Вопрос правильного монтажа твердотопливного котла достаточно актуален, несмотря на то, что за всю историю эксплуатации котлов на твердом топливе, наработан достаточно большой опыт их эксплуатации и установки. Прежде всего, это определяется тем, что современные твердотопливные котлы эксплуатируются уже в других условиях, чем это было лет 15-20 назад. К современным системам отопления предъявляются повышенные требования в вопросах безопасности, функциональности и автоматизации, что предопределяет наличие специфических технических условий и к подключению (обвязке) твердотопливного котла.

В этой статье мы рассмотрим основные требования, предъявляемые к установке котлов на твердом топливе и  приведём технические решения, применяемые в обвязке твердотопливного котла. К сожалению, в Российской нормативной документации конкретных требований монтажу твердотопливных котлов почти нет, поэтому в ряде случаев будем приводить рекомендации европейских стандартов DIN EN 12828.
Схемы подключения и описание применяемого оборудования будут приведены преимущественно для закрытой системы отопления с принудительной циркуляцией теплоносителя, но ряд решений и оборудования могут быть использованы и для открытых систем, в том числе и с естественной циркуляцией теплоносителя.

Если у Вас возникнут вопросы или замечания по данному материалу, напишите их в комментариях внизу статьи - они будут обязательно рассмотрены.

Содержание:
1. Схемы подключения котлов на твердом топливе.
2. Узлы безопасности твердотопливного котла.
- группа безопасности
- защита котла от перегрева
3. Оборудование для эффективной работы котла на твердом топливе.
антиконденсационные узлы подмеса
- теплоаккумулятор

Варианты схем подключения твердотопливного котла

Для начала приведем несколько типовых схем включения твердотопливного котла в систему отопления.

Рис. 1. Рекомендуемая схема обвязки твердотопливного котла с предохранительным теплообменником.

Рекомендуемая схема твердотопливного котла с предохранительным теплообменником

1. Предохранительный теплообменник
2. Группа безопасности
3. Циркуляционный насос
4. Расширительный бак
5. Шламосборник
6. Трехходовой антиконденсационный клапан
7. Обратный клапан
8. Редукционный клапан
9. Сетчатый фильтр
10. Теплоаккумулятор

 

Рис. 2. Рекомендуемая схема обвязки твердотопливного котла с комбинированным клапаном теплового сброса (без предохранительного теплообменника).

Схема котла на твердом топливе с клапаном теплового сброса

11. Клапан теплового сброса
Остальные позиции - см. схему выше.

 

На схемах умышленно показано различное относительное расположение расширительного бака и циркуляционного насоса, т.к. решение об их размещении принимается исходя из конкретных условий на основании гидравлического расчета и параметров оборудования.

С некоторыми схемами подключения и обвязки твердотопливного котла с буферной емкостью (тепловым аккумулятором) можно ознакомиться в статье "Схемы подключения теплоаккумулятора".

Ниже мы расскажем о назначении и устройстве основных элементов обвязки твердотопливного котла.

Узлы безопасности в монтажной схеме твердотопливного котла

В первую очередь, при монтаже твердотопливного котла учитываются вопросы безопасной эксплуатации. Известно, что котлом на твердом топливе сложнее управлять и контролировать его работу, чем, например, газовым или электрическим котлом. Это определяется инерционностью процессов горения твердого топлива, которое дольше разжигается и горение которого сложно быстро прекратить. Данный фактор создаёт предпосылки к тому, что в случае некоторых нештатных ситуаций, особенно связанных с прекращением циркуляции теплоносителя, даже слабое горение или тление топлива может вызвать резкое повышение давления в системе отопления, вскипание теплоносителя (воды) в теплообменнике котла с дальнейшими неприятными последствиями – вплоть до повреждения системы отопления. Для того, чтобы не допустить этих явлений и снизить нежелательные их последствия, в обвязке твердотопливного котла предусматриваются различные технические решения, рассматриваемые ниже.

Группа безопасности.

Группа безопасности котла отопленияТак называемая "группа безопасности" - обязательный элемент в системах отопления, построенных не только на основе твердотопливных котлов, но и в системах на других видах топлива/энергии. Основное предназначение группы безопасности - обеспечить сброс повышенного давления и исключить образование воздушных пробок в котловом контуре системы отопления. Группа безопасности - это комплект оборудования, как правило, состоящий из предохранительного клапана, автоматического воздухоотводчика и манометра, смонтированных на специальном коллекторе. Несмотря на распространенный термин "группа безопасности", вовсе не означает, что ее элементы должны быть обязательно объеденены. Мало того, часто более эффективно и корректно вышеперечисленные устройства работают раздельно, когда устанавливаются в системе с учетом особенностей их работы. Например, предохранительный клапан - в непосредственной близости к котлу на подаче; воздухоотводчик - на участке, специально организованном для эффективного воздухоотвода; манометр - в непосредственной близости от расширительного бака. 

 

Устройство предохранительного клапана группы безопасности котлаПредохранительный клапан - основной элемент группы безопасности. Предохранительный клапан предназначен для сброса теплоносителя при повышении давления в системе отопления выше нормы. Обычно, заводская настройка клапана составляет 3 бара. При монтаже предохранительного клапана или группы безопасности недопускается установка запорной арматуры между ним и котлом.
Автоматический воздухоотводчик, как следует из названия, предназначен для сбора и удаления воздушных пузырьков, которые образуются в процессе работы системы отопления.
Элементы группы безопасности могут быть смонтированы в котле в качестве штатного оборудования, а также устанавливаться автономно, без объединения в единый узел. Группа безопасности (или её элементы) устанавливается на подающей магистрали в непосредственной близости от котла (не далее 1 м).

 

Защита котла от перегрева

Перегрев теплоносителя в котле - один из самых значимых рисков, которые характерны для твердотопливного котла. Случайный перегрев котла может возникнуть по различным причинам: не прекращен приток воздуха, в случае нагрева теплоносителя до заданной температуры; нештатное отключение циркуляционного насоса и т.п. Для недопущения перегрева твердотопливного котла чаще всего служат клапаны теплового сброса и предохранительный теплообменник.

Предохранительный теплообменник

Твердотопливный котел с предохранительным теплообменникомПредохранительный (защитный) теплообменник предназначен для принудительного охлаждения теплоносителя в основном теплообменнике котла, при привышении теплоносителем предельной заданной температуры. 
К обвязке твердотопливного котла предохранительный теплообменник можно отнести с некоторой натяжкой, так как это оборудование, как правило, предусматривается конструкцией котла и может быть как конструктивным элементом котла (пиролизные котлы Wattek, Viessmann), так и комплектоваться по заказу, но для тех котлов, в которых предусмотрена его установка (BAXI, De Dietrich). 

 

Предохранительный теплообменник котла на твердом топливеПредохранительный теплообменник представляет собой змеевик (котлы De Dietrich, Beretta и др.) или конструкцию «труба в трубе ( котлы Wirbel и др.), который монтируется в основном теплообменнике. На подающем трубопроводе на выходе из котла или непосредственно в основном теплообменнике устанавливается температурный датчик, который при достижении определенной температуры (например 95°С) открывает термостатический клапан, через который в предохранительный теплообменник начинает поступать холодная вода из системы водоснабжения. Поступающая холодная вода, протекая через защитный теплообменник отбирает излишнее тепло от теплоносителя и сливается в канализацию. Данный метод предотвращения перегрева теплоносителя в котле считается оптимальным, так как обеспечивает эффективное охлаждение теплоносителя не причиняя вреда узлам котла вследствие резких перепадов температур.

 

Клапан теплового сброса

Если в твердотопливном котле не предусмотрен предохранительный теплообменник, защита котла от перегрева может быть осуществлена при помощи клапана теплового сброса. Существуют два принципиальных метода использования клапанов теплового сброса для защиты твердотопливного котла от перегрева - со сбросом перегретого теплоносителя из системы отопления или с его охлаждением. Рассмотрим сначала второй метод.

Охлаждение теплоносителя с использованием косвенного водонагревателя (бойлера).

Данный способ, как правило, применяется при наличии емкостного водонагревателя (бойлера).

Сброс тепла через водонагреватель

Рис. 3. Сброс тепла от твердотопливного котла посредством бойлера косвенного нагрева

Этот метод, по сути, работает также, как и схема с предохранительным теплообменником, функцию которого выполняет бойлер. При нагреве котла до заданной температуры, от датчика (2) срабатывает предохранительный клапан (1), установленный на патрубке ГВС бойлера (3), и горячая вода сливается в канализацию (4), а холодная поступает в водонагреватель (6). Датчик температуры бойлера дает команду исполнительному устройству на его нагрев, в результате чего теплоноситель начинает циркулировать через змеевик (5) бойлера и охлаждаться от поступающей в БКН холодной воды до тех пор, пока датчик клапана теплового сброса не даст команду на его закрытие.

При использовании данного метода теплоноситель остается в системе, не разбвляется приточной водой и котел не подвергается резким температурным воздействием от холодной подпиточной воды. 

Сброс перегретого теплоносителя

Устройство клапана теплового сброса для обвязки твердотопливного котлаДанный способ защиты котла от перегрева основан на сбросе перегретого теплоносителя и замене его подпиточной водой. Клапан теплового сброса устанавливается на подающей магистрали в непосредственной близости к котлу. Клапан управляется, как правило, встроенным температурным датчиком. Температурный датчик может быть и выносным, устанавливаемым также на подающей магистрали или непосредственно в теплообменнике котла.
При поступлении управляющего сигнала от датчика о превышении заданной температуры, клапан открывается и производится слив теплоносителя в канализацию.


На рисунке - клапан теплового сброса Caleffi 542.

 

При установке клапана теплового сброса необходимо предусмотреть обеспечение автоматической подпитки системы отопления. В открытой системе отопления подпитка, как правило, осуществляется от открытого расширительного бака, который, в свою очередь, автоматически наполняется под управлением поплавкового клапана. В закрытой системе отопления автоматическая подпитка может осуществляться от источника гарантированного водоснабжения через подпиточный (редукционный) клапан.

На клапане теплового сброса может быть установлен выключатель для управления каким-либо устройством или включения сигнализации о перегреве (такой клапан представлен на рисунке).

Монтаж клапана теплового сброса в обвязке твердотопливного котла

Рис. 4.1. Клапан теплового сброса в закрытой системе отопления с подпиткой твердотопливного котла от системы водоснабжения

 
 

Устройство комбинированного клапана сброса для котла на твердом топливеРяд производителей предлагают комбинированные устройства, которые объединяют в себе клапан теплового сброса и клапан подпитки. Температурные датчики таких клапанов также могут быть как встроенными, так и внешними. Принцип работы аналогичен простому клапану, за исключением того, что при повышении температуры теплоносителя до определенного уровня оба клапана (сброса теплоносителя и подпитки) открываются одновременно. 
На рисунке изображен комбинированный клапан Caleffi 544.

 

Комбинированный клапан теплового сброса теплоносителя твердотопливного котла

Рис. 4.2. Комбинированный клапан теплового сброса в монтажной схеме твердотопливного котла

 

В сравнении со схемой твердотопливного котла с предохранительным теплообменником, схема с тепловым клапаном сброса имеет свои преимущества и недостатки. Преимуществами данного решения являются относительная простота и стоимость. Недостатком же такой схемы является неблагоприятный температурный режим работы теплообменника при резком изменении температуры теплоносителя в котле, что может привести к нежелательным последствиям, в частности, конденсатообразованию, о котором мы расскажем ниже.

Защита твердотопливного котла от перегрева в открытых системах отопления

Клапан теплового сброса твердотопливного котла в открытой системе отопления

В заключение, приведем рекомендуемые схемы организации теплового сброса и защиты системы отопления от перегрева теплоносителя в системах отопления с открытым расширительным баком. Первая схема рекомендуется европейскими рекомендациями (в частности, сб. P I.S.P.E.S.L). Она основана на использовании клапана теплового сброса (3) с одновременной подпиткой из открытого расширительного бака и отводом паровоздушной смеси по "свечному" трубопроводу (С) с дальнейшей сепарацией и выбросом пара в атмосферу. На данной схеме показана также организация автоматического наполнения расширительного бака с использованием поплавкового клапана.

Рис. 5. Защита от перегрева в открытой системе с клапаном теплового сброса.

 

Защита твердотопливного котла от перегреваВторая схема является модификацией первой, базируется на основе DIN EN 12828. В данной схеме клапан теплового сброса не используется, а весь избыточный объем теплоносителя при его перегреве, принимает на себя расширительный бак, который в данной схеме имеет увеличенный объем. При перегреве теплоносителя и его закипании (например при отключении циркуляционного насоса) избыточная теплота расходуется на нагревание воды в РБ, а паровоздушная смесь сепарируется и пар выбрасывается во внешнюю среду. При этом срабатывает перепускной (предохранительный) клапан (4) и через трубопроводы Р и Ц создается контур естественной циркуляции.

Рис. 6. Вариант подключения твердотопливного котла к открытому расширительному баку

Условные обозначения на схемах:
1. Расширительный бак. 3. Клапан теплового сброса. 4. Перепускной клапан
Трубопроводы:
Р - расширительный; С - свечной (для сброса пара); К - контрольный; П - переливной; Ц - циркуляционный; Н - наполнение РБ.

 

Оборудование для эффективной работы твердотопливного котла

Регулятор тяги

Регулятор тяги твердотопливного котлаРегулятор тяги - устройство, которое управляет силой тяги, т.е. поступлением воздуха для горния в топку котла, в зависимости от температуры теплоносителя на поддаче (выходе из котла). Кроме решения задачи по регулированию процессом горения, данное устройство несет предохранительную функцию, полностью перекрывая поступление воздуха при достижении максимальной температуры теплоносителя. Регулятор монтируется на подающем трубопроводе. Термоэлемент, встроенный в регулятор, в засисимости от измеряемой температуры, через рычаг и цепочку управляет положением заслонки, и таким образом регулирует подачу воздуха для горения.

Регулятором тяги в настоящее время многие твердотопливные котлы твердотопливных котлов укомплектовываются "по умолчанию". Если даже регулятор не входит в комплектацию котла, в конструкции большинства котлов предусмотрена его установка.

 

Антиконденсационные узлы подмеса

Конденсат в теплообменнике твердотопливного котлаКак следует из названия, данный вид оборудования предназначен для предотвращения образования конденсата на поверхности теплообменника твердотопливного котла. В продуктах сгорания даже абсолютно сухой древесины образуется достаточно большое количество водяного пара - 15-35% массы всех продуктов сгорания. Дополнительно к пару, образующемуся в результате сгорания древесины, выделяется большое количество влаги, содержащееся в древесном топливе в явном виде, которая также превращается в пар. При недостаточно разогретом теплообменнике температура дымовых газов, омывающих его поверхность, может снизится до температуры ниже точки росы, вследствие чего произойдет конденсация водяного пара из продуктов сгорания на поверхности теплообменника. Вместе с влагой оседают несгораемые углеводороды, сажа и т.п., вследствие чего на теплообменние образуются сажа и дёготь, существенно снижающая (со временем) тягу и эффективность теплообмена и, как следствие КПД котла. Кроме того, выпадение конденсата может вызвать коррозию теплообменника, что снижает срок эксплуатации котла, а образующийся дёготь может представлять опасность из-за своей воспламеняемости.
Для предотвращения конденсатообразования, как правило, используются  трехходовые термостатические клапаны или смесительные насосные группы. И в том и в другом случае, может применяться задержка включения циркуляционного насоса до достижения минимальной температуры теплоносителя (~50-55°C) в теплообменнике котла.

 

Антиконденсационный клапан

Антикондиционный трехходовой клапан для монтажа твердотпливного котла Для повышения температуры обратной линии часто используется трёхходовой термостатический клапан, причём могут использоваться как специальные клапана для твердотопливных котлов (напр. Caleffi 280), так и универсальные трехходовые термостатические клапаны. В стандартной схеме клапан размещается вблизи котла «в разрез» обратной магистрали. На средний штуцер клапана подводится теплоноситель из подающей магистрали.
На изображении - трехходовой конденсационный клапан Caleffi 280.

 

Принцип работы трехходового термостатического клапана на узле смешения твердотопливного котла следующий: датчик клапана отслеживает температуру проходящего через клапан теплоносителя в сторону котла и, в зависимости от её значения, регулирует смешение потоков теплоносителя со стороны обратной магистрали системы отопления и со стороны подачи. На начальном этапе работы котла, циркуляция всего теплоносителя осуществляется по малому контуру через трехходовой клапан. После прогрева теплоносителя до минимальной температуры (~ 50°C), клапан приоткрывается и происходит подмешивание холодного теплоносителя с обратки системы отопления. По достижении температуры теплоносителя, поступающего с обратки СО требуемого значения, клапан перекрывает подмес с подачи, и система начинает работать в заданом гидравлическом режиме.

Включение трехходового клапана в схему твердотопливного котла

Рис. 7. Схема включения трехходового антиконденсационного клапана в контур твердотопливного котла

Антиконденсационный насосный узел

Антиконденсационный смесительный узел CaleffiУдобным решением для обеспечения равномерного температурного режима в начальный период работы твердотопливного котла и, как следствие, предотвращения конденсатообразования, является применение антиконденсационных рециркуляционных насосных групп (узлов). Кроме того, что данный узел обеспечивает циркуляцию теплоносителя в целом в системе, такая группа управляет потоком теплоносителя в зависимости от прогрева котла, температуры теплоносителя в обратной линии и при необходимости, в теплоаккумуляторе. Насосный рециркуляционный узел - это комплекс оборудования, состоящий, как правило, из самого циркуляционного насоса, трехходового термостатического клапана, обратного клапана естественной циркуляции, запорной арматуры. Непосредственное управление потоками теплоносителя осуществляет трехходовой клапан, который предотвращает поступление холодного теплоносителя в котел, обеспечивая смешение холодного и горячего потоков в требуемом соотношении.
На рисунке - антиконденсационный смесительный узел Caleffi 281.

 

Устройство и схема включения антиконденсационного узла Caleffi

Рис. 8. Схема антиконденсационной рециркуляционной насосной группы (1. обведен контурной линией). Остальные элементы обвязки твердотопливного котла не показаны.

Видео. Схема работы антиконденсационного рециркуляционного насосного узла

Обычно, конструкция такого узла позволяет обеспечить естественную циркуляцию теплоносителя при отключении электропитания. Для этого в корпусе узла предусматривается клапан с заслонкой, которая открывается под воздействием гравитационного давления теплоносителя при прекращении принудительной циркуляции от насоса.

Видео. Схема работы клапана естественной циркуляции

Теплоаккумулятор

К обвязке твердотопливного котла теплоаккумулятор (буферная емкость) можно отнести с некоторой натяжкой, так как он является самостоятельным оборудованием, используемым в системах отопления различной конфигурации и работающих на теплогенераторах разных видов. В этой статье мы упоминаем теплоаккумулятор (буферную емкость) в связи с тем, что данное оборудование настоятельно рекомендуется к использованию в системах с твердотопливными котлами. 

Тепловой аккумулятор разделяет систему отопления на два основных контура - котловой и отопительный, которые могут иметь различные температурные и гидравлические режимы. Такое разделение позволяет обеспечить независимость температуры отопительного контура от температурных колебаний теплоносителя на выходе из котла, которые обусловлены неравномерным горением твердого топлива. К тому же  появляется возможность независимо от требуемой температуры в отопительном контуре эксплуатировать котел в режиме номинальной мощности, т.е. с максимальным КПД, до нагрева теплоносителя в аккумуляторе тепла до заданной температуры, чтобы впоследствии расходовать накопленное тепло, в том числе и при неработающем котле. Кроме того, буферная емкость выполняет роль гидравлического разделителя, обеспечивая "комфортный" гидравлический и температурный ражим эксплуатации твердотопливного котла.

Схема включения теплоаккумулятора в систему отопления с твердотопливным и электрическим котлом

Рис. 9. Схема включения теплоаккумулятора в систему отопления с твердотопливным и электрическим котлами.

Обозначения на схеме:

1 - Котёл на твердом топливе; 2 - группа безопасности котла; 3 - антикоррозийный узел с функцией для загрузки аккумулятора тепла; 4 - теплоаккумулятор; 5 - распределительный коллектор; 6 - насосно-смесительный узел радиаторного отопления; 7 - насосно-смесительный узел напольного отопления; 8 - насосный узел для загрузки водонагревателя косвенного нагрева (бойлера) системы ГВС; 9 - водонагреватель (бойлер); 10 - обвязка расширительного бака; 11 - расширительный бак; 12 - электрокотел; 13 - управляющие контроллеры 

В схемах систем отопления с твердотопливными котлами и теплоаккумуляторами, рекомендуется подбирать котел по мощности, превышающей максимальную тепловую нагрузку системы отопления процентов на ~30. Это делается для того, чтобы даже в период максимального потребления тепла, мощности ТТК хватило бы на загрузку буферной емкости. В этом случае, при прекращении горения топлива будет обеспечен резерв тепла для поддержания комфортной температуры в доме даже в самое холодное время года.

Подробнее об устройстве, схемах подключения и расчете аккумулятора тепла можно ознакомиться в статьях  "Теплоаккумулятор" и "Схемы подключения теплоаккумулятора" на нашем сайте.