Дровяное отопление

Записки Истопника » Отопление дровами » Подключение (обвязка) дровяного котла

Подключение (обвязка) дровяного котла

Подключение (трубная обвязка) дровяного котла особо не отличается от подключения остальных видов отопительного оборудования. Дополнительно, ряд технических приемов придуман и разработан исключительно для монтажа и подключения дровяных отопительных котлов.

Дровяные заморочки и хитрости сводятся к установке защиты предотвращения кипения теплоносителя, сбросу избыточного давления и отводу конденсата из корпуса дровяного котла и его системы дымоудаления.

Дровяные заморочки и хитрости сводятся к установке защиты предотвращения кипения теплоносителя

Дровяные котлы – теплоинерционный вид отопительного оборудования.

Тепловая инерционность дровяных котлов объясняется особенностями используемого вида топлива – дров. Дрова долго разгораются и долго затухают. Дрова поджигают вручную один раз, после чего они горят до полного своего выгорания. В топке работающего дровяного котла дрова горят всегда, даже если котел уже набрал заданную температуру. Непрерывность процесса горения топлива – главная особенность дровяных котлов, отличающая их от газовых и мазутных.

Автоматика дровяного котла не прерывает процесс горения дров, а только ограничивает (угнетает) его за счет уменьшения (прекращения) подачи воздуха в зону горения топлива.

Поскольку горение дров не прекращается полностью, а только ограничивается (угнетается), то дровяные котлы подвержены повышенному риску перегрева своего корпуса и теплоносителя (воды). Перегрев теплоносителя чреват его кипением и вспениванием. Кипение и вспенивание теплоносителя неизбежно приводит к образованию воздушно-паровых и пенных пробок, что в свою очередь влечет за собой угрозу отказа работы системы отопления, создания аварийной ситуации и даже разрушения стенок корпуса и отопительных магистралей. Кроме того, использование дров в качестве топлива приводит к повышенному конденсатообразованию в теплообменнике корпуса котла и дымоходах, что создает дополнительные эксплуатационные проблемы. Все важные технические моменты при монтаже и подключении дровяных котлов сводятся к дополнительным мерам по предотвращению вышеупомянутых явлений и защите от аварийных ситуаций.

Здесь и далее, речь идет только об дровяных котлах, работающих на дровах – соразмерных очагу кусках древесины. Пеллетные, брикетные, стружечно-щепные или измельченно-древесноотходные котлы не входят в категорию дровяных котлов, несмотря на то, что используют общий исходный топливный компонент – древесину

Дровами называют соразмерные очагу куски древесины, используемые в виде топлива. По своему качеству – это самое нестабильное топливо в мире. Сертифицировать дрова, как топливо – не решится ни одна служба стандартизации. Назвать дрова «энергоносителем» – язык не поворачивается. И, тем не менее – это правда. Для дровяных котлов, дрова – это энергоноситель. Хоть и говняный. Однако –  это спорный вопрос. Теплотворность дров напрямую зависит от их влажности и породы дерева. Дрова – это основной вид топлива для дровяных котлов, из-за которого дровяные котлы, собственно и получили свое название. Как правило, дровяные котлы проектируются только под дрова и поэтому имеют специфически-увеличенные объемы загрузочных камер. Из-за разнообразия нестандартных природных форм, практически невозможно механизировать и дозировать подачу дров в зону горения. Поэтому, дрова загружают в котел вручную и порционно. При проектировании котельных и топочных помещений на дровах нужно предусмотреть перед котлом (котлами) большое свободное пространство, необходимое для складирования порции дров перед их загрузкой. Возле котельной тоже нужно иметь достаточно места для складирования сезонного запаса топлива и коммуникационную инфраструктуру (дороги и тропинки) для его транспортировки.

Увеличенные размеры котлов, увеличенные размеры топочного помещения, дополнительное пространство для транспортировки и хранения запаса топлива – обязательные атрибуты дровяного отопления

Источников аварийного питания на рынке - великое множество. Для системы отопления дровяного котла подойдет любой. Главное требование - способность обеспечивать работу циркуляционного насоса и автоматики котла не менее 4-5 часов кряду

Источник аварийного электропитания

Не менее одного раза в год, энергетики преподносят нам сюрприз в виде внезапного отключения электроэнергии. Это очень печально для дровяного отопления. Потому что, современная дровяная отопительная система электрозависима. Она имеет в своем составе электронасосы для принудительной циркуляции теплоносителя (воды или антифриза). Теплоноситель «гоняется» электричеством и охлаждает дровяной котел. Остановка циркуляционного насоса из-за отключения электроэнергии чревата остановкой циркуляции теплоносителя и, как следствие – резким повышением температуры в рубашке охлаждения дровяного котла.

В свою очередь, дровяные котлы очень инерционны. Дрова долго разгораются, долго горят и долго затухают, отдавая при этом тепло. Разгоревшись, дрова все равно будут гореть, независимо от того – есть электричество или нет. У дровяного котла нет режима аварийной остановки. Поэтому, остановка циркуляционного насоса из-за отключения электроэнергии приводит к мгновенному перегреву котла и закипанию теплоносителя в его рубашке охлаждения. Чтобы этого избежать – лучше заранее предусмотреть источник аварийного электропитания для электронасоса системы отопления. В наше время рыночного изобилия нетрудно подобрать подходящий источник аварийного электропитания. Требование к нему одно – способность обеспечивать работу циркуляционного насоса не менее 3-5 часов кряду (пока не прогорят дрова).

Важное условие для безопасной эксплуатации дровяного котла – наличие источника аварийного электропитания

Система аварийного охлаждения

Система аварийного охлаждения – новомодная фишка, которая применяется на европейском дровяном отопительном оборудовании, типа котлов «Атмос». Сама идея аварийного охлаждения отнюдь не нова. Она давно и успешно используется в системах защиты больших теплогенераторов и ядерных реакторов. В случае с дровами, суть защиты заключается в том, что в рубашку охлаждения дровяного котла должен всегда подаваться охлаждающий теплоноситель. Даже, если его нет в системе отопления. (Такая ситуация может возникнуть, например, в случае порыва труб и вытекания теплоносителя.) Изобретательные европейцы очень просто и технично воплотили эту идею в жизнь. Они подпитывают перегретый котел водой из системы водоснабжения и сливают ее в дренаж. Стопорится весь этот процесс через предохранительные плавкие пробки. Работает это так: при аварийном перегревании котла выплавляются материал предохранительной заглушки и вода из системы водоснабжения попадает в корпус котла, охлаждает его и затем, сливается в дренаж (канализацию). Это будет продолжаться до тех тор, пока не прогорят дрова и котел окончательно не остынет.

Насколько нужна и эффективна такая система аварийной защиты – спорный вопрос. С уверенностью можно утверждать только одно – ни чугунному, ни стальному корпусу котла абсолютно не понравится перепад температуры в 70-90°С, которым чреват этот метод защиты. Вероятность разрушения корпуса котла очень велика.

Дренаж

Дренаж системы отопления – нужная вещь. Рано или поздно возникает необходимость в частичном или полном сливе теплоносителя из системы отопления. Для этого нужно предусмотреть кран или систему кранов, расположенных в самых нижних (узловых) точках котла и системы отопления. Очень часто, производители отопительного оборудования сами делают в корпусах своих детищ отверстия для полного слива теплоносителя. Находятся они, как правило – в труднодоступных местах, поближе к полу (основанию). Очень часто, скорые на руку монтажники просто закрывают сливные отверстия заглушками, которые потом – очень проблематично отворачивать и присоединять шланг или штуцер для слива теплоносителя. Хорошо, если это будет простая вода, а если это – ядовитый этиленгликолевый антифриз?

Прежде чем заливать теплоноситель в систему отопления, нужно предусмотреть безопасные и удобные способы для слива его оттуда.

Трубы и трубопроводная арматура

Условно, трубопроводную арматуру можно разделить на две большие группы – запорно-регулирующую арматуру и защитную (группу безопасности). Запорно-регулирующая арматура используется при управлении процессом отопления, а также при перекрывании трубопроводов для выполнения каких-либо сервисных работ. Защитная арматура (группа безопасности) служит для аварийного сброса давления и удаления воздуха и паров теплоносителя из полостей отопительной системы. Трубы и трубопроводная арматура устанавливаются во время монтажа согласно проекта, а если такового нет – по наитию и опыту монтажной бригады. Между дровяным котлом и группой безопасности не должно быть никакой запорной арматуры (кранов или задвижек), случайное закрытие которых может влиять на работу приборов группы безопасности.

Материал трубопровода

На рынке много труб для системы отопления, сделанных из новомодных материалов. Все они сгодятся для подключения отопительных приборов, но сам дровяной котел нужно подключать только металлическими трубами. Потом (дальше), после теплоаккумулятора или тепловой гребенки – можно делать разводку трубами из любого материала (пластик, металлопластик).

Общее правило для выполнения трубной обвязки дровяного котла – первый контур делать только из металлических труб

Защитная арматура (группа безопасности)

Защитная арматура (группа безопасности) – особый вид трубопроводной арматуры. Главное назначение группы безопасности – не допустить разрушение трубопровода из-за перегрева или закипания теплоносителя. Группа безопасности включает в себя два основных клапана – автовоздушник (клапан сброса воздуха) и аварийный клапан сброса давления.

Автовоздушник

(автоматический клапан сброса воздуха)
Название клапана говорит само за себя. Назначение клапана – удалять воздух и пары теплоносителя из системы отопления. Принцип работы клапана очень прост и напоминает работу поплавковых карбюраторов старых моделей автомобилей – выходное отверстие для воздуха открывается-закрывается всплывающим поплавком. Автоматический клапан сброса воздуха отнесен к защитным устройствам, поскольку удаление газовой составляющей из среды теплоносителя – есть важная и неотъемлемая часть работы по поддержанию отопительной системы в рабочем безопасном состоянии. В случае закипания теплоносителя в рубашке котла происходит образование паровой пробки на подающем трубопроводе и начинается лавинообразный процесс роста давления и температуры вследствие парового выжимания теплоносителя (воды) из полостей водяной рубашки.

Установка клапана сброса воздуха на подающем трубопроводе при монтаже дровяного котла обеспечит удаление водяных паров, образованных в следствие возможного закипания воды (теплоносителя)

Аварийный клапан сброса давления

Аварийный клапан сброса давления – наиболее важный и весомый прибор группы безопасности и защиты.  Аварийный клапан сброса давления присутствует (должен быть) абсолютно на всех закрытых отопительных системах с задействованием дровяных котлов. Аварийный клапан сброса давления вступает в дело, когда не сработали все остальные системы управления и защиты.

Такая ситуация может сложиться, например, при отключении электроэнергии (обесточивании) электронных приборов управления и циркуляционного насоса. В этом случае, охлаждение водяной рубашки котла прекратится, дрова будут гореть дальше, температура и давление - повышаться. И единственное, что убережет от катастрофы – это аварийный клапан сброса давления

Аварийный клапан сброса давления – это последний рубеж защиты котла

Расширительный бак (гидроаккумулятор)

Расширительный бак (гидроаккумулятор) существует в отопительной системе для стабилизации давления и компенсации изменения объема жидкого теплоносителя, которые возникают вследствие его нагревания или охлаждения. Наличие расширительного бака (гидроаккумулятора) при подключении дровяного котла – очевидно и неоспоримо.
В последнее время широкое распространение получили отопительные системы закрытого типа с избыточным давлением теплоносителя. Такие системы оборудуются закрытыми двухкамерными гидроаккумуляторами с разделительной резиновой (пластиковой) мембраной. Из-за этой мембраны такие гидроаккумуляторы еще называют мембранными расширительными баками. За счет эластичной мембраны мембранный гидроаккумулятор выполняет еще одну важную функцию – гасит гидроудары в системе отопления.

На рынке можно найти гидроаккумуляторы синего, красного и белого цвета.
Синие – для водоснабжения и холодной воды (давление до 8 Bar).
Красные – для отопления и горячей воды (давление до 5 Bar).
Белые (бесцветные, самые дорогие и ненужные) – универсальные.

Мембрана гидроаккумулятора

Мембрана гидроаккумулятора повторяет форму гидроаккумулятора.
Снаружи мембраны находится обычный воздух, а внутри ее – вода (теплоноситель).
В синих гидроаккумуляторах для мембраны используется пищевая резина, безопасная для здоровья людей (по крайней мере – так утверждают изготовители).

Гидроаккумуляторы бывают разных исполнений и модификаций
Как правило, каждый гидроаккумулятор имеет нижний вход – для подачи воды (теплоносителя), верхний вход (с автомобильным золотником) – для закачки воздуха в мембрану насосом и верхний выход (с трубной цилиндрической резьбой, примерно в 1 дюйм) – для выпуска воздуха из контура теплоносителя. Внимание! Не путать вход с автомобильным золотником от резьбового выхода для выпуска воздуха. Как правило, на верхнюю трубную резьбу устанавливают автоматический воздухоотводчик для автоматического выпуска воздуха из контура теплоносителя. Что нужно знать про свой гидроаккумулятор: Для отопительных систем используются гидроаккумуляторы красного цвета! Минимальный объем гидроаккумулятора должен составлять 10% от объема теплоносителя. Высчитать не трудно. Минимальное давление воздуха в гидроаккумуляторе должно быть на 0,1 Bar больше, чем давление теплоносителя в самой высокой точке отопительной системы. Если нет манометра, давление можно высчитать исходя из того, что 1 bar давления поднимает столб воды на 10 метров в высоту.

Теплоаккумулятор

Теплоаккумулятор – важная часть дровяного отопления. Теплоаккумулятор ставят в систему отопления, как тепловой компенсатор который сглаживает тепловую инерционность дровяных котлов. Выжигание дров на теплоаккумулятор и последующее использование горячей воды – вот основной принцип работы дровяного отопления, который позволяет использовать возможности новых технологий на все 100%. Использование теплоаккумулятора позволяет объять необъятное и совместить несовместимое. А именно – организовать порционную (дозированную) подачу тепла не прерывая горения дров. Дело в том, что в отличие от газа и мазута, дровяной котел невозможно включить-выключить в одночасье. Дровяной котел не выключится до тех пор, пока не прогорят дрова. И когда заданная температура теплоносителя уже достигнута – приходится идти на хитрости. В этом случае котлоагрегат на дровах переводится в режим тления древесины и сброса мощности. За счет такого перехода достигается эффект поддержания заданной температуры, но сами дрова при этом продолжают тлеть (гореть, использоваться, даром вылетать в трубу). Такой режим работы отопления приводит к перерасходу топлива и понижению КПД всего процесса. Иное дело – теплоаккумулятор. Выжигание на пределе мощности оборудования за один прием позволяет максимально использовать все возможности и выгоды дровяного отопления. В этом случае, отопительный агрегат отключается, после того как отработает максимум своих возможностей, а для дозированной подачи тепла в систему отопления используется горячий теплоноситель из теплоаккумулятора.

Байпас и трёхходовой кран

Байпас и трехходовой кран нужны для более быстрого прогрева рубашки охлаждения холодного дровяного котла

Байпас и трёхходовой кран нужны для быстрого и беспроблемного розжига холодного дровяного котла и запуска холодной отопительной системы

Дело в том, что для нормальной работы дровяного котла необходима температура теплоносителя в обратной трубе не ниже 40°С, а разница температуры подачи и обрата (входящей и выходящей воды) не должна превышать 20°С для стального корпуса. Для чугунного корпуса, разница температуры должна быть ещё меньше (15°С). Однако, ныне дровяные котлы с чугунным корпусом – большая редкость. Поэтому, здесь и далее, речь про дровяные котлы со стальными корпусами.

Температура обрата теплоносителя выше 40°С нужна во избежание образования избытка конденсата в теплообменнике дровяного котла, а разница температуры входящего и исходящего теплоносителя не более чем в 20°С необходима для защиты стального корпуса котла от тепловых ударов и увеличения срока его службы.

Автор сам лично видел, как за полгода рвало сварные швы и электрозаклепки стальных корпусов водогрейных котлов, в которые подавали воду с температурой 15°С (артезианская скважина), а отбирали по максимуму – примерно, 60°С...80°С.

Выручает байпас и трёхходовой кран

Байпас (англ. bypass) – «путь в обход чего-либо». «Байпас» – это общетехнический термин, который используется в теплотехнике и гидравлике для обозначения трубы-перемычки в какой-либо системе. В нашем случае, байпас – это труба-перемычка в трубной обвязке дровяного котла (см. рисунок про байпас). Эта труба-перемычка образует малый круг в системе отопления, по которому движется теплоноситель в обход основной обогревающей системы. И получается, что разогретый теплоноситель, выходя из подачи холодного дровяного котла – сразу возвращается в обрат.

Таким образом, холодный котёл «зацикливается» сам на себя и греет только сам себя.
Это делается для быстрого разогрева водяной рубашки холодного котла

Такое движение теплоносителя будет продолжаться до тех пор, пока холодный дровяной котел не прогреется до температуры выше точки росы. После прогрева корпуса котла свыше 40°С – откроется трёхходовой клапан и горячий теплоноситель устремится в основной круг системы отопления.

После прогрева корпуса котла и открытия трёхходового крана на основную систему, этот самый трёхходовой кран будет подмешивать холодный теплоноситель в горячий обрат котла в такой пропорции, чтобы не дать температуре обрата опуститься ниже точки росы (как правило, это 40°С)

По мере прогрева теплоносителя в основной системе отопления – трёхходовой кран будет всё больше открываться в её сторону, пока не наступит полный прогрев системы и кран не откроется окончательно.

Всё это время избыток горячего теплоносителя будет непрерывно циркулировать через байпас по малому кругу, не давая корпусу котла остыть до температуры образования конденсата (точки росы).

Теоретически, всё просто – сначала разогреть холодный котёл до требуемой температуры. А затем, по немного – отбирать от горячего котла горячий теплоноситель и подавать его в основную систему отопления. Не давая при этом остывать самому котлу.

Всё потому, что при розжиге холодного дровяного котла, ВАЖНО, как можно быстрее, «перепрыгнуть» температуру точки росы в корпусе котла и уменьшить количество образованного конденсата. Время работы пиролизного котла с температурой корпуса ниже точки росы – прямо пропорционально количеству образованного конденсата. Конденсата может быть очень много (20 – 50 литров и более). При температуре теплоносителя, выше точки росы – образование конденсата в теплообменнике прекращается и лужи конденсата под котлом, уже не предвидится. Поэтому, до выхода котла на температурный режим выше точки росы – горячая вода из трубы подачи, устремляется сразу в трубу обрата, минуя при этом отопительную систему, как таковую. Благодаря этому, температура теплоносителя в корпусе холодного дровяного котла быстро растёт и сам корпус котла быстро (в течение 10-15 мин) проходит точку росы. В результате, образование конденсата сводится к минимуму и не превышает в целом 0,2-5 литров, в зависимости от модели котла (16кВт...300кВт). Образованный конденсат испаряется в течение короткого времени и покидает котёл через систему дымоудаления.

Зачем это нужно

Первое: Такое инженерное решение позволяет свести к минимуму образование конденсата в теплообменнике во время розжига холодного пиролизного котла.

Второе: Такое инженерное решение позволяет сделать «мягкий» старт холодной отопительной системы и избежать тепловых перегрузок, как на саму систему отопления, так и на корпус котла.

Как это выглядит
На рисунке (см. рисунок про байпас) показана классическая схема
монтажа малого круга (байпаса)
при подсоединении дровяного котла.
Условные обозначения:

  • Клапан – трёхходовой клапан с электроприводом
  • Насос – циркуляционный водяной насос
  • Термометр – электронный термометр управления электроприводом трёхходового клапана.

Как это работает
На трубе обрата пиролизного котла установлен циркуляционный насос, который подаёт теплоноситель в корпус котла. В зависимости от положения трёхходового клапана, насос может брать холодный теплоноситель из трубы обрата система отопления, либо горячий теплоноситель из трубы подачи системы отопления. Процесс смешивания холодной и горячей воды (теплоносителя) и управление положением трёхходового клапана производится посредством электронного сервопривода и термометра, расположенного на трубе обрата.

Зависимость здесь такая:

  • при температуре теплоносителя в обрате котла, ниже 40°С, клапан закрывает забор из обрата системы отопления и открывает забор теплоносителя через байпас из подачи котла (малый круг)
  • при температуре теплоносителя в обрате котла, выше 40°С, клапан открывает забор из обрата системы отопления и закрывает забор теплоносителя через байпас из подачи котла (большой круг)

Все вместе взятое, работает по принципу автомобильного термостата в системе охлаждения двигателя. Когда, в первую очередь, прогревается двигатель и теплоноситель движется по малому кругу, а после прогрева – открывается термостат и теплоноситель начинает двигаться по большому кругу, через радиатор, печку и т.д.

Циркуляционный насос

Циркуляционный насос выбирают и устанавливают исходя из условий конкретной системы отопления и помещения, где монтируется дровяной котел.

Есть общее правило для установки циркуляционного насоса в систему трубной обвязки дровяного котла – насос нужно установить так, чтобы не было его завоздушивания парами теплоносителя, в случае его закипания.

Циркуляционный насос нельзя устанавливать на подающий трубопровод, сразу над котлом, перед группой защиты.

При том нужно помнить, что сам работающий насос может спровоцировать закипание теплоносителя вследствие динамического разрежения во всасывающем патрубке.

Поэтому, циркуляционный насос ставят сбоку от дровяного котла, на высоте, не более 0,75 высоты корпуса котла и «врезают» его в обратную трубу через систему фильтров.

Установка циркуляционного насоса на обратную трубу дровяного котла гораздо безопаснее, поскольку в этом случае полностью гарантируется его работоспособность и исключается «завоздушивание» полости турбины вследствие вскипания или вспенивания теплоносителя.

Дымовая для дровяного котла должна быть высотой, не менее 6-8метров

Теплоноситель

Вода – наилучший теплоноситель для системы отопления с использованием дровяных котлов. Всевозможные отопительные антифризы крайне не рекомендованы к применению в таких отопительных системах, не говоря уже об термо-маслах. А причина, все та же – повышенный риск перегрева корпуса дровяного котла и закипания (вспенивания) теплоносителя в его рубашке охлаждения.

Дровяные котлы на технопост киев юа