Котлы - генераторы теплоты для систем горячего водоснабжения и отопления 

Для современных систем автономного снабжения горячей водой и отопления индивидуальных домов в качестве генераторов теплоты преимущественно используются котлы - устройства, в которых необходимая теплота вырабатывается в результате сжигания органического топлива и передается жидкому теплоносителю - воде.
Котел является самым сложным и самым дорого-стоящим элементом системы, поэтому его выбору следует уделить максимальное внимание.

Котлы на жидком топливе

Для бытовых целей в качестве теплоносителя используется в основном солярка. Солярка - топливо достаточно дорогое, поэтому эксплуатационные расходы получаются, пожалуй, самыми высокими по сравнению с перечисленными выше видами котлов (естественно, при сегодняшнем уровне цен на этот вид топлива). Еще год-полтора назад котел на солярке был гораздо выгоднее электрического. Сейчас они сравнимы. Чисто эксплуатационные расходы (расходы на киловатт тепловой энергии) здесь пожалуй повыше. Приведенные же затраты на год за 15 лет эксплуатации получаются сравнимыми.

Отечественных котлов, работающих на жидком топливе на нашем рынке практически нет. Исключение из этого правила составляют котлы "Ставан М" (г. Подольск), "РУСНИТ" (г. Рязань) и котлы одной из фирм, принадлежащих системе ГАЗПРОМа (г. Каменск, Ростовской области). Почему так сложилось? Горелка для жидкотопливного котла - вещь технически сложная. Хороших горелок ни в бывшем СССР, ни в России ни один завод не производил. Выпускались отечественные мазутные горелки для ТЭЦ и тому подобных потребителей, а вот для бытового и полупромышленного применения горелок никогда не было. То, что сейчас первые российские фирмы пытаются наладить их выпуск, делает им честь. Именно по этой причине большинство жидкотопливных котлов у нас импортные.

Котлы на твердом топливе

Котлы на твердом топливе - это старые, как мир, котлы, сменившие в системе отопления старую добрую русскую печь. Большинство выпускаемых твердотопливных котлов чугунные, стальных попадается крайне мало. Выпускает их и российская промышленность и многие зарубежные фирмы. Как правило, все эти котлы рассчитаны на естественную циркуляцию теплоносителя и не требуют подводки электроэнергии (правда, есть отдельные исключения).

Ставя дровяной котел, нужно помнить следующее. Если топить котел углем и не воровать его, а покупать, то удовольствие это окажется достаточно дорогим - цена отопления в этом случае оказывается сопоставимой с ценой электрического отопления. Безусловно, неудобством такой системы является то, что как минимум два раза в день надо котел топить и столько же раз в день вручную чистить. Не говоря уже о том, что за работой котла необходимо следить. Автоматизировать подачу топлива и процесс чистки, к сожалению, невозможно. Несмотря на то что котлы снабжены предохранительной системой, все равно при определенных условиях (например, при отсутствии по какой-либо причине циркуляции теплоносителя) существует опасность взрыва котла.

Есть и еще один нюанс, на который надо обратить внимание. Объясню на конкретном примере. Построили коттеджный поселок из 30 домов. Все дома оснастили котлами на твердом топливе, установив их, как и положено, в подвалах. Попасть в подвал можно только пройдя через парадную дверь и ряд комнат. В результате хозяева этих к оттеджей будут вынуждены проносить дрова (уголь) в подвал через жилые комнаты. Тем же путем придется выносить и золу. В результате хозяйкам обеспечено как минимум по 2 дополнительных уборки ежедневно. Было бы гораздо легче, если бы в котельную был предусмотрен отдельный вход, но отдельный вход ни в одном коттедже не предусмотрели, прежде всего, из соображений повышения безопасности. Балансировать между соображениями безопасности и удобствами приходится практически всем, остановившим свой выбор на твердотопливных котлах.

Электрические котлы. Могут быть «ТЭНовые» и «электролизные»

«Электролизные» котлы - это известные у нас котлы «Галан». Как утверждают производители этих котлов - это супертехнология, которая ранее применялась на подводных лодках. Не будем спорить относительно их достоинств и недостатков, но о самом принципе их действия два слова сказать хочется.

Многие из нас служили в армии. Многие пользовались таким «экстравагантным» способом кипячения воды в стакане: берутся две бритвы, к каждой из которых присоединяется по проводу сети 220 В, бритвы опускаются в стакан, провод включается в сеть и в считанные секунды вода в стакане закипает. Все просто и быстро. Но просто только на первый взгляд. Если, не дай бог, в воде будет чуть-чуть соли, то такой способ кипячения воды может кончиться большими «неприятностями» - вода из стакана просто вылетит фонтаном.

Так вот, поскольку электролизный котел использует практически такой же принцип нагрева воды, то и опасности его владельца подстерегают такие же, как мы описали. Не случайно и выпуск и эксплуатация электролизных котлов во многих странах мира категорически запрещены. Вроде бы, удобные котлы - и малогабаритные и недорогие, но один их маленький «недостаток» - повышенная требовательность к теплоносителю, сводит на нет все их достоинства.

