biathlonmordovia.ru → Электрокомпоненты

Делаем твердотопливный котел своими руками. Из каких материалов и как самостоятельно изготовить котел для водяного отопления на дрова Металлический водяной котел отопления своими руками

Самодельные твердотопливные установки приобретают необычайную популярность. Связано это с подорожанием энергоносителей. В отличие от электричества и газа, уголь и дрова все еще доступны по цене. Спрос на такое оборудование растет, соответственно возрастает и стоимость. Удорожание приводит к тому, что купить его может не каждый. Альтернативой дорогостоящим моделям могут стать самодельные котлы для отопления частного дома, изготовленные по чертежам, схемам и расчетам уже проверенных на деле устройств. Они дешевле, но в работе не уступают заводским.

Виды твердотопливных установок

Устройства на твердом топливе бывают четырех видов. У каждого из них своя конструкция, КПД, схема и обслуживание. Рассмотрим общую схему и принцип действия каждого из них:

Классический твердотопливный котел с чугунным или стальным теплообменником и КПД 85%. Принцип работы заключается в том, что дрова или другое твердое топливо загружаются в топку. В процессе горения происходит нагревание воды в баке, которая поступает в систему отопления и ГВС. Для удаления дыма в конструкции предусмотрен дымоход.
Пеллетный отопительный агрегат с КПД 90% и автоматической подачей топлива системой бункер + шнек, которая является его преимуществом и недостатком одновременно. Дело в том, что такую конструкцию изготовить своими руками сложно.
Пиролизный котел отличается принципом работы: процесс горения происходит в два этапа. На первом топливо сгорает при недостатке кислорода, в результате чего образуются пиролизные газы, поступающие в другую камеру. В результате их сгорания также выделяется тепло. Это более эффективный и экономичный агрегат с КПД 92%.
Отопительный теплогенератор длительного горения представляет собой конструкцию, процесс горения в которой происходит в несколько этапов. Большое количество топлива загружается в топку. Сначала оно тлеет при минимальной подаче. Образующиеся газы поступают в камеру сгорания и загораются от кислорода, активно подающегося в нее. Выработке большого количества тепла способствует то, что дрова начинают прогорать сверху.

Пиролизные отопительные установки более эффективны, экономят топливо, но классический вариант с прямым сгоранием дров проще для изготовления своими руками

Принцип действия и преимущества

Практика использования твердотопливных установок с водяным контуром показывает, что самым простым и приемлемым вариантом является изготовление и применение для отопления дома классических самодельных устройств прямого горения на дровах.

Самодельные твердотопливные установки для обогрева частного дома – хорошая альтернатива дорогостоящему газовому и электрическому оборудованию

Преимущества самодельной установки

Помимо экономии средств, выбор в пользу самодельной установки имеет и другие преимущества:

Профессионально выполненный из качественных материалов и комплектующих теплогенератор выдерживает критические нагрузки при избыточном давлении до 4 Атм. Такие ситуации случаются при закипании воды в рубашке и теплообменнике по причине прекращения циркуляции теплоносителя, возникающего по разным причинам. Последствием высокого давления пара может стать разрыв теплообменника в слабом месте.
При изготовлении конструкции своими руками есть возможность ее усовершенствования в соответствии с вашими требованиями, своей системой отопления, под доступный вид топлива.
Модернизацию установки проводят поэтапно. После года успешной эксплуатации базовой модели можно ее автоматизировать, добавив комплект автоматики. Делается это в перерыве между отопительными сезонами. На следующий год вносятся новые, улучшающие систему изменения.

Правильно обустроенная отопительная система, практичный, надежный и экономичный котел, изготовленный собственноручно, на долгие годы обеспечат комфорт и уют в вашем доме

Принцип действия базового отопительного агрегата

Принцип действия простой: дрова закладываются в топку, поджигаются и горят при естественной тяге дымохода. Тепло отдается водяной рубашке и теплообменнику. Интенсивность горения регулируется при помощи дверцы зольника, в народе называемого поддувалом. Количество воздуха, поступающего через колосниковую решетку в топку, дозируется открыванием этой самой дверцы. Схема работы теплообменника такова: сквозь дымогарные трубы проходят дымовые газы высокой температуры, отдающие тепло омывающей их воде.
Классическая базовая конструкция отличается:

простотой изготовления;
удобством обслуживания;
не ограничивает влажность дров;
ремонтопригодностью, возможностью модернизации и устранения недостатков, обнаруженных при эксплуатации.

Объем камеры сгорания определяется методом расчета под свои условия или на основании готового расчета по мощности агрегата, отапливаемой площади и т.д. Частью камеры сгорания является камера отвода горячих газов, через которую происходит их подача к дымоходу для дальнейшего выведения.

Схема устройства классического отопительного котла достаточно проста. Это наиболее доступный вариант для изготовления своими руками

Особенности изготовления и выбор материалов

Кроме знаний, навыков, чертежей и схем, для изготовления отопительного оборудования необходимо запастись материалами и инструментами. Что необходимо для изготовления оборудования?

Материалы и инструменты для изготовления оборудования

Материалы:

Пластины из жаростойкой стали толщиной 4-5 мм для создания топки.
Стальные листы толщиной 2-3 мм для изготовления корпуса.
Стальные трубы для теплообменника, длина и диаметр которых рассчитываются индивидуально.
Металлические трубы для дымохода.
Арочная плита и решетка колосника.
Дверца камеры сгорания зольника.
Жароустойчивый кирпич.
Раствор цемента.

Инструменты

Сварочное оборудование с запасом электродов.
Устройство для газовой резки.
Болгарка с дисками.
Аппарат для сгибания труб.
Уровень, рулетка, маркер.

Самодельные котлы для отопления частного дома обычно изготавливаются из металла. В домашних условиях сделать чугунную топку почти невозможно, покупка новой обойдется дорого. Многие домовладельцы заказывают их мастерам, специализирующимся на изготовлении отопительного оборудования. Чтобы в будущем не столкнуться с дефектами в работе отопления, рекомендуется принимать участие в процессе. Закупка материалов и комплектующих, сборка котла отопления, установка и испытание готового устройства должны проходить в вашем присутствии.

Так как в камере сжигания твердотопливного устройства очень высокая температура, ее изготавливают из дорогостоящей легированной жаропрочной стали (нержавейки) 5 мм толщины. В целях экономии и упрощения сварочных работ вместо нержавейки нередко используются обычные толстые листы стали. Такие изделия недолговечны, а от температурных перепадов стальные стены могут деформироваться.

Надежная и эффективная самодельная твердотопливная установка обойдется дешевле заводской

Важно! Дополнительная защита камеры обеспечивается при помощи огнеупорного кирпича. Топка при этом делается большего размера.

Водяная рубашка изготавливается из обычного металла Ст 20 3 мм толщины. Такую сталь используют в производстве труб для горячей воды и пара. Поэтому для теплообменника подойдут дымогарные трубы диаметром 48-76 из этой же марки стали. Конструкция рубашки должна быть максимально жесткой. Это качество обеспечивается за счет приваривания к наружным стенкам топки ребер жесткости с шагом 120-150 мм. Внешние стенки резервуара также привариваются к ребрам.

Обратите внимание! В случае отключения электричества самодельные котлы для водяного отопления частного дома работают в режиме принудительной циркуляции. Жесткость необходима для того, чтобы обшивка рубашки при закипании не раздулась и выдержала давление пара.

Дверцы поддувала и топки должны быть двухслойными. Между металлическими слоями необходимо вложить теплоизоляционный слой из асбеста, базальтового волокна или их комбинации. Эти же материалы можно использовать для утепления корпуса. Петли на дверцах делаются регулируемыми, а притворы – герметизируются асбестовым шнуром. Чтобы не обжигать руки, запорные рукоятки оснащаются эбонитовыми или текстолитовыми насадками.

Как подключить отопительное оборудование

Эффективность работы самодельного дровяного оборудования обеспечивается хорошей естественной тягой из дымохода. Чтобы рабочая тяга была достаточной, труба должна иметь высоту не менее 5 – 6 м, а диаметр патрубка в корпусе котла примерно 150 мм в диаметре. Для упрощения розжига в камере сжигания, в обход теплообменника, на наружной боковой стенке делается канал прямой тяги с рукояткой и заслонкой.

Важно! Диаметр отверстия канала должен совпадать с диаметром дымохода и располагаться напротив его патрубка.

При эксплуатации немаловажная роль отводится правильной обвязке отопительного прибора. При работе гравитационной системы отопления, для которой нет необходимости в электричестве, проблем никаких не будет. И все же лучше, если при разгоне котла, во избежание образования конденсата на внутренних стенках топки, холодная вода из системы не попадет в рубашку.

Конденсат, смешиваясь с золой, оседает на поверхности и образует плохо счищающийся черный налет. Поэтому будет лучше, если на выходе теплоносителя из агрегата сделать байпас с трехходовым термостатическим клапаном, настроенным на 55 или 60 градусов. В таком случае циркуляция теплоносителя происходит по малому кругу, до температуры нагрева 60⁰. После этого термостат начнет добавлять из системы холодную воду.

Для предохранения оборудования, работающего с электрическим насосом, в водяную рубашку врезается предохранительный клапан

Если отопительная система в частном доме функционирует с насосом, то возникает опасность, что при отключении электричества котел закипит. Чтобы его защитить, нужно выполнить ряд мероприятий:

Врезать в водяную рубашку предохранительный клапан, с помощью которого при превышении давления будет сбрасываться пар.
Для дальнейшей работы насоса потребуется источник бесперебойного питания и дизельная электростанция. Аккумулятор может работать непродолжительное время, поэтому без электрического генератора не обойтись.
Для естественной циркуляции воды из бака в котел и предупреждения закипания потребуется установить теплоаккумулирующую емкость. Она поддержит тепло в доме после сгорания дров.

Видео: изготовление твердотопливного котла длительного горения

Недорогой и простой в эксплуатации самодельный котел для водяного отопления на дровах – единственная доступная альтернатива дорогостоящему электричеству и газу. От того, насколько качественно он будет изготовлен и правильно установлен, будет зависеть тепло и комфорт в вашем доме.

«Котел это по правде печь в бочке с водой»… и КПД такого агрегата будет в лучшем случае 10%, а то и 3-5%. Уж какой-никакой, а твердотопливный котел вовсе не печь, а печь на твердом топливе – не водогрейный котел. Дело в том, что процесс сгорания твердого топлива, в отличие о газа или горючих жидкостей, непременно растянут в пространстве и времени. Газ или масло можно полностью сжечь сразу в небольшом промежутке от сопла до диффузора горелки, а дрова-уголь – нет. Поэтому и требования к конструкции котла отопления на твердом топливе иные, чем для отопительной печи, просто так засунуть в нее водогрейку контура отопления в непрерывной циркуляцией нельзя. Почему так, и как должен быть устроен отопительный котел непрерывного действия, и предназначена разъяснить эта статья.

Свой котел отопления в частном доме или квартире становится необходимостью. Газ и жидкое топливо неуклонно дорожают, а взамен в продаже появляется недорогое альтернативное топливо, напр. из отходов растениеводства – соломы, лузки, шелухи. Это только с точки зрения хозяев дома, не говоря уже о том, что переход на индивидуальное отопление позволит избавиться от потерь энергии в магистралях ТЭЦ и проводах ЛЭП, а они отнюдь не малы, до 30%

Газовый котел самому делать нельзя, хотя бы потому, что никто не даст разрешения на его эксплуатацию. Индивидуальные котлы на жидком топливе для отопления жилых помещений применять запрещено вследствие их высокой пожаро- и взрывоопасности при децентрализованном использовании. А вот котел на твердом топливе можно и сделать своими руками, и оформить его официально, точно так же, как отопительную печь. Это, пожалуй, единственное, что у них принципиально общего.

Особенности твердого топлива

Твердое топливо горит не очень быстро, и в видимом его пламени сгорают далеко не все компоненты, несущие тепловую энергию. Для полного догорания дымовых газов необходима высокая, но вполне определенная температура, иначе возникнут условия для протекания эндотермических реакций (напр. окисления азота), продукты которых унесут энергию топлива в трубу.

Почему котел не печь?

Печь – устройство циклического действия. В ее топку загружают сразу столько топлива, чтобы его энергии хватило до следующей протопки. Избыток энергии сгорания загрузки топлива частично используется для поддержания оптимальной для дожигания температуры в газовом тракте печи (ее конвективной системе), а частично поглощается телом печи. По мере прогорания загрузки соотношение этих частей энергии топлива меняется, и внутри печи циркулирует мощный поток тепла, в несколько раз мощнее, чем текущие потребности в нем для обогрева.

Тело печи представляет собой, таким образом, тепловой аккумулятор: основной обогрев помещения происходит за счет ее остывания после протопки. Поэтому отбирать циркулирующее в печи тепло нельзя, от этого тем или иным образом нарушится ее внутренний тепловой баланс, и КПД резко упадет. Можно, и то не во всяком месте конвекционной системы, взять до 5% на подпитку накопительного бака ГВС. Также для печи не нужна оперативная регулировка ее тепловой мощности, достаточно загрузить топлива исходя из требуемой среднечасовой на время между протопками.

Водяной котел, все равно на каком топливе – устройство непрерывного действия. Теплоноситель в системе все время циркулирует, иначе она греть не будет, а котел должен в каждый конкретный момент дать тепла ровно столько, сколько ушло наружу из-за теплопотерь. Т.е., топливо в котел нужно либо периодически подгружать, либо обеспечить оперативную регулировку тепловой мощности в достаточно широких пределах.

Второй момент – дымовые газы. К теплообменнику они должны подойти, во-первых, возможно более горячими, чтобы обеспечить высокий КПД. Во-вторых, они должны быть прогоревшими полностью, иначе энергия топлива осядет на регистре сажей, которую нужно будет еще и чистить.

Наконец, если печь греет вокруг себя, то котел как источник тепла и его потребители разнесены. Для котла необходимо отдельное помещение (котельная или топочная): вследствие высокой концентрации тепла в котле его пожарная опасность намного выше, чем и печи.

Примечание: индивидуальная котельная жилого дома должна иметь объем не менее 8 куб. м, потолок не менее 2,2 м высотой, открывающееся окно не менее 0,7 кв. м, постоянный (без задвижек) приток свежего воздуха, отдельный от прочих коммуникаций дымовой канал и противопожарную развязку от остальных комнат.

Отсюда следуют, во-первых, требования к топке котла:

Она должна обеспечивать быстрое и полное сгорание топлива без сложной конвекционной системы. Этого можно добиться только в топке из материалов с как можно меньшей теплопроводностью, т.к. для быстрого догорания газов требуется высокая концентрация тепла.
Сама топка и связанные с ней по теплу части конструкции должны иметь возможно меньшую теплоемкость: все тепло, ушедшее на их нагрев, останется в котельной.

Эти требования изначально противоречивы: материалы, плохо проводящие тепло, как правило хорошо его накапливают. Поэтому обычная печная топка для котла не пойдет, нужна какая-то специальная.

Теплообменный регистр

Теплообменник – важнейший узел отопительного котла, он в основном и определяет его КПД. По конструкции теплообменника и называют весь котел. В бытовых отопительных котлах применяют теплообменники – водяные рубашки и трубчатые, горизонтальные или вертикальные.

Котел с водяной рубашкой – это та самая «печка в бочке», теплообменный регистр в виде бака окружает в нем топку. Котел с рубашкой может быть и довольно экономичным при одном условии: если горение в топке беспламенное. Пламенная твердотопливная топка непременно требует дожигания отходящих газов, а в контакте с рубашкой их температура сразу падает ниже необходимого для этого значения. В результате – КПД до 15% и усиленное осаждение сажи, а то и кислотного конденсата.

Горизонтальные регистры, вообще говоря, всегда наклонные: их горячий конец (подача) должен быть приподнят над холодным (обраткой), иначе теплоноситель пойдет вспять, а отказ принудительной циркуляции немедленно приведет к тяжелой аварии. В вертикальных регистрах трубы расположены вертикально или в небольшим наклоном в сторону. И там, и там трубы, чтобы газы лучше в них «запутывались», располагают рядами в шахматном порядке.

Относительно направлений движения горячих газов и теплоносителя трубные регистры делятся на:

Проточные – газы проходят в общем перпендикулярно току теплоносителя. Чаще всего такая схема применяется в горизонтальных промышленных котлах большой мощности ради меньшей их высоты, что удешевляет установку. В бытовых ситуация получается обратная: чтобы регистр как следует уловил тепло, его приходится делать вытянутым вверх выше потолка.
Противоточные – газы и теплоноситель движутся вдоль одной линии навстречу друг другу. Такая схема дает наиболее эффективную теплопередачу и наивысший КПД.
Поточные – газы и теплоноситель движутся параллельно в одном направлении. Применяется редко в котлах специального назначения, т.к. КПД при этом плохой, а износ оборудования большой.

Далее, теплообменники выполняются огнетрубными и водотрубными. В огнетрубных дымогарные трубы с дымовыми газами проходят сквозь бак с водой. Огнетрубные регистры работают стабильно, а вертикальные дают неплохой КПД даже в поточной схеме, т.к. в баке устанавливается внутренняя циркуляция воды.

Однако, если рассчитать оптимальный для передачи тепла от газа к воде температурный градиент исходя из соотношения их плотности и теплоемкости, то он оказывается примерно 250 градусов. А чтобы протолкнуть этот поток тепла сквозь стенку стальной трубы в 4 мм (меньше нельзя, очень быстро прогорит) без заметных потерь на теплопроводность металла, нужно еще около 200 градусов. В итоге, внутренняя поверхность дымогарной трубы должна быть раскалена до 500-600 градусов; 50-150 градусов – эксплуатационный запас на обводненность топлива и пр.

Из-за этого срок службы дымогарных труб ограничен, особенно в больших котлах. Кроме того, КПД огнетрубного котла невелик, он определяется отношением температур поступающих в регистр горячих газов и выходящих в дымоход. Давать остывать газам ниже 450-500 градусов в огнетрубном котле нельзя, а температура в обычной топке не превышает 1100-1200 градусов. По формуле Карно выходит, что КПД выше 63% не получить, да еще КПД топки не больше 80%, так что всего получается 50%, что совсем плохо.

В малых бытовых котлах эти особенности сказываются слабее, т.к. при уменьшении размеров котла отношение поверхности регистра к объему дымовых газов в нем увеличивается, это т.наз. закон квадрата-куба. В современных пирозизных котлах температура в камере сгорания доходит до 1600 градусов, КПД их топки под 100%, а регистры фирменных котлов в гарантией на 5 и более лет делают только тонкостенными из жаропрочной спецстали. В них газам можно дать остыть до 180-250 градусов, и общий КПД доходит до 85-86%

Примечание: чугун для дымогарных труб вообще непригоден, трескается.

В водотрубных регистрах теплоноситель течет по трубам, помещенным в жаровую камеру, куда поступают горячие газы. Теперь градиенты температур и закон квадрата-куба действуют наоборот: при 1000 градусах в камере внешняя поверхность труб будет нагрета всего до 400 градусов, а внутренняя – до температуры теплоносителя. В итоге – трубы из обычной стали служат долго и КПД котла около 80%

Но горизонтальные проточные водотрубные котлы склонны к т. наз. «бухтению». Вода в нижних трубах оказывается гораздо горячее, чем в верхних. Она и проталкивается на подачу в первую очередь, давление падает, и воду «выплевывают» более холодные верхние трубы. «Бухтение» не только дает шуму, тепла и комфорта столько же, сколько сосед – пьяница и скандалист, но и чревато порывом в системе из-за гидроударов.

Вертикальные водотрубные котлы не бухтят, но, если проектируется водотрубный котел в дом, регистр нужно располагать на опуске дымохода, в том его участке, где горячие газы идут сверху вниз. У поточного, с одинаковым направлением движения газов и теплоносителя, водотрубного котла, КПД резко падает и на трубах возле подачи интенсивно осаждается сажа, а делать обратку выше подачи вообще недопустимо.

О емкости теплообменника

Отношение емкостей теплообменника и всей системы охлаждения берут не произвольно. Скорость передачи тепла от газов к воде не бесконечна, вода в регистре должна успеть принять в себя тепло, прежде чем уйдет в систему. С другой стороны, нагретая внешняя поверхность регистра отдает тепло воздуху, и оно зря пропадает в котельной.

Слишком маленький регистр склонен к вскипанию и требует точной быстрой регулировки мощности топки, что в твердотопливных котлах недостижимо. Регистр большого объема долго прогревается и при плохой наружной теплоизоляции котла или ее отсутствии теряет много тепла, причем воздух в котельной может прогреться выше допустимого по пожарной безопасности и ТУ на котел.

Величина емкости теплообменника твердотопливных котлов колеблется в пределах 5-25% от емкости системы. Это нужно учесть при выборе котла. Напр., для отопления по расчету получилось всего 30 секций радиаторов (батарей) по 15 л каждая. С водой в трубах и расширительным баком полная емкость системы окажется около 470 л. Емкость регистра котла должна быть в пределах 23,5-117,5 л.

Примечание: существует правило – чем больше теплотворная способность твердого топлива, тем больше должна быть относительная емкость регистра котла. Поэтому, если котел угольный, емкость регистра нужно брать ближе к верхнему значению, а для дровяного – к нижнему. Для котлов медленного горения это правило не справедливо, емкость их регистров рассчитывают исходя из наибольшего КПД котла.

Из чего делать теплообменник?

Чугун как материал для регистра котла современным требованиям не удовлетворяет:

Малая теплопроводность чугуна ведет к низкому КПД котла, т.к. остужать отходящие газы ниже 450-500 градусов нельзя, сквозь чугун в воду не пройдет тепла сколько нужно.
Большая теплоемкость чугуна также его минус: котел должен быстро отдать тепло в систему, пока оно не улетучилось куда-то еще.
Чугунные теплообменники не вписываются в современные требования по массогабаритам.

Для примера возьмем секцию М-140 от старой советской чугунной батареи. Площадь ее поверхности – 0,254 кв. м. Для обогрева 80 кв. м. жилой площади нужна поверхность теплообмена в котле примерно 3 кв. м, т.е. 12 секций. Видали вы батарею на 12 секций? Представьте себе, каков должен быть котел, в котором она поместится. А нагрузка от него на пол точно превысит предельную по СНиП, и под котел придется делать отдельный фундамент. В общем, 1-2 чугунные секции пойдут на теплообменник, подпитывающий накопительный бак ГВС, но для отопительного котла вопрос о чугунном регистре можно считать закрытым.

Регистры современных заводских котлов делают из жаропрочной и жаростойкой спецстали, но для их изготовления нужны производственные условия. Остается обычная конструкционная сталь, но она при 400 и выше градусах очень быстро коррозирует, поэтому огнетрубные котлы из стали нужно выбирать для покупки или разрабатывать очень осторожно.

Кроме того, сталь хорошо проводит тепло. С одной стороны, это неплохо, можно рассчитывать простыми средствами получить хороший КПД. С другой, нельзя давать обратке охлаждаться ниже 65 градусов, иначе на регистр в котле выпадет из дымовых газов кислотный конденсат, который может проесть трубы в течение часа. Исключить возможность его осаждения можно 2 способами:

При мощности котла до 12 кВт достаточно перепускного клапана между подачей и обраткой котла.
При большей мощности и/или обогреваемой площади более 160 кв. м нужен еще элеваторный узел, а котел должен работать в режиме перегрева воды под давлением.

Перепускной клапан управляется либо электрически от термодатчика, либо энергонезависимо: от биметаллической пластины с тягой, от плавящегося в специальной емкости воска и пр. Как только температура в обратке упадет ниже 70-75 градусов, он подпускает в нее горячую воду из подачи.

Элеваторный узел, или просто элеватор (см. рис.) действует наоборот: вода в котле нагревается до 110-120 градусов под давлением до 6 ати, что исключает закипание. Для этого температуру горения топлива повышают, что увеличивает КПД и исключает выпадение конденсата. А перед подачей в систему горячую воду разбавляют обраткой.

В том и другом случае необходима принудительная циркуляция воды. Тем не менее, стальной котел на термосифонной циркуляции, не требующий электропитания для циркуляционного насоса, создать вполне возможно. Некоторые конструкции будут рассмотрены далее.

Циркуляция и котел

Термосифонная (гравитационная) циркуляция воды не позволяет обогреть помещение площадью более 50-60 кв. м. Дело не только в том, что воде трудно протискиваться по развитой системе труб и радиаторов: если при полном расширительном баке открыть сливной кран, вода хлынет сильной струей. Дело в том, что энергия на проталкивание воды по трубам при этом берется от топлива, а КПД преобразования тепла в движение в термосифонной системе мизерный. Поэтому и КПД котла в целом падает.

Но для циркуляционного насоса нужно электричество (50-200 Вт), которое может пропасть. UPS (источник бесперебойного питания) на 12-24 часа автономной работы очень дорог, поэтому правильно спроектированный котел рассчитывают на принудительную циркуляцию, а при пропадании электроснабжения он должен без постороннего вмешательства переходить в термосифонный режим, когда отопление еле теплится, но все-таки греет.

Как ставят котел?

Из требования минимальной собственной теплоемкости котла непосредственно вытекает его небольшой сравнительно с печью вес и весовая нагрузка от него на единицу площади пола. Как правило, она не превышает минимально допустимых по СНиП для настила пола 250 кг/кв. м. Поэтому установка котла допустима без фундамента и даже разбора настила, в т.ч. и на верхних этажах.

Ставят котел на ровную устойчивую поверхность. Если пол играет, его придется в месте установки котла все-таки разобрать до бетонной стяжки с выносом в стороны не менее 150 мм. Основу под котел застилают асбестом или базальтовым картоном толщиной 4-6 мм, а на него кладут лист кровельного железа толщиной 1,5-2 мм. Далее, если настил разбирался, низ котла обмуровывают цементно-песчаным раствором до уровня пола.

Вокруг выступающего над полом котла делают теплоизоляцию, такую же, как под низом: асбест или базальтовый картон, а на нем – железо. Вынос изоляции в стороны от котла от 150 мм, а перед дверцей топки не менее 300 мм. Если котел допускает догрузку топлива до прогорания предыдущей порции, то вынос перед топкой нужен от 600 мм. Под котел, который ставят прямо на пол, подкладывают только теплоизоляцию, накрытую стальным листом. Вынос – как в предыдущем случае.

Для котла на твердом топливе обязательно нужна отдельная котельная . Требования к ней приведены выше. Кроме того, почти все твердотопливные котлы не допускают регулировки мощности в широких пределах, поэтому для них нужна полноценная обвязка – комплект дополнительного оборудования, обеспечивающий эффективную и безаварийную работу. Мы о ней поговорим далее, но вообще обвязка котла – отдельная большая тема. Здесь упомянем только о непреложных правилах:

Монтаж обвязки ведется в противоток воде, от обратки к подаче.
По окончании монтажа его правильность и качество соединений проверяют зрительно по схеме.
К монтажу системы отопления в доме приступают только после обвязки котла.
До загрузки топлива и, если требуется, подачи электропитания, всю систему заполняют холодной водой и в течение суток контролируют все стыки на протечку. В данном случае вода именно вода, а не какой-то другой теплоноситель.
Если протечек нет, или по их устранении, котел запускают на воде, непрерывно контролируя температуру и давление в системе.
По достижении номинальной температуры контролируют давление в течение 15 мин, оно не должно изменяться более чем на 0,2 бар, этот процесс называется опрессовкой.
После опрессовки котел гасят, системе дают полностью остыть.
Сливают воду, заливают штатный теплоноситель.
Еще раз сутки контролируют стыки на протечку. Если все в порядке – запускают котел. Нет – устраняют протечки, и снова суточный контроль перед запуском.

Выбираем котел

Теперь мы знаем достаточно, чтобы выбрать котел исходя из предполагаемого вида топлива и его назначения. Приступим.

Дровяные

Теплотворная способность дров невелика, у лучших – менее 5000 ккал/кг. Сгорают дрова довольно быстро, выделяя большой объем требующих дожигания летучих компонент. Поэтому на высокий КПД на дровах лучше не рассчитывать, зато их можно найти почти везде.

Дровяной в дом

Домашний дровяной котел может быть только длительного горения, иначе бьет его по всем статьям. Промышленные конструкции, напр. известный КВр, стоят от 50 000 руб., что все-таки дешевле строительства печи, не требуют электропитания и допускают регулировку мощности для обогрева в межсезонье. Как правило, они работают и на угле, и на любом твердом топливе, кроме опилок, но на угле расход топлива будет много выше: теплоотдача с одной загрузки 60-72 часа, а у специализированных угольных – до 20 суток.

Тем не менее, дровяной котел длительного горения может пригодиться в тех местах, где нет регулярной доставки угля и квалифицированного теплотехнического сервиса. Стоит он раза в полтора дешевле угольного, его рубашечная конструкция очень надежна и позволяет построить термосифонную систему отопления площади до 100 кв. м.. В сочетании с тлением топлива тонким слоем и довольно большим объемом рубашки вскипание воды исключено, поэтому обвязки достаточно такой же, как для титана. Подключение котла длительного горения на дровах тоже не сложнее, чем титана, и может быть выполнено самостоятельно неквалифицированным владельцем.

О кирпичных котлах

Схема устройства котла “Благо”

Кирпич – друг печи и враг котла из-за того, что придает конструкции большую тепловую инерцию и вес. Пожалуй, единственный кирпичный котел, в котором кирпич на своем месте – пиролизный «Благо» Беляева, схема на рис. И то, его роль здесь совсем иная: из шамотного кирпича выполнена футеровка камеры сгорания. Теплообменник водотрубный горизонтальный; проблема бухтения решена тем, что трубы регистра – одинарные, плоские, вытянутые в высоту.

Котел Беляева действительно всеяден, причем предусмотрены 2 отдельных бункера для загрузки разных видов топлива без останова котла. На антраците «Благо» может работать несколько суток, на опилках – до суток.

К сожалению, котел Беляева довольно дорог, из-за шамотной футеровки плохо транспортабелен и требует, как и все пиролизные котлы, сложной и дорогой обвязки. Мощность его регулируется в небольших пределах перепуском дымовых газов, поэтому хороший КПД в среднем за сезон он покажет только в местах с продолжительными сильными морозами.

О котлах в печи

Котел в печи, о которых сейчас столько говорят и пишут – водотрубный теплообменник, замурованный в печную кладку, см. рис. ниже. Идея такова: печь после протопки должна отдать тепло более регистру, чем в окружающий воздух. Скажем сразу: сообщения о КПД в 80-90% не то что сомнительны, а просто фантастичны. Лучшая кирпичная печь сама по себе имеет КПД не выше 75%, а площадь ее наружной поверхности будет не меньше 10-12 кв. м. Площадь же поверхности регистра вряд ли более 5 кв. м. Итого в воду уйдет менее половины накопленного печью тепла, а общий КПД будет ниже 40%

Следующий момент – печь с регистром сразу теряет свойство . Топить ее не в сезон с пустым регистром ни в коем случае нельзя. ТКР (температурный коэффициент расширения) металла много больше, чем у кирпича, и раздувшийся от перегрева теплообменник порвет печь на глазах. Тепловые швы делу не помогут, регистр не лист или балка, а объемная конструкция, и его распирает сразу во все стороны.

Есть тут и другие нюансы, но общий вывод однозначен: печь – это печь, а котел – это котел. И плод их насильственного противоестественного союза печной котел жизнеспособным не будет.

Обвязка котла

Котлы, исключающие вскипание воды (рубашечные длительного горения, титаны) не могут быть выполнены на мощность более 15-20 кВт и вытянуты в высоту. Поэтому обогрев своей площади они всегда обеспечивают в термосифонном режиме, хотя и циркуляционный насос, конечно, не помешает. Их обвязка кроме расширительного бачка включает в себя только воздушный дренажный кран в самой верхней точке трубопровода подачи и сливной кран в низшей точке обратки.

Обвязка твердотопливных котлов других типов должна обеспечивать набор функций, с которым лучше разобраться по рис. справа:

группа безопасности: дренажный воздушный кран, общий манометр и прорывной клапан для выпуска пара при вскипании;
накопительный бак аварийного охлаждения;
его поплавковый кран, такой же, как в унитазе;
термоклапан запуска аварийного охлаждения с его датчиком;
MAG-блок – сливной вентиль, аварийный сливной клапан и манометр, собранные в одном корпусе и подключенные к мембранному расширительному баку;
узел принудительной циркуляции с обратным клапаном, циркуляционным насосом и электроуправляемым по температуре трехходовым перепускным клапаном;
интеркулер – радиатор аварийного охлаждения.

Поз. 2-4 и 7 составляют группу сброса мощности. Как уже сказано, твердотопливные котлы по мощности регулируются в небольших пределах, и при внезапном потеплении вся система может недопустимо, вплоть до порыва, перегреться. Тогда термоклапан 4 пускает водопроводную воду в интеркулер, а она охлаждает подачу до нормы.

Примечание: хозяйские денежки за топливо и воду при этом тихо-мирно утекают в канализацию. Поэтому котлы на твердом топливе для мест с мягкой зимой и затяжным межсезоньем непригодны.

Группа принудительной циркуляции в штатном режиме перепускает часть подачи в обратку, чтобы ее температура не упала ниже 65 градусов, см. выше. При отключении электропитания термоклапан захлопывается. В радиаторы отопления поступает воды столько, сколько они пропустят в термосифонном режиме, лишь бы в комнатах жить можно было. А вот термоклапан интеркулера полностью открывается (он держится закрытым под напряжением), и избыток тепла опять уносит в сток хозяйские деньги.

Примечание: если вместе с электричеством пропала и вода, котел нужно срочно тушить. Когда вода из бака 2 вытечет, система вскипит.

Котлы со встроенной защитой от перегрева на 10-12% дороже обычных, но это с лихвой окупается упрощением обвязки и повышением надежности котла: избыток перегретой воды здесь выливается в открытый расширительный бак большой емкости, см. рис., откуда она, остыв, стекает в обратку. Система, кроме циркуляционного насоса 7, энергонезависима и переходит в термосифонный режим плавно, но при внезапном потеплении топливо все равно пропадает зря, а расширительный бак нужно устанавливать на чердаке.

Что касается пиролизных котлов, то типовую схему их обвязки приводим только для ознакомления. Все равно, ее профессиональный монтаж обойдется лишь в небольшую часть стоимости компонент. Для справки: один только теплоаккумулятор к котлу на 20 кВт стоит около $5000.

Примечание: мембранные расширительные баки в отличие от открытых устанавливаются на обратку в ее низшей точке.

Дымоходы для котлов

Дымоходы твердотопливных котлов рассчитываются в общем так же, как печные. Общий принцип: слишком узкий дымоход не даст нужной тяги. Для котла это особенно опасно, т.к. он топится непрерывно и угар может пойти ночью. Слишком широкий дымоход приводит к «просвисту»: холодный воздух по нему опускается в топку, выстуживая печь или регистр.

Дымоход котла должен удовлетворять следующим требованиям: расстояние от конька крыши и между разными дымоходами не менее 1,5 мм, вынос вверх над коньком тоже не менее 1,5 м. На крыше должен быть обеспечен безопасный доступ к дымоходу в любое время года. На каждом изломе дымохода вне котельной должна быть прочистная дверца, каждый проход трубы сквозь перекрытия должен быть теплоизолирован. Верхний конец трубы должен быть снабжен аэродинамическим колпаком, для дымохода котла он, в отличие от печного, обязателен. Также для дымохода котла обязателен сборник конденсата.

В целом расчет дымохода для котла несколько проще, чем для печи, т.к. дымоход котла не такой извилистый, теплообменник считается просто за решетчатую преграду. Поэтому можно строить обобщенные графики для разных расчетных случаев, напр. для дымохода с горизонтальным участком (боровом) в 2 м и сборником конденсата глубиной в 1,5 м, см. рис.

По таким графикам можно после точного расчета по местным данным прикинуть, не было ли грубой ошибки. Если расчетная точка где-то около своей обобщенной кривой, расчет правилен. В крайнем случае, придется нарастить или обрезать трубу на 0,3-0,5 м.

Примечание: если, скажем, для трубы высотой в 12 м кривой на мощность меньше 9 кВт нет, это не значит, что 9 кВт котел нельзя эксплуатировать с трубой покороче. Просто для труб пониже обобщенный расчет уже не получается, и считать нужно точно по местным данным.

Видео: пример строительства твердотопливного котла шахтного типа

Выводы

Истощение запасов энергоресурсов и подорожание топлива в корне изменили подход к конструированию бытовых отопительных котлов. Теперь от них, как и от промышленных, требуется высокая экономичность, малая тепловая инерция и возможность оперативного регулирования мощности в широких пределах.

В наше время отопительные котлы по заложенным в них основным принципам окончательно разошлись с печами и разделились на группы под разные климатические условия. В частности, рассмотренные котлы на твердом топливе пригодны для местностей с суровым климатом и продолжительными сильными морозами . Для мест с иным климатом предпочтительнее будут отопительные приборы других типов.

Самодельный котел для водяного отопления работает по следующему принципу: топливо сгорает, тем самым нагревая теплоноситель. Им может быть что угодно, но самым распространенным является вода.

Конечно, при покупке готового агрегата необходима только его установка, монтаж системы и контроль работы. Котел своими руками позволит сэкономить и сделать удобную систему обогрева.

Котлы ручной сборки, преимущества и недостатки

Как уже было сказано выше, котлы своими руками — это экономия. Приобретенная модель обойдется вдвое дороже с учетом всех затрат, которые вложены в него. Но самодельные уступают покупным по уровню КПД. Принцип работы остается неизменным: топливо, сгорая, образует тепло, поступающее в теплообменник в котором нагревается вода.

Собранные с помощью индивидуальной схемы, они не имеют гарантии — это их единственный недостаток. Ведь при поломке или каком-то дефекте в работе нет возможности просто отнести его на ремонт или замену. Поэтому как он будет сделан, так и будет работать. Качество, долгосрочность и безопасность работы зависит от хозяина. И ремонтировать в случае его поломки придется самостоятельно.

Чтобы обезопасить дом и отопление, желательно использовать следующие виды топлива:

дрова;
пеллеты;
электричество;
уголь.

Именно вышеперечисленные виды топлива считаются наиболее безопасными для использования в котле своими руками. Не рекомендуется и даже запрещается, т. к. являются очень опасными, газовые и дизельные. Монтаж их в жилом помещении может быть очень опасно и закончится летально при низком уровне знаний, которые необходимы при установке.

Котлы с водяным контуром подразделяются по тому, какой вид топлива будет использоваться для их работы. Далее рассмотрим самые распространенные их типы.

Образцы для обогрева на дровах

Котел на дровах — самый простой при самостоятельном изготовлении. Достать все материалы, которые будут необходимы для его изготовления, и инструменты либо достаточно просто. Топливо, которое потребляет котел на дровах, а именно сами дрова, всегда без проблем и в необходимом количестве можно приобрести.

Главное преимущество состоит в том, что дровяные котлы просты и универсальны, но есть и недостатки, которые заключаются в низком значении КПД.

Котел водяного отопления проще всего будет сделать из трубы, имеющей достаточно толстые стенки большого диаметра, внутри которой будет находиться труба чуть меньшего диаметра, играющая роль топки. Пространство, которое будет оставаться между трубами, заполняется теплоносителем.

Такое приспособление является практически универсальным, т. к. может выступать как котел отопительный твердотопливный с водяным контуром. Для твердотопливного водяного котла подходят абсолютно все типы твердого топлива. Наиболее распространенными видами твердого топлива, используемого в процессе эксплуатации водяного котла, являются уголь каменный и бурый, торфяные брикеты и др.

Пиролизные котлы

По сравнению с предыдущим видом эти водяные котлы для отопления отличаются высоким уровнем КПД. Это происходит за счет особого процесса горения. Дерево во время горения в топке водяного котла при малом уровне кислорода разделяется на древесный кокс и пиролизный газ. Вдобавок к этому большое количество воздуха дает воспламенение с выделением огромного количества тепла. По экономии этот тип водяного котла превосходит любой другой котел отопления на твердом топливе, т. к. одной закладки дров хватит на 12 часов, а то и больше, другие не могут похвастать таким долгим временем горения, у них оно не превышает 4 часа.

Процесс горения построен так, что твердых отходов практически не остается. А уровень горения газа легко регулируется.

Правда такие водяные котлы отопления имеют достаточно жесткие требования к влажности топлива, которое будет использовано. Влажность топлива не должна превышать 30%, в противном случае образуются водяные пары, в которых пиролизный газ горит намного хуже, а отсюда и меньший объем выделяемого тепла.

Материалы, из которых будет изготовлен водяной котел, обойдутся дороже предыдущего варианта, но все средства, которые затрачены на его изготовление, окупят себя в несколько отопительных сезонов.

Не всегда имеется возможность организовать газовое отопление в частном доме, а стоимость электрического отопления не позволяет его использовать. Кроме этого, нередко домовладельцы желают иметь дублирующую систему отопления для меньшей зависимости от поставок энергоносителей. В таких случаях домовладельцы обращаются к проверенному годами дедовскому способу отопления с использованием твердого топлива. При этом возникает вопрос, какое твердотопливное отопительное устройство даст возможность эффективно обогреть жилище.

Оборудование, работающее на твердом топливе

Сравнительный анализ отопительных устройств: котел или печь

Основные определения

Печь

Отопительный агрегат, работа которого основана на сжигании твердого топлива, в результате чего происходит выделение тепловой энергии с последующей передачей его в атмосферу помещения, называется печью. Устройство современных печей позволяет достичь максимально возможной эффективности для устройств подобного рода. Их КПД может составлять до 90%, что в определенной степени зависит от умений истопника.

Печь

Принято считать, что мощность печи достаточна только для домов с небольшой площадью, не более 70 кв. м. Усовершенствованные их конструкции, относящиеся к системам и Кузнецова, могут отопить большие площади, размер которых составляет более 150 кв.м. Несмотря на простоту конструкции Булерьяна, он обладает значительной мощностью и привлекательным внешним видом. Булерьян представляет собой , имеющую определенные конструктивные особенности в виде наличия труб, вмонтированных в металлический корпус. За счет перемещения воздуха по этим трубам при помощи конвекции нагревается помещение.

Печь Кузнецова характеризует применение специфического механизма движения дымовых газов за счет собственной массы. В этом устройстве создается повышенное давление и присутствует турбулентность, что позволяет повысить передачу тепла его стенками. Это повышает КПД и снижает расход энергоносителя. Конструкция гармонично вписывается в интерьер помещения.

Котел

Основным отличием котлов от печей является способ передачи тепла. В этом случае происходит нагрев теплоносителя, который в свою очередь передает тепловую энергию отапливаемым помещениям. Таким образом, теплогенератор непосредственного участия в обогреве помещений не принимает. Котел, работающий на твердом топливе, имеет техническую возможность осуществлять отопление значительных площадей. В качестве теплоносителя, в большинстве случаев, используется вода, возможно применение антифриза или масла, что менее распространено. В домах с большим числом комнат и большой этажности использование котлов предпочтительнее. Иногда использование котлов является единственно возможным способом организации отопления частного домостроения.

Котел

Монтаж отопительных устройств

Печь

Кладка печи возможна в процессе возведения дома, но очень проблематично ее сооружение в уже готовом здании. Исключением являются металлические конструкции печей. Процесс их установки связан с необходимостью создания дымохода. Кладка традиционной кирпичной печи требует творческого подхода с отступлением от типовых проектов. Также возникает необходимость в адаптации конструкции устройства, выполняемой по системе Кузнецова. Планировка должна быть произведена таким образом, чтобы помещения имели сопряжение с печью. Также при сооружении печи необходимо предусмотреть фундамент и проход для дымохода.

Этап строительства печи

Котел

Конструкция котлов не имеет особых требований к планировке дома, что подразумевает возможность их монтажа в доме, который уже введен в эксплуатацию. В случае, если твердотопливный котел используется как альтернатива газовому, то имеется возможность их подключения в одну общую систему. Для перехода с одного вида топлива на другое достаточно осуществить переключение подачи теплоносителя.

Установка котельного оборудования подразумевает организацию для него отдельного помещения. Котел должен быть оборудован дымоходом, а помещение – системой вентиляции.

Установка котла

Таким образом, организация печного отопления сопряжено с определенными сложностями, в число которых входит дефицит квалифицированных специалистов-печников.

Эксплуатация отопительных агрегатов

Тепло в доме – важная задача

Любая конструкция устройства, работающего на твердом топливе, требует ухода в процессе эксплуатации и периодической загрузки энергоносителя. Подача топлива может быть реализована в автоматическом режиме при использовании котлов, что в любом случае требует технического обслуживания.

Независимость от других источников энергии имеет свою цену, которая выражается в необходимости участия человека в процессе эксплуатации котельного оборудования. Закладка топлива должна осуществляться несколько раз в день, в зависимости от конструктивных особенностей отопительного прибора и отапливаемых площадей. Печи классической конструкции нуждаются в большем количестве топлива по сравнению с котлами. Кроме того, твердотопливные котлы имеют более продолжительный интервал между загрузками.

Такая работа этих устройств обеспечивается увеличенным размером топки и более полным сжиганием топлива с применением оригинальных технических решений. Снижение числа закладок с интервала 2-3 часов до 2-3 раз в сутки является приемлемым показателем.

Котельное оборудование

Современное котельное оборудование имеет в своем составе автоматику, что значительно упрощает его эксплуатацию. При этом теряется элемент энергонезависимости, так как автоматическое управление работой котла требует наличия электроэнергии.

Котлы на твердом топливе имеют определенную специфику, касающуюся использования различных видов топлива. Нежелательно загружать в дровяной котел уголь и наоборот. Универсальные котлы имеют стоимость, по сравнению со специализированными устройствами, на 30-50% выше.

При отоплении дровами печи и котлы потребляют его примерно в равных количествах. Более экономична печь Кузнецова.

При сравнении котлов и печей, последние не являются явными лидерами по эксплуатационным характеристикам. Стоимость отопительных котлов, простота монтажа, возможность обогрева большей площади, а также более комфортный процесс обслуживания и значительная долговечность говорят в пользу использования их для отопления частных домов.

Классификация котлов по способу сжигания топлива

В зависимости от характера процессов, происходящих при горении топлива в котле, они могут быть:

прямого горения;
пиролизными;
длительного горения;
пеллетными.

Существуют также конструктивное решение с возможностью применения комбинации различных видов топлива.

Выбираем котел

Традиционный котел

Традиционный котел

Наиболее дешевый вариантом отопительного котла является устройство, топливом которого служат дрова или уголь. Самые простые из них энергонезависимы, так как не требуют электроэнергии для работы автоматики, что имеет существенное значение при естественной циркуляции теплоносителя. Загрузка устройства дровами происходит довольно часто, нормальная эксплуатация его требует очистки камеры сгорания и зольника. При сжигании угля интервал между загрузками его увеличивается по сравнению с дровами. Следует понимать, что для стабильной работы подобного теплогенератора требуется сооружение склада для хранения запаса теплоносителя.

Пиролизный котел

Стоимость пиролизного котла существенно выше, чем у классической конструкции. Это обусловлено наличием дополнительной камеры, необходимой для реализации процесса дожигания топлива при его тлении. КПД таких агрегатов может достигать 85%, а периодичность загрузки составляет около 8 часов. Такие показатели являются явными преимуществами пиролизных котлов.

При эксплуатации этих аппаратов важно, чтобы влажность дров не превышала 25%. В противном случае котел теряет все свои преимущества при более высокой стоимости оборудования.

Пиролизный котел

Котел длительного горения

Характерной особенностью котлов, имеющих длительный период горения, является направление горения топлива. Оно может происходить как снизу вверх, так и в противоположном направлении. Горение может происходить на протяжении 12 часов при использовании дров, и до двух суток – на угле. Это обстоятельство значительно упрощает эксплуатацию устройства. Эффективность его достаточно высокая, КПД находится на уровне 75%.

Котел длительного горения

Достичь столь продолжительного времени горения стало возможно за счет увеличения размера топки и организованной специальным образом подаче воздуха в ее пространство. Достоинство этого котла является одновременно его недостатком, так как нет возможности загружать топливо по ходу процесса горения до полного прогорания предыдущей закладки.

Пеллетные котлы

По стоимости эти отопительные устройства наиболее дорогостоящие. При этом уровень автоматизации максимален для подобных агрегатов. Обслуживание оборудования не требует постоянного контроля со стороны человека. Важно, чтобы в бункере было достаточное количество пеллет, тогда в течение периода от одних до шести суток горение будет осуществляться в автоматическом режиме. Преимуществом пеллетного котла является экономичность и высокий КПД, находящийся на уровне 80-85%.

Пеллетный котел

Обвязка котла

Обвязка котла

Обвязка твердотопливного котла своими руками представляет собой комплекс оборудования и деталей, необходимых для создания системы отопления. Помимо котла в нее входят трубы, отопительные и контрольно-измерительные приборы, расширительный бачок и иные элементы.
Обвязка требуется для достижения следующих целей:

обеспечение циркуляции теплоносителя и равномерного распределения тепла в помещениях;
безопасность и бесперебойность функционирования;
отсутствие воздуха в системе;
создание условий для организации нескольких контуров.

Схемы циркуляции теплоносителя

Обвязка котла может быть выполнена с применением различных систем. Одна из них предусматривает применение гравитационного контура и применяется для организации отопления в небольших домах. Перемещение теплоносителя по трубам происходит естественным путем. В этом случае котел располагается в точке, которая находится ниже радиаторов. Для предупреждения гидроударов используется расширительный бачок. С целью стабилизации давления в системе может быть использован насос.

Схема циркуляции теплоносителя

Другой вариант обвязки котла своими руками использует естественную циркуляцию жидкости в отопительной системе. Основным условием реализации этой схемы является подмешивание в обратной линии теплоноситель из контура, служащего для подачи. Это возможно при установке трехходового вентиля.

Теплообменный регистр

Теплообменник для котла своими руками – одна из основных его деталей, от него зависит мощность всей системы. Котлы, устанавливаемые в частных домах, могут быть оборудованы теплообменниками в виде водяной рубашки, выполняться трубчатыми, горизонтально или вертикально.

Дымоходы для котлов

Требования к дымоходу твердотопливного котла своими руками подчиняются общим требованиям. Его не следует выполнять с малым поперечным сечением, чтобы тяга находилась на достаточном уровне. Чрезмерно широкий дымоход приведет к возникновению риска проникновения холодного воздуха в топку и выстуживания системы.

Дымоход для котла так же важен, как и для печи

Из всей отопительной техники, которую используют сегодня в быту, наиболее давно известны твердотопливные котлы. Благодаря простоте конструкции и принципа работы, доступности топлива агрегаты этого типа получили широкое распространение. Сегодня для многих жителей частных домов в сельской местности подобная техника стала своеобразной «палочкой-выручалочкой». Постоянно растущая цена бытового газа, сложности с получением разрешений на установку газового автономного отопителя способствуют тому, что твердотопливный котел сегодня, как минимум, не утратил своей востребованности у населения, проживающего недалеко от лесных массивов — источником дров.

Твёрдотопливные котлы отопления: слева — смонтированный и действующий, справа — без подключения к контуру, на стадии монтажа.

На сегодняшний день существует два варианта решить проблему автономного отопления на твердом топливе: купить готовое заводское изделие или изготовить твердотопливный котел своими руками. Стоимость современного высокотехнологичного отопительного агрегата достаточно высока, но диапазон цен широк — от 3-х до нескольких десятков тысяч рублей, что делает прибор доступным широкому кругу потребителей.

При наличии определенной технической подготовки твердотопливный котел можно собрать и самостоятельно, используя и рекомендации по изготовлению моделей этих устройств, наиболее популярных при монтировании своими руками.

Концепция твердотопливного котла

Самодельный автономный котел, работающий на твердом топливе – это, по большому счёту, обычная печь, установленная в бочке с водой. Основная задача такого устройства — нагреть за счет тепла от сгорания дров или угля котельную воду, которая будет подаваться в радиаторы домашнего отопления.

Но такое устройство, заманчивое к самостоятельному изготовлению в связи с примитивностью, будет не эффективным в плане обогрева и не рентабельным из-за высокого расхода топлива — простейшие конструкции котлов имеют КПД всего в 10-15%.

Примитивный водяной котёл на твёрдом топливе с экономайзером дымовой трубы

Важно! Работа отопительного котла на твёрдом топливе зависит от качества тяги и, соответственно, приточной вентиляции. Даже качественно изготовленный котел не сможет обеспечить эффективный обогрев помещения, если вентиляция не устроена соответствующим образом.

Самодельные котлы собирают не только из металла, но и монтируют из кирпича. Кирпичные устройства сооружают обычно в загородных домах, где к эстетике устанавливаемого оборудования предъявляются более высокие требования, чем в помещениях хозяйственного или технического назначения.

Котлы из металла являются наиболее простыми устройствами, изготовление которых допускает использование подручных материалов и возможно с помощью доступных инструментов. Но из этого не следует, что их производство и монтаж можно выполнить без, как минимум, эскизов заготовок и узлов, а также чётко разработанной технологии — последовательности, способов выполнения отдельных этапов подготовительных и основных работ.

Выбираем конструкцию обогревательного котла

Печи для обогрева и твердотопливные котлы при сходстве процессов горения различаются по функциональности. Отопительный котёл, в отличие от печи, должен не только обогревать помещение по месту установки, сжигая дрова или уголь, но и снабжать отопительный контур нагретым теплоносителем. Но для выполнения второй задачи мало разместить в печи теплообменник (участок отопительного контура) — необходимо также обеспечить непрерывность горения топлива и равномерность циркуляции теплоносителя через этот змеевик.

Трубный теплообменник твёрдотопливного котла из огнеупорного кирпича

Какую конструкцию котла выбрать, чтобы было легче его изготовить своими руками, с какими сложностями придётся столкнуться в процессе работы? На эти вопросы можно получить ответ еще на стадии проектирования. Чертежи самодельных твердотопливных котлов дают достаточное представление о том, как выглядит та или иная конструкция, и на что следует обратить внимание в процессе изготовления.

Пример схематичного изображения твёрдотопливного котла снаружи: виды спереди, сбоку и сзади.

Каждая разновидность котельного оборудования, работающего на твердом топливе, имеет свои особенности конструкции и нюансы изготовления. Планируя самостоятельную сборку отопительного агрегата, необходимо решить, какой конструкции отдать предпочтение — с нижним или верхним (шахтным) способом горения.

Агрегаты с нижним горением — это оборудование, в котором дверка для загрузки дров расположена в верхней части камеры сгорания, но сгорание топлива происходит снизу, в результате чего верхние слои закладки под собственным весом перемещаются вниз, а дожигание дыма происходит в верхней части. В зависимости от модели, движение воздуха через топку происходит снизу вверх принудительно (вентилятор) или же естественным путём (тяга), что обуславливает независимость от электросети, но пониженную эффективность и меньший объём загружаемого топлива.

Схематичное изображение в разрезе твёрдотопливного котла с нижним горением топлива

В твёрдотопливных котлах шахтной конструкции загрузка дров производится через дверку, которая расположена в верхней части камеры сгорания. Такие агрегаты оборудуются принудительной тягой, которая направлена сверху вниз — гонит дым в нижнюю часть топки, где он в смеси с воздухом сгорает, а по пути подогревает и дополнительно просушивает топливо нижних ярусов.

Схема работы твёрдотопливного отопительного котла с верхним способом горения топлива

К самостоятельному изготовлению больше подходит агрегат с нижним способом горения, так при его сборке можно обойтись без вентилятора для принудительной тяги.

Твёрдотопливный стальной котёл нижнего горения без отделки

Важно! Чем сложнее конструкция оборудования, тем выше технологические требования к качеству исполнения её составляющих, которые не должны иметь отклонений от расчётных параметров. Не менее ответственен и процесс сборки такого агрегата.

По способу горения котлы на твердом топливе могут быть рассчитаны на обычный режим или же работать с выходом на пиролиз — процесс разложения твёрдого топлива на две составляющие и с последующим раздельным их сжиганием. Отдавая предпочтение второму, более сложному, варианту, придется учитывать необходимость установки второй камеры сгорания, что увеличит габариты отопителя и, соответственно, потребует большего количество материалов.

Выбор типа отопительной техники во многом определяется видом твердого топлива, которым будет снабжаться нагревательный прибор. Если у вас под рукой в большом количестве дрова, лучше будет, если сделанный вами котел будет рассчитан на топку дровами. При большей доступности каменного угля подойдет другая модель. Длительность горения закладки, качество обогрева определяются типом твердотопливного котла, его мощностью и ю конструкции.

На заметку: температура горения угля значительно выше, чем у дров, поэтому , теплообменник и корпус котла под уголь изготавливаются из стали большей толщины. Альтернативой может стать создание корпуса и топочной камеры котла из огнеупорного кирпича.

Если нет возможности создать внешний корпус агрегата из стали необходимой толщины, рациональным решением станет кирпичный твердотопливный котел. Футеровка огнеупорным кирпичом позволит создать просторную, удобную и устойчивую к высоким температурам камеру сгорания.

Сооружение камеры сгорания из огнеупорного кирпича с размещением внутри теплообменника

Выбор котла с конструкцией приемлемой сложности необходимо делать после анализа технического исполнения и объективной оценки своей компетенции и возможностей. При наличии сомнений, чтобы исключить вероятность неоправданной порчи материала, лучше отдать предпочтение агрегату простой, понятной по чертежам конструкции — даже такой твёрдотопливный котёл способен обеспечить дом теплом в холодное время года.

Основные требования к конструкции самодельного отопителя

В классическом виде нагревательный агрегат, от которого будет работать домашнее отопление, состоит из следующих элементов:

топочная камера (бункер) для сжигания дров, угля, топливных брикетов;
колосники, через которые осуществляется подача в камеру сгорания воздушной массы;
теплообменник трубчатого типа или накопительная емкость для котловой воды;
дымовая труба для вывода наружу продуктов горения топлива;

Важное требование, которое придется учитывать ещё на стадии проектировании котла, это размеры топочной камеры. Топка автономного твердотопливного котла должна быть просторной, вместительной. Конструкция камеры сгорания рассчитывается таким образом, чтобы помещенное в нее топливо сгорало полностью без дополнительного перемешивания. Кирпичные котлы в этом плане предпочтительнее, так как кирпич имеет меньшую теплопроводность, что обеспечивает в керамической топке более высокую температуру горения, чем в металлическом агрегате.

Топочная камера должна быть устроена таким образом, чтобы максимально концентрировать тепловую энергию на нагреве теплообменника.

Топка из стали котла на твёрдом топливе

Следующим, не менее важным аспектом при конструировании нагревательного оборудования, является теплообменник твердотопливного котла. От конструкции этого элемента, качества материала и исполнения зависит КПД котельного оборудования. Название теплообменника определяется материалом его изготовления — чугунный или стальной. Теплообменные змеевики этих агрегатов — трубчатые конструкции с вертикальным или горизонтальным расположением труб в обиходе часто называют водяными рубашками.

Чугунные теплообменники рассматривать не будем, так как это литая конструкция, изготовление которой в домашних условиях невозможно. Однако можно использовать готовые узлы из чугуна, снятые со старых агрегатов, демонтированных в силу каких-то причин. Такая замена распространена, когда выполняется модернизация твердотопливного котла или его ремонт.

Для изготовления стального теплообменника используют толстостенные трубы. Нужную конфигурацию трубе придают её гибкой под нагревом либо использованием отводов или полуотводов соответствующего диаметра, соединяемых с фрагментами змеевика электросваркой.

Схема установки змеевика для твердотопливного агрегата традиционного типа даст полное представление о том, как должен выглядеть теплообменник и в каком положении лучше его установить.

Эскиз одного из вариантов расположения трубного теплообменника в корпусе: виды сбоку

Поэтапное изготовление котла на твердом топливе. Тонкости и нюансы

Самый экономичный самодельный твердотопливный котел сделать вам не удастся, однако создать вполне пригодный для обогрева и горячего водоснабжения отопительный аппарат можно. Дело в том, что сборка промышленных изделий выполняется на высокоточном промышленном оборудовании из специально подобранных материалов с соблюдением технологических параметров. В основе каждой заводской модели котла лежат точные тепловые расчеты. Возможности работы в домашних условия несоизмеримо скромнее производственных, поэтому при выборе модели, подлежащей изготовлению, надо исходить из существующих реалий, в том числе, своего личного потенциала как монтажника.

Инструментарий и материалы

Имея чертеж и спецификацию обогревательного агрегата, можно определиться с перечнем необходимого инструмента. Хотите ли вы сделать большой котел или планируете собрать маленький отопительный прибор для дачи на твердом топливе своими руками, список приспособлений будет приблизительно одинаков.

Комплект инструмента для самостоятельного изготовления твёрдотопливного обогревательного агрегата

Для работы потребуется следующий инструмент и приспособления:

сварочный аппарат;
малая болгарка с отрезным и шлифовочным дисками (защитные очки);
электродрель со свёрлами по металлу;
газовые ключи №№1,2;
молоток;
набор рожковых или накидных ключей и отвёрток;
пассатижи;
угольник на 90 град.

Основной материал при изготовлении — сталь, толщина которой для котла должна быть не меньше 5 мм, для колосников — от 7 мм.

Кроме того, понадобятся:

стальной уголок 50х50 — для каркаса котла;
листовая нержавеющая сталь — при наличии в конструкции накопительной ёмкости;
стальные толстостенные трубы диаметром 32- 50 мм — для изготовления теплообменника-змеевика.

Полный перечень материалов и их расход составляется предварительно на основании технических чертежей.

Изготовление корпуса и теплообменника

Корпус котла, зачастую выполняющий и роль топочной камеры, является основой всей конструкции. Для снижения деформаций стенок под воздействием высокой температуры, ограждающие конструкции топки изготавливаются двухслойными с засыпкой между слоями сухого просеянного песка, играющего роль фиксатора геометрии. Наружные и внутренние оболочки топки выполняются каркасными, что также повышает жёсткость конструкции. Кроме того, для увеличения прочности стенки камеры сгорания снаружи можно обшить стальным уголком или профилем в виде рёбер жёсткости.

Изготовление корпуса твёрдотопливного котла сваркой заготовок из листовой стали

На передней стенке болгаркой или газовым резаком согласно чертежа вырезаются два проёма — для дверцы бункера и подзольника.

Совет! Перед резкой листовой стали необходимо мелком произвести разметку будущих проёмов с выполнением отверстий малого диаметра (3-4 мм) по углам.отверстий — это позволит выполнить резку с большей точностью.

После окончания резки заготовок из листовой стали и профиля для корпуса можно приступать к созданию теплообменника. Используем нарезанные водопроводные трубы, которые путем сварки соединяются в единый герметичный контур. Главная задача — создать герметичный проточный фрагмент максимальной протяжённости для увеличения площади нагрева трубы.

Как сделать теплообменник, правильно расположить трубы и выполнить сварку, рассказывает предлагаемое вашему вниманию видео.

Сборка

По готовности всех элементов конструкции приступают к сборке, которую лучше выполнять по месту монтажа агрегата — иногда габариты и вес готового устройства не позволяют переместить его со сборочной площадки на место окончательного размещения.

Чаще всего установка котла производится на специально сооружённый бетонный фундамент с креплением агрегата сваркой к закладным деталям — анкерам. Монтаж начинают с установки каркаса, после чего выполняют его оборудование комплектующими и листами обшивки. Все сварные соединения выполняются с устройством фасок и обработкой сварных швов — удаление шлака и шлифовка.

На заметку: После сборки корпуса выполняют тщательную визуальную проверку его герметичности, по результатам которой производится дополнительная проварка швов.

В готовый корпус устанавливаются колосники (стальная решетка) и теплообменник, который сваркой подключают к контуру отопления Во время монтажа змеевика важно выполнить проектный угол его наклона, иначе будут созданы препятствия естественной циркуляции теплоносителя в контуре.

Корпус твёрдотопливного котла на стадии устройства наружных рёбер жёсткости

Важно! Изготовление накопительной ёмкости из нержавеющей стали с врезкой её в контур лучше доверить профессионалам, так как работа с этим материалом требует специального оборудования и практических навыков.

По окончании сборки котёл для защиты от коррозии окрашивается двумя слоями жаростойкой краски с предварительной подготовкой поверхности.

Термостойкая краска Ecoterra для покрытия поверхностей, работающих в условиях высоких температур

Изготовленный самостоятельно обогревательный котёл отличается долговечностью и простотой ухода, которая заключается в периодической очистке от золы топки и уходе за дымоходом.

Заключение

После окончания сборки и комплектации агрегата всеми необходимыми элементами выполняют его опрессовку водой под давлением, по результатам которой производят устранение дефектов, а затем — комплекс пусконаладочных работ. Не стоит пренебрегать и установкой регулятора тяги, который облегчит эксплуатацию твёрдотопливного котла в различных погодных условиях.