Автоматика для твердотопливных котлов: как сделать систему отопления с ТТ котлом эффективной?
В этой статье мы расскажем о том, как сделать эффективной систему отопления на базе твердотопливного котла.
Котел. Не секрет, что твердотопливные котлы сильно различаются по уровню эффективности. Но ориентироваться на цену, торговую марку и страну происхождения для выбора эффективного котла не стоит. Эффективность определяется такими факторами как конструкция теплообменника и котла в целом, способ сжигания топлива (классический или пиролизный), размеры загрузочной камеры, длительность горения на одной закладке и т. д. Именно от этих факторов зависит КПД котла, температура отходящих дымовых газов и их качественный состав.
Топливо. Качество и вид топлива также существенно влияет на работу твердотопливного котла. От хороших сухих дров (поленья крупнокусковые) гораздо больше тепла и гораздо меньше дыма и сажи, чем от сырых веток, да и продолжительность горения будет отличаться в разы. Что же касается хорошего угля, то он ни в какое сравнение не идет даже с самыми качественными и сухими дровами. На угле любой котел, независимо от конструкции, выдает больше мощности и работает значительно дольше, чем на дровах.
Оптимальный режим работы. Самая эффективная работа твердотопливного котла — при нагрузках, приближенных к максимальным: в таком режиме топливо сжигается полностью без остатка, состав дымовых газов соответствует самым высоким требованиям экологических норм, а теплообменник котла выдает максимально возможный для него КПД.
Но такой режим работы котла возможен только в период «разгона» системы отопления, то есть когда вы растопили холодный котел и в доме еще прохладно: котел разгорается, идет интенсивный процесс нагрева системы отопления и помещения. Далее, добившись желаемой температуры в помещении, вы настраиваете котел на режим умеренного горения (режим поддержания), чтобы не перегреть котел, систему отопления и дом, и чтобы напрасно не расходовать топливо. С этого момента любой твердотопливный котел, и хороший и не очень, снижает свою эффективность: воздуха для горения поступает в топку меньше, топливо горит медленнее, температура котла снижается и какое-то время удерживается на одном уровне. При этом меняется качественный состав дымовых газов: кроме основных компонентов дыма — СО₂ и Н₂О, появляется большое количество сажи (ее вы заметите по цвету дыма) и СО (угарный газ), а также других вредных примесей. Сажа и угарный газ есть не что иное, как недогоревшее топливо, которое мы выбрасываем в небо.
У котлов с автоматической подачей топлива, например, пеллетных, дизельных или газовых добиться оптимального режима работы, а точнее оптимальной теплопроизводительности, очень просто. Для этого нужно всего лишь уменьшить количество подаваемого топлива. Количество воздуха, который подается в топку, при этом также будет уменьшено, но пропорциональное соотношение топливо-воздух останется неизменным: меньше топлива и воздуха – меньше тепла, и наоборот.
Но не так все просто у твердотопа – подачу воздуха мы регулировать научились, но топливо-то уже подано в топку, с момента растопки прошло достаточно времени и весь объём дровяной закладки охвачен пламенем, то есть поленья нагрелись до определенной температуры, и вся их поверхность стала активно выделять газообразные горючие химические соединения. Уменьшая количество воздуха, мы оставляем часть горючих химических соединений без кислорода, то есть они попросту не сгорают и, под воздействием высокой температуры, перейдя в газообразное состояние, улетучиваются в атмосферу через дымоход. Это, как если бы мы в газовой горелке нарушили баланс газ-воздух, тогда часть газа улетала бы в атмосферу, при этом расход газа остался бы прежним, а количество тепла уменьшилось.
Напрашивается очевидный вывод: топливо в котле нужно сжигать полностью. Но тогда куда девать излишки тепла?
Запасаем излишки тепла впрок. С древних времен люди научились сохранять и запасать тепло, и делали они это достаточно просто: в каменной пещере или в глиняной хижине оставляли только отверстия для вентиляции, чтобы не задохнуться от горящего костра, а сам костер по периметру обкладывали камнями – нагретые камни долго оставались теплыми, после того как хворост в костре выгорел. Позже люди начали строить массивные каменные, а потом и кирпичные печи для обогрева жилища и приготовления еды. Часто такие печи занимали полдома, что было не очень удобно, но зато печь за счет своей массы достаточно долго обогревала дом.
Как же запасать тепло в современных домах, размеры которых существенно выросли, и увеличилось количество комнат в них (печное отопление эффективно только в пределах той комнаты, в которой находится печь)?
Нам поможет специально созданное для этого оборудование – теплоаккумулятор, то есть хорошо теплоизолированная буферная емкость для хранения нагретой воды (теплоносителя). Мы будем запускать котел на максимальную мощность (то есть в оптимальном для него режиме), на которой он будет работать весь цикл, пока не сгорит все загруженные в него топливо. А излишки тепла будут аккумулироваться в теплоаккумуляторе. Когда все топливо догорит, а котел погаснет, тепло в помещение будет поступать из буферной емкости. И только после того, как запасы тепла в буфере истощаться, надо будет снова растапливать котел.
| Теплоаккумулятор Hajdu |
А заполнять теплоаккумулятор мы будем при помощи термосмесительного клапана Laddomat, который также специально был создан для этих целей. Он будет перераспределять потоки между котлом, буфером и системой отопления, контролируя температуру теплоносителя с помощью встроенного в него термопатрона.
| Laddomat 21-60 |
В начале растопки котла Laddomat будет «гонять» теплоноситель по малому кругу, возвращая подогретую воду обратно в котел, помогая ему таким образом выйти на максимальную производительность за короткое время. К слову сказать, осуществляемый Laddomat’ом подмес подогретой воды в возвратную линию котла предотвращает нежелательный перепад температур в котле, защищая его от коррозии.
После выхода котла на рабочий режим Laddomat начнет подавать тепло в систему отопления (радиаторы, теплые полы и т.д.), а «излишки» тепла – запасать в теплоаккумуляторе.
Система котел — теплоаккумулятор — Laddomat
Кроме того, Laddomat защитит котел от перегрева. Представьте себе, что в доме отключилось электричество, не такое уж редкое явление в наших палестинах. Хорошо, если есть дизельный генератор. А если нет? В автоматических котлах топливо просто перестанет подаваться в котел, и тот отключиться. А как быть с дровяным или угольным котлом, его ведь полностью не заглушишь? На этот случай в Laddomat предусмотрена системы самоциркуляции, благодаря которой он продолжит отводить тепло от котла даже в отсутствии электричества до тех пор, пока котел не остынет или пока не появится электричество.
Котел ATMOS с теплоаккумулятором и Laddomat
В заключение стоит отметить, что добавив к этому «дуэту» автоматику (например, Thermomatic EC Home), которая будет регулировать поступление тепла в систему отопления дома, мы добьемся оптимального климата в помещении при минимально возможном расходе топлива.
Автоматика отопления Thermomatic EC Home
Источник
Регулировка температуры твердотопливного котла
Процесс горения твердого топлива это сложный и высоко инерционный процесс, а поэтому очень трудно поддается регулировке. Однако, пусть грубо, но данный процесс можно контролировать, путем дозирования количества воздуха, подаваемого в камеру сгорания.
Регулировка температуры твердотопливного котла осуществляется путем изменения подачи воздуха в камеру сгорания котла. Существует два способа такой регулировки:
- с помощью заслонки и термостатического регулятора тяги;
- с использованием вентилятора и автоматики (контроллера) плавно меняет его обороты.
Оба способа имеют право на жизнь, однако первый случай более дешевый, а второй дает возможность достичь высокой точности регулирования.
Регулирование с помощью заслонки подачи воздуха – это вариант пассивного регулирования мощности. В этом случае воздух в камеру сгорания попадает за счет тяги (разрежения), которую создает дымоход.
Данный способ предполагает наличие в котле заслонки подачи воздуха. Данная заслонка может быть расположена на нижней дверце котла или в задней его части. Кроме заслонки, в котле должно быть место с внутренней резьбой, куда вкручивается термостатический регулятор тяги.
Регулятор тяги с помощью цепочки соединяется с заслонкой подачи воздуха. Работает данная система следующим образом – когда температура воды в котле приближается к заданной на регуляторе тяги температуре, стержень чувствительного элемента регулятора удлиняется на величину, достаточную для прикрытия заслонки в пределах ее рабочего диапазона.
Однако эффективность данного способа управления заслонкой не может быть высокой, а регулятор не обеспечивает высокую точность регулирования. Так как процесс зависит от многих физических факторов, к примеру не каждый механический регулятор тяги может полноценно “поднимать” тяжелую чугунную заслонку и т. п., поэтому достичь точности и скорости регулирования такой системой практически невозможно. Основными преимуществами данного способа является низкая себестоимость системы и ее энергонезависимость (не требуется подключения электричества).
Практические рекомендации по настройке температуры твердотопливного котла при помощи термомеханического регулятора тяги
Для начала необходимо полностью открыть заслонку подачи воздуха (поддувало), растопить котел и дождаться, чтобы на термометре котла температура достигла 60 °С. После этого необходимо выставить щель заслонки подачи воздуха около 1-2мм при помощи регулировочного винта.
Далее выставляем на регуляторе тяги температуру 60 °С – либо по белой шкале, либо по красной – в зависимости от монтажного положения регулятора и натягиваем цепочку до момента, когда она перестанет провисать (с минимальной натяжкой). Теперь следует поэкспериментировать с температурой на ручке регулятора и температурой, которую поддерживает котел. По результатам тестов корректируем длину цепочки.
Регулировка температуры твердотопливного котла с помощью вентилятора и контроллера
Второй способ регулировки температуры твердотопливного котла состоит в использовании вентилятора и контроллера, и его можно отнести к случаю активного регулирования подачи воздуха. Суть данного способа заключается в прямом дозировании количества воздуха, попадающего в камеру сгорания котла. Исполнительным механизмом в данном случае является вентилятор, который нагнетает воздух в камеру сгорания. Изменяя обороты вентилятора, можно плавно и в широком диапазоне менять объем воздуха, попадающего в камеру сгорания твердотопливного котла. Управляет вентилятором контроллер. Суть управления заключается в плавном изменении напряжения питания вентилятора, в зависимости от разницы между заданной температурой и той, что есть сейчас в котле.
Рассмотрим параметры, которые может обеспечивать стандартный контроллер:
- конечная температура котла – это заданная температура, которую должна обеспечить автоматика;
- гистерезис работы вентилятора – это разница температур от заданной, в пределах которой будет происходить линейное управление оборотами вентилятора (пропорциональный закон);
- минимальные обороты вентилятора – это минимальные обороты в рабочем режиме (минимальная тепловая мощность котла);
- максимальные обороты вентилятора – это обороты в режиме максимальной мощности по контроллеру (максимальная тепловая мощность котла);
- время продувки – это время, автоматика включает вентилятор, когда котел набрал заданную температуру чтобы пламя в котле не угасло;
- время паузы между продувками – чтобы не перегреть котел, когда он набрал температуру;
- температура включения насоса системы отопления – насос включится только при достижении заданной температуры;
- гистерезис насоса – разница, показывающая на сколько градусов от заданной может опуститься температура воды в котле без выключения насоса. Определяет температуру при которой насос выключится;
- коррекция показателей температуры – если датчик смонтирован не правильно и его показатели некорректны;
- температура погашения котла – температура при которой в котле уже нет топлива и выключается вентилятор;
- тестовый режим позволяет проверить работу насоса и вентилятора в ручном режиме.
- Контроллер
- Котел на твердом топливе
- Вентилятор наддува
- Аварийный датчик температуры
- Датчик температуры
- Насос Ц.О.
- Теплоприемник-радиатор
Как видим данный способ регулировка подачи воздуха имеет возможность более точно обеспечить заданную температуру теплоносителя в твердотопливном котле. Однако, при достаточной герметизации дверцы подачи воздуха и поддувала, данная система автоматики может привести к затуханию котла в режиме отсутствия электропитания, потому что на вентиляторе смонтирован гравитационный клапан подачи воздуха, когда вентилятор не работает, клапан не позволяет подать воздух в камеру сгорания.
Источник