Твердотопливный котел в вашем доме - С. Зотов

С. В. Зотов

Твердотопливный котел в вашем доме

Предисловие

Дорогой читатель, если Вы держите в руках эту книжку, вероятнее всего Вы – настоящий или будущий домовладелец, причем счастье Ваше омрачается неким обстоятельством, а именно – отсутствием поблизости от домовладения доступного источника «нашего всего» – природного газа. А дом-то надо отапливать, а также как-то греть воду для разных санитарно-гигиенических нужд! Что же делать?

Очевидно, вы уже слышали, что топить дом электричеством очень дорого, а другая альтернатива – котел с наддувной горелкой на солярке – тоже не очень привлекает с точки зрения величины затрат как на оборудование, так и на эксплуатацию. А что если поставить котел, топящийся дровами (варианты: углем, брикетами, пеллетами и т. д.) – их и купить легко, и стоят недорого? Звучит заманчиво, но хорошо бы удостовериться, что топить, например, дровами – действительно дешевле, чем соляркой.

Чтобы оценить экономическую привлекательность того или иного вида топлива, нужно знать две вещи: цену данного топлива в вашем регионе и сколько тепла можно получить, сжигая его. Если ответ на первый вопрос вам придется искать самостоятельно, ответ на второй у нас уже готов в виде табл. 1. Обратите внимание, что количество того или иного вида топлива в таблице дано в тех единицах, в которых оно измеряется при продаже.

Таблица 1. Удельная теплота сгорания солярки и наиболее распространенных видов твердого топлива

Например, в августе 2009 г. в московском регионе березовые дрова с доставкой стоили 1400 руб./м3, и если отапливать дом дровами, стоимость тепла составила бы 43 коп. за кВт·час. Дизельное топливо там же и тогда же стоило 19 600 руб./м3, что дает стоимость тепла 1 руб. 74 коп. за кВт·час. В этом споре дрова одерживают убедительную победу со счетом 4: 1.

Заметим, что в расчетах мы пренебрегли коэффициентом использования – характеристикой котла, показывающей, какую часть теплоты сгорания топлива удается использовать. У недорогих твердотопливных котлов коэффициент использования составляет 75–80 %, у котлов на солярке – 90 % и более.

Выбор котла: c чего начать?

Начать следует с ответа на вопрос, для чего вам нужен котел: для отопления, производства санитарной горячей воды или для того и другого вместе? После ответа на этот несложный вопрос можно приступить к определению необходимой производительности котла, т. е. количества тепла, которое он должен вырабатывать в единицу времени.

Когда котел используется для отопления, его производительность должна покрывать потери тепла домом в самую холодную пятидневку года в вашем регионе. Тепловые потери, помимо разницы температур внутри и снаружи дома, зависят от конструкции дома – теплового сопротивления стен, количества и площади окон, характеристик вентиляционной системы и пр. Так что расчет теплопотерь дома – достаточно сложная инженерная задача, тем не менее, прекрасно освоенная теплотехниками.

Нужно ли мощность, необходимую для ГВС, учитывать при выборе котла?

К сожалению, часто, из соображений экономии, не прибегают к услугам специалиста, а пользуются упрощенными оценками, наподобие «1 кВт на 10 м2 помещения». Однако при этом надо понимать, что реальные теплопотери могут существенно отличаться от такой оценки как в большую, так и в меньшую сторону. Не так страшно, если вы переоценили теплопотери вашего дома – как следствие, вы купите котел большей мощности, чем нужно, и окажетесь перед дилеммой: принимать дополнительные меры для того, чтобы как-то сохранять и использовать лишнее тепло, или выбрасывать его в форточку, переплачивая за топливо. Хуже, если вы ошибетесь в меньшую сторону – несмотря на средства, затраченные на отопление, временами придется спать в пальто.

Несколько проще обстоит дело с оценкой производительности котла, способной обеспечить нагрев воды для санитарных нужд. Количество тепла для приготовления горячей воды в течение суток определяется по простой формуле:

Q = V· ∆θ · n/860, (1)

где:

Q – количество тепла в кВт·ч,

V – суточный расход горячей воды на человека в л,

∆θ – разность температур холодной и горячей воды,

n – количество жильцов.

Средний суточный расход горячей воды можно принять равным 70 л, тогда, например, нагрев холодной воды с исходной температурой 5 °С до стандартной температуры 45 °С для семьи из трех человек потребует приблизительно 10 кВт·ч тепла. Поскольку горячая вода расходуется в основном в течение двух коротких промежутков времени утром и вечером, греть ее также можно в два приема, тратя при этом по 5 кВт·ч тепла. Пусть это количество тепла должно производиться твердотопливным котлом, загрузки которого хватает на 2 часа горения, тогда мы получаем необходимую мощность котла – всего 2,5 кВт!

Зачем котлу коррозионная стойкость?

Во-первых, твердотопливных котлов такой мощности не бывает, а во-вторых, как правило, тепло для приготовления горячей воды дает тот же котел, что и отапливает дом. Вопрос – нужно ли эту мощность учитывать при выборе котла? Однозначного ответа нет. На наш взгляд, все зависит от того, как соотносятся потребности в тепле для отопления и для приготовления горячей воды. Если это соотношение 8:1 или больше, то можно и не учитывать.

Типы котлов

Чугунный секционный

После того, как мы определились с требуемой мощностью котла и с топливом, на котором он будет работать, можно приступать к выбору типа и модели. Самые незамысловатые, и поэтому самые распространенные – котлы т. н. естественного горения, по материалу и технологии изготовления делящиеся на две группы: чугунные и стальные. Первые собирают из литых чугунных секций, вторые – сваривают из стального листа.

Рассмотрим конструкцию и особенности работы чугунных котлов на примере «классики жанра» – котла Solida итальянской компании Sime. Тело котла представляет собой теплообменник, составленный из нескольких литых чугунных секций, которые соединяются друг с другом при помощи металлических втулок – ниппелей. Чем больше секций – тем больше номинальная мощность котла. В полость внутри теплообменника, называемую камерой сгорания, загружается топливо. При его сгорании образуются дымовые газы, которые, обтекая ребра теплообменника, отдают свое тепло циркулирующей внутри секций воде. Зола, остающаяся после прогорания топлива, просыпается через отверстия в днище камеры сгорания и попадает в специальный лоток, чтобы быть потом удаленной из котла.

Процесс горения требует доступа в камеру сгорания достаточного количества воздуха.

Следует отметить, что такая конструкция применяется в котлостроении уже лет, наверное, сто, за это время появилось множество новых материалов и технологий, однако серый чугун, из которого отливаются секции теплообменника, по-прежнему привлекателен благодаря сочетанию приличной теплопроводности с высокой прочностью и коррозионной стойкостью.

Спрашивается, зачем же котлу коррозионная стойкость, ведь в качестве теплоносителя в нем циркулирует вода или химически инертный антифриз? Ну вода-то тоже не совсем безопасна для металла, особенно когда в ней растворен кислород, а это – обычное явление в так называемых открытых системах отопления. Но куда большая угроза исходит от дымовых газов, которые даже в идеальном случае состоят из двух компонентов угольной кислоты – Н2О и СО2. Для котла совсем не страшно, если оба компонента находятся в газовой фазе, но стоит воде перейти в жидкую фазу, как в ней растворяется углекислый газ – и кислота готова.

Рис. 1. Чугунный секционный котел Sime Solida

Условия для конденсации влаги из дымовых газов возникают, когда температура поверхности, соприкасающейся с дымовыми газами, оказывается ниже т. н. точки росы. Температура «точки росы» при сжигании различных видов топлива различна – для угля, например, она равна 65 °С. Таким образом, конденсация в котле будет происходить всякий раз, когда он растапливается из холодного состояния, или когда в него возвращается слишком холодная вода из системы отопления.

Заметим, что хоть чугунные котлы и не так сильно подвержены коррозии, как стальные, тем не менее, производители таких котлов обычно рекомендуют принимать меры против попадания в котел из обратной линии воды с температурой ниже «точки росы». Помимо желания минимизировать конденсацию в котле и дымоходе, это требование связано с особой чувствительностью чугунных котлов к резким перепадам температур. Напряжения в металле возникают во время работы котла всегда, поскольку разные зоны котла имеют разную температуру. Однако если разница температур превышает некий порог, температурные напряжения в силу высокой хрупкости чугуна могут привести к появлению в нем трещин и выходу котла из строя.