«ТЭНовые» котлы

Что такое ТЭН и принцип их работы, думаю, объяснять не нужно - аббревиатуру «ТЭН» теперь знают даже дети. ТЭНовых котлов выпускается великое множество. И выпускает их чуть меньшее множество фирм. Котлы эти пользуются во всем мире вполне заслуженной популярностью, ведь КПД этих котлов очень близок к 100%. Выбирая такой котел, следует учитывать, что ресурс работы ТЭНа составляет порядка 10000 рабочих часов. В пересчете на время работы котла это составляет срок от 3-х до 5 лет. По истечении этого срока в лучшем случае придется менять ТЭН, а в худшем придется менять весь котел, поскольку демонтировать прогоревший ТЭН бывает невозможно.

За время длительной эксплуатации он просто «прикипает» к тонкой обшивке. Поэтому, зачастую, и оказывается, что срок жизни ТЭНового котла намного меньше срока, на который рассчитывали его владельцы, покупая котел. Причин, снижающих срок жизни котла множество: качество исходной воды, состав жидкости, залитой в системе, материала корпуса котла и т.д.

Надо отметить, что у нас больше распространены отечественные ТЭНовые котлы, чем импортные. Это объясняется, прежде всего, тем, что стоимость практически любого импортного электрического котла намного превышает стоимость аналогичного по классу отечественного. По качеству импортные котлы во многих случаях превосходят отечественные, но по потребительской стоимости разница между ними не велика. Поэтому можно смело сказать, что на рынке ТЭНовых котлов российские изделия выглядят даже очень не плохо. У нас есть целый ряд производителей, которые выпускают очень неплохую и относительно не дорогую технику.

Сегодня на российском рынке предлагается более сотни различных котлов зарубежных и отечественных производителей.
Какой же из них предпочесть? Как не сделать ошибки в выборе? Не прогадать со стоимостью?

Лучше всего поручить выбор котла специалисту, который будет проектировать для вас систему отопления и горячего водоснабжения. Он сможет обеспечить оптимальное сочетание элементов системы, выберет котел, разрешенный к эксплуатации в том помещении, где он предусмотрел его установку в вашем доме, и сориентирует вас относительно того, как получить многочисленные разрешительные документы на установку. Однако решающее слово остается за застройщиком, поэтому, выслушав аргументы проектировщика, вам придется принимать окончательное решение самому.

Из чего же следует исходить при выборе котла? Прежде всего из вида топлива, которое будет наиболее доступно на длительную перспективу в районе строительства вашего дома. Следует учесть, что современные котлы на жидком или газообразном топливе будут работать в течение всего отопительного сезона в автоматическом режиме и не потребуют дополнительных затрат времени с вашей стороны, за исключением сезонных профилактических работ, которые могут производить сервисные службы. А вот с котлами для твердого топлива хлопот больше: их надо постоянно загружать топливом. Определившись с видом топлива, приступают к выбору конструкции котла:
одноконтурного - предназначенного для нагрева теплоносителя только для системы отопления или только для системы горячего водоснабжения, либо двухконтурного - он подходит одновременно и для системы отопления, и для системы горячего водоснабжения.
Далее исходят из тепловой мощности котла, которую должен определить проектировщик, требуемых параметров теплоносителя для системы, необходимого качества регулирования теплопроизводительности котла в зависимости от температуры наружного воздуха (одноступенчатое, двухступенчатое, бесступенчатое плавное регулирование), материала, из которого изготавливается котел, его веса, габаритов, стоимости и других характеристик и параметров.

Выбирая вид топлива для своего будущего котла, целесообразно проконсультироваться в районной или даже в областной администрации. При этом необходимо выяснить, какие виды топлива применяются в данной местности на сегодняшний день, как осуществляются заказ и доставка, а также выяснить планы развития на ближайшую и длительную перспективу (например, план газификации района, где и какие будут проложены газопроводы, каковы условия присоединения к ним вашего поселка, города и т.п.).
Лучше, если котел предназначен для сжигания какого-нибудь одного вида топлива. В этом случае конструкция котла и его топки будет оптимально соответствовать топливу и котел будет работать с максимальным КПД.

Газовые котлы

Идеальным вариантом является газ - самое экономичное топливо. В нем содержится меньше сернистых соединений, поэтому сжигание газа происходит с большей эффективностью, т.е. при сжигании единицы массы газа получается больше полезной теплоты для нужд отопления и горячего водоснабжения, причем в продуктах сгорания содержится меньше загрязняющих атмосферу веществ. Котлы не так подвергаются коррозии, как при сжигании других видов топлива, меньше зарастают сажей.
Газовые котлы легче очищать от сажи, и делать это можно реже. Котлы на газовом топливе более долговечны, не требуется запасать это топливо впрок, а значит, не требуются дополнительные площади под склад топлива в доме или около него. При использовании газового топлива отсутствуют запахи. (Наличие запаха газа свидетельствует об аварийном состоянии котла.)

Однако газ доступен не везде. В новые коттеджные поселки, которые возникают вдали от сложившейся застройки, он приходит не сразу. Если на газификацию поселка, в котором строится дом, надежды нет, то можно установить котел на жидком топливе. В этом случае потребуются дополнительные площади под специальные стальные или пластмассовые емкости для дизельного топлива в среднем на 4-10 т в зависимости от объема дома и уровня его теплозащиты. Запас топлива создает у владельца котла чувство уверенности в условиях нестабильной экономики и рынка, однако длительное (больше года) хранение топлива в прозрачных пластмассовых емкостях может привести к его физическому и химическому "старению". Конечно, емкости, которые имеют двойные стенки и обладают практически стопроцентной надежностью, безопасны, однако в доме будет присутствовать, пусть едва заметный, но все же ощутимый специфический запах. Емкости могут быть вынесены за пределы здания и закопаны в землю, однако лучше, если это произведет специализированная организация, монтирующая котел; это делается, если позволяют гидрогеологические условия. При близком расположении грунтовых вод полупустые к весне емкости могут "всплыть". Заглубленные в грунт емкости необходимо ежегодно проверять на герметичность и освидетельствовать. В остальном эксплуатация жидкотопливного котла мало чем отличается от эксплуатации газового котла. Современные жидкотопливные дутьевые горелки с подогревом топлива перед его сжиганием по своей эффективности практически не уступают газовым. Жидкое топливо при этом испаряется и происходит сжигание смеси паров топлива и воздуха.

Если в вашей местности будут трудности с приобретением дизельного топлива или вас смущает его стоимость, то можно остановить выбор на котлах для сжигания твердого топлива: каменного или бурого угля, дров, торфа или сланца. Эффективность сжигания в этом случае будет значительно ниже, а вредные выбросы в атмосферу значительно больше, чем у газовых и жидкотопливных котлов. Кроме того, потребуются дополнительные площади под склад топлива и постоянные затраты времени на загрузку топлива в котел. Как же поступить, если вы выяснили, что газификация поселка, в котором расположен ваш коттедж, произойдет через несколько лет? Установить котел для другого вида топлива, а затем заменить его на газовый - слишком дорогое удовольствие. Лучший вариант в этом случае - установка комбинированного котла. Безусловно, любая комбинация будет стоить несколько дороже, чем котел для одного вида топлива, увеличит габариты, потребует дополнительных площадей для размещения, снизит эффективность. Особенно это ощутимо у универсальных котлов для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива, тепловой КПД которых при сжигании твердого топлива составляет 58-60%, а жидкого и газообразного 70-80%, в то время как у газовых и жидкотопливных котлов - 90-95%.

Наиболее оптимальной будет комбинация для сжигания жидкого и газообразного топлива, поскольку современные горелки позволяют сжигать оба эти вида топлива практически одинаково. Они модулируют круглое пламя в виде горизонтального факела, поэтому комбинированные котлы для сжигания жидкого и газообразного топлива имеют цилиндрическую камеру сгорания, образуемую стенками чугунных или биметаллических (чугун/сталь) каналов, воспринимающих лучистую теплоту пламени и конвективную теплоту омывающих их горячих газов и передающих ее протекающему по ним жидкому теплоносителю. В передней торцевой съемной стенке или дверце имеется отверстие с крепежным устройством, на которое монтируется (в зависимости от того, какое топливо предполагается в данный момент использовать) жидкотопливная или газовая дутьевая горелка, соответствующая мощности котла. Монтаж горелки не представляет труда. Горелка вставляется в отверстие, настраивается на глубину топочной камеры, а затем закрепляется винтами на фланце. Газовая или мазутная линия присоединяется к горелке с помощью накидной гайки, из которой предварительно удаляется заглушка. В арматурный блок горелки требуется вставить два штекера. После этого проверяют герметичность газовой арматуры и удаляют воздух из газопровода или жидкотопливной линии. Электрические провода подключаются с помощью штекерных разъемов. Пуск горелки, особенно первый, должен производиться специалистом, т.к. при этом горелка регулируется в соответствии с нормами выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, приводимыми в таблице инструкции по монтажу горелки, с применением газоанализатора, датчики которого устанавливаются в патрубок для отвода дымовых газов. При переходе на другой вид топлива горелка демонтируется и монтируется горелка для другого вида топлива. Отопительная нагрузка здания зависит от температуры наружного воздуха, причем с расчетной или близкой к ней нагрузкой котел будет работать довольно короткий период (5-20 суток в течение отопительного периода). Все остальное время - с нагрузкой, не превышающей половины расчетной мощности тока.

Логично было бы в период с повышенной температурой наружного воздуха снизить мощность котла, а следовательно и расход топлива. Однако снижение расхода топлива может привести к изменению условия сгорания топлива, размера факела в камере сгорания и, как следствие, к снижению КПД. В связи с этим по своей конструкции жидкотопливные и газовые горелки могут быть одноступенчатыми, двухступенчатыми, рассчитанными на сжигание меньшего количества топлива, а также модулирующими. Модулирующие горелки позволяют бесступенчато изменять мощность в зависимости от потребности в теплоте путем количественного изменения соотношения топливо/воздух, т.е. когда в зависимости от количества подаваемого воздуха и аