Обвязка твердотопливного котла

Схема обвязки котельных для частного дома с теплоаккумулятором и стандартным твердотопливным котлом — одна из наиболее надежных и востребованных комбинаций. Построение схемы начинается с расстановки обвязки твердотопливного котла, а также размещения буферной емкости. Этот элемент устанавливается с целью получить дополнительный контур естественной циркуляции. Таким образом создается запасной путь, по которому направится вода с случае незапланированного кратковременного отключения электричества и внезапной остановки насоса.

Гравитационный контур

Рассмотрим контур с естественной циркуляцией — гравитационный. При составлении плана избегаем изгибов, стараемся минимализировать количество колен, чтобы не создавать лишних сопротивлений. Исходя из размеров патрубков используемого котла подбираем диаметр труб для контура. Стандартный вариант — не более 1,5 дюймов.

Теплоноситель циркулирует внутри гравитационного контура без помощи насоса за счет создаваемой разницы температур. В случае, если из-за отключения электричества или по другой причине циркуляция горячей воды остановится, твердотопливный котел закипит. Чтобы избежать этой опасной ситуации используется дополнительный гравитационный контур — с целью предупредить аварию в случае остановки насоса.

Иногда температура твердотопливного котла возрастает и может превысить границу в 100 градусов. По этой причине контур обвязываем из металлических труб. Добавляем в намеченный контур насос. Для этого планируем обходной путь, где устанавливаем предохранительный лепестковый обратный клапан на выделенный участок гравитационного контура. Выбираем клапан, обладающий минимальным сопротивлением. Переходник со стандартным сопротивлением может препятствовать циркуляции теплоносителя.

В штатном режиме циркуляционный насос создает давление на клапан, поддерживая его в закрытом состоянии. При этом вода беспрепятственно циркулирует по обычному пути. В момент остановки насоса котел продолжает нагревать воду, но встроенный клапан сработает и не пропустит воду по основному кругу.

Подмес горячей воды и добавка клапанов

Чтобы система заработала надо обеспечить автоматический подмес горячей воды в обратку. Таким образом повышаем температуру воды, заходящей в котел. Если в него будет попадать слишком холодный теплоноситель, котел может быстро выйти из строя. Существует несколько распространенных схем обвязки с добавлением обратки. Мы используем трехходовой смесительный термостатический клапан. Установка этого клапана позволяет образовать малый круг обращения теплоносителя, в результате чего разогрев котла ускорится. Такой подход предотвращает образование конденсата, тем самым оберегает теплообменник от поломок из-за значительной разницы температур.

Представим смоделированную ситуацию. Встроенный лепестковый клапан выставим на срабатывание при достижении температуры 55 градусов. При запуске котла вода в системе не нагрета и пока она холодная, клапан закрывается и пускает носитель по малому кругу. После того, как подаваемая вода нагрелась до порогового значения 55 градусов, клапан приоткрылся и начал подмешивать охлажденную воду из обратки. На следующем этапе нагревается вся бочка, при этом температура обратки также поднимется выше 55 градусов. В этот момент клапан полностью переключится и пустит воду по большому кольцу.

После подключения обратки схему обвязки твердотопливного котла добавляем клапан сброса давления. Он необходим на случай превышения рабочих показателей. В твердотопливном котле предусмотрено специальное отверстие для монтажа клапана. В других моделях клапан можно установить через тройник. Включаем в систему расширительный бак. После него для завершения обвязки со стороны теплогенератора необходимо подключить электрокотел. Он включается в схему параллельно уже установленному твердотопливному котлу.

У нас образовались две подачи, на каждой из них необходимо установить обратные клапаны. Это делается для того, чтобы насос одного из котлов не качал воду по рабочему контуру в противоход другому. Напомним, на твердотопливном котле используем не обычный, а лепестковый клапан.

Обвязка твердотопливного котла и буферной емкости

Наиболее простой будет схема обвязки, содержащая буферную емкость с предустановленным змеевиком ГВС. Преимуществом такого варианта будет значительная экономия места в бойлерной за счет отсутствия отдельного бойлера. Еще один дополнительный плюс — скромная экономия на вложениях из-за отсутствия необходимости покупать и устанавливать еще один узел. В таком варианте упрощается процесс обслуживания системы, так как не будет проблем борьбы с бактериями.

Летом теплоаккумулятор со змеевиком ГВС становится полноценным бойлером косвенного нагрева. Насос в схему подключается стандартной дюймовой трубой, на электрический котел хорошо подходит труба ¾ или дюйм. Если запланирована установка буферной емкость объемом не менее 1000 л, то получается более экономно и целесообразно обратку от электрического котла немного поднять и подключить основной контур не снизу, а выше, в средние выводы теплоаккумулятора. При такой схеме котел не будет постоянно нагревать весь объем, что снизит скорость его амортизации. Этот параметр зависит от техзадания.

Если требуется обвязать не твердотопливный, а газовый котел, то используется такая же схема контура, как и для электрического. Необходимо отметить, что в рассматриваемой нами схеме стандартный электрический котел уже содержит в себе все необходимое:

насос;
датчик давления;
предохранительный клапан.

При выборе модели, в которой эти части отсутствуют, котел придется соответствующим образом обвязать.

Подключение к системе отопления

Подготовленную схему напрямую подключаем к системе отопления. С точки зрения безопасности надо помнить о том, что твердотопливный котел в отдельные моменты может давать чрезмерно высокую температуру. В накопительной бочке может содержаться вода температурой 90-100 градусов. Для стандартных домашних радиаторов отопления это слишком много. Можно сильно обжечься при случайном прикосновении. По этой причине требуется добавить в схему еще один смесительный клапан. Он будет подмешивать в контур остывшую воду.

Если в доме устроены теплые полы, существует возможность подключить их в контур радиаторов для подачи обратки. Потребуется установить еще один насос. Подсоединение пойдет на смесительный узел. По причине высокой температуры воду из нагретого теплообменника забирают не напрямую, а через предохранительный смесительный клапан. Эта деталь устанавливается, чтобы при работе с системой и ее проверке не ошпариться горячим паром.

На следующем этапе подключаем линию рециркуляции теплоносителя в системе через специальный насос. Расставляем в контуре обратные клапаны в соответствии со схемой. На этом полный комплект функциональных элементов завершен, перейдем к арматуре.

Перед котлами требуется поставить еще один фильтр. Затем в высших точках системы монтируем дополнительно автоматические воздухоотводчики. Далее обеспечиваем слив и наполнение системы. Для этого расставляем шаровые краны так, чтобы в дальнейшем выполнять техосмотр и ремонт оборудования, не сливая теплоноситель из контура. Краны нужны для:

расширительного бака;
котлов;
насоса.

В том случае, когда на котлах отсутствуют штатные термометры, их устанавливают дополнительно. Также потребуются два контрольных термометра, расположенные на буферной емкости. Они облегчат контроль работы системы и ее наладку.

Утепление арматуры

Рассмотрим вопрос необходимости утепления арматуры. Большая протяженность труб, много фитингов и высокие рабочие температуры в системе приводят к потерям тепла. На готовых объектах не утепленное должным образом отопительное оборудование перегревает окружающее пространство. В помещении, где установлен котел и теплоаккумулятор, температура может достигать плюс 27 градусов в сильный мороз. Топливо расходуется нерационально, а эффективность системы снижается. После утепления труб удается отвоевать несколько градусов и снизить расход топлива.

Утепляя арматуру надо помнить о том, что при работе со стороны котлов трубы сильно нагреваются, так как могут транспортировать воду горячее 100 градусов. Пенополиэтиленовая изоляция в этом случае не подходит. Ее можно ставить только в другой части контура со стороны радиаторов системы отопления. В котельной на горячие трубы лучше надеть более устойчивую к нагреву каучуковую изоляцию. Стоит дополнительно изолировать также фитинги и другую арматуру.

По технике безопасности не рекомендуется изолировать насосы. Это оборудование имеет ограничение, не допускающее превышения норматива по температуре окружающей среды. Если изолировать насосы со стороны котла, то можно слишком сильно их утеплить, а это недопустимо.

Схема подключения с бойлером

Рассмотрим еще одну схему обвязки твердотопливного котла, в которой кроме теплоаккумулятора есть бойлер. Не будем переделывать котловую часть, оставим ее без изменений. Аналогично предыдущей схеме подключим всю систему отопления. Новым будет только бойлер косвенного нагрева, добавленный в спланированный контур. Внутри выбранной нами модели находится змеевик, через который проходит нагретый теплоноситель. Благодаря этому вода нагревается напрямую и перекачивается с помощью специального насоса. По опыту ранее применявшихся схем рекомендую выводы, подсоединенные к бойлеру, использовать подальше от тех, которые подсоединены к самому котлу и радиаторам отопления.

На выводе подготовленной горячей воды из бойлера необходимо установить еще один расширительный бак. После этого на вводе в систему холодной воды врезаем лепестковый предохранительный клапан. По такой схеме допустимо подвести горячую воду без дополнительных вставок напрямую в санузлы. Трубы не будут слишком горячими — бойлер автоматически контролирует температуру теплоносителя внутри себя.

Может оказаться полезным поставить дополнительный смеситель на выходе, так как в бойлере периодически требуется делать профилактическую дезинфекцию внутреннй полости высокой температурой. При нагреве системы появляется вероятность ошпариться паром, если в этот момент кто-то откроет горячую воду. Помимо этого, смеситель позволит оставлять в бойлере увеличенный запас горячей воды. Для этого электрокотел должен быть подключен к бойлеру, но контур будет строиться напрямую по другой схеме.

Линия рециркуляции в бойлере подключается через специальный дополнительный выход. Подсоединяем в контур арматуру согласно рассмотренной выше схеме. Обратите внимание — в приведенных схемах подробно разобрана только гидравлическая часть, без монтажа изоляции.

Подписывайтесь так же на наш Youtube, группу Вконтакте, Яндекс Дзен. Там много полезного и интересного контента!

Если вы решили установить в своем доме твердотопливный котел, вы неминуемо столкнетесь с большим количеством определенных моментов и нюансов, которые нужно иметь в виду еще на этапе планирования проектирования. В этой статье рассматривается 9 схем обвязки твердотопливных котлов, которые значительно упростя вам монтаж.

Однако перед тем, как переходить непосредственно к рассмотрению схем и их деталей и особенностей, необходимо в общих чертах уяснить, что такое твердотопливный котел по своей сути, принцип его работы и каковы его главные принципиальные отличия от котлов на других видах топлива: газовых, электрических.

Понимание котла простым языком

Итак, твердотопливный котел по сути — это большая металлическая емкость, внутри которой горит «костер» на твердом топливе. Основная проблема такого принципа обогрева (с этой проблемой сталкивается и производитель котельного оборудования, и пользователь, устанавливающий и эксплуатирующий это оборудование) — это проблема контроля интенсивности горения внутри котла. Если с газовым и электрическим оборудованием все предельно ясно, то в случае твердого топлива контроль становится действительно проблематичным.

Однако производители постоянно работают над улучшением характеристик своей продукции, и 99,9% производимых твердотопливных котлов контролируют процесс горения с помощью автоматики, которая управляет насосами котла, и (самое важное) вентилятором, который подает внутрь камеры воздух. При замедлении или остановке вентилятора подача воздуха прекращается, образуется нехватка кислорода (для поддержания горения), и котел снижает интенсивность горения. Отметим, что снижается именно интенсивность горения, полного прекращения процесса не происходит. Именно в этом и кроется корень проблемы, и он отражается в двух аспектах:

Если ваша система отопления уже нагрелась, но внутри котла все-таки присутствует еще некоторое количество несгоревшего топлива, в доме будет становиться все жарче. Фактически это означает, что остаточное топливо расходуется бесполезно (тепло «улетает в трубу»).
Аспект безопасности: если произошло внешнее отключение электроэнергии, остановился насос и вентилятор, температура внутри камеры будет расти, котел может «вскипеть», и ситуация может стать опасной вплоть до физического разрушения котельного оборудования.

Именно поэтому главное требование к твердотопливному котлу — наличие грамотно рассчитанной и подобранной автоматики, которая сможет использовать топливо максимально эффективно и безопасно. Для повышения эффективности и безопасности рекомендуется устанавливать в систему теплоаккумуляторы.

Приступаем к разбору схем обвязки твердотопливных котлов. Заранее отметим, что все схемы приведены для закрытых систем отопления, работающих под избыточным давлением и не имеющих в своем составе открытого расширительного бачка, напрямую связанного с атмосферой.

Схема №1

Состав: циркуляционный насос, трехходовой термостатический клапан (для защиты котла от конденсата), экспанзомат (расширительный бачок), собственно, сама система отопления (трубы, радиаторы), группа безопасности.

Плюсы и недостатки схемы

Эта схема обвязки угольного котла отопления максимально надежна. В ней на входе котла гарантированно стабильная температура, а это означает, что внутри камеры не будет образовываться конденсат.

Конденсат внутри котла всегда означает его ускоренную коррозию и износ, а также образование на внутренних поверхностях котла всевозможного рода грязи и смолы, что сильно снижает КПД агрегата.

Недостаток схемы в том, что в систему может подаваться теплоноситель температурой не менее 55 градусов. Для осени или весны эта температура уже является некомфортной, и понизить ее никак не возможно, так как используется трехходовой термостатический клапан. При 45 градусах ваш котел будет просто стоять в режиме ожидания и топливо просто будет расходоваться впустую. Кроме того, дрова в режиме тления опять-таки способствуют образованию смол на стенках котла и снижению его КПД.

Именно поэтому, приобретая клапан, необходимо заранее спланировать, каким видом топлива вы собираетесь топить свой котел. От этого зависит температура теплоносителя на входе в котел и в систему отопления (это два принципиально разных значения).

Рекомендация: к приведенной схеме лучше добавить источник бесперебойного питания. Дело в том, что при внезапном отключении электроэнергии, например, ночью, останавливается циркуляционный насос и кислородный вентилятор. Температура котла при этом повышается, растет давление. Аварийный клапан сброса давления, сработавший один раз на номинальном значении давления, второй раз может не сработать на том же давлении. Как видим, ситуация уже становится опасной, хотя, казалось бы, ничего катастрофического не произошло.

Схема №2

Практически аналогична первой схеме, главное отличие — добавлен бойлер косвенного нагрева. Загрузка бойлера происходит до трехходового клапана, т. е. между клапаном и котлом не требуется насос для загрузки бойлера.

Часто люди все-таки врезают в это место насос по той простой причине, что со змеевика бойлера будет возвращаться холодный теплоноситель, тем самым заставляя котел конденсировать. Однако, если мощность змеевика бойлера косвенного нагрева подобрана верно, то по мере роста температуры внутри змеевика бойлера его мощность будет падать, а значит, и разность температур на входе и выходе бойлера будет уменьшаться, это не позволит образовываться конденсату в котле.

Эта схема подключения твердотопливного котла обладает рядом преимуществ. Первое — возможность организовать приоритет нагрева бойлера путем отключения насоса. В этом случае вся мощность котла направляется на нагрев бойлера, ускоряя его нагрев.

Кроме того, в этой схеме можно организовать следующую логику работы. Допустим, вы греете бойлер, но одновременно идет активный водоразбор — в этом случае бойлер может греться достаточно долго, и правильным решением будет включение насоса. Теперь мощность котла будет расходоваться и на нагрев бойлера, и на поддержание температуры в системе отопления. Таким образом организуется максимально правильная и эффективная работа системы.

Схема №3

Для защиты котла от конденсата можно использовать не только трехходовой клапан, но и насос на подмес. Во многих моделях твердотопливных котлов имеется выход для насоса подмеса. У системы автоматического управления котлом имеются датчики, которые устанавливаются как можно ближе ко входу твердотопливного котла. Все это работает таким образом: вместе с главным циркуляционным насосом запускается насос подмеса, которые добавляет горячий теплоноситель к обратке, возвращающейся из системы, таким образом максимально предохраняя котел от конденсата. Автоматика ориентируется на датчик на входе, и как только температура достигает, к примеру, 55 градусов — подмес выключается и работает только циркуляционный насос.

Какие недостатки данной схемы обвязки твердотопливного котла? Дело в том, что эта схема называется «количественный подмес», и если мощности котла и самой системы отопления подобраны неверно, насос подмеса будет постоянно пытаться поднять температуру на входе в котел, но (если мощности котла недостаточно) все равно не сможет предотвратить образование конденсата. Именно поэтому эта схема проигрывает схеме №1 (так называемый «качественный подмес»). В схеме №1 все понятно: клапан подаст на вход котла именно такую температуру воды, при которой котел не будет конденсировать, несмотря на все огрехи и ошибки в расчетах мощности.

Схема №4

Данная схема подключения практически ничем не отличается от предыдущей, за исключением того, что мы добавили в нее бойлер косвенного нагрева, насос для загрузки бойлера и насос для подмеса. Оба добавочных насоса установлены между котлом и основным насосом. После каждого насоса рекомендуется устанавливать пружинный обратный клапан.

Мощность насоса подмеса приблизительно можно подсчитать как 30% от мощности основного насоса. Например, если основной насос создает расход 1000 литров в час, то насос подмеса подбирается на 300 л/ч. Все подробные расчеты достаточно громоздки, отметим лишь следующее: если насос подмеса по мощности подобран так, как описано выше, т.е. по правилу 30%, а мощность системы отопления правильно согласуется с мощностью котла, то перепад температур на входе и выходе котла не превысит 5 градусов.

Схема №5

Здесь не используется ни трехходовой термостатический клапан, ни насос подмеса. Схема имеет право на жизнь, однако в основном в тех случаях, когда в системе установлен частотный преобразователь, который отслеживает расход и температуру в системе. Без понимания базовых принципов использовать эту схему не рекомендуется: при неправильных расчетах котел будет постоянно работать в режиме конденсации.

Схема №6

Отличается от предыдущей тем, что в нее добавлен трехходовой клапан с сервоприводом, который обязательно должен быть подключен к электронике твердотельного котла. Во-первых, если система отопления низкотемпературная (к примеру, используется много теплых полов, рассчитанных на температуру 45 градусов), этот клапан будет понижать температуру теплоносителя и приводить в равновесие систему отопления и котел по мощности. Преимущества такой схемы подключения твердотопливного котла в том, что котел защищен от конденсации, а также (в осенне-весенний период) в систему можно подавать более холодный теплоноситель.

Во-вторых, главное преимущество управляемого электронного клапана — в параметрах настройки выставляется минимальный процент открытия, таким образом, чтобы ни происходило в системе, в отличие от трехходового термостата-клапана электронный преднастроенный клапан никогда не закроется. Таким образом, это предохраняет котел от перегрева и аварийных ситуаций. Кроме того, эта схема и этот тип клапана позволяет максимально точно отбалансировать систему отопления и котел по мощности.

Схема №7

Такая схема говорит нам о том, как делать не надо. Во многих случаях в системе отопления помимо радиаторов устанавливаются теплые полы, поэтому на вторичное кольцо устанавливаются несколько насосов, которые работают каждый по своему контуру.

Так собирать не стоит, а если есть необходимость, между гидрострелкой и циркуляционным насосом нужно поставить трехходовой клапан-термостат, который будет беречь котел от конденсата.

Схема №8

Схема обвязки является сублимацией всех предыдущих с учетом их преимуществ и недостатков. Если в системе нет других источников тепла, кроме твердотопливного котла, вы устанавливаете гидравлический разделитель, устанавливаете нужное количество насосных групп на теплые полы, к примеру, а все насосы, датчики и приводы подключаете к блоку управления котлом. Обязательное условие — установка трехходового термостатического клапана для предотвращения образования конденсата внутри камеры котла.

Вот мы и подошли достаточно плавно к главной схеме обвязки твердотопливного котла в системе отопления, которая позволит обвязать и использовать твердотопливный котел максимально грамотно и эффективно. Главное отличие схемы — наличие теплоаккумулятора. Объем теплоаккумулятора для отапливаемой площади дома до 200 квадратных метров будет находиться в пределах от 800 до 2000 литров. Точная цифра зависит от того, как часто вы планируете подходить к котлу, чтобы добавить топливо.

Явное преимущество этой схемы в том, что, используя теплоаккумулятор, тепло можно накапливать в системе и расходовать постепенно, растягивая его на несколько суток при условии, что система настроена и отбалансирована по производимой и потребляемой мощности. Кроме того, тепловой аккумулятор позволяет обеспечить максимальную безопасность работы: при аварийном отключении насосов и вентиляторов котла тепло естественным образом будет уходить из котла в аккумулятор, накапливаться там, предохраняя таким образом котел от перегрева и выкипания.

Есть определенные данные об исследованиях, которые говорят о том, что при использовании твердотопливного котла без теплоаккумулятора его КПД будет в районе 42-44%, а в паре с теплоаккумулятором — КПД может достигать 85%, то есть тех величин, о которых заявляют производители котельного оборудования.

Информация заимствована у Youtube канала Termostar MD. Оригинал видео приложен ниже. Не забудьте подписаться на данный канал, если интересна тема отопления.

Подписывайтесь так же на наш Youtube, группу Вконтакте, Яндекс Дзен. Там много полезного и интересного контента!

Алгоритм работы котельной:

Насос твердотопливного котла включается автоматически при розжиге дров в котле и выключается при их прогорании.

Формируется три запроса тепла от трех различных потребителей – радиаторная система отопления (р-р, комнатный термостат), внутрипольная система отопления (ТП, комнатный термостат, или контроллер ТП) и бойлер ГВС (диф.термостат).

По запросу тепла от р-р или ТП системы отопления в работу включается циркуляционный насос Ноп, обеспечивающий циркуляцию теплоносителя в системе радиаторного отопления и необходимую разницу давлений в точках подключения НСУ теплого пола. (При выключенном Ноп большинство коллекторных НСУ для теплого пола работать не будут).

При запросе тепла от р-р системы открывается кран с электроприводом, при отсутствии запроса кран закрыт. Установленные на радиаторах термоголовки ограничивают максимальную температуру воздуха во всех помещениях.

При запросе тепла от системы ТП включается насос в составе смесительного узла, при отсутствии запроса тепла насос выключен.

Если температура в ТА выше заданной «рабочей», забор тепла производится из ТА. Если буферная емкость остыла, трехходовой клапан с электроприводом переключает поток теплоносителя на электрокотел. Электрокотел включается только при наличии запроса тепла. При этом если запрос тепла идет от системы отопления он включается на заданную на котле температуру теплоносителя, если от бойлера ГВС — на максимальную температуру теплоносителя.

Бойлер при нагретом ТА. Насос загрузки бойлера включится только в том случае если температура в ТА выше температуры в бойлере на заданную дельту + есть запрос тепла от бойлера. Насос загрузки бойлера выключится в случае, если температуры в бойлере и ТА сравняются либо бойлер нагреется до заданной температуры.

Бойлер при остывшем ТА. При наличии запроса тепла включаются насос загрузки бойлера и электрокотел. Насос и электрокотел выключаются при достижении заданной температуры бойлера.

Итого, работа всего оборудования производится в автоматическом режиме, а именно:

При розжиге дров в ТТ-котле происходит запуск насоса загрузки ТА, и его остановка при прогорании дров
Переключение источников тепла автоматическое (по температуре в ТА), включение их в работу автоматическое (по запросу тепла)
Включение потребителей в работу автоматическое, по запросу тепла
Есть возможность задавать приоритет бойлера гвс, приоритет системы отопления, работу без приоритета.
Удобный мониторинг параметров котельной и статуса работы отдельного оборудования.

Автоматизация такой котельной может быть реализована без применения сложных контроллеров, только термостаты и релейная логика.

Один из минусов данной тепловой схемы – сложная автоматизация системы отопления – для запуска только теплых полов необходимо включить циркуляционный насос р-р отопления, а радиаторное отопление выключить при помощи крана с электроприводом.

Этой проблемы можно избежать, изначально применив для обвязки коллектора теплого пола насосно-смесительную группу на базе трехходового клапана, подключенную параллельно насосной группе радиаторного отопления.

Наличие бойлера ГВС также усложняет процесс автоматизации. Нагрев бойлера от ТА фактически происходит только во время топки ТТ-котла. Даже полностью нагретый ТА 1000л не нагреет бойлер 200л до минимально необходимой температуры 55С. Температуры в двух баках быстро уравниваются и нагрев прекращается. Завершает задачу по нагреву уже электрокотел.