Особенности твердотопливных котлов с функцией верхнего горения

Интенсивное загородное жилищное строительство, которое в последние годы набирает обороты, выдвигает все новые и новые требования к видам отопительной техники. Организация автономного отопления, полностью независимого от централизованных источников, ставит владельцев перед выбором. В качестве альтернативы газовому водяному отоплению сегодня все чаще используются котлы на твердом топливе. Современные модели подобной отопительной техники обладают высокими технологическими характеристиками и экономичны. Единственный нюанс, который заставляет задуматься потребителей перед выбором модели нагревательного прибора – необходимость частой загрузки отопительного оборудования топливным материалом.

Практичность отопительного оборудования в процессе эксплуатации играет для нас, если не основную, то однозначно ведущую роль. Газовый котел, электрические нагревательные приборы представляют собой практически полностью автономные отопительные аппараты, тогда как твердотопливные котлы требует постоянного присутствия человека. Реальным выходом из сложившейся ситуации станет установка в собственном доме твердотопливного котла с функцией верхнего горения. Познакомимся ближе, что собой представляет данный тип нагревательного устройства, каковы конструктивные особенности агрегата.

Основные мотивы, которые заставляют нас обратить внимание на отопительные котлы верхнего горения

Частота обслуживания — обобщающая величина, которая характеризует любую бытовую технику. Для нагревательных отопительных приборов этот параметр является одним из ключевых. В отопительный сезон котел вынужден работать регулярно, обогревая жилые помещения и обеспечивая обитателей дома горячей водой для бытовых нужд. Твердотопливные котлы сегодня обладают высоким КПД, мощные и энергоэффективны. Топливо, используемое для работы агрегатов, дрова, уголь, топливные брикеты и пеллеты достаточно доступны. Выбор зависит только от модели твердотопливного прибора и стоимость топлива.

В холодный период от твердотопливных агрегатов налицо реальная польза. Это касается не только эффективной и качественной работы автономной системы отопления, но и существенной экономии собственного бюджета. При таком количестве плюсов, есть у твердотопливных котлов один существенный минус. Речь идет о необходимости лично участвовать в его обслуживании.

Подготовка агрегата к работе и его чистка – мероприятия плановые, которые требуется проводить хоть и регулярно, однако не так часто, как кажется. Основная проблема для данного оборудования, с которой приходится сталкиваться, заключается в регулярной загрузке топлива. Частота загрузки топлива зависит от вида нагревательного прибора и от климатических условий за окном. Независимо от того, будете ли вы топить свой котел углем или дровами, подкидывать в топку топливо придется вам.

Для справки: традиционный твердотопливный котел, работающий на дровах или угле, где нет технической возможности осуществлять автоматическую подачу топлива в камеру сгорания, требует от 2 до 8 загрузок в сутки. Интенсивность обогрева, качество топливного ресурса и мощность котла определяет количество загрузок.

Оценив объем предстоящих хлопот с твердотопливным устройством, многие жители частных домов отдают предпочтение котлам с верхней загрузкой. Такое оборудование обеспечит больше личной свободы обитателям дома. Вам вместо роли истопника и кочегара останется только наслаждаться уютом и комфортом.

Основная особенность отопительных котлов с верхним способом горения

Учитывая сложности с обслуживанием отопительных аппаратов на твердом топливе, производители решили не только использовать новые технологии в конструкции отопительной технике, но и вернуться к традиционным технологиям. Главная задача, которую удалось решить в процессе модернизации котельного оборудования, увеличить продолжительность горения топлива одной загрузки. Получить данный результат удалось за счет использования в твердотопливных котлах принципа верхнего горения.

Технология работы котла за счет верхнего горения, не является чем-то принципиально новым. Топливо, загруженное в топку, горит сверху вниз. Т.е. наоборот, не так как в котлах традиционного вида. Горение начинается с самого верхнего слоя, куда подается через подвижный распределитель необходимый поток воздуха. По мере прогорания топливной массы, распределитель воздуха под собственным весом опускается вниз, обеспечив горение следующему слою. Загруженное топливо, таким образом, равномерно сгорает слой за слоем, выделяя в большом объеме горючий древесный газ.

На этом этапе температура в топке агрегата достигает 450 0 С.

На этом этапе включается в работу принцип пиролиза. Мельчайшие продукты горения, вместе с выделяемым древесным газом полностью сгорают, выделяя огромное количество тепловой энергии. В камере сгорания в результате работы агрегата практически не остается остатков топлива.

Для справки: Пиролиз – экзотермическая реакция, в результате которого под воздействием высокой температуры происходит процесс разложение органических соединений, с последующим выделением горючего газообразного вещества. Основной нагрев твердотопливного котла в процессе горения осуществляется за счет сжигания древесного газа.

Древесный (пиролизный) газ поступает во вторую камеру через металлический диск, где за счет нагнетаемого горячего воздуха воспламеняется. Температура горения во второй топке достигает в этот момент огромных значений, 500-800 0 С. Все просто и понятно. Главное — это конструкция нагревательного аппарата.

Именно от процесса сжигания зависит и скорость горения топлива. В отопительном оборудовании классического типа дрова сжигаются достаточно быстро, выдавая максимально возможное тепло в течение короткого промежутка времени. Другими словами, в течение короткого периода агрегат выходит на пик своей мощности, после чего без последующей подкладки топлива котел начинает терять нагрузку. Постоянно подгружать новую порцию дров не всегда удобно и физически возможно. Твердотопливные котлы с верхней загрузкой работают совершенно иначе. Одной загрузки с таким аппаратом может хватить на 12, 24 и более часов работы. Интенсивность горения зависит от нагрузки на отопительную систему.

Все просто и понятно. Главное — это конструкция нагревательного аппарата.

Конструкция котла с верхней загрузкой

Отопительное оборудование с верхней загрузкой, имеет конструкцию, схожую на свечу. Твердотопливный котел подобного типа имеет вертикально стоящий корпус в форме цилиндра. Вертикальное расположение определено принципом действия агрегата, к тому же корпус в данном устройстве двухслойный, играя роль теплообменника. Между внешней и внутренней стенкой циркулирует сверху вниз котловая вода, получающая тепло в результате горения пиролизного газа.

*
Принцип действия определяет и место расположения загрузочного камеры. Над ней имеется камера подогрева воздуха, через которую двигает вверх вниз распределитель воздуха. В нижней части аппарата оборудован подзольник, место куда поступает минимальное количество остаточных продуктов горения.

На данный момент производители выпускают твердотопливные приборы длительного горения в двух вариантах исполнения:

• агрегаты, потребляющие дрова и топливные брикеты;
• устройства, работающие на угле, дровах и топливных брикетах.

В большинстве случаев производители заявляют о длительности работы котла от одной загрузки непосредственно в технической документации к отопительному котлу. Как правило, эти сроки варьируются от 24 до 48 часов при работе на дровах и брикетах, до 3-5 суток при загрузке котла углем.

Для справки: Во многом на длительность горения топливного материала оказывает влияние качество топлива. Дрова из твердых пород дерева (береза, дуб, бук, ясень) горят долго, выделяя при этом большое количество тепла. Древесины хвойных пород горит интенсивнее, соответственно срок работы котла на сосновых дровах будет значительно меньше.

Помимо дров, брикетов и угля для работы отопительного прибора этого типа можно использовать вторичные продукты деревообработки. При выборе вида топливного ресурса необходимо учитывать его доступность. Единичная загрузка потребует от вас до 30-50 кг готового топлива. Мощность котла определяет высоту закладки. В разных моделях этот параметр варьируется в пределах 600-1500мм. Что касается мощности, то здесь разлет параметров еще больше. Сегодня выпускаются котлы для автономного отопления мощностью в 8,10,20 и 40 кВт.

Система управления нагревательного прибора с верхней загрузкой

С вопросом, касающимся принципа работы котла и способа загрузки, разобрались. Здесь все понятно и доступно. Как выглядит система управления подобной техникой, рассмотрим далее. В котлах длительного горения основной принцип управления построен на регуляции потока воздуха, поступающего в камеру сгорания. Модели, представляющие собой обычные агрегаты, имеют для регулировки воздушных масс механическое приспособление. Обычная заслонка, имеющая цепной привод, приводится в действие в результате работы термостата. Однако такой способ имеет один критический технический недостаток.

Термостат настроен на определенный температурный режим. При нагреве теплоносителя до определенной температуры заслонка принимает определенное положение, снижая интенсивность горения. Достичь резкого снижения температуры не представляется возможным ввиду большой инерции работающего агрегата. По инерции теплоноситель будет продолжать нагреваться какое-то время, работая на систему отопления.

Аналогичный принцип действия связан и с увеличением температуры подогрева котловой воды. До тех пор пока котел не выйдет на номинальную мощность, температура теплоносителя будет расти очень медленно.

Иначе обстоит ситуация с агрегатами, которые оборудованы вентилятором. Электрический прибор нагнетает воздух в случае необходимости, увеличивая интенсивность горения. За счет нагнетателя воздуха удается снизить инерцию нагревательного оборудования длительного горения. Включением и выключением нагнетателя управляет автоматика, которая оснащена датчиками, фиксирующими малейшие изменения температуры теплоносителя.

При технологической необходимости вентилятор может быть остановлен, оставляя тлеющее топливо на скудном кислородном пайке. Воздух будет поступать в топку естественным путем. Подобная схема позволяет снизить температуру теплоносителя при проскоке, явление, которое вызвано инерционными процессами в работе нагревательного агрегата.

На заметку: для выхода отопительного котла на нормальный режим работы потребуется от 0,5 до 1 часа. При желании отключить отопление, в работу включается расширительная емкость, подключенная в единый отопительный контур. С помощью бака, компенсируется избыточное тепло, поступающее из остывающего котла. Время для полного остывания твердотопливного котла длительного горения может составлять 2-5 часов.

Заключение. Преимущества и недостатки данного оборудования

Ознакомившись с конструкцией твердотопливных агрегатов верхнего горения и принципом действия, можно смело говорить о преимуществах такого отопительного оборудования. Если остановиться детально, то основные преимущества следующие:

• длительные интервалы между очередными загрузками;
• высокий КПД (80%);
• удобный и простой способ управления;
• минимум электроники для системы автоматики;
• обычные модели являются энергонезависимыми устройствами;
• высокий уровень технологической безопасности;
• длительные сроки эксплуатации (10-15 лет).

Главным недостатком подобной техники является инерционность. В отличие от газовых котлов и оборудования на твердом топливе, работающие по другому принципу, твердотопливные котлы менее гибки в эксплуатационном и технологичном смысле. Многое в работе котлов верхнего горения зависит от качества топлива. Дрова, используемые в топке, должны иметь соответствующую влажность. Иногда возникают проблемы в работе котлов, связанные с полнотой загрузки.

Как выбрать твердотопливный котел верхнего горения

Котлы верхнего горения – это разновидность твердотопливных котлов длительного горения. Особая конструкция и принцип работы избавляют такие котлы от известных недостатков моделей прямого горения: необходимости в частой загрузке топлива, низкого КПД , нестабильной теплоотдачи. Однако стоимость котлов, работающих по принципу горения сверху-вниз в 1,5-2 раза выше, габариты – больше, требования к используемому топливу также выше.

Читайте в статье

Что собой представляют твердотопливные котлы верхнего горения

Для чего нужны и как применяются

Твердотопливные котлы верхнего длительного горения используются в районах отсутствия газовой магистрали, в местах лесозаготовки или горной промышленности, где стоимость топлива обычно существенно ниже. Суть таких моделей заключается в медленном, практически на грани тления, сжигании топлива слоями, благодаря чему достигается длительность горения одной загрузки в 5-20 часов при использовании дров и 2-5 суток при использовании в качестве топлива теплотворных сортов угля .

Наиболее рациональным является использование в относительно небольших частных домах площадью 60-200 м 2 . Возможна эксплуатация в системах с естественной и принудительной циркуляцией теплоносителя. Это отличная, более экономичная и менее прихотливая в обслуживании альтернатива стандартным твердотопливным котлам.

Устройство и принцип работы

На первый взгляд может показаться, что более высокая длительность горения достигается только за счет увеличения топочной камеры. Однако, помимо этого, серьезное влияние на экономичность, длительность сгорания и стабильность теплоотдачи влияет сам принцип верхнего горения, подразумевающий подачу воздуха сверху, в то время как в нижних слоях топлива воздух и газы не циркулируют вовсе.

1. Воздух, необходимый для сжигания топлива, забирается напрямую из помещения и подогревается в расположенной в самом верху котла камере подогрева. В центре камеры подогрева вставлен специальный цилиндрический распределитель, через который разогретый воздух подается в топочную камеру. В зависимости от модели, подача воздуха может быть принудительная или естественная. Принцип работы котла верхнего горения на примере модели Stropuva S20U.
2. Распределитель, подающий воздух из камеры подогрева в камеру сгорания имеет вертикальные ходы. Перед загрузкой топлива его необходимо поднять механическим путем (обычно с помощью троса), после загрузки топлива, он упирается в верхний слой и опускается вниз по мере прогорания. Таким образом, подача воздуха всегда осуществляется исключительно на верхний тлеющий слой топлива, во вмешательстве человека в процесс горения нет необходимости.
3. Над местом контакта распределителя воздуха с верхним слоем топлива находится металлический диск (стаскоблин). Огибая его, пламя попадает в камеру полного сгорания – часть топочной камеры между стаскоблином и камерой подогрева воздуха. В камере полного сгорания выгорают все горючие вещества, отдавая тепловую энергию стенкам топочной камеры. Контакт распределителя воздуха с верхним слоем топлива (стаскоблин отсутствует для большей наглядности).
4. Стенки по всему радиусу топочной камеры – это теплообменник, внутри которого находится теплоноситель (чаще всего вода). Аккумулируя тепловую энергию от сгорания топлива, теплоноситель естественным или принудительным (с помощью циркуляционного насоса) образом циркулирует по водяному контуру системы отопления.
5. Продукты сгорания, уходя вверх между стенками камеры подогрева и внутренними стенками котла, выводятся из топочной камеры через патрубок дымохода.
6. Зола сваливается в зольный ящик в самой нижней части котла, под топочной камерой. Зольный ящик необходимо очищать после сгорания каждых 1-5 загрузок.

Котлы верхнего горения в большинстве своем не оснащены продвинутой автоматикой, а регуляция температуры теплоносителя осуществляется, обычно, с помощью битеплового регулятора тяги. Настройка нужной температуры происходит вручную. Для обеспечения нормального горения необходимо плотно закрывать дверцу загрузки и не открывать ее на протяжении всего горения, соответственно, дозагружать топливо в разожженный котел нельзя.

На данный момент на рынке представлены модели мощностью 8-60 кВт и КПД 85-92%. Существуют как исключительно дровяные котлы, так и универсальные модели, работающие на дровах, каменном и буром угле, антраците, торфе, пеллетах.

Отзывы о бытовых котлах с горением сверху-вниз: преимущества и недостатки

Преимущества	Недостатки
Экономичность – за счет принципа горения сверху-вниз достигается экономия от 10 до 30%.	Высокая стоимость – модели с верхним горением стоят в среднем в 1,5-2 раза дороже.
Более высокий КПД – принцип медленного горения на грани тления, более совершенные сплавы и конструкция корпуса позволяют достигнуть КПД 85-92%, в то время как у обычных котлов на твердом топливе КПД часто 75-86%, а более высокие показатели считаются крайне существенной заслугой.	Повышенные требования к топливу – влажность дров желательно не должна превышать 20-30%, угля – 15-20%. В зависимости от модели, производители предъявляют различные требования к фракции и зольности угля. От соблюдения рекомендаций зависит длительность горения.
Более простая эксплуатация – это и возможность гораздо более редкой загрузки, и более простое обслуживание и чистка.	Непрерывность процесса – произвести дозагрузку в уже зажженный котел нельзя, а после остановки работы котла, тление все равно продолжится до полного сгорания.
Наличие энергонезависимых моделей – моделей, не требующих подключения к электросети.	Большие габариты – котлы шахтного типа компактны по площади, но часто более 2 метров высоту, а стандартные «квадратные» модели непросто уместить в маленьких помещениях котельной площадью 4-5 м 2 .
Надежность – несмотря на дополнительные элементы, конструкция котлов остается простой и надежной.	Ограниченный выбор – на рынке представлено не столь много моделей, однако большинство из них известны своим качеством и надежностью
Возможно образование конденсата – не редкая проблема согласно отзывам владельцев. Причиной может быть использование слишком сырого топлива или чрезмерно большой поток воды, в случаях, если используется циркуляционный насос.

Как выбрать котел верхнего горения

В виду небольшого выбора, когда все достойные производители и их модели «находятся на слуху», особые критерии, по которым можно фильтровать котлы отсутствуют. Практически все модели имеют похожую конструкцию, часто изготовлены из похожих сплавов, и те, и другие имеют длительный опыт беспроблемной эксплуатации. Однако стоит обратить на наиболее важные критерии:

1. Материал теплообменника. Существует два варианта исполнения: сталь и чугун. Стальные теплообменники устанавливаются в более дешевые модели, они более устойчивы к перепадам температуры, в случае механического повреждения их можно просто заварить. Однако сталь сильно подвержена коррозии, которая, в зависимости от качества теплоносителя, приводит к протечке спустя 10-15 лет эксплуатации. Чугунные же теплообменники более тяжелые и толстые, они устойчивы к коррозии, срок их службы более 25 лет, однако и стоимость соответствующая. Идеальный вариант исполнения – чугунный теплообменник в легком стальном корпусе.
2. Количество контуров. Одноконтурные модели рассчитаны исключительно на отопление. Двухконтурные модели рассчитаны на отопление и подогрев санитарной горячей воды. Их стоимость всего на 10-30% выше, поэтому решить вопрос горячего водоснабжения наиболее выгодно выбрав двухконтурный котел. Единственная проблема – среди котлов верхнего горения крайне мало двухконтурных моделей.
3. КПД. Коэффициент полезного действия отражает соотношения объема сжигаемого топлива к объему аккумулируемой теплоносителем тепловой энергии. Соответственно, чем выше КПД, тем больше тепла можно получить при меньшем расходе топлива.
4. Энергонезависимость. Энергонезависимые модели не требуют подключения к электросети, поэтому работают автономно. Энергозависимые модели имеют принудительную подачу воздуха, более сложную автоматику или циркуляционный насос, для работы которых потребуется подключение к электросети. При этом, мы рекомендуем обзавестись и генератором, на случай отключения электроснабжения.

Модель Неделька К-60 как пример существенно больших габаритов.

Минимально необходимая мощность

Для среднестатистического дома в климатической зоне Подмосковья, с кладкой в 2 кирпича и высотой потолков 2,7 м минимально необходимая мощность рассчитывается из правила 1 кВт на каждые 10 м 2 отапливаемой площади. Также мы рекомендуем закладывать запас мощности в 15-25%.

Например, для вышеописанного дома площадью 120 кв. м. минимально необходимая мощность котла – 120:10*1,2 (20% запаса) = 14,4 кВт, всегда округляем в большую сторону – т.е. 15 кВт.

Таких простых и наиболее часто используемых расчетов достаточно в более, чем 90% случаев. Если же дом слегка или серьезно утеплен, находится в южной части страны или, наоборот, находится в северной части страны, имеет большую площадь остекления, показатель может быть скорректирован на 10-50% в меньшую или большую сторону.

Как точно рассчитать необходимую мощность котла
Индивидуальный расчет, формула и корректирующие коэффициенты

Лучшие известные производители и модели: характеристики и цены

Stropuva S15U

Известная литовская модель мощностью 15 кВт, по сути один из лучших котлов верхнего горения для отопления частного дома. Модель S15U, в отличие от обычной S15, – универсальная, т.е. способна работать на дровах, угле, торфе, пеллетах. Производитель рекомендует использовать в качестве топлива каменный уголь. На практике, при полной загрузке (217 л) качественным каменным углем длительность горения может достигать 7 суток. КПД, в зависимости от используемого топлива, – 85-90%.

При топке дровами котел имеет существенные недостатки: высокие требования к сухости дров и высокий уровень образования на стенках топки дегтя. Также недостатком является огромный вес – 205 кг. В остальном согласно практике монтажа и отзывам владельцев, котел беспроблемно работает уже на протяжении более 7 лет.

Стоимость: 81 500–101 770 рублей.

Котлы с длительностью горения одной закладки топлива до 7 суток

LIEPSNELE L20U

Еще одна универсальная литовская модель мощностью 20 кВт, отличный аналог Стропувы – превосходящий ее по характеристикам, но и более дорогой. Отличается модель одной из самых объемных на рынке камер сгорания – 320 л, а также высоким КПД – до 91%. Теплообменник чугунный, в стальном корпусе.

Котел известен своей надежностью, качеством используемых сплавов и сборкой, а также абсолютной «всеядностью»: можно сжигать дрова, опилки, стружка, пеллеты, уголь или даже торф. Однако стоит помнить о длительности горения каждого из видов топлива. Наиболее длительное горения достигается при сжигании каменного угля: вплоть до 7 суток.

Единственным недостатком является довольно низкое допустимое давление в водяном контуре – 1,5 бар. Поэтому котел нельзя использовать в закрытых системах отопления больших домов, где давление в контуре часто в пределах 1,7-2,5 бар.

Стоимость: 110 000-125 000 руб.

Galmet TOP-20

Польский универсальный котел верхнего горения стандартной компоновки мощностью 20 кВт. Отличается максимальной автоматизацией работы: уже в базовой комплектации предусмотрен умный PID-контроллер (автоматика), вентилятор, нагнетающий в топку воздух, возможность подключения внешнего термостата. В зависимости от комплектации, также оснащается погодозависимой автоматикой (уличный датчик). Также модель отличается наличием качественной теплоизоляции, которая минимизирует теплопотери через корпус котла.

Тем не менее, несмотря на качество материалов и умную автоматику, в отличие от шахтных вертикальных котлов, имеет более низкий КПД – 87%. Теплообменник в отличие от предыдущих моделей – стальной, хотя и с толстыми стенками (6 мм против стандартных 4 мм в других моделях), что в теории продлевает срок службы до 15 и более лет.

Стоимость: 89 000-90 900 руб.

НЕДЕЛЬКА КО-60

Известная модель российского производства большой мощности (60 кВт). Название модели говорит за себя – длительность горения на одной закладке угля – до 7 суток, при объеме топочной камеры 160 л.

КПД при использовании качественных сортов угля достигает 92%. В качестве топлива можно использовать и дрова, торф, пеллеты. Теплообменник и корпус котла изготовлены из крайне толстой печной стали, что отразилось и на весе в 420 кг. Несмотря на огромную теплопроизводительность, котел рационально использовать при отапливаемой площади не более 200-250 м 2 . При большей площади достигнуть длительности горения в 7 суток невозможно.

Существенным недостатком является крайне высокая цена, сравнимая с более качественными по сплавам, сборке и конструкции зарубежными моделям. Тем не менее, котел представляет отличную альтернативу.