Системы отопления на биотопливе.

CИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ НА БИОТОПЛИВЕ

Инженеры Marco Doninelli, Mario Doninelli, студия S.T.C*

Целью данной публикации является рассмотрение различных практических аспектов, возникающих при проектировании и монтаже систем, использующих этот новый и в то же время такой старый источник энергии. Наш сегодняшний рассказ можно условно поделить на 4 части:

1. Какие типы биомассы используются для производства тепла.

2. Типы теплогенераторов, работающих на биомассе.

3. Технические моменты данных теплогенераторов.

4. Несколько возможных схем топочных с использованием твердотопливных котлов.

БИОМАССА

Под термином «биомасса» подразумеваются все материалы органического происхождения (растительного и животного), которые не прошли стадию окаменения и могут служить источником энергии. Таким образом, под это понятие не подпадают такие вещества, как каменный уголь, нефть и природный газ.

Энергия, получаемая из биомассы, относится к типу возобновляемой. Естественно, что данное утверждение верно до тех пор, пока площади, занимаемые подобными культурами, не черезмерны и не вредят разнообразию растительного и животного мира или не приводят к уменьшению посевных площадей под культуры, употребляемые непосредственно в пищу, в противном случае стоимость биотоплива сильно возрастает. Кроме того, использование топлива из биомассы не приводит к повышению содержания двуокиси углерода (СО2) в атмосфере. Известно, что повышенное содержание данного соединения может привести к возрастанию парникового эффекта (стопроцентных доказательств этого у нас нет, однако вероятность данного факта весьма велика).

Фактически двуокись углерода, которая выделяется при горении биотоплива, используется потом растениями в фазе роста. Таким образом, влияние использования биотоплива на усиление парникового эффекта равно нулю.

Иначе обстоит дело с ископаемыми топливами. При сгорании их выделяется углерод, который до этого многие миллионы лет аккумулировался под землей и был исключен из круговорота веществ в природе. Таким образом, при сгорании ископаемых топлив мы вносим дисбаланс в состав атмосферы.

Однако считается что во избежание загрязнения окружающей среды биомасса должна быть свободна от загрязнителей, а также удобна в использовании в бытовых условиях. Далее мы рассмотрим наиболее распостраненные и удобные для использования формы биомассы: биогаз, и биотопливо в виде различных вариантов древесного происхождения.

БИОГАЗ

Представляет собой смесь различных газов (в основном метан), получаемую в результате анаэробной ферментации (то есть без присутствия кислорода) органических материалов, в основном из отходов агропромышленного комплекса и навоза крупного рогатого скота. Ферментация происходит в специальных биореакторах, так называемых метантенках. Биогаз используется в качестве топлива, а также в когенерационных установках – то есть в установках, предназначенных для одновременной выработки тепловой и электрической энергии.

БИОТОПЛИВО

Из биомассы можно извлекать и жидкое топливо. Наиболее распространенный вариант - это получение биоэтанола и биодизеля. Биоэтанол получают путем ферментации растений с большим содержанием сахара, таких как свекла, кукуруза и сахарный тростник.

Для биодизеля, напротив, необходимо использовать масличные культуры, такие как подсолнух, рапс и соя. Биотопливо в настоящий момент используется как топливо для дизельных двигателей.

ДРЕВЕСНОЕ БИОТОПЛИВО

В качестве дров данный вид биомассы использовался человеком очень давно как для обогрева жилища, так и для приготовления пищи. Только во второй половине XVIII века началось постепенное замещение дров ископаемыми видами топлива, такими как уголь, газ и нефть. А во второй половине XIX века ископаемые топлива в развитых странах уже практически полностью вытеснили дрова из данного сектора энергетического баланса человечества.

Однако в последние годы наблюдается все более возрастающий интерес к данному виду биомассы по разным мотивам. Среди них такие как:

• уменьшение запасов ископаемого топлива;

• экологический ущерб, вызванный использованием ископаемого топлива;

• доступность в первые годы нового тысячелетия устройств для сжигания органического топлива значительно более эффективных, чем те, что использовались ранее.

Использование древесины как топлива в бытовом секторе имеет ряд неоспоримых преимуществ, таких как:

• способствование лучшему уходу за лесом и поддержанию его в здоровом состоянии, при этом данные работы могут оплачиваться за счет средств, вырученных от продажи дров (отметим, что правильная вырубка идет только на пользу лесным массивам);

• древесина может быть побочным продуктом при обрезке деревьев, живых изгородей и расчистке русел рек во время работ по облагораживанию сельской местности;

• не представляет практически никакой угрозы для окружающей среды на всех этапах своего жизненного цикла от производства и транспортировки до использования.

Для измерения теплотворной способности топлива обычно используется параметр PCS - высшая теплота сгорания топлива. Смысл данного параметра заключается в количестве тепла которое выделяется при сгорании полностью сухого топлива. Практические величины, полученные при сгорании топлива, отличаются от PCS, однако они легко получаемы в лабораторных условиях.

Заметим однако, что зная значение параметра PCS, мы можем легко определить значение PCI древесины – данный параметр еще называют низшей теплотой сгорания. Определение данной величины зависит от относительной влажности древесины, которая в свою очередь определяется с помощью гигрометра или соответствующих справочных таблиц.

В общем можно сказать, что чем выше влажность древесины, тем ниже ее теплотворная способность.

Для примера в таблице 3 приведены поправочные коэффициенты (F) для высшей теплоты сгорания в зависимости от относительной влажности древесины.

Таким образом, чтобы определить величину PCI, необходимо перемножить значение PCS на поправочный коэффициент F. Легко заметить, как сильно влияет значение относительной влажности на теплотворную способность древесины. Например, увеличение относительной влажности с 20 % до 40 % приводит к изменению фактора F с 0,77 до 0,54, что снижает тепловую эффективность на 30 %.

И напоследок следует заметить, что древесина может продаваться как на вес, так и на объем. При этом покупать древесину по объемному измерению более выгодно, так как вес древесины также сильно зависит от ее относительной влажности.

ДРЕВЕСИНА КАК ТОПЛИВО

Древесина как топливо обычно используется в следующих формах: чурки, поленья, брикеты, щепа и пеллеты. Рассмотрим каждую из них подробнее.

Древесина в чурках и поленьях

Древесина в форме чурок является одной из наиболее удобных форм для заготовки, транспортировки и использования древесины в качестве топлива.

Древесину подразделяют на таковую из твердых и мягких пород дерева. Древесина мягких пород (ель, сосна, тополь) характеризуется средним и низким уровнем цен. Легко возгорается и быстро горит. Характеризуется высоким пламенем и требует высокой топки.

Древесина твердых пород (дуб, бук, ясень, акация) характеризуется средне-высоким уровнем цен. Горит медленно и с низким пламенем. При этом увеличивается интервал закладки топлива в котел и поэтому данный вид древесины более предпочтителен для использования в бытовых условиях.

Эта древесина должна храниться в закрытых, хорошо проветриваемых помещениях, в противном случае она вбирает в себя влагу. Высокая влажность древесины не только обуславливает ее низкую теплотворную способность, но и способствуют высокому выбросу золы и других вредных веществ в атмосферу.

Основным преимуществом древесины в чурках и поленьях является ее относительная дешевизна. С другой стороны, такой вид древесного топлива не позволяет получить высокую тепловую эффективность сгорания, как в случае щепы и пеллет, а также требует значительных  площадей для хранения запаса топлива и частой загрузки печей и твердотопливных котлов. Топливные древесные брикеты. Как правило, изготавливаются из отходов древесины, спрессованных при высокой температуре.

Обычно имеют форму цилиндров или восьмиугольных призм. Дают продолжительное горение с низким пламенем, подобным образующемуся при сгорании бурого угля. Разница с последним состоит в том, что брикеты производят меньше сажи, пепла и золы. Это более чистый вид топлива, который оказывает меньшее негативное влияние на окружающую среду.

По сравнению с чурками и поленьями брикеты более компактны и имеют большую теплотворную

способность, занимают меньше места для складирования, а также легко можно подобрать их подходящую форму. Еще одно преимущество брикетов – их низкая относительная влажность и зольность, что значительно облегчает операции по очистке и настройке теплогенерирующих приборов. В то же время стоимость единицы тепла, полученного при сжигании брикетов, выше, чем при сжигании чурок и поленьев.

Щепа

Щепой называется измельченная древесина различной величины в диапазоне от 2 до 5 см. Щепу получают на специальных машинах (их еще называют дробилками) из веток, поленьев или отходов производства. Зачастую щепа образуется как побочный продукт промышленного производства, а не производится специально. 

В последнее время появилось направление специального производства щепы как топлива посредством выращивания посадок быстрорастущих деревьев с 2-5 летним циклом. При производстве тепловой энергии щепу обычно применяют в котлах с непрерывной подачей топлива (с тепловой мощностью от 20 кВт и выше). Щепа применяется в качестве топлива также для когенерационных установок средней и большой мощности. Когенерационные установки предназначены для производства тепловой и электрической энергии одновременно.

Пеллеты

Пеллетами называются маленькие цилиндры с различным диаметром от 6 до 12 мм и длиной от 10 до 13 мм. Эти цилиндры изготовлены из прессованных под большим давлением опилок. Пеллеты легко транспортируются и дозируются. Транспортировка пеллет из бункера, в котором они хранятся, к горелке происходит с помощью шнекового транспортера. Их цвет зависит от типа исходного материала и характера процесса сушки и прессования. 

Важно использовать качественные пеллеты, которые не позволяют компромисса в смысле тепловой эффективности, не дают отложений на теплообменных поверхностях печей и котлов и не загрязняют атмосферу сажей и другими вредными веществами. В основном пеллеты хорошего качества можно опознать по их поверхности (она должна быть гладкой, без трещин и разломов) и характерному древесному запаху. Хорошо также проверить целостность и герметичность упаковки, так как пеллеты очень легко впитывают влагу. Обратите также внимание на наличие пыли и трухи на дне контейнера с пеллетами: если пыли много, то это также указывает на низкое качество пеллет.

Качество пеллет

В Европе основными нормативными документами, регламентирующими качество пеллет, являются немецкие (DIN PLUS 51731) и австрийские (ÖNORM M 7135) стандарты. С 2010 года введен в действие новый норматив EN 14961-2 Немецкого института пеллет(Deutsches Pelletinstitut). Вот некоторые требования данного нормативного документа:

Качественные пеллеты должны обладать:

• высокой теплотворной способностью (> 5 кВт/кг) - колебания веса и стоимости гранул допускаются в пределах 10 – 15 % от теплотворной способности и, следовательно, содержащейся энергии;

• низким содержанием золы (< 0,5%), что снижает затраты времени и средств на чистку котлов, а именно их теплообменников, дымоходов и колосников;

• низким содержанием пыли ( < 2,0% ) - пыль опасна тем, что со временем может образовывать твердые отложения на дне топливного бункера и частях шнекового транспортера, что, в свою очередь, может привести к поломке механизма подачи топлива.

влажность: < 10%

остаточная зола: < 0,04%

остаточный хлор: < 0,02%

остаточный азот: < 0,30%

При производстве пеллет допустимо использовать улучшающие добавки, но с условием, что их содержание не будет превышать 2% по массе в химическом составе топлива.

КАМИНЫ

Много лет они использовались только как средства обогрева зданий. Однако в дальнейшем их часто стали использовать в качестве архитектурного элемента украшения интерьера. И сегодня они часто применяются для создания романтической и «старинной» атмосферы.

Камины с открытой топкой

Имеют открытую камеру сгорания, что позволяет огню контактировать с внутренним пространством помещения. Эффективность данных каминов очень низкая - порядка 10-15%. Также их автономность весьма невелика, так как отсутствует возможность регулирования количества воздуха, поступающего на сгорание. Для увеличения эффективности их работы можно использовать системы рекуперации тепла, работающие как с пламенем камина, так и с дымовыми газами. Результатом работы данных систем становится горячий воздух, который идет на обогрев помещений. Таким образом, Вы можете получить эффективность на уровне 30-35%, однако она остается все еще слишком низкой для того, чтобы говорить об использовании данного типа каминов для обогрева помещения.

Камины с закрытой топкой

Имеют закрытую камеру сгорания и отделяются от помещения дверкой с прозрачной вставкой из огнеупорного стекла. Обычно изготавливаются в виде моноблочных конструкций из стали или чугуна. Также иногда в стенках этих каминов делают специальные каналы, по которым циркулирует воздух, обогревающий помещение, в котором установлен камин, либо соседние помещения, если используются системы гибких воздуховодов. По сравнению с каминами с открытой топкой данный тип каминов имеет следующие преимущества:

- более высокую эффективность (она может достигать уровня 75-80%);

- большую степень автономности (из-за возможности регулировать поступление воздуха на горение топлива).

Недостатки данных каминов состоят главным образом в том, что они обходятся дороже и предлагают значительно меньше вариантов дизайнерского решения пространства, чем камины с открытой топкой.

ПЕЧИ

Их происхождение (хотя этот вопрос все еще служит предметом оживленных споров) восходит к далекому 1742 году, когда известный американский ученый и политик Бенжамин Франклин предложил конструкцию первой стальной печки (позже их стали делать из чугуна) для обогрева помещений и приготовления пищи. В зависимости от принципа сжигания топлива все печи можно разделить на устройства старого и нового типов.

Печи старой конструкции

Имеют простейший тип сгорания топлива и практически ничем не отличаются от печей, производившихся на протяжении многих лет ранее. Они состоят из простой камеры сгорания, которая напрямую подсоединяется к дымоходу и имеет один ход для поступления воздуха на сгорание. Такая конструкция не позволяет в полной мере использовать тепло, выделяющееся при сгорании топлива, и дожигать газ, который образуется в процессе возгонки дров. При этом продукты газификации дров не используются и просто выбрасываются в атмосферу. Именно из-за невозможности использовать продукты газификации дров уровень эффективности печей старого конструкции довольно низкий (в основном не превышает 60%), а уровень загрязнения окружающей среды, наоборот, очень высок.

Современные печи

Основаны на так называемом эффекте биогорения или полигорения. Суть данного эффекта заключается в том, что в топке котла находится более чем одно отверстие для поступления воздуха и за счет этого возможно дожигание продуктов возгонки топлива, что было нереально при эксплуатации печей старой конструкции. Современные печи основаны на сжигании топлива в два этапа:

- частичное сжигание топлива с образованием продуктов возгонки;

- дожигание топлива и тех продуктов возгонки, которые образовались в первой фазе сжигания топлива.

Таким образом, эти печи могут обеспечить более высокую тепловую эффективность (от 70 до 80%), и, как следствие, меньше загрязняют окружающую среду по сравнению с печами старой конструкции. Они могут быть изготовлены из стали и чугуна, а также могут иметь облицовку из камня или керамики. Стальные модели обычно предлагают более изысканные дизайнерские решения, так как сталь легче обрабатывается, в то время как чугунные печи имеют более традиционный вид. Также следует принимать во внимание тот факт, что стальные печи быстрее разогреваются, а чугунные обладают большей тепловой инерцией.

ДРОВЯНЫЕ КОТЛЫ

В зависимости от способа сжигания топлива, топки и используемого древесного топлива эти котлы делятся на следующие типы:

- традиционные котлы с естественной тягой;

- традиционные котлы с принудительной тягой;

- пиролизные (газификационные) котлы; 

- котлы на щепе;

- пеллетные котлы.

Традиционные котлы с естественной тягой

Работают на поленьях, чурках, дровяных брикетах и различных отходах производства. В основном это бытовые котлы небольшой тепловой мощности. В зависимости от организации процесса горения их можно разделить на 3 подгруппы: котлы с верхним, нижним и горизонтальным пламенем.

Котлы с верхним пламенем

Принцип действия этих котлов практически такой же как у печей, описанных ранее. Здесь также присутствует разделение потоков воздуха на первичный и вторичный. При этом поток первичного воздуха подается в нижнюю часть котла, а вторичного - в верхнюю. При такой конструкции пламя вытягивается вертикально вверх. Сгорание топлива в данном типе котлов быстрое и слабо контролируемое: реакция протекает быстро вначале и потом сильно замедляется. Поэтому древесина сгорает не полностью и неравномерно. В результате мы получаем некачественную реакцию горения топлива с низкой тепловой эффективностью и высоким выбросом летучих веществ в атмосферу, что приводит к повышенному уровню загрязнения окружающей среды. Единственным преимуществом данного типа котлов является низкий уровень капитальных затрат на приобретение самого теплогенератора.

Эффективность: 55%÷60%.

Котлы с горизонтальным пламенем

Данный вид котлов является значительным шагом вперед на пути эволюции твердотопливных котлов. Их отличительной особенностью является то, что первичный воздух подается сбоку, а вторичный - сверху. Благодаря такому распределению воздушного потока форма пламени становится практически горизонтальной и распостраняется вдоль колосниковой решетки. При этом поступление воздуха становится более контролируемым, а горение - более равномерном на всем протяжении работы котла. Данный тип котлов по сравнению с котлами с верхним пламенем имеет более высокую эффективность и меньше загрязняет окружающую среду.

Эффективность: 60%÷65%.

Котлы с нижним пламенем

Конструктивно данный тип котлов относится к высшей ступени эволюции твердотопливных котлов с естественной тягой. Их отличительная особенность состоит в том, что первичный воздух поступает снизу, а вторичный – сверху. При этом пламя распространяется вниз под колосниковую решетку. Такая организация процесса горения позволяет подсушивать дрова, которые лежат на колосниковой решетке, то есть выше зоны развития и распространения пламени. Таким образом, мы получаем очень высококачественную реакцию горения, а выбросы вредных веществ значительно снижаются.

Эффективность: 65%÷70%.

Традиционные котлы с форсированной топкой

Иногда их еще называют турбокотлами. Эти котлы (они появились сравнительно недавно) являются наиболее современными из тех, что предлагает рынок сегодня. Принцип сжигания топлива в них практически такой же, что и в котлах с нижним пламенем. Отличие заключается в том, что поступление воздуха на горение топлива контролируется с помощью специального вентилятора. За счет более стабильных условий горения топлива данный тип котлов обеспечивает хорошую эффективность и низкий выброс вредных веществ. 

Эффективность максимальная: 75%÷80%.

Газификационные (пиролизные) котлы

В этих котлах сжигание древесины происходит в 3 этапа, основным из которых является процесс газификации дров, который происходит внутри котла. Вот основные этапы сжигания топлива в пиролизных котлах:

1. просушка топлива в специальной камере;

2. газификация (возгонка) дров при низкой температуре и с недостатком кислорода;

3. газ, полученный в результате реакции газификации дров, смешивается со вторичным воздухом и служит для поддержания реакции горения.

Котлы, работающие по данному циклу, плохо ведут себя при частичной или прерывистой нагрузке, поэтому мы рекомендуем дополнять подобные системы гидроаккумулятором, в котором тепло будет запасаться, а затем расходоваться по мере необходимости. Данная конструкция твердотопливных котлов имеет следующие преимущества:

1. высокий КПД котла (сравнимый с КПД котлов на жидком и газообразном топливе);

2. большие интервалы между закладками дров;

3. меньшая степень загрязнения атмосферы золой и другими вредными веществами.

Эффективность: > 90%.

Котлы на щепе

Как правило, данные котлы имеют полную автоматизацию процессов загрузки топлива и регулирования самого сжигания. Сжигание щепы происходит на колосниковой решетке со шнековым подающим механизмом. Электронная плата котла управляет механизмом подачи щепы и воздуха, основываясь на желаемой температуре теплоносителя и содержанием кислорода в дымовых газах. В некоторых котлах присутствует режим «быстрого старта». В данном режиме котел постоянно поддерживает реакцию горения с небольшой мощностью для того, чтобы быстро выйти на номинальный режим. Естественно, для хранения щепы необходим специальный бункер, а также средства по ее транспортировке. Характер топлива накладывает определенные ограничения на применение данного типа котлов, поэтому такие котлы обычно выпускают средней и большой мощности, их также используют в когенерационных установках.

Эффективность: 80%÷90%.

Пеллетные котлы

Это полностью автоматизированные котлы с простым пользовательским управлением. Подача пеллет осуществляется с помощью шнекового транспортера из специального бункера непосредственно к самой горелке. Зола также удаляется с помощью шнекового транспортера. Поджиг автоматизирован и происходит очень быстро, при этом используется электрический подогреватель. Все процессы жизнедеятельности котла, начиная от регулировки температуры и заканчивая подачей воздуха и пеллет, регулируются автоматически с помощью микропроцессора. В случае пропадания электроэнергии или блокировки циркуляционного насоса риск аварийного повышения температуры в топке минимален, так как количество пеллет в топке весьма ограничено. Данные котлы характеризуются высокой тепловой эффективностью и низким выбросом вредных веществ.

Эффективность: 85%÷90%.

ТРЕБОВАНИЯ К УДАЛЕНИЮ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

Для теплогенераторов, топливом для которых служит древесина или другое твердое биотопливо, условия по удалению дыма изложены в следующих европейских нормах:

UNI 9615 Generatori di calore alimentati a legna o da altri biocombustibili solidi. Requisiti di installazione. (Теплогенераторы на древесине и других твердых биотопливах. Требования к установке).

UNI 10683 Calcolo delle dimensioni interne dei camini. Definizioni e procedimenti di calcolo fondamentali. (Вычисление внутренних размеров дымоходов. Фундаментальные определения и процедуры).

Данные нормы регламентируют такие элементы:

1. дымоходы, которые предназначены для удаления продуктов сгорания;

2. терминалы, предназначенные для рассеивания продуктов сгорания в атмосфере;

3. отводы, предназначение которых - соединять теплогенератор с дымоходом.

Дымоходы

Основные характеристики и выдвигаемые требования:

- должны быть газоплотными, герметичными и утепленными во избежание потерь теплоты и образования конденсата;

- должны быть изготовлены из материалов, устойчивых к механическому и термическому воздействию продуктов сгорания, а также кислотоустойчивых;

- должны быть изолированы от легкогорючих и легковоспламеняющихся материалов с помощью прослойки воздуха или негорючих изоляционных материалов;

- предпочтительно иметь круглое внутреннее сечение. Если предполагается прямоугольное сечение, то соотношение сторон не должно превышать 1,5.

Основные конструктивные характеристики

Сборная камера

Хорошо, если в системе дымоходов присутствует сборная камера (для сбора конденсата и твердых фракций), расположенная ниже устья канала выброса. Камера должна быть легкодоступна для инспекции и иметь специальное герметичное окошко для чистки.

Подключение

К дымоходу допускается подключение только одного теплогенератора. Любые исключения должны быть одобрены компетентными органами. Не допускается выброс продуктов сгорания в закрытое помещение или просто в атмосферу.

Отклонение от вертикали

Дымоход должен быть выполнен в максимально вертикально, отклонение допускается на небольших участках и не более чем на 45 °.

Высота устья

Должна гарантировать хорошее рассеивание продуктов сгорания, а также находиться в зоне, безопасной от ветрового подпора. Данная величина является переменной и зависит от угла наклона крыши и расположения терминала (см. Норму UNI 7129).

Терминалы

Основные характеристики и выдвигаемые требования:

- должны иметь внутреннее сечение такое же, как и у дымохода;

- выходные отверстия для дымовых газов должны иметь площадь живого сечения, не менее чем в два раза превосходящую площадь сечения дымохода;

- должны иметь конструкцию, обеспечивающую защиту дымохода от воздействия дождя, снега и попадания инородных тел;

- должны иметь такую конструкцию, чтобы не было риска образования ветрового подпора, в не зависимости от силы и направления ветра.

Кроме того, эвакуация продуктов сгорания должна осуществляться только за счет естественной тяги. Недопустимо для этого использовать дымососы или другие механические приспособления.

Подводки

Основные характеристики и выдвигаемые требования:

- должны быть выполнены из негорючего материала, устойчивого к возможному воздействию конденсата продуктов сгорания;

- должны быть герметичными и не допускать утечек продуктов сгорания и их конденсата;

- не должны пересекать помещений, в которых запрещена установка теплогенерирующего оборудования;

- запрещено использовать гибкие металлические (гофру) и асбоцементные трубы;

- сочленение с дымоходом должно быть выполнено таким образом, чтобы вес дымохода не воздействовал на конструкцию теплогенератора.

Основные конструктивные характеристики

Максимальные длины и отклонения Для теплогенераторов, оснащенных вентиляторами для выброса продуктов сгорания, необходимо обратится к их инструкции, чтобы определить максимально возможное количество поворотов и максимально допустимую длину подводки. В случае отсутствия в инструкции данных параметров мы должны руководствоваться следующими значениями:

- уклон горизонтального участка должен быть не менее 3%;

- длина горизонтального участка должна быть как можно меньше и не должна превышать 3 м;

- не допускается более 4 изменений направления движения дымовых газов.

Для подключения к дымоходу печи с естественной тягой допускается использовать не более 2 поворотов с углом не более 90 °. Длина канала в горизонтальной проекции не должна превышать 2 м.

Уклон

Необходимо избегать, насколько это возможно, образования горизонтальных участков. Запрещено использовать участки с контруклоном. Для каминов проход дымохода через стены и потолок не должен иметь отводов более 45°. Изменение площади сечения Дымовые каналы должны иметь постоянную площадь живого сечения. Изменения площади сечения допускается только в месте подсоединения к дымоходу.

Инспекционное отверстие

Дымовые каналы должны иметь конструкцию, позволяющую удалять из них сажу с помощью ерша.

Возможность ручной регулировки тяги

Устройства, обеспечивающие регулировку тяги, не должны быть помещены внутрь дымового канала. И в любом случае должен быть предусмотрен механизм, препятствующий полному перекрытию дымового канала.

Минимальное сечение перекрытия дымового канала должно быть не менее 3% от площади его живого сечения, однако не менее 20 см2. Недопустимо использовать устройства регулировки тяги, предназначенные для устройств с естественной тягой для теплогенераторов с форсированной топкой.

УСТАНОВКИ, РАБОТАЮЩИЕ НА ТВЕРДОМ ТОПЛИВЕ, НЕ ПРЕВРАЩЕННОМ В ПЫЛЬ

Они определяются соответствующей европейской нормой (UNI 10412-2) и ограничены размерами, так как имеют размер частичек топлива более или равный 1 мм. Данные установки также имеют определенные требования по обеспечению безопасности и регулированию, однако они сильно отличаются от требований, предъявлявляемым к газовым и жидкотопливным котлам. Ниже мы на примерах рассмотрим основные из них.

Требования безопасности

В зависимости от мощности теплогенератора используются соответствующие нормативные документы.

1. Установки с котлами мощностью до 35 кВт EN 12828 (2003). Impianti di riscaldamento negli edifici. Progettazione dei sistemi di riscaldamento ad acqua. (Домовые системы отопления. Проектирование водяных систем отопления).

2. Установки с котлами мощностью до 35 кВт UNI 10412-2 (2009). Impianti di riscaldamento ad acqua calda. Requisiti specifici per impianti con apparecchi per il riscaldamento di tipo domestico alimentati a combustibile solido con caldaia incorporata e con potenza del focolare complessiva non maggiore di 35 kW. (Водяные системы отопления. Специфические требования, предъявляемые к системам с твердотопливными теплогенераторами мощностью до 35 кВт).

Данный норматив применяется к гидравлическому контуру систем отопления с теплогенераторами домашнего типа: печи, камины, плиты со встроенными котлами, которые работают на твердом непылеобразном топливе.

3. Установки с котлами мощностью свыше 35 кВт. Специфические технические требования. Titolo II DM 1.12.75. Raccolta R. CAP. R.3.C. (ed. 2009). Impianti con generatori alimentati con combustibili solidi non polverizzati. (Системы с твердотопливными теплогенераторами, работающими на непылеобразном топливе). 

Согласно ранее указанным нормам данные системы можно разделить по следующим признакам:

1. по расширительному баку:

a. открытые системы;

b. закрытые системы;

2. по способу загрузки топлива:

a. с ручной загрузкой топлива;

b. с автоматической загрузкой топлива;

3. по типу циркуляции теплоносителя:

a. с естественной циркуляцией;

b. с принудительной циркуляцией;

4. по типу подключения теплогенераторов:

a. одиночная установка;

b. установка в каскад.

УСТРОЙСТВА ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЯГИ

Служат для автоматической регулировки (с помощью открытия или закрытия заслонки подсоса воздуха) количества воздуха, поступающего на сгорание. С их помощью можно добиться более высокого контроля за процессом сгорания топлива и сделать его более полным и регулируемым

УСТРОЙСТВА ДЛЯ АВАРИЙНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ КОТЛА

Служат для защиты котла от перегрева теплоносителя выше безопасной температуры. Повсеместно используются в твердотопливных теплогенераторах с ручной загрузкой топлива, в которых нет возможности быстро освободить котел от несгоревшего топлива и дезактивировать горелку.

При температуре теплоносителя выше установленного значения данные устройства сбрасывают перегретый теплоноситель и на его место поступает холодная вода, таким образом снижая температуру внутри теплогенератора. Когда температура внутри котла опускается до приемлемого значения, клапан закрывается и поступление холодной воды прекращается. Данные устройства делятся на две группы:

- VST-клапан термического сброса;

- VSST - клапан сброса с термической безопасностью.

VST со встроенным датчиком

Должен устанавливаться в непосредственной близости от теплогенератора Охлаждающая вода поступает напрямую в теплогенератор.

VST с выносным датчиком

Датчик клапана должен устанавливаться в непосредственной близости от теплогенератора. Охлаждающая вода поступает как напрямую в теплогенератор, так и на клапан.

VSST с двойной безопасностью

Датчик клапана должен устанавливаться в непосредственной близости от теплогенератора Охлаждающая вода поступает только на клапан.

Антиконденсационные устройства

Предназначены для предохранения котла от слишком низкой температуры теплоносителя в обратной магистрали. Как мы уже упоминали ранее в наших материалах, и для газовых, и для жидкотопливных котлов слишком низкая температура теплоносителя в обратной магистрали может привести к «температурному шоку» и образованию коррозионно-активного конденсата. Этот эффект крайне неблагоприятно влияет на качество и срок службы котла. Обычно для того, чтобы предотвратить возникновение подобной ситуации, применяют антиконденсационные насосы с датчиками минимальной температуры. Для твердотопливных же генераторов слишком низкая температура теплоносителя в обратной магистрали может грозить образованием сажи (креозота), что также является весьма опасным явлением. Сажа представляет собой конгломерат смолистых веществ, которые весьма пожароопасны и могут вызвать блокировку дымовых каналов. Для того чтобы оградить твердотопливный котел от негативного влияния данных явлений, можно установить термостатический антиконденсационный клапан, о котором мы расскажем далее.

Опасность отложения сажи (креозота)

Сажа представляет собой продукт дымовых газов, образовавшийся при сгорании твердого топлива, которые конденсируются и вбирают в себя частички несгоревших материалов. При обычных условиях сажа может возгораться при температуре порядка 1150 °C. При этом температура в дымоходе может подняться до уровня 1650÷1700°C. Такая температура может привести к оплавлению дымохода, повреждению стен и даже вызвать пожар в доме.

РЕГУЛЯТОРЫ ТЯГИ

Данные регуляторы используются в установках с твердотопливными котлами и естественной тягой. Они имеют задатчик, с помощью которого изменяется положение заслонки, и таким образом контролируется процесс сжигания топлива. Основными элементами данных регуляторов являются регулирующая ручка и управляющий рычаг. Количество воздуха, поступающего на горение, зависит от температуры теплоносителя в котле и положения регулирующей ручки. Термостатический элемент клапана посредством управляющего рычага может открывать или закрывать заслонку, меняя таким образом количество воздуха, поступающего на горение. При достижении заданной температуры заслонка должна быть полностью закрыта. Данные регуляторы тяги могут устанавливаться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

VST со встроенным датчиком

Его датчик связан непосредственно с актуатором клапана. Как только достигается заданная температура, клапан открывается и остается в таком положении, пока температура теплоносителя не опустится ниже заданного уровня. Высокая пропускная способность данного клапана может привести к быстрому опорожнению системы. На данных клапанах также устанавливаются микропереключатели, которые могут служить для приведения в действие звуковой сигнализации или - в котлах с форсированной топкой - активировать вентилятор для подачи воздуха. Данные клапаны могут применяться как в открытых, так и в закрытых системах отопления. В открытых системах отопления эти клапаны могут быть увязаны как в основную систему отопления, так и в контур охлаждающего теплообменника. Эти VST-клапаны должны иметь позитивный принцип действия, то есть допускать вариант ручного срабатывания в случае повреждения чувствительного элемента датчика.

VST с выносным датчиком

Данный тип VST- клапана включает в себя также клапан, который способствует восполнению сброшенного теплоносителя. Внешний датчик связан со штоком, который приводит в действие тарелочки заполняющего и сбросного клапанов одновременно. Такая конструкция клапана способствует более эффективному охлаждению твердотопливного котла, так как отсутствует риск полного опорожнения системы отопления с последующим ее заполнением. Использование данного клапана предусмотрено нормой UNI 10412-2 в бытовых системах отопления, которые используют твердое непылеобразное топливо, с мощностью до 35 кВт. Так же, как и клапаны со встроенным датчиком, данный тип клапанов должен иметь позитивный принцип действия.

VSST с двойной безопасностью

Служат для ограничения температуры теплоносителя в установках с твердотопливными генераторами, оснащенными встроенными теплообменниками безопасности, или для обеспечения работы отдельных  теплообменников безопасности. Эти VSST-клапаны снабжены выносным датчиком, который открывает клапан при температуре теплоносителя, превышающей заданное значение, и, таким образом, позволяют охлаждающей воде циркулировать через теплообменник безопасности. Как только температура опускается ниже заданного значения, клапан закрывается. Применение клапана VSST регламентируется нормами UNI 10412-2 и EN 12828, а также нормативами INAIL (бывший ISPESL). Чувствительный элемент данного клапана должен находиться непосредственно в водяном объеме котла. Для большей безопасности применяют дублирующую установку данного клапана. То есть ставят два клапана параллельно. Таким образом, охлаждение котла произойдет даже тогда, когда один из датчиков выйдет из строя.

Антиконденсационный клапан

Как мы уже говорили ранее, образование конденсата - весьма опасное явление. Традиционно для того чтобы снизить вероятность возникновения данного явления, используют два способа. В первом между подачей и обраткой системы отопления устанавливают бай-пасную линию с насосом, который управляется термостатом, установленным на обратке и оттарированным на 60 °C.

Во втором случае управление потоком теплоносителя через бай-пасную линию происходит посредством подмешивающего 3-ходового клапана и датчика минимальной температуры обратной магистрали.

Для твердотопливных котлов, наоборот, предпочтительно использовать 3-ходовые клапаны с предварительной настройкой, потому что:

1. они более простые и удобные в использовании;

2. требуют меньше места для установки;

3. не требуют наличия электроэнергии (энергонезависимы);

4. более надежны в работе.

Данный клапан относится к семейству 3-ходовых клапанов с термобаллоном, который находится непосредственно в потоке теплоносителя. Чуствительный элемент клапана регулирует поток теплоносителя таким образом, чтобы его температура в котле была не ниже заданного на клапане значения. Как правило, на клапане можно выбрать несколько возможных вариантов температуры теплоносителя в обратной магистрали (например 45, 55, 60, 70°C) в зависимости от рекомендаций производителя теплогенератора. Предпочтительная температура зависит, прежде всего, от конструкции теплогенератора и материала теплообменника.

На рисунке 36 приведены 3 фазы работы термостатического антиконденсационного подмешивающего клапана.

АНТИКОНДЕНСАЦИОННАЯ ЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ГРУППА

Группа состоит из литого основания, на котором смонтированы следующие элементы: насос, антиконденсационный клапан, гравитационный обратный клапан и 3 шаровых отсекающих клапана.

Обратный гравитационный клапан должен обеспечивать естественную циркуляцию теплоносителя даже в том случае, если насос остановился, например при пропадании электроэнергии. Эта функция также очень важна, поскольку в любом случае обеспечивает циркуляцию теплоносителя и позволяет постоянно охлаждать теплогенератор.

Другое преимущество данной антиконденсационной циркуляционной группы состоит в быстроте ее монтажа, а также в ее компактности, что позволяет в малом объеме собрать практически все элементы, необходимые для бытовой системы отопления на твердотопливном котле.

На рисунке 39 представлены 4 возможных режима работы данной циркуляционной группы.

Как видно из изложенного материала, современная система отопления на базе дровяного котла является довольно таки сложным инженерным сооружением со своими особенностями, обусловленными характером сжигаемого топлива.

Мы надеемся что данная статья поможет специалистам разобраться в основных принципах использования котлов на биотопливе. В следующем номере нашего журнала мы опубликуем окончание статьи в котором рассмотрим вопросы регулирования протока теплоносителя и необходимости установки теплогидроаккумуляторов, а также приведем несколько практических схем обвязки топочной на базе дровяного котла.