Владельцев частных домов, решивших установить твердотопливный котел отопления, в первую очередь заботят 3 параметра — тепловая мощность агрегата, его цена и длительность горения с 1 загрузки. Эти параметры взаимосвязаны, чем больше мощность и продолжительность работы, тем выше стоимость теплогенератора. Единственный способ сократить затраты – сделать котел длительного горения своими руками либо поручить работу мастерам. Представляем 2 конструкции ТТ-котлов, подробные чертежи и порядок изготовления отопителей.
Каков реальный КПД твердотопливных котлов
Производители отопительного оборудования, в частности твердотопливных котлов, предлагают большой ассортимент продукции с различными характеристиками.
Исходя из конструкции котла на твердом топливе, все изделия можно разделить на такие группы:
- традиционные отопительные агрегаты;
- дровяные котлы с пиролизным типом горения (газогенераторные);
- длительного горения;
- пеллетные.
Традиционный котел на твердом топливе, самодельный в том числе, по внешнему виду напоминает печь или буржуйку с самыми необходимыми элементами – топочной камерой, дверцей, зольником и дымоходом. С помощью зольника можно регулировать тягу, открывая и закрывая заслонку. Такие конструкции считаются достаточно надежными, поскольку в них нет никаких технологичных элементов, например термодатчиков или градусников, автоматического блока управления или электроники. В данном случае основным элементом конструкции твердотопливного котла является теплообменник, передающий тепловую энергию теплоносителю. Теплообменник бывает трубчатым или изготавливается в виде емкости из сплошных стальных листов.
Есть, однако, и более сложные устройства, которые тоже можно отнести к традиционным. Они оснащены перегородками и дроссельными заслонками, чтобы тягу было удобнее регулировать, а горячий воздух проходил большее расстояние до момента выхода в дымовую трубу. Такие перегородки существенно увеличивают КПД котла, поскольку больше тепловой энергии передается теплоносителю, а не просто «вылетает в трубу». Нужно понимать, что КПД котла это очень важный показатель.
Для подобных котлов можно использовать практически любое топливо – дрова, уголь, пеллеты и даже мусор. Главное, чтобы оно было как можно суше. С точки зрения производительности котлы простых конструкций едва ли могут претендовать на 50 % КПД, а в большинстве случаев он составляет всего лишь 15-20 %. Проблема заключается в том, что топливо слишком быстро сгорает, не успевая передать всю тепловую энергию воде в теплообменнике. В результате, большее количество тепла просто выводится в дымоход или его избыток заставляет теплоноситель закипать. Например, дрова нужно добавлять в топку каждый час, а угля хватит на 2-4 часа, но все равно он сгорает с избытком энергии и большими теплопотерями.
Более экономными и производительными являются современные котлы с перегородками и дроссельными заслонками. В них температуру сгорания топлива можно регулировать, а одной загрузки топлива хватает на 8-12 часов. Поэтому КПД таких установок нередко достигает 80 %.
Принцип работы
После закладки и поджигания топлива створку плотно закрывают. Вентилятор нагнетает кислород, который стимулирует процесс горения. Когда заданная температура достигнута, поступление воздуха останавливается. Через естественную вентиляционную систему проходит минимальное количество кислорода, который поддерживает процесс тления и препятствует затуханию угля или дров.
Датчики реагируют на снижение температуры во время остывания, при необходимости отправляют сигнал на автоматику для запуска вентилятора. Процесс повторяется.
В самодельном отопителе поступление кислорода регулируют вручную с помощью заслонки.
Котлы с пиролизным типом горения
Для пиролизных котлов также используется твердое топливо, в частности дрова, однако, принцип их работы кардинально отличается от описанных выше установок. Они способны намного дольше и эффективнее отапливать дом, а топливо расходуют более экономно. В связи с этим стоимость таких агрегатов примерно в 1,5-2 раза больше, чем остальных.
Секрет газогенераторных (пиролизных) котлов в том, что под воздействием высокой температуры и при недостатке воздуха древесина преобразуется в древесный уголь, выделяя пиролизный газ.
Для такой реакции необходима температура от 200 ℃ до 800 ℃. При этом выделяется большое количество энергии, которая просушивает дрова и нагревает воздух. Пиролизный газ по трубам перемещается в камеру сгорания, где при смешении с воздухом возгорается – так генерируется большая часть тепла.
Активные углероды участвуют в окислительных процессах при горении пиролизного газа, поэтому выходящий из трубы дым состоит преимущественно из углекислого газа и пара – содержание вредных компонентов ничтожно мало. К тому же, пиролизные котлы в принципе выделяют намного меньше дыма, чем классические установки. Поскольку топливо сгорает практически без остатка, газогенераторные котлы нуждаются в чистке довольно редко.
Стоит отметить, что довольно высокой температуры горения можно добиться даже при наличии сырых дров, однако, в таком случае производительность котла упадет практически вдвое, а значит, настолько же увеличится расход топлива.
Благодаря автоматике интенсивность горения в таком котле можно регулировать, чтобы экономить топливо и создать в помещении оптимальную температуру.
Обратите внимание, что изготовить пиролизный котел отопления на твердом топливе своими руками довольно сложно и очень опасно. В случае ошибок в сборке такая установка может взорваться.
Топливные агрегаты длительного горения
Идея создать своими руками твердотопливные котлы длительного горения наверняка многим покажется привлекательной. Прелесть таких конструкций в том, что закладывать дрова в них нужно лишь пару раз в сутки. Котел длительного горения отличается от традиционного агрегата тем, что в нем горение начинается с верхней части закладки топлива. При этом воздух в топливную камеру также подается сверху.
Схема котла длительного горения на твердом топливе предполагает наличие водяного контура вокруг его корпуса, поэтому вода в нем качественно прогревается на любом этапе процесса. Поскольку при работе котла горит не сразу вся закладка, а лишь верхний слой топлива, его хватает почти на 30 часов. Ряд универсальных твердотопливных котлов при использовании угля могут работать до 7 дней на одной закладке.
Данная конструкция не отличается конструктивной сложностью и не имеет каких-либо точных приборов, нуждающихся в подключении к электричеству. Поэтому цена на них вполне приемлема для потребителя. К тому же, собрать по готовым чертежам котел на твердом топливе своими руками вполне под силу домашнему мастеру. Можно сделать котел отопления своими руками и сэкономить немало денег.
Приведем несколько недостатков у данных конструкций. В работающий котел нельзя добавить топливо. Дрова для котла должны быть хорошо просушены (не более 20 % влажности) и распилены на небольшие поленья. Уголь можно применять только высокого качества, с малым содержанием шлаков. Кроме того, агрегаты данного типа ограничены по мощности – как правило, не более 40 кВт.
Еще одна разновидность котлов на твердом топливе – пеллетные агрегаты. Их отличие состоит в том, что в качестве топлива используются гранулы из отходов деревообработки. Большая часть промышленных моделей имеют особый бункер, из которого гранулы автоматически подаются в топку.
Разновидности устройств и их характеристики
Отопители бывают таких типов:
- Классические. Нагнетают кислород в топку вентилятором. Это позволяет регулировать интенсивность выработки тепла.
- Верхнего горения. Характеризуются меньшим КПД. Особенностью является большая топка, в которой сжигание сырья происходит сверху вниз. При этом тепловая нагрузка распределяется равномерно, но вода нагревается медленно.
- Пиролизные. Характеризуются высоким КПД. Энергия генерируется не в процессе сжигания топлива, а при тлении газа. Он продолжает гореть в другом отсеке, обеспечивая долгий нагрев.
- Шахтные. Топочная камера устроена вертикально, занимает половину площади. Сжигание сырья начинается снизу. Верхние слои угля постепенно проседают, смешиваясь с золой, что обеспечивает медленное тление.
Чугунные и стальные конструкции – в чем отличия
Из какого бы материала ни был изготовлен котел, очень важно, чтобы он соответствовал основным эксплуатационным характеристикам. Разберемся в них более подробно.
В первую очередь стоит обратить внимание на материал теплообменника – чугун или сталь. Если вы хотите воспользоваться готовой схемой твердотопливного котла – своими руками чугунный теплообменник сделать вряд ли получится. Такая работа требует как специального оборудования, так и особых знаний и умений. Поэтому можно приобрести готовые секционные конструкции, которые перед транспортировкой разбирают, а на месте снова собирают.
Чугунным теплообменникам свойственно покрываться сухой ржавчиной – особой пленкой, защищающей стенки агрегата от разрушения. Кроме того, влажная ржавчина также образуется намного медленнее, чем обусловлен длительный срок эксплуатации чугунных изделий – от 10 до 25 лет. Среди прочих преимуществ чугунных теплообменников можно назвать отсутствие необходимости в частом и сложном обслуживании. Чистка таких устройств требуется нечасто, да и нагар практически не снижает КПД котла. В случае необходимости ремонта или усиления мощности агрегата нужно лишь заменить дефектные секции или увеличить их число.
Недостатки чугунных изделий таковы:
- большая масса котла предполагает наличие отдельного фундамента;
- затруднения в процессе сборки и высокие затраты на транспортировку;
- чувствительность к термическим ударам – чугун не любит перепадов температур, поэтому контакт горячей поверхности с холодными дровами или холодной водой может быть губительным для него;
- большая тепловая инерционность – на разогрев котла требуется длительное время, но и его последующее остывание происходит медленно.
Что касается стальных изделий, то они менее чувствительны к перепадам температур и не боятся контакта с холодными объектами. Это свойство позволяет при сборке котлов отопления на твердом топливе по чертежам оборудовать их чувствительными автоматическими элементами. А благодаря небольшой инерционности такие агрегаты быстро прогреваются и остывают – это позволяет регулировать температуру воздуха в доме. При этом, можно сделать чертеж твердотопливного котла длительного горения своими руками, что позволит учесть все нюансы.
По внешнему виду котлы из стали – это сплошные сварные агрегаты, которые довольно сложно перевозить, хотя и чувствительность к механическим повреждениям у них намного ниже аналогов из чугуна.
Возможность ремонта стальных котлов с точки зрения некоторых специалистов весьма сомнительна. Отремонтировать, равно, как и сварить котел своими руками по чертежу в домашних условиях довольно непросто, со временем на швах в нем могут образовываться течи. Справедливости ради, отметим, что все зависит от навыков работника в работе со сварочным аппаратом. Но выполнить ремонт чугунного теплообменника все же проще – требуется только замена секций.
Как правило, котлы с чугунными теплообменниками являются энергонезависимыми, стоят недорого, поэтому они могут стать достойной альтернативой уже установленному отопительному оборудованию в случае отключения электричества. Циркуляция теплоносителя в таких агрегатах происходит естественным путем, без применения насоса. Однако монтаж батарей нужно выполнять так, чтобы вода по трубам при нагревании свободно перемещалась по трубам под воздействием давления в котле.
Достоинства и недостатки устройства
Преимущества твердотопливного оборудования:
- высокий КПД (90%);
- экономный расход угля;
- надежность;
- доступность, взаимозаменяемость топлива;
- непритязательность к качеству сырья;
- автономная работа.
В дальнейшем прибор можно дорабатывать, совершенствовать, чтобы повысить производительность и автоматизировать процессы. А если собрать его самостоятельно, получится сэкономить, ведь себестоимость материалов намного ниже среднерыночной цены готовой конструкции.
Недостатки:
- крупные габариты;
- необходимость соблюдать требования к организации котельной;
- сложное устройство;
- регулярное обслуживание.
Сборка котла по готовому проекту
Проще всего будет построить своими руками твердотопливный котел из кирпича. Его конструкция популярна и не требует сложных расчетов. Использовать такой котел можно сразу в нескольких целях, поэтому устанавливают их преимущественно на кухнях. Примечательно, что самостоятельно собрать такой агрегат смогут даже новички.
В процессе работы понадобится болгарка, сварочный аппарат с электродами, листовая сталь, кирпич, материалы для печного раствора, трубы и металлические уголки. Тем, кто никогда не держал в руках сварку, лучше всего выполнить резку деталей по чертежу котла на твердом топливе, а сварочные работы перепоручить профессионалу. Это важно, так как качество швов напрямую влияет на долговечность котла.
Положительный момент самостоятельного сооружения отопительного оборудования состоит в том, что можно подобрать размер твердотопливного котла и топки, а также рассчитать его мощность под конкретные нужды. Кроме того, в нем можно предусмотреть варочную поверхность или кирпичный свод, чтобы тепло аккумулировалось в процессе горения дров, а затем перераспределялось в систему отопления.
Теплообменник чаще всего делают прямоугольным, используя для этого прямоугольный профиль и трубы сечением 40-50 мм. Благодаря профилям облегчается стыковка труб, а швы получаются более прочными.
Изготовление корпуса
Корпус изготавливают из листовой термостойкой стали толщиной не менее 5 мм. Перед работой, шлифкругом УШМ материал очищается от ржавчины. Производится разметка деталей, резка. Также применяется УШМ.
Неукоснительно соблюдайте правила работы с УШМ. Работайте, используя средства защиты кистей рук (краги), глаз (очки).
Этапы изготовления корпуса показаны на фотографиях.
Топка
Отверстия для топки, поддувала
Отверстия заранее размечаются на лицевой детали корпуса. Прорезаются абразивным кругом шлифмашины (УШМ). Кромка дополнительно обрабатывается — острые края, заусенцы недопустимы (приведет к травмам).
Отверстия для патрубков
Через верхний, нижний патрубки происходит отток горячей, приток холодной воды из системы отопления. Для патрубков рекомендуется применять отрезки бесшовной трубы диаметром не менее 50 мм. Меньшие размеры создают слишком большое сопротивление току воды, приводят к закипанию в котле, когда радиаторы не прогреты. Отверстия прорезают сварочным аппаратом, дрелью, зубилом, кувалдой (способ описан далее в подробностях). Края нужно выровнять напильником, приварить патрубок.
Удобно использовать в качестве патрубков отрезки трубы с резьбой на одной из сторон. Упростит подключение (отключение) к системе. Сварка будет не нужна — достаточно закрутить (открутить) контргайку водопроводным разводным ключом.
Сборка котла — дымовые обороты, водотрубная система (без водяной рубашки)
Пошаговая инструкция сооружения котла на твердом топливе
Итак, весь процесс, как сделать котел своими руками по чертежам, можно разделить на несколько последовательных этапов:
- Используя болгарку, из труб и профилей нужно вырезать заготовки. Профили будут стойками, в них газовым резаком нужно прорезать круглые отверстия для стыковки с трубами. Понадобится сделать по 4 отверстия по трубу Ø50 мм в передних стойках и по столько же в задних. Кроме того, нужны еще отверстия для врезки в систему отопления. Наплывы и нагар в результате резки или сварки нужно зачистить болгаркой, чтобы они не мешали движению воды по трубам.
- Далее заготовки собирают в единую конструкцию. Работать придется вдвоем – сварщику понадобится помощник, чтобы придерживать трубки в неподвижном положении. Чтобы было удобнее, можно поставить стойки с трубами на ровную поверхность и сварить переднюю и заднюю часть котла.
- Теперь нужно обеспечить подачу и отток воды из котла. К готовому каркасу приваривают входящую и обратную трубу, а торцы прямоугольных профилей заваривают кусками металла 60×40 мм.
- Прежде чем монтировать теплообменник, его проверяют на герметичность. Для этого его устанавливают вертикально, закрывают нижнее отверстие и наполняют водой. Если протечек на швах нет, значит можно работать дальше.
- Из кирпича выстраивают корпус котла и встраивают в него теплообменник, оставляя зазор между ними не менее 1 см. Установить регистр нужно так, чтобы создать подъем в сторону выходящей горячей воды. Перепад уровня между выходным отверстием и передним правым верхним углом теплообменника должен быть не менее 1 см. Это позволит улучшить циркуляцию теплоносителя и избавит от воздушных пробок.
- Кирпичная кладка должна перекрыть теплообменник сверху на 3-4 см. Поверх кладки укладывают чугунную плиту. Дымоход устанавливают по усмотрению хозяев – кирпичный, металлический, или выводят в уже готовую трубу.
Возможные проблемы при строительстве и эксплуатации и их устранение
Устанавливать обогреватель необходимо на бетонную стяжку. Из-за большой нагрузки другой вид покрытия может просесть, повредятся соединения. Дверцы для топливного и зольного отсека лучше купить. Самодельные конструкции не позволяют добиться герметичности, что приводит к неполному сгоранию сырья, снижению производительности и вероятному пожару из-за выпадения углей через щели.
Чтобы обеспечить циркуляцию теплоносителя, нужно установить насос. Для увеличения срока службы оборудования его следует монтировать на трубу обратной подачи.
Дымоход нужно оснастить заслонкой. В закрытом состоянии она не дает выходить горячему воздуху, т. е. снижает теплопотери, замедляет процесс тления и увеличивает время обогрева.
Как повысить производительность котла
Самостоятельно собранный твердотопливный котел, как правило, отличается существенными теплопотерями, связанными с уходом тепла в дымовую трубу. Причем чем прямее и выше дымоход, тем больше теряется тепла. Выходом из положения в данном случае будет создание, так называемого, отопительного щита, то есть дымохода изогнутой формы, который позволяет передать больше тепловой энергии кирпичной кладке. Кирпич, в свою очередь, будет отдавать тепло воздуху в помещении, обогревая его. Нередко такие ходы устраивают в стенах между комнатами. Однако подобный подход осуществим только, если котел расположен в подвале или на цокольном этаже, либо при условии постройки громоздкого многоступенчатого дымохода.
Как вариант, повысить эффективность котла можно, если вокруг дымовой трубы смонтировать водонагреватель. В данном случае тепло уходящих газов будет нагревать стенки дымохода, и передаваться воде. Для этих целей дымоход можно сделать из более тонкой трубы, которую встроить в трубу большего сечения.
Наиболее эффективным способом повысить КПД твердотопливного котла будет установка циркуляционного насоса, принудительно перекачивающего воду. Это позволит повысить производительность установки примерно на 20-30 %.
Безусловно, сконструировать котел нужно так, чтобы теплоноситель мог циркулировать самостоятельно, если в доме отключили электричество. А при его наличии насос позволит ускорить прогрев дома до комфортных температур.
Немного о контурах для ГВС
В силу своих особенностей любые твердотопливные отопители мало приспособлены для прямого нагрева воды на нужды ГВС. Тем не менее некоторые производители все же встраивают в свои изделия второй контур в виде змеевика. При этом схема двухконтурных твердотопливных котлов бывает разной, змеевик может располагаться внутри водяной рубашки и прогреваться от теплоносителя. В других моделях его помещают внутрь топливника либо над ним.
Оптимальный вариант – не помещать теплообменник внутрь дровяного теплогенератора, а готовить воду в бойлере косвенного нагрева, что будет служить одновременно и тепловым аккумулятором. Но приобрести подобное оборудование не всем под силу, поэтому пользователям все еще интересны двухконтурные агрегаты, хотя обеспечить все потребности в горячей воде они вряд ли смогут. Ниже представлена схема установки котла функцией подогрева воды для ГВС:
