Жидкотопливные отопительные котлы

Основным элементом любой системы отопления является одно или несколько устройств, использующих подводимое топливо или энергию для нагрева помещений и приготовления горячей воды. Вариантов решений тут много, и выбор зависит от потребностей. В конце концов обычная дровяная печь с поставленной на неё кастрюлей и источником воды в виде ближайшего колодца способны справиться с этой задачей, если зимой предполагается жить в одной, максимум двух комнатах. Такой вариант полностью автономен, практически не требует затрат (воду можно достать ведром, дрова — тоже не проблема), но современным понятиям о комфорте соответствует слабо. Кстати, эта статья была написана примерно в таких условиях, но, как говорится, «не надо путать туризм с эмиграцией». 

Постоянно жить в подобных условиях зимой попросту неприемлемо — слишком много времени занимает поддержание минимального уровня комфорта, который в городе воспринимается как само собой разумеющееся. Исключить ручной труд при постоянном загородном проживании можно, но за удовольствие, разумеется, придётся платить: сначала закупив соответствующее оборудование, а после — оплачивая счета за энергоносители. Впрочем, так или иначе, но устройство отопления в загородном доме в отсутствие централизованного теплоснабжения будет сопряжено с затратами, и основная задача — найти разумный компромисс между ценой и комфортом.

Чем топим?

Обзор всехвозможных вариантов отопления жилья займёт слишком много места. Однако есть смысл упомянуть об основных технических решениях, задав для начала несколько граничных условий. Итак, имеется отдельно стоящий дом с подведённым к нему электричеством и источником воды, т. е. колодцем или скважиной. В общем-то для полного счастья не хватает только тепла. Проще всего эта проблема решается, если к дому подведён ещё и газ, но если его нет или он будет «в перспективе», придётся искать другие источники тепловой энергии. Вариантов тут несколько.

Электричество. Самый простой и дешёвый вариант с точки зрения начальных затрат. Однако требует мощной, возможно, трёхфазной проводки, и отопление с его помощью обходится дороже всего.

Тепловые насосы. Принцип действия основан на «отбирании» тепла из окружающей среды: воздуха, воды или (чаще всего) земли. Требуют в разы меньших энергозатрат по сравнению с электрическим обогревом, но стоят довольно дорого. С другой стороны, беспокоиться о пополнении «запасов топлива» не нужно.

Солнечные коллекторы. Обходятся дешевле тепловых насосов, но для круглогодичного полноценного обогрева малопригодны. Однако выгодны в качестве одного из элементов системы отопления: основного в тёплое время и вспомогательного зимой. Солнечная энергия бесплатна, затраты на электричество минимальны или вообще отсутствуют.

Во всех остальных случаях тепло придётся получать, сжигая различную «органику». Для начала следует заметить, что в общем случае обогрев помещения может быть воздушным или жидкостным, и для этого понадобится печь или котёл. Остановимся на втором варианте: печной обогрев с точки зрения отопления нескольких помещений не слишком удобен, да и проблемы организации горячего водоснабжения он не решает.

Основный элемент любого котла — теплообменник, в котором энергия сгораемого топлива нагревает теплоноситель. И первое, что требуется при выборе котла, — определиться с используемым топливом. Все вещества могут находиться в одном из трёх агрегатных состояний: твёрдом, жидком и газообразном, соответственно и котлы бывают трёх разных видов.

Твердотопливные котлы. Они недороги в эксплуатации и удобны с точки зрения хранения запасов топлива: для угля достаточно сделать навес, а для дров или, к примеру, торфа — выделить отдельное сухое помещение, чтобы не подвергать их воздействию влаги. Недостатков у таких котлов несколько: поддерживать постоянное горение нужно вручную, несколько раз в день загружая в топку новую порцию топлива и убирая золу.

Интерес могут представлять и разновидности пиролизных котлов, в которых горит газ, выделяющийся при термическом разложении древесины, при этом посещать котельную придётся раз в день-два. Однако пиролизные котлы и стоят дороже. Существуют также котлы, работающие на прессованных древесных гранулах — пеллетах. Они могут работать без «дозаправки» бункера по нескольку дней, а очищать их потребуется ещё реже.

В любом случае полностью автоматизировать процесс загрузки твёрдого топлива в домашних условиях нереально — не те масштабы. Поэтому, если не хочется осваивать профессию истопника, придётся задуматься о других вариантах: сами по себе дрова ходят только в сказках, а вот подвести к котлу жидкое или газообразное топливо несложно.

Газовые котлы. При наличии подведённого к дому газопровода проблема отопления решается довольно просто. Такие котлы во множестве представлены на рынке — только выбирай. И тут выбор обычно связан с настенным или напольным исполнением котла, в основном, в зависимости от требуемой мощности. Отпадает и проблема хранения топлива, и соотношение «стоимость отопления/уровень автоматизации» одно из самых высоких.

Качество подводимого газа практически стабильно, единственный «минус» связан с его количеством, точнее, непостоянством давления «в трубе» в разное время года. Далеко не все разновидности газовых котлов, особенно напольных, оснащаются горелками, способными работать при низком давлении, а если пламя «сядет» на горелку, она быстро испортится. При повышенном давлении пламя способно быстро прожечь теплообменник.

Ручная подстройка давления требует определённых умений или вызова специалиста, а модулированные (т. е. с системой автоматического поддержания параметров) горелки для напольных котлов обходятся заметно дороже.

Понятно, что основное ограничение по эксплуатации газовых котлов — наличие газопровода. Однако есть и вариант, при котором используется сжиженный природный газ (пропан-бутан). Ёмкость для его хранения (газгольдер) устанавливают на участке. Давление СПГ гораздо стабильнее, чем в магистральном газопроводе, а основные недостатки — большая стоимость СПГ, затраты на газгольдер, необходимость согласования проекта с контролирующими органами и периодические проверки состояния газгольдера и системы в целом.

К тому же далеко не каждый решится установить на участке ёмкость объёмом в несколько кубометров, заполненную сжиженным газом. Впрочем, это вопрос скорее психологического порядка: при надлежащей эксплуатации газгольдер безопасен.

Чугунный котёл для отопления и ГВС с встроенной жидкотопливной горелкой De Dietrich GTU 1200 V

Жидкотопливные котлы. Могут работать на разных видах жидкого топлива. В подавляющем большинстве случаев у нас в стране используются «дизельные» модели. Практически все они выпускаются в напольном исполнении, легко поддаются автоматизации, к тому же конструктивно полностью схожи с газовыми напольными котлами.

Посадочные размеры горелок стандартизованы, сама горелка — это всего лишь источник тепла, топливо в который подаётся по трубопроводу. Для работы котла безразлично, что именно сгорает в горелке, главное, чтобы параметры подачи топлива были правильно настроены: факел не касался ни самой горелки, ни стенок котла.

Котлы средней мощности (применительно к отоплению одного «среднего» дома) — наиболее универсальный вид тепловых генераторов. Чтобы перевести жидкотопливный котёл на газ, обычно достаточно просто заменить горелку, не внося изменений в остальную систему. В общем случае достаточно иметь всего две горелки: дизельную и газовую, а уж перенастроить их под конкретный вид топлива или газа — дело несложное, хотя и требующее вызова специалиста.

Подобная переделка может потребоваться, если к участку провели магистральное газоснабжение, и необходимость в закупке жидкого топлива отпала. Фактически для смены вида топлива понадобится только открутить несколько болтов, вытащить одну горелку, установить другую, подключить её к системе автоматики, источнику топлива и провести настройку. Впрочем, выпускаются и небольшие котлы со встроенной дизельной горелкой, их «газификация» может быть несколько сложнее: может ещё потребоваться замена или установка других декоративных панелей или передней стенки корпуса.

«Солярка», сэр

После этого «краткого» обзора можно и перейти к основной теме статьи — напольным бытовым котлам на жидком топливе. По умолчанию будем считать, что его роль играет «солярка» как наиболее доступный источник энергии. Разница между видами жидкого топлива не принципиальна, и перевод котла на печное топливо или солярку обычно связан только с соответствующей перенастройкой жидкотопливной горелки. Кстати, и газовая горелка для магистрального и сжиженного газа настраивается по-разному.

В нашем случае термин «бытовой» означает не уровень исполнения, а назначение — индивидуальное отопление одиночного дома. Универсальные комбинированные котлы, способные работать на нескольких видах топлива, стоят неоправданно дорого для частного пользователя, а большинство систем централизованного отопления многоквартирных домов или посёлков в целом различаются только мощностью и некоторыми деталями исполнения котлов и горелок.

Основные элементы системы отопления

В первую очередь к ним относится сам котёл с горелкой, но это всего лишь часть системы. Для работы котла требуется топливо, значит, нужен резервуар для его хранения, Для сгорания топлива необходима подача воздуха — потребуется обеспечить его поступление. Газы, образующиеся при сгорании, надо выводить наружу — нужен ещё и дымоход. Котёл должен быть подключён к системе отопления здания — и это совершенно отдельный разговор.

Неплохо бы также греть с помощью котла обычную (санитарную) воду, следовательно, понадобится бойлер, кстати, эту воду надо подавать из отдельного источника отдельным насосом. Для создания автономной системы отопления также потребуются устройства регулирования работы всех компонентов, а значит, и подключение к электросети для питания систем автоматики.

Разумеется, нужна всевозможная соеди-нительная арматура, защитные устройства, датчики и многое другое. В общем, полная стоимость системы может превысить стоимость котла в два, три и более раз, и для подбора всех компонентов без специалиста не обойтись. Но обо всём по порядку.

Жидкотопливный котёл с бойлером Viessmann Vitola 200 в разрезе

Три источника и три основные части котла

Основной элемент любого котла — теплообменник. Он может быть стальным либо чугунным. Стальные легче, малочувствительны к ударам, лучше переносят колебания температуры в процессе работы, но срок их службы несколько ниже: сталь подвержена коррозии, особенно в присутствии химически активных продуктов сгорания топлива, да и прогорает тонкий стальной лист относительно быстро.

Впрочем, в современных котлах теплообменники изготовлены из специальных легированных нержавеющих сталей, и расчётный срок их службы составляет 10-20 лет. Чугунные теплообменники могут служить и по полвека, однако они гораздо тяжелее, требуют аккуратности при монтаже и эксплуатации. Прогорать они будут долго, но могут треснуть при ударе или сильном перепаде температуры теплоносителя между «выходом» и «входом».

Некоторые компании для изготовления таких теплообменников применяют специальный пластичный чугун, рассчитанный именно на эксплуатацию в подобных системах. В остальных случаях задействуют устройства, не допускающие значительного перепада температуры жидкости между «входом» и «выходом». Чаще всего это байпасная система, при необходимости возвращающая в котёл часть горячей воды, если перепад температур становится больше допустимого.

К тому же чугунный котёл обладает большой инерционностью: быстро изменить температуру он не в состоянии, при включении сначала прогреется сотня или более килограммов теплообменника, и только потом можно рассчитывать на нагрев теплоносителя. То же самое произойдёт при изменении режима работы и выключении котла. Однако инерционность является также и «плюсом» для жидкотопливных котлов.

Благодаря ей число включений-выключений горелки резко сокращается, что увеличивает срок её жизни. Помимо этого, не стоит забывать о том, что в момент старта горелка работает неэффективно, сжигает лишнее топливо и выбрасывает в атмосферу гораздо больше вредных веществ. Так что инерционность оказывается на руку и потребителю, и окружающей среде.

Устройство большинства теплообменников напоминает обычную батарею отопления: несколько секций соединены между собой. На переднюю секцию навешивается дверка с закрепляемой на ней горелкой, средние секции одинаковы. От их количества в основном и зависит мощность котла. Именно поэтому котлы одинаковых модельных рядов по внешнему виду обычно полностью сходны и отличаются только габаритной длиной (глубиной).

Некоторые мощные модели котлов можно приобрести и в разобранном виде, тогда монтаж (соединение секций) производится прямо в помещении. Тут всё просто: чем мощнее котёл, тем больше он весит, и бывает проще собрать его на месте, чем пытаться пронести оборудование в сборе, пусть даже буквально на несколько метров, даже если позволит ширина дверных проёмов.

Камера сгорания чугунного котла Buderus Logano G125 имеет большую площадь теплообмена за счёт множества выступов

Внутреннее пространство теплообменника образует топку, куда вставлена горелка, выше находятся несколько (от двух до четырёх) горизонтальных (реже вертикальных) каналов, по которым проходят горящие продукты сгорания. Для увеличения интенсивности теплообмена в каналы могут быть вставлены турбулизаторы, Самый простой тип турбулизатора для круглого канала — металлический пруток, к которому в шахматном порядке прикреплены полукруглые пластинки.

При проведении технического обслуживания турбулизаторы вынимают, и канал становится легкодоступным для очистки от закрепившихся на нём продуктов сгорания. Это очень важный процесс: слой сажи уменьшает интенсивность теплообмена, чем толще этот слой, тем больше топлива в буквальном смысле вылетит в трубу. Дверка для топки и горизонтальных каналов обычно общая. У более мощных котлов каналы могут располагаться и вокруг всей топки, по её периметру.

Раз уж основная задача котла — греть теплоноситель, то тратить энергию на прогрев окружающего воздуха просто ни к чему. Для уменьшения тепловых потерь и заодно придания привлекательного внешнего вида теплообменник котла убирают в корпус со слоем теплоизоляции.

Второй важнейший элемент котла — сама горелка. Большинство котлов поставляются без неё. Исключение составляют в основном небольшие модели. Однако многие производители комплектуют котлы горелками собственного производства (или предлагаемыми под собственной товарной маркой). Вообще говоря, почти всегда можно подобрать и горелку другой марки: все присоединительные размеры стандартизованы.

Расчёт тут другой. Котёл, горелка да и многие прочие элементы требуют периодического обслуживания. Вызывать для этого двух специалистов от различных фирм нет резона, поэтому лучше не увлекаться «солянкой» из разнообразных элементов. Даже если в ассортименте фирмы нет каких-то собственных элементов системы, всегда можно подобрать оборудование из числа рекомендованного, к тому же предварительно настраивать котёл на месте должен специалист.

Жидкотопливные котлы оснащаются горелками вентиляторного типа, принудительно подающими воздух в топку и заодно «проталкивающими» продукты сгорания по системе дымоудаления. Сами по себе горелки технически достаточно сложны, но основной их параметр (кроме, разумеется, мощности) — высота всасывания топлива с помощью собственного насоса. От него зависит, потребуется ли вводить в систему дополнительный насос.

Также горелки могут быть одноступенчатыми (мощность постоянна, варьируется время включения), двухступенчатыми или модулируемыми. Чем сложнее горелка, тем меньше она расходует топлива, но и цена её возрастает. На практике для индивидуального теплоснабжения обычно вполне достаточно и одноступенчатой горелки. Из прочих элементов горелок можно отметить системы автоматического поджига и системы безопасности, перекрывающие подачу топлива при нештатных ситуациях или перебоях в подаче электроэнергии. Регулируют мощность горелки подбором форсунки, а также параметров работы топливного насоса и вентилятора.

Основной эксплуатационный недостаток горелок — создаваемый ими шум. Кардинальный способ борьбы с шумом — установка котла в отдельном помещении, впрочем, у оборудования небольшой мощности и шум невелик. Современные котлы вполне могут работать и в жилой комнате или коридоре. В некоторых случаях горелка убирается внутрь корпуса котла, для больших мощностей её «приставляют» к передней стенке и снабжают собственной шумозащитой.

Третий основной элемент — блок автоматики. Основная его задача — поддержание заданной температуры теплоносителя. Но, как и любая современная электронная аппаратура, блок может быть оборудован множеством дополнительных функций. И чем больше функций, тем в конечном счёте дешевле обойдётся эксплуатация. В простейшем случае котёл будет поддерживать заданную температуру в постоянном режиме. Если же случится быстрое потепление, котёл всё равно будет продолжать сжигать недешёвое топливо в прежнем количестве. Погодозависимый блок автоматики оснащается выносными датчиками температуры в помещении или на улице и расходует топливо, основываясь на их показаниях, без вмешательства человека.

К числу других функций относятся режимы отопления разных комнат, работа в летнем режиме, когда подогревается только система горячего водоснабжения, а отопление не задействуется, автоматическая защита от замерзания дома в отсутствие хозяев (поддержание небольшой положительной температуры) и многое другое. Наиболее продвинутыми моделями можно управлять по беспроводной связи с помощью мобильного телефона или компьютера, они способны отсылать данные о своей работе в сервисную организацию, хотя для таких «излишеств» уже потребуется подключение дополнительных элементов и контроллеров.

Собственно, котёл, горелка и блок управления составляют основу любой системы отопления. Чаще всего их приобретают по отдельности, выбрав наиболее подходящие варианты из нескольких, хотя некоторые фирмы предлагают и полный комплект, иногда даже в виде моноблока, требующего только подключения к стационарной системе отопления. В такой комплект может также включаться и «обвязка»: дополнительные датчики, расширительные баки, насосы, но это скорее исключение. А правило простое: чем выше мощность котла, тем больше возможных вариантов организации отопления и тем больше вероятность того, что компоненты придётся подбирать «по месту».

Четвёртый элемент...

Ещё один важный элемент системы — накопительный бак-водонагреватель, он же бойлер. В отличие от системы отопления, в которой постоянно задействован вполне определённый объём теплоносителя, горячая вода используется относительно редко, но требует больших объёмов за короткое время. Теплообменник контура водоснабжения в котле (даже если он там предусмотрен) может нагреть не так уж много, гораздо проще приготовить воду заранее и расходовать по мере надобности.

Существуют разновидности котлов со встроенными бойлерами, с от-дельными баками вертикального или горизонтального исполнения («колонна» или «подставка под котёл»), с возможностью дополнительного подогрева... в общем, вариантов тут много.

Пожалуй, самый интересный из них — подключение к бойлеру солнечного коллектора. Летом на нагрев воды топливо расходовать не понадобится, а зимой, особенно в яркий день, коллектор немножко «поможет» котлу. Такие варианты относятся к числу типовых решений у многих производителей отопительного оборудования.

...и всё остальное

Одна из основных проблем, с которой придётся столкнуться при устройстве жидкостной системы отопления — выделение места под хранение топлива и приобретение одного или нескольких резервуаров. Их изготавливают из стали или пластика, возможно несколько вариантов установки. Максимальный объём бака для дизельного топлива, установленного в помещении котельной рядом с котлом, — не более 1 м3 (при внутридомовой установке — 50 л). Для целого сезона работы этого маловато, поэтому баки устанавливают в отдельном помещении или закапывают в землю.

Общее правило таково: при разрушении стенки бака топливо не должно попасть в почву. При наружной установке баки ставят либо в комнате с герметичными полами и стенами, либо на специальные поддоны, объёмом не менее, чем самый большой бак в комплексе. Для закапывания в землю предназначены двухслойные баки с датчиком утечки между стенками. Помимо этого, в систему подачи топлива входят трубопроводы, клапана, воздухоотводчики и другие элементы.

Если бак расположен далеко или существенно ниже горелки, мощности её встроенного насоса может не хватить и придётся добавлять дополнительный циркуляционный насос. Не следует также забывать, что с уменьшением температуры дизельное (и любое другое) топливо увеличивает вязкость и даже может полностью замёрзнуть, причём основные места, где это часто происходит, — фильтры и трубопроводы. Также дизельное топливо для средней полосы может быть «летним» и «зимним» (в северных районах есть также «арктическая» солярка с низкой температурой замерзания).

Жидкотопливный котёл с бойлером Viessmann Vitorond 100

Вообще говоря, от качества топлива напрямую зависит и качество отопления, т. е. частота проведения техобслуживания, КПД котла, выброс вредных веществ, в частности, соединений серы, и срок службы отдельных элементов. Тут похвастаться нечем: проводимые исследования показали, что с точки зрения современных норм качество отечественной солярки таково, что она «не годится даже на отопление», а у нас её используют для работы двигателей внутреннего сгорания.

Но, увы, этот параметр от потребителя не зависит, брать придётся «что дают». Всё, что можно сделать — выбрать постоянного надёжного поставщика, так как другие более качественные виды топлива для котла (к примеру, биодизель) у нас не распространены. В любом случае не реже раза в год необходимо проводить обслуживание и котла, и горелки.

В жидкостную систему отопления заливается либо вода, либо специальный антифриз. При использовании воды следует уделять повышенное внимание её качеству. Препятствующую теплообмену накипь с внутренних стенок обычно почти невозможно удалить, и КПД системы снижается. Если используется замкннутая система отопления, даже нескольких смен жёсткой воды в ней достаточно для серьёзного снижения мощности.

В незамкнутой системе (контуре ГВС) накипь появляется ещё быстрее. Для уменьшения её образования используют различные методы и устройства. Впрочем, это относится в основном к бойлерному оборудованию: смысл пропускать холодную воду через котёл мощностью до 30-40 кВт невелик, она просто не успеет нагреться.

Для создания полностью автономной системы отопления нужно учесть и возможность периодических отключений электроэнергии. Если электричество пропадёт на срок не более двух-трёх часов, ничего страшного не случится: при расчёте теплового баланса здания эта возможность учитывается.

Другое дело, если продолжительность аварийного отключения измеряется сутками. Впрочем, потребление энергии системой невелико (для горелок — порядка сотни ватт, прочее оборудование потребляет ещё меньше). Такое её количество может обеспечить небольшой аварийный генератор или заранее заряженные аккумуляторы.

И последний, но не менее важный элемент системы отопления — обустройство притока воздуха, вентиляции и дымохода. Поскольку при сжигании топлива образуются сернистые соединения, кирпичные трубы при эксплуатации могут разрушиться буквально в течение сезона. Обычно дымоход делают из кислотостойких нержавеющих сталей. Иногда стальные дымоходы просто вставляют внутрь кирпичной трубы.

В некоторых случаях применяют коаксиальные трубы: по внутренней трубе отводятся дымовые газы, а в межтрубное пространство засасывается воздух на горение. В других случаях в помещении котельной требуется предусмотреть приток достаточного количества воздуха и вентиляцию. Конкретные решения по всей системе в каждом конкретном случае подбираются индивидуально, в зависимости от особенностей дома, участка и пожеланий владельца.