Самодельный твердотопливный котел своими руками

Вступление

Твердотопливные котлы отопления работают на различных видах твердого топлива: древесине, угле, торфе. Как и другие котлы отопления. Выпускаются одноконтурные котлы (только для отопления) и двухконтурные (для отопления и водопровода) твердотопливные котлы. Теплоносителями таких котлов обычно служит вода. Водяной контур котла оборудуется техническим сливом теплоносителя из системы на время ремонта или разморозки системы.

Вывод канализационных стоков из дома, лучше сделать через септик. Септик это специальная ёмкость фильтрующая любые канализационные стоки дома и участка. Уровень очистки зависит от производителя септика, например, септики топас очищают стоковые воды на 98%. Очищенная вода поливов или других технических нужд.

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.

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.

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.

Как выглядит твердотопливный котел сейчас?

Это теплотехническое устройство изготавливается преимущественно из чугуна либо жаропрочной стали. Выделение энергии осуществляется посредством сгорания твердого топлива. В качестве его выступают древесина, уголь, торф. Современные конструкции твердотопливных котлов для дома совсем непохожи на первые образцы таких котлов. Благодаря увеличенной камере сгорания появилась возможность закладывать сразу большое количество топлива. С сегодняшними котлами вы можете обеспечить даже 12-ти часовую работу оборудования без вашего надзора.

Схема загрузки дров может быть вертикальной либо фронтальной, в зависимости от конструкции. Существуют системы с автоматической загрузкой. Еще подобные котлы бывают энергонезависимые, в которых циркуляция жидкости происходит благодаря уклону труб, и энергозависимые. Последние будут более экономичными, в них вода движется по системе под напором, за счет работы специального насоса. Правда в этом случае работа оборудования зависит от напряжения в сети, и схема уже не является полностью автономной.

Фото твердотопливного котла с автоматической загрузкой

Такое оборудование имеет массу преимуществ, хотя не обошлось и без незначительных минусов. Рассмотрим все их по порядку. Главный плюс – монтаж твердотопливного котла можно сделать самому. Еще в отличие от проводки газа вам не придется бегать по разным службам, высиживать в очередях, получать соответствующие разрешения и т. д. Следующий значительный плюс – экономичность.

На фото — котел с твердотопливной системой

К тому же подобное оборудование имеет длительный срок эксплуатации, например, у чугунных котлов он достигает 50 лет. Стальные агрегаты, правда, способны прослужить вам всего 20 лет, но это тоже немало. Современные устройства снабжены электронной системой, что значительно упрощает управление. Да и не стоит забывать о ремонтопригодности. Рабочая схема таких котлов предполагает функционирование без участия газа, электроэнергии, так что к еще одному из их достоинств нужно отнести частичную или полную автономию.

Теперь немного поговорим о минусах. Во-первых, вам придется самостоятельно закладывать в топку дрова, уголь и иное топливо. Это несложно, но потратить немного времени и сил придется. Во-вторых, придется постоянно контролировать состояние котла и при необходимости чистить его от образовавшейся на стенках и решетке золы.

Расчет теплоаккумулятора

Чтобы правильно рассчитать необходимую емкость теплоаккумулятора лучше всего обратиться к опытному специалисту. Но в то же время есть методики для расчета, по которым можно приблизительно рассчитать емкость буферного устройства, чтобы как-то сориентироваться, какой по мощности приобретать котел, и определиться с расположением теплового накопителя и размерами котельной.

Есть два метода расчета:

• простой, основанный на практике специалистов;
• по формуле.

Исходя из многолетнего приобретенного опыта, специалисты пришли к мнению, что на 1 кВт мощности котла необходимо 25-50 литров объема теплогенератора. Истина находится где-то посередине. Поставить меньшего объема накопитель, котел будет работать с меньшим КПД, если возьмешь большего объема — дома будет холодно, так как теплонагреватель будет только аккумулировать тепло, а в системе будет его не хватать.

По формуле емкость рассчитывается так: Q = mc (T2-T1), где:

• Q — количество накопленного тепла,
• m — объем воды в емкости,
• c — удельная теплоемкость, равная 4200 Дж/(кг·К) ,
• Т2 и Т1 — показатели температур воды на входе и обратке.

Изготовление корпуса

Итак, в первую очередь подготавливаются детали будущего агрегата. Из трубы 425 мм будет изготавливаться корпус отопительного прибора. Для небольшого отопительного котла высота в 1,0-1,2 м с учетом небольшого диаметра – это оптимальный вариант.

Режем трубу по этим размерам с помощью газового резака. Края обрабатываем болгаркой.

Отверстия для топки и поддувала

Теперь необходимо в корпусе вырезать два отверстия: под топку и для поддувала. Они должны быть прямоугольными. Для топки подойдет размер 20х10 см, для поддувала 20х3 см. Они располагаются один над другим, топочное отверстие выше.

Расстояние от края трубы до поддувала в пределах 5-7 см. Между отверстиями расстояние – 5 см. Края отверстия обрабатываются болгаркой. Вырезанный кусок стенки трубы для топки будет использован в качестве дверцы. Его края также зачищаются.

Отверстия для патрубков

С помощью резака вырезаются еще два отверстия под патрубки подачи и обратки диаметром 25 мм. Отверстия располагаются друг напротив друга. При этом отверстие обратки вырезают сбоку котла над топкой: от топочного отверстия на расстоянии 15 см.

На расстоянии 5 см только от верхнего края корпуса вырезается отверстие для подачи теплоносителя. Тут же к этим отверстиям можно приварить два сгона.

Парогенератор

Парогенераторы – это разновидности паровых котлов, снабженные дополнительными элементами. В частности, конструкция такого устройства может включать в себя несколько промежуточных пароперегревателей, позволяющих многократно повысить мощность оборудования.

Чаще всего парогенераторы используются в атомных электростанциях. Использование пара позволяет преобразовать вырабатываемую при распаде атомов энергию в электричество.

Пар в атомных реакторах может работать следующим образом:

1. Вода окружает внешнюю часть корпуса реактора, принимая его тепловую энергию. Пар образуется в собственном контуре, находящемся снаружи реактора. Парогенератор в подобной конструкции выполняет функцию теплообменника.
2. Вторая схема подразумевает нахождение труб для нагрева воды в самом реакторе. В результате получается, что реактор превращается в своеобразную топочную камеру, а выработанный пар отправляется сразу в электрогенератор. Данная конструкция называется кипящим реактором и не требует установки парогенератора.

Заключение

Паровые котлы – это достаточно мощные и эффективные устройства, оказывающиеся незаменимыми в ряде ситуаций. Бытовые паровые котлы дают возможность прогревать дом или выполнять какую-то работу, а промышленные агрегаты позволяют вырабатывать электрическую энергию в огромных количествах. В любом случае, для эффективного решения поставленных задач назначение и устройство котла должны соответствовать друг другу. 

Из чего состоит котел и как это работает

Топливо в таких котлах горит намного дольше, чем в обычных агрегатах. Это обусловлено их принципом работы, который предусматривает сжигание дров в топке по направлению сверху вниз. Камера сгорания имеет цилиндрическую форму и полностью загружается древесиной через дверцу в верхней части корпуса. Розжиг производится через эту же дверцу, конструкция твердотопливных котлов длительного горения такова, что воздух в зону горения подается тоже сверху по вертикальной трубе. К концу этой трубы прикреплен плоский груз круглой формы из толстого металла (10—15 мм), снизу к нему приварены дугообразные распределители воздуха из полосового металла. Подобную конструкцию также можно применить для изготовления котла на опилках .

Груз для самодельного котла

Размер груза на 5 мм меньше внутреннего диаметра цилиндра топки, что позволяет перемещаться конструкции вверх-вниз. Другой конец трубы проходит сквозь верхнюю стенку котла, на нем устанавливается заслонка, с помощью которой количество воздуха можно регулировать вручную. Длина трубы на 15—20 см больше высоты камеры сгорания. Последняя может быть произвольной, самодельные агрегаты длительного горения работают тем дольше, чем больше диаметр и высота топки. При этом увеличивается объем водяной рубашки агрегата и его тепловая мощность.

Конструкция котла длительного горения

После розжига труба с грузом опускается, придавливая массив дров. Воздух поступает непосредственно в зону горения, конструкция котла длительного горения предусматривает работу на естественной тяге, создаваемой дымоходом необходимого диаметра и высоты. Выделяющееся тепло нагревает воду в рубашке установки, она начинает поступать в систему отопления через верхний патрубок. Здесь работает принцип конвекции, применение циркуляционного насоса необязательно. Водяная рубашка в самодельном аппарате располагается не только вокруг боковых стенок топки, но и в ее верхней крышке.

Колосниковая решетка самодельного котла длительного горения на дровах не выполняет своей привычной функции, воздух в рабочую зону через нее не проходит. Решетка лишь служит опорой массиву топлива, а сквозь ее ячейки зола и пепел попадают в нижний отдел, из которого они свободно вынимаются железным совком. По мере прогорания топлива в камере груз опускается и по верхнему концу трубы можно определять, сколько дров еще осталось. После окончания процесса дверца зольного отдела открывается, из него вычищаются продукты горения, груз вместе с трубой поднимается и фиксируется в таком положении. Можно делать следующую загрузку.

Самодельный котел на дровах длительного горения

От теории к практике

Чаще желающие смастерить оборудование своими руками останавливают выбор на вертикальном твёрдотопливном котле. Процесс изготовления будет рассмотрен на примере твёрдотопливного котла для отопления дома площадью 100 м2. Эта система состоит из семи радиаторов и разводки системы водопровода.

Этапы

Итак, делаем теплообменник:

1. изготавливаем вертикальные основания теплообменника. Для этого берём четыре профильные трубы длиной по 30 см каждая, которые будут располагаться со стороны камеры сгорания;
2. в них газовым резаком делаем по четыре отверстия диаметром 5 см. Неровности убираем угловой шлифовальной машинкой (болгаркой). Должно получиться восемь отверстий;
3. в трубах, которые будут находиться в задней части оборудования, проделываем четыре отверстия диаметром 40 мм и четыре диаметром 50 мм. Все они должны располагаться со стороны соединения с передними стойками. В результате должно получиться по восемь отверстий;
4. в профильной трубе длиной 500 мм вырезаем отверстие для крепления патрубка, через который будет происходить вывод отработанной воды;
5. в верхней части задней стойки делаем отверстие для подачи воды в систему.

Тип тяги

Настенные и напольные котлы бывают с разными видами тяги.

Естественная тяга требует обустройства дымохода. Воздух затягивается непосредственно из помещения, благодаря этому поддерживается процесс горения в камере котла.

Вытяжение происходит, когда в дымоходе падает давление воздуха.

Технические параметры:

• высокочувствительная автоматика;
• датчик тяги;
• антиблокировка насоса;
• средний диапазон мощности — от 11 до 35 кВт;
• чугунный или медный теплообменник.

Котлы с такой тягой имеют в своей конструкции камеру сгорания открытого типа. Для переработки газа применяются атмосферные горелки. Котлы могут быть сделаны из самых разных материалов: от чугуна до меди с алюминиевым слоем.

Внимание! Устройства с естественной тягой менее зависимы от электроэнергии. По своей стоимости котлы с такой системой обходятся дешевле тех, где тяга принудительна

Но в помещении могут накапливаться продукты отходов (угарного газа), что требует периодического проветривания.

Принудительная тяга предусмотрена в котлах с закрытой камерой сгорания, не привязанных к дымоходу (для отвода переработанного газа достаточно небольшой трубы). Подобные устройства называют турбокотлы. Тяга в этом случае обеспечивается за счет дополнительного вентилятора — дымососа. Отходы выводятся на улицу через коаксиальную трубу, вмонтированную в ближайшую стену.

Технические параметры котла:

• коаксиальная труба;
• средний диапазон мощности — до 24 кВт;
• битермальный теплообменник;
• закрытая камера сгорания;
• компактные размеры.

В котле есть датчики тяги, а также газовые вентиляторные горелки. За счет более современной системы котлы с принудительной тягой стоят дороже и имеют более высокий КПД. К тому же турбокотлы менее затратны в установке, так как всего лишь требуется вывести трубу на улицу.

Атмосферные котлы, принцип работы

Этот тип устройств с естественной тягой подразумевают наличие атмосферной горелки в виде набора сопел, через которые выходит газ.

Воздух поступает в котел из помещения и усиливает пламя, расходуя меньше топлива, чем обычные модели.

Технические параметры котла:

• высокий уровень КПД (более 90%);
• возможность работы на пониженном давлении газа;
• низкий уровень шума;
• простая установка и обслуживание;
• функционирование при низких модулируемых температурах.

Наиболее предпочтительны модели котлов мощностью до 100 кВт, так как это позволяет им работать в широком диапазоне. Атмосферные котлы более доступны по стоимости, но срок их эксплуатации мал. Часто такие устройства делают с чугунными теплообменниками, в том числе из литого эвтектического чугуна.

Атмосферные котлы зависимы от тяги и приточно-вытяжной вентиляционной системы. При регулярных профилактических работах оборудование служит не менее 10—20 лет.

Как работает турбированное устройство

Турбированные котлы работают за счет принудительной тяги. В них обязательна закрытая камера сгорания, в которую воздух подаётся через вентилятор. Важный элемент устройства такого котла — коаксиальный дымоход, сделанный из двух труб разного диаметра. Камера сгорания в котле обычно облицована медью или чугуном.

Фото 3. Коаксиальный дымоход, выведенный снаружи здания. Подобное устройство используется для котлов турбированного типа.

Технические параметры котла:

• КПД на уровне 93%;
• средняя мощность — 6—25 кВт;
• массовый выход продуктов сгорания (G20) — 56 кг/ч;
• легкий вес (от 30 кг);
• расход газа — 2,4 м³/час.

Это довольно тихий котел, который легко впишется в любой интерьер за счет скромных габаритов. Труба может продаваться в комплекте, а может быть заказана отдельно. Коаксиальный дымоход состоит из внутренней трубы, которая выводит дым, и наружной с большим диаметром. Оборудовать дымоход можно вертикально, горизонтально и по наклонной плоскости. Благодаря этому устройству топливо расходуется экономно. Все отходы сразу выводятся, а не накапливаются в помещении.

Объем расширительного бака в такой системе на уровне 6—15 литров. Максимальная температура отопления может достигать 85 градусов.

Дымоход – важный элемент системы обогрева

Чтобы понять, как установить твердотопливный котел отопления своими руками и избежать проникновения в жилое помещение топочных газов, необходимо тщательно изучить устройство системы отвода продуктов горения. Конфигурацию дымохода – его длину и диаметр – нужно подбирать исходя из рекомендаций производителя генератора тепла. Дымовая труба должна соответствовать следующим требованиям:

• Обеспечивать хорошую тягу.
• Отводить дым и газы из топочной камеры.

Выводить дымоход необходимо на улицу. Все стыки нужно обработать термостойким герметиком. В современном дымоходе обязательно предусмотрены отверстия, чтобы очищать трубу от сажи, а также сборник конденсата.

Система трубопроводов – особенности монтажа

Перед установкой твердотопливного котла отопления своими руками нужно рассчитать параметры трубопроводов – их протяженность, диаметр, необходимые уклоны и общее число радиаторов

Важно, чтобы вход обратки в котел располагался ниже батарей отопления – это необходимо для обеспечения нормальной естественной циркуляции теплоносителя

При установке твердотопливного котла рекомендуется оборудование комбинированной системы отопления – способной работать с принудительной и естественной циркуляцией. Это необходимо для обеспечения безопасности: при отключении энергии котел, работающий на твердом топливе, нельзя моментально остановить. Если вода продолжит нагреваться без принудительной циркуляции, она закипит, что чревато поломкой всего устройства. Поэтому в естественную систему отопления нужно дополнительно включить «байпас». Это специальное устройство для переключения режимов циркуляции.

Базовые принципы подключения твердотопливного агрегата

Рассматривая, как правильно подключить твердотопливный котел, необходимо обратить внимание на базовые элементы обвязки, обеспечивающие безопасность функционирования теплогенератора. Речь идет о группе безопасности и смесительном узле

Группа безопасности, в состав который входит манометр, а также предохранительный клапан и воздухоотводчик, смонтированные на одном коллекторе, устанавливается непосредственно на выходном патрубке котельного агрегата

Манометр помогает следить за давлением в системе, воздухоотводчик служит для удаления воздушных пробок, а предохранительный клапан сбрасывает излишки пароводяной смеси, когда давление превышает заданные параметры

Группа безопасности, в состав который входит манометр, а также предохранительный клапан и воздухоотводчик, смонтированные на одном коллекторе, устанавливается непосредственно на выходном патрубке котельного агрегата. Манометр помогает следить за давлением в системе, воздухоотводчик служит для удаления воздушных пробок, а предохранительный клапан сбрасывает излишки пароводяной смеси, когда давление превышает заданные параметры.

Смесительный узел на основе трехходового клапана с термоголовкой устанавливается совместно с байпасом (перемычкой), соединяющим трубу подачи и обратки, за счет чего формируется малый циркуляционный контур.

Работает система, предохраняющая котел от конденсата и температурного шока, по следующей схеме:

1. Пока топливо разгорается, клапан перекрывает поток остывшего теплоносителя из большого контура системы отопления. В результате циркуляционный насос гоняет по малому кругу ограниченный объем теплоносителя.
2. На трубе обратки установлен датчик, соединенный с термоголовкой трехходового клапана. Когда теплоноситель в обратном трубопроводе нагревается до 50-55 градусов, термоголовка срабатывает и нажимает на шток клапана.
3. Клапан плавно приоткрывается и остывший теплоноситель начинает понемногу поступать в рубашку котла, смешиваясь с нагретым из байпаса.
4. Когда все радиаторы прогреваются и температура обратки повышается до безопасных для котла значений, трехходовой клапан перекрывает байпас, полностью открывая проход потоку теплоносителя по обратному трубопроводу.

Базовая схема подключения твердотопливного котла к отопительной системе максимально проста и надежна, монтаж обвязки можно выполнить самостоятельно.

Важно знать, как подключить твердотопливный котел с использованием полимерных труб, чтобы избежать распространенных проблем:

• Полимерные трубы небезопасно использовать для обвязки котла – они могут не выдержать аварийного повышения температуры и давления. Поэтому обвязку рекомендуется выполнить сталью или медью, а полимерные трубы подсоединять уже к коллектору, распределяющему теплоноситель по отопительным контурам. В крайнем случае, металлическую трубу монтируют только между подающим патрубком котла и группой безопасности.
• Использование толстостенной полипропиленовой трубы для обратного трубопровода на участке между трехходовым клапаном и патрубком котла приводит к тому, что накладной температурный датчик реагирует на нагрев теплоносителя с заметным запозданием. Лучше установить металлическую трубу.

Насос для системы отопления с принудительной подачей теплоносителя устанавливается на трубу обратки между трехходовым клапаном и котлом. Такое расположение позволяет ему обеспечить циркуляцию воды или антифриза по малому кругу. Ставить циркуляционный насос на трубу подачи нельзя, поскольку устройство не рассчитано на работу с пароводяной смесью, которая образуется при перегреве теплоносителя. Остановка насоса ускорит или спровоцирует взрыв отопительного котла, поскольку в него перестанет поступать остывший теплоноситель.

Как удешевить обвязку

Базовая схема подключения твердотопливного котла предусматривает использование трехходового смесительного клапана, оснащенного термоголовкой и накладным датчиком. Это оборудование достаточно дорого стоит, и его можно заменить более дешевым вариантом – трехходовым клапаном с вмонтированным термостатическим элементом. Такое устройство отличается фиксированной настройкой – клапан срабатывает, когда температур среды достигает 55 или 60 градусов (в зависимости от модели).

Установка клапана, поддерживающего фиксированную температуру, снижает финансовые затраты на монтаж защиты твердотопливного агрегата от конденсата и термических перепадов. Теряется возможность гибко управлять температурой теплоносителя, отклонения от заданного значения могут достигать 1-2 градусов, но это не является критичным.

Обвязка газового котла и ее предназначение

Под обвязкой подразумеваются трубы и механизмы, которые применяются для подачи теплоносителя от котла к радиаторам. Это практически вся отопительная система, за исключением батарей.

В комплектацию систему входит большое количество узлов, однако самый простой вариант обвязки может смонтировать и непрофессионал. А вот если требуется схема, то в таком случае лучше обратиться за помощью к специалистам.

Выбирая схему обвязки, в каждом конкретном случае необходимо принимать во внимание вид котла, особенности постройки, тип системы отопления. Любой газовый агрегат опасен. Если допустить оплошности в процессе подключения, то в результате можно получить не только проблемы с обогревом жилья, это также чревато взрывами и разрушениями

Если допустить оплошности в процессе подключения, то в результате можно получить не только проблемы с обогревом жилья, это также чревато взрывами и разрушениями

Именно поэтому очень важно строго соблюдать нормы и требования техники безопасности. Выполняя обвязку газового котла для отопления частного дома следует опираться на требования СНиП. Любой газовый агрегат опасен

Если допустить оплошности в процессе подключения, то в результате можно получить не только проблемы с обогревом жилья, это также чревато взрывами и разрушениями

Любой газовый агрегат опасен. Если допустить оплошности в процессе подключения, то в результате можно получить не только проблемы с обогревом жилья, это также чревато взрывами и разрушениями

Именно поэтому очень важно строго соблюдать нормы и требования техники безопасности. Выполняя обвязку газового котла для отопления частного дома следует опираться на требования СНиП. Необходимо хорошо спланировать схему отопления, решить, где будет размещаться оборудование, особенности прокладки трубопроводов

Необходимо хорошо спланировать схему отопления, решить, где будет размещаться оборудование, особенности прокладки трубопроводов.

Обвязка котла выполняет ряд очень важных функций:

1. Осуществляет контроль давления. Если все условия обвязки соблюдены и она выполнена правильно, то тепловое расширение компенсируется. Значит давление в отопительной системе не будет повышаться до слишком больших показателей.
2. Следующая функция — удаление воздуха. Из-за пузырьков воздуха появляются пробки, что негативно сказывается на водяном отоплении. В таких ситуациях радиаторы прогреваются неравномерно, а расход ресурсов остается таким же. Выполнить качественную обвязку котла нужно для того, чтобы избежать таких неприятных моментов.
3. Профилактика засоров в системе. Если допустить ошибки в процессе обвязки котла, то возникает высокая вероятность появления окалин в радиаторах и трубах. Мелкий мусор в теплоносителе загрязняет систему, что приводит к перерасходу топлива, а это увеличивает стоимость отопления, притом, что качество его снижается.
4. Можно подсоединять другие контуры. Вы можете дополнительно монтировать напольный обогрев, накопительный бойлер.