация с организацией и установкой системы домашнего отопления значительно упростилась. Теперь можно ставить для отопления мощные нагревательные установки, не требующие постоянной загрузки топливом. Котлы длительного горения, сделанные своими руками, не всегда способны полностью удовлетворить потребности обитателей дома.

Глядя на чертежи первых моделей, видно насколько сегодня конструкция агрегатов изменилась. Для примера приводится чертеж типичной нагревательной установки пиролизного типа.

*Промышленные изделия, в которых производители добавили ряд конструктивных изменений и новшеств, обладают большим технологическим ресурсом, экономичные и более практичные в эксплуатации. Несмотря на существенные технологические и конструктивные изменения, в основе оборудования этого вида остался неизменным принцип действия. Топливо, загруженное в камеру сгорания, особым способом горит не так, как в обычном котле. Сам принцип горения топливной массы в корне отличается. За счет создания определенных условий в топке происходят экзотермические реакции, другие физические процессы, оказывающие влияние на интенсивность горения и длительность выгорания загруженного топлива.

В современных агрегатах используется два способа горения:

• Первый, за счет пиролиза;
• Второй, за счет верхнего способа горения топливного материала.

Процесс пиролиза – связанный с генерацией тепловой энергии, выделяемой в процессе горения угля, дров и других топливных материалов. Основная работа котла заключается в горении древесного газа, генерируемого из тлеющего топлива.

Во втором случае речь идет о верхнем способе горения. Топливо выгорает не снизу вверху, как принято считать, а наоборот, сверху вниз. За счет этого процесса достигается полное выгорание топливного материала, заложенного в топку. Количество выделяемого в результате горения тепла на порядок больше, чем у аппаратов нижнего горения.

Установка отопительного агрегата

В процессе проведения монтажных работ необходимо соблюдать общие правила, распространяющиеся на дровяные котлы и учитывать нормы СНиП:

• в качестве основания для отопительной конструкции следует выбирать прочный негорючий материал. Располагающиеся рядом стены оборудуются дополнительной защитой;
• при прокладке дымохода руководствуются противопожарными нормами. Если его поверхность соприкасается со стеной, в состав которой входит горючий материал, места контакта изолируются огнестойкими утеплительными элементами. Сверху крепится стальной лист;
• для подключения водяного отопления используют специальные отводы, расположенные на корпусе обогревателя;
• если производительность котла превышает 40 кВт, его следует устанавливать в отдельном помещении;
• энергозависимое оборудование должно подключаться с помощью стабилизатора или источника бесперебойного питания. Для защиты применяются автоматические устройства, которые соединяются непосредственно с электрощитом.

Твердотопливный котел отопления и его устройство, основные характеристики

Схематически любой твердотопливный котел имеет следующее строение: корпус из жаростойкого и прочного материала, топка, куда производится загрузка энергоносителя, теплообменник, сборник золы и дымоход. Однако, в зависимости от типа прибора и вида используемого топлива, изменяется и устройство самого оборудования.

Классификация нагревательных элементов на твердом топливе проводится по следующим параметрам:

• тип используемого энергоносителя (дрова, пеллеты, уголь, смешенное топливо);
• количество контуров и наличие варочной поверхности;
• мощность и КПД;
• тип горения топлива;
• энергозависимость;
• способ загрузки топлива.

Бытовые отопительные котлы на твердом топливе отличаются размерами и весом, а потому в продаже имеются только напольные модели, в отличие от котлов на других энергоносителях, где присутствуют напольные и настенные модели. Правильно выполненный монтаж прибора осуществляется только специалистами, которые имеют соответствующий сертификат и точно выполняют инструкции.

Плюсы и минусы дровяных котлов для длительного горения топлива

Преимущества:

• отсутствие необходимости в частой заправке топлива — в зависимости от выбранной модели подбрасывать дрова в топочную камеру нужно от одного раза в каждые 3-4 часа и вплоть до 12 часов;
• возможность применения различных типов топлива и их комбинирования;
• работа котла в большинстве случаев автономная и не требует подключения к другим коммуникациям;
• относительная дешевизна топлива.

Твердотопливный котел в частном доме

Недостатки:

• стоимость выше, чем классических котлов;
• из-за малой теплотворной способности дров КПД от 70 до 89%;
• отсутствует механизм регулирования температурного режима.

Также важным недостатком является невозможность работы отопительного оборудования без вмешательства человека

Принципы работы котлов длительного горения

Принцип работы обычной печи на твердом топливе известен, наверное, каждому. В топочную камеру закладываются дрова (уголь, брикеты), а из расположенной ниже поддувальной камеры идет поток воздуха, содержащий кислород, необходимый для процесса горения. Интенсивность горения ограничивается только лишь объемом поступающего воздуха и площадью внешней поверхности топливной закладки.

При обычном сжигании дров не используется в полном объеме заложенный в них энергетический потенциал

По сути, это обычный костер, только заключенный в каменные или металлические стены, и требующий постоянного пополнения запаса топлива. При этом продукты сгорания практически напрямую отводятся в дымоходную систему, лабиринты и повороты которой только лишь улучшают теплоотдачу на элементы конструкции и, в определенной стене приводят к повышению КПД, но никак не могут повысить общую энергетическую отдачу от конкретного вида топлива. Процесс термического разложения древесины проходит очень интенсивно, скоротечно, оставляя достаточно много отходов и выбрасывая в атмосферу неиспользованные возможности.

А эти возможности заключаются в особых свойствах древесины, которые обусловлены ее биохимическим составом. В процессе нагрева этот материал не просто окисляется до состояния угля с выделением обычного углекислого (СО2) и угарного газа (СО). Высокотемпературное воздействие всегда приводит к синтезу летучих углеводородных соединений со сложной химической формулой, а они  сами по себе являются отличным газообразным топливом, которое в обычных печах попросту выбрасывается в атмосферу.

Горение дров с ограниченным поступлением кислорода приводит к образованию пиролизных газов, являющихся отличным топливом

Процесс термического разложения древесины называют пиролизом, соответственно, выделяемые при этом горячие газообразные составляющие – пиролизным газом. Характерно, что температура его сгорания, а значит – и теплоотдача, несопоставимо выше, чем получаемые при обычном горении дерева. При этом процессы окисления древесины настолько глубокие, что после них практически не остаётся отходов в виде золы, а в атмосферу после сгорания газообразной составляющей выбрасываются в основном водяной пар и углекислый газ.

Значит, с точки зрения технологии наиболее рационального использования древесного топлива целесообразно минимизировать процесс открытого горения, добиться максимального выделения пиролизного газа, который и будет при сжигании, по сути, являться основным источником тепловой энергии. Именно эти принципы заложены в конструкцию котлов длительного горения.

Котел твердотопливный длительного горения своими руками: чертежи и порядок сборки

Котлы длительного горения отличаются высокой теплоотдачей и выдают более мягкую, ровную температуру.

Но есть у них и существенный недостаток – высокая цена.

Поэтому есть смысл попробовать свои силы и изготовить печь самостоятельно.

Если Вы решили сделать котел твердотопливный длительного горения своими руками, чертежи найти – половина успеха. Но сначала разберемся, какие существуют основные конструкции.

Какой твердотопливный котел можно сделать своими руками?

В домашних условиях можно изготовить практически любой котёл, ведь всё делают люди.

Но некоторые детали можно выполнить только в заводских условиях.

Поэтому важно оценить свой опыт и возможности (инструмент, материалы, время). И разобраться с основными типами отопительных приборов и их особенностями

По нарастанию степени сложности, котлы можно разделить на:

И разобраться с основными типами отопительных приборов и их особенностями. По нарастанию степени сложности, котлы можно разделить на:

1. Привычные котлы-топки с варочной поверхностью, водяной рубашкой по бокам и колосниками.
2. Вертикально расположенные агрегаты шахтного типа и с горением, осуществляющимся сверху.
3. Пиролизные котлы.

Классические твердотопливные котлы с привычным способом сжигания

Самый яркий представитель таких котлов – обычная печь, только выполненная из стали. Топливо укладывается на колосниковую решетку и сгорает, нагревая водяной контур пламенем.

Чтобы повысить КПД обычного котла устраивают повороты, вваривают поперек дымохода трубы, пропускающие теплоноситель и т. д. Могут быть горизонтальными или вертикально направленными.

Устройство котла длительного горения изнутри

Горизонтальные топки, как правило, ниже и имеют сверху варочную поверхность, отдающую тепло непосредственно в помещение. Конструктивно возможно соединение таких котлов с кирпичной трубой или колодцами классической печи, что значительно повышает их теплоотдачу.

Кирпичные колодцы, проводящие горячие дымовые газы, не только повышают КПД сгораемого топлива, не давая газам вылетать прямо на улицу, но и служат аккумуляторами тепла.

Котел с верхним горением

Само его название говорит о том, что здесь процесс горения идет наоборот: сверху вниз. Это сделано для того чтобы замедлить сжигание топлива, так как обычно пламя идет вверх и зажигает все дрова сразу.

Итак, конструкция этого аппарата: вертикально стоящая труба, точнее две трубы большого диаметра, входящие одна в одну. Между ними располагается водяная рубашка.

Для подачи воздуха в этой конструкции предусмотрена телескопическая труба, которая поднимается вверх перед закладкой топлива и опускающаяся вместе с ним по ходу сгорания дров или угля. Для изготовления такой конструкции понадобятся:

• Трубы для корпуса диаметром 450 и 400 мм.
• Для камеры предварительного подогрева воздуха диаметром 280 и длиной 350 мм.
• Для телескопической подающей трубы отрезки длиной примерно по 300 мм таким диаметром чтобы входили друг в друга это – 89 мм, 76 мм, и 60 мм.
• И толстый листовой металл для изготовления дверок; для блина, который давит на топливо и передает ему воздух для горения; для закрытия верха и низа котла и т. д.
• Дверца для закладки топлива размером 250 х 210 устраивается на расстоянии 579 мм от основания. В самой нижней части еще одна дверца поменьше, для чистки. Колосники в этой модели не предусматриваются.

Конструкция «блина» – это полая деталь из двух одинаковых шайб-дисков диаметром 300 – 350 мм. По окружности диски провариваются стальной лентой, таким образом, чтобы воздух попадал внутрь, только через подающую трубу 60 мм. А для подачи воздуха к дровам, в нижней части диска сверлится множество отверстий.

Отличаются немалой высотой (могут достигать полутора метров).

Дрова укладываются во всю высоту, поджигаются снизу, где происходит процесс горения, а факел пламени направляется в другой отдел, соединенный в нижней части с основным котлом.

Продукты сгорания, проходя дальше по теплообменнику, остывают и удаляются в трубу.

Данная конструкция котла позволяет использовать пиролизное горение. Для этого устанавливается заслонка, ограничивающая подачу воздуха, и связанная с датчиком тяги и температуры. А во второй камере при доступе воздуха происходит сгорание выделенных газов.

Котлы шахтного типа хорошо справляются с сырыми дровами и опилками. Можно сказать, что это идеальные вариант для сырых дров.

Особенности эксплуатации

При отоплении помещений с помощью котлов с длительным горением количество используемой древесины значительно снижается. Экономия может доходить до 40%, а КПД приближается к 90%. Для того, чтобы обогревательное устройство работало максимально эффективно, необходимо соблюдать определённые правила:

• при начальном розжиге дров, следует открыть заслонку;
• в основной режим котёл можно переводить только после того, как температура горения достигнет 600°С;
• не рекомендуется использовать слишком влажные дрова. Содержание влаги в них не должно превышать 20%;
• следует следить за тем, чтобы температура теплового носителя не опускалась меньше 65°С;
• при топке лучше использовать твёрдые породы древесины: бук, акцию, дуб или осину;

Реализация проекта

Начинать следует с определения действительных потребностей. Для примерных расчетов используют пропорцию 0,1 кВт на 1 м. кв. площади. Для обогрева зданий площадью 150 м. кв. подойдут котлы длительного горения на дровах для дома мощностью от 17 до 19 кВт. Запас 20-25% пригодится для компенсации потерь в самые сильные морозы. Его надо сделать, чтобы оборудование не работало в предельных режимах, сохраняло работоспособность в течение длительного срока службы.

Снизить затраты на отопления можно, улучшив изоляционные характеристики строения

Самостоятельное изготовление

Для создания надежных конструкций из металла понадобятся навыки сварщика, специализированное оборудование. Чтобы не выплачивать штрафы за нарушение правил пожарной безопасности, не следует устанавливать самоделки в жилых домах. Если трудности не пугают, можно использовать следующую последовательность действий:

• Создают чертеж конструкции самостоятельно, либо находят соответствующую документацию в сети Интернет.
• Чтобы не усложнять рабочие операции, приобретают подходящие отрезки труб разных диаметров. Из них создают центральный корпус, примыкающие элементы системы отведения дыма и другие детали. Пригодятся готовые дверцы, колосники, ручки.
• Для установки тяжелого сооружения понадобится надежный фундамент. При его расчете учитывают вес загрузки дровами, вентиляторов и другого дополнительного оборудования.
• Перед сваркой с металлических заготовок удаляют ржавчину загрязнения. После сборки конструкцию покрывают грунтом и слоем краски. Декоративные и защитные покрытия выбирают с учетом стойкости к высоким температурам.

Чертежи дровяного котла длительного горения для отопления дома

Цены котлов длительного горения на дровах для дома: обзор предложений рынка

Изображение	Модель/ Произво дитель	Ширина х Высота х Глубина в см	Вес в сборе, кг.	Мощ ность макси мальная, кВт	Цена, руб.	Примечания
	КОТВ-20/ Zota (Россия)	50 х 78 х 69	101	20	17800 – 18940	Для системы водяного отопления и приготовления пищи.
	КОТВ-20-6/ Zota (Россия)	50 х 78 х 69	103	20	19900 – 20850	Аналог предыдущей модели, дополненный электрическим нагревательным элементом, электронным блоком управления
	H 730 PYRO/ OPOP (Чехия)	48 х 101 х 111	355	35	76000 – 79300	Пиролитическая технология (сжигание горючих газов), отсутствие электрических вентиляторов, возможность использования угля.
	GF N 6/ Ferroli (Италия)	40 х 95 х 65	220	20	85000 – 93000	Универсальное оборудование (дрова, уголь, мазут, пеллеты).
	Logano S121-24/ Buderus	63 х 125 х 104	350	25	96200 – 98350	КПД до 86%, пиролизная технология сжигания дров.

Новая техника российского производства
После замены горелки котел будет выполнять свои функции в полном объеме с применением другого топлива
Современные твердотопливные котлы при относительно небольших размерах обладают высокой мощностью