Система отопления дома твердотопливным котлом своими руками

Наиболее сложный вариант системы отопления в частном доме – схема от твердотопливного котла. Такой теплогенератор имеет ряд особенностей, из-за чего в обвязку приходится вводить дополнительные элементы. Часто вместе с ним подключают резервный агрегат, функционирующий на другом виде горючего.

Твердотопливный котел работает на дровах или торфе.

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:

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

Они способны функционировать на 1 закладке 12 часов и более, пиролизные модели дают относительно чистый выхлоп.

Схема обвязки без насоса

При отсутствии электроснабжения или нестабильной работе сети сооружают отопительный контур с естественной циркуляцией теплоносителя. Другое название – гравитационный. Он не нуждается в насосе, а значит, является энергонезависимым.

Принцип работы

Движение теплоносителя по трубам обеспечивает конвекция – стремление менее плотной нагретой среды перемещаться вверх под действием архимедовой силы. Горячую воду вытесняет из котлового бака в подачу более холодная, поступающая из «обратки».

Схема обвязки твердотопливного котла без насоса.

Необходимые инструменты и расходники

Для монтажа понадобятся:

• перфоратор;
• уровни – реечный и ватерпас;
• рулетка;
• разводной ключ «попугай»;
• отвертки, плоскогубцы;
• для полипропиленового контура – специальный нагреватель для сварки пластмассовых деталей.

Нужны материалы:

• кронштейны для крепления труб и радиаторов;
• дюбели;
• пакля или сантехнический лен (ФУМ-лента не подходит из-за высокой температуры транспортируемой среды).

После нагрева объем теплоносителя увеличится. Для компенсации в систему врезают расширительный бачок.

Из-за отсутствия в гравитационном контуре избыточного давления применяют дешевый вариант открытого типа.

Также нужны радиаторы, трубы, муфты и другие фитинги.

Как сделать

Чтобы создать конвекцию и свести к минимуму гидравлическое сопротивление контура, его строят по следующим правилам:

1. Котел располагают хотя бы на 0,5 м ниже радиаторов. В разных помещениях отметки на одной высоте делают с помощью ватерпаса.
2. Первый участок от подающего патрубка прибора делают вертикальным до потолка. Это разгонный коллектор, он создает сильный конвекционный напор. Опуск делают вдоль угла того помещения, где находится первый радиатор.
3. Применяют большие трубы – с внутренним диаметром 30-40 мм. С увеличением этого параметра снижается гидравлическое сопротивление.
4. Горизонтальные участки монтируют с большим уклоном – 1 см/м. Это облегчит сток холодной жидкости обратно к котлу.

Котел располагают так, чтобы уменьшить гидравлическое сопротивление.

Контур должен иметь минимум поворотов, арматуры и других элементов, увеличивающих гидравлическое сопротивление.

Расширительный бак размещают в самой верхней его точке. Чтобы не нарушать эстетики, резервуар часто устанавливают на чердаке. В таком случае изделие нужно утеплить.

Минусы

Гравитационная система имеет ряд недостатков:

1. Длина контура не может превышать 30 м.
2. Тепло распределяется неравномерно, дальние от котла радиаторы холоднее ближних.
3. Из-за существенного перепада температур на «подаче» и «обратке» отопитель испытывает высокие нагрузки.
4. Нужны трубы большого диаметра, что приводит к удорожанию проекта и увеличению объема воды.
5. Через открытый расширительный бачок в рабочую среду поступает кислород, вызывающий коррозию металлических поверхностей и завоздушивание контура.
6. Невозможна эксплуатация прибора в режиме малой производительности, что требуется в межсезонье.

Схема отопления с насосом

Контур с принудительной циркуляцией лишен недостатков гравитационной системы. Длина труб и их диаметр могут быть любыми, нужно только установить мощную помпу.

Инструменты и материалы

Дополнительно потребуются:

• индикатор фазы;
• кусачки;
• стриппер (приспособление для снятия оболочки с жил) или нож.

Из инструментов вам понадобится индикатор фазы.

Нужны такие материалы и изделия:

• медные провода с сечением, соответствующим потребляемому насосом току;
• клеммы типа WAGO или самоизолирующие зажимы;
• диэлектрическая клейкая лента;
• короб для кабеля.

Кроме труб, фитингов и радиаторов, для монтажа контура понадобятся:

1. Мембранный расширительный бак. Из-за создаваемого помпой избыточного давления систему делают закрытой, поэтому вариант для гравитационного отопления не подойдет. Нужен красный мембранный бак – для технической воды. Синий для питьевой стоит дороже.
2. Манометр, воздухоотводчик и предохранительный клапан. Вместе они называются группой безопасности.
3. Трехходовой вентиль с термоголовкой.
4. Фильтр.

Что делать с конденсатом

Чтобы избежать поступления в котловой бак теплоносителя с температурой ниже +50…+55°С, вызывающего образование кислоты на его стенках, вблизи отопителя монтируют смесительный узел.

«Подачу» и «обратку» соединяют перемычкой с 3-ходовым вентилем, управляемым сигналами от термодатчика. При остывании теплоносителя на впуске в агрегат ниже критической температуры клапан поменяет положение, и произойдет подмес горячего потока в холодный.

В этом режиме осуществляется и запуск котла после длительного простоя. Пока теплоноситель не прогреется, он циркулирует по малому кругу через перемычку.

Инструкция

Систему отопления собирают по следующим правилам:

1. Используют трубы ДУ25, при большой протяженности контура – ДУ32.
2. Горизонтальные участки прокладывают с малым уклоном, необходимым только для дренирования трубопровода, – 2-3 мм/м.
3. Разгонного коллектора не делают.
4. Группу безопасности устанавливают со стороны подающего патрубка котла не далее 0,5 м от него. Между теплогенератором и приборами запрещено размещать запорную арматуру.
5. Насос с фильтром и мембранный расширительный бак подсоединяют к «обратке», чтобы они работали в щадящих условиях при относительно низкой температуре.
6. Помпу размещают между 3-ходовым вентилем и отопителем.

Схема отопления твердотопливным котлом с насосом.

Нужно предусмотреть возможность аварийного сброса избыточного тепла.

Для этого используют:

• ветку с радиаторами в неотапливаемых помещениях (например, в кладовой или на веранде);
• змеевик в котловом баке, подключаемый к водопроводу с одной стороны и канализации – с другой.

На охлаждающем элементе ставят автоматически управляемый клапан, открывающийся по сигналу термодатчика.

Схема отопления с двумя котлами

Часто с твердотопливной установкой используют маломощный прибор, работающий на ином виде горючего, – электрокотел или газовый, запитанный от баллона.

Это дает такие преимущества:

1. Если пользователь забудет подложить дрова, второй агрегат запустится автоматически и не даст системе остыть.
2. Основной отопитель работает с максимальным КПД.

Основное оборудование подбирают не по наименее низкой, а по среднезимней температуре. Это дает возможность эксплуатировать его большую часть времени в режиме номинальной производительности, а значит, с максимальным КПД.

Схема отопления с двумя твердотопливными котлами.

Второй котел используют:

• в экстремальные холода;
• во время простоя основного отопителя из-за отсутствия горючего или в период обслуживания;
• в межсезонье (в одиночку).

Применяют разные схемы подключения:

• параллельную;
• последовательную;
• каскадную.

Обвязка первичных и вторичных колец

Эту схему применяют в сложных системах с большим числом потребителей, работающих в разных температурных режимах.

Порядок монтажа:

1. К котлу подключают короткий контур с основными теплосъемными устройствами (например, радиаторами нижнего этажа и бойлером косвенного нагрева). Это первичное кольцо.
2. К контуру подсоединяют петли – «теплые полы», поэтажные ветки с радиаторами и т. д. Это вторичные кольца.

Каждая часть оснащена своим циркуляционным насосом. В первичном кольце помпа работает постоянно, и теплоноситель здесь движется непрерывно. При необходимости запускаются нагнетатели во вторичных петлях, вызывая циркуляцию среды и здесь. Запитанные от них потребители получают тепло.

Если помпу во вторичном кольце выключить, движение воды в нем прекратится, т. к. давление в точках подсоединения к первичному контуру одинаково. Для этого их разносят на расстояние не более 4 диаметров трубопровода.

Схема обвязки первичных и вторичных колец.

Температурный режим во вторичном кольце регулируют 2 способами:

• запуском и остановкой помпы;
• изменением скорости ее вращения.

Схема закрытого контура с гравитационной циркуляцией

Часто для твердотопливного котла строят комбинированную систему. Она имеет насос, закрытый расширительный бак с мембраной и группу безопасности, но создается по правилам для контуров с естественной циркуляцией – с большими трубами и уклонами, разгонным коллектором и пр. Так поступают на случай перебоя с электроснабжением.

Для перехода на естественную циркуляцию из схемы нужно исключить помпу. Для этого делают байпас с ручными шаровыми кранами.

Схема обвязки закрытого контура.

Выбор оптимальной системы

При разработке проекта учитывают следующие факторы:

• наличие и стабильность электроснабжения;
• присутствие потребителей с непостоянным режимом работы.

В пригородных зонах, где энергетическая инфраструктура устойчива и в случае аварии быстро ремонтируется, предпочтительна система с принудительной циркуляцией теплоносителя. В отдаленных районах возможны длительные перебои, здесь лучше собрать комбинированный контур.

И только в полевых условиях, когда нет никакого централизованного энергоснабжения, применяют схему с естественной циркуляцией.

При наличии временно работающих потребителей, например «теплого пола» в бассейне, используют схемы:

1. На крупных объектах – с первичным и вторичными кольцами.
2. На небольших – лучевую.

Во втором случае к теплосъемным устройствам прокладывают отдельные ветви от общего коллектора, установив на них регулирующую арматуру. Все «обратки» от них тоже сходятся в 1 точке.

Дополнительное оборудование

Для повышения экономичности между котлом и контуром отопления устанавливают теплоаккумулятор – заполненную водой емкость в оболочке из минеральной ваты. Твердотоп постоянно эксплуатируется в режиме номинальной производительности с максимальным КПД, нагревая содержимое резервуара до +95°С.

Теплоаккумулятор устанавливают для повышения экономичности.

Отбор горячей воды из аккумулятора осуществляется автоматически по мере остывания среды в контуре.

В загородном доме и других небольших объектах для подключения «теплого пола» используют гидрострелку. Это коллектор, установленный вертикально. Благодаря такой ориентации температура меняется по высоте, внизу среда более холодная. К верхней части подсоединяют радиаторы, к противоположной – «теплый пол».

Правила обустройства котельной

Рекомендуется оклеить пол керамической плиткой, а стены выложить из огнеупорного кирпича. Такая мера уменьшит вероятность пожара.

Пол с деревянным или иным горючим покрытием в радиусе 1,2 м от центра топочной дверцы котла защищают настилом из стали толщиной 1,2 мм на теплоизоляционной подложке из асбеста или базальтового картона.

Стены покрывают огнестойкой штукатуркой, например, на основе вермикулита. Толщина слоя – 25 мм.

Между отопителем и стенами выдерживают следующие расстояния:

• со стороны топочной дверцы – 2 м;
• по бокам и сзади – 0,8 м.

В котельной устраивают дежурное и аварийное освещение. На случай разгерметизации контура ее оборудуют подключенным к канализации трапом или приямком глубиной 0,5 м.

Стены котельной желательно выложить из кирпича.

При мощности теплогенератора до 30 кВт дрова и уголь разрешается хранить возле котельной в ящиках из огнеупорного материала. Минимальное расстояние до топки – 1 м.

Если производительность у котла выше, для склада отводят изолированное сухое и проветриваемое помещение.

Обустройство пеллетного бункера

Существует разновидность твердотопливных котлов, не нуждающаяся в частой загрузке горючего. Они функционируют на пеллетах – гранулах из прессованных отходов.

Бункер для их хранения можно сделать своими руками из таких материалов:

• жести;
• фанеры;
• ткани на металлическом каркасе.

К резервуару подсоединяют шнековый питатель с электрическим приводом для автоматической подачи пеллет в горелку. Лучше приобрести 2-винтовую модель с воздушным разрывом, исключающим движение огня в бункер при обратной тяге.

Дополнительные рекомендации

Чтобы теплообменник не зарастал накипью, заливайте в систему только обессоленную воду. Часто домовладельцы собирают для этих целей дождевую.

По той же причине лучше приобретать модель с охлаждающим змеевиком в теплообменнике, а не с подачей воды непосредственно в бак.

Не курите в доме с системой из алюминиевых радиаторов. В них образуется водород, выходящий наружу через воздухоотводчик или кран Маевского.

В период простоя отопителя теплообмен в его баке приобретает обратное направление. Чтобы вода в контуре остывала медленнее, рекомендуется сделать байпас с кранами, по которому среда будет двигаться в обход прибора.

К слову, несложно изготовить твердотопливный котел своими руками.

Вывод

Обогрев дома котлом на твердом горючем – лучший выбор для негазифицированной местности. Дрова и уголь стоят дешевле солярового масла и не издают неприятного запаха. Чтобы реже заниматься загрузкой топлива, приобретайте теплогенератор длительного горения или пеллетный.

Также чтобы организовать, к примеру, отопление 2 этажного дома, схема с газовым котлом будет предпочтительней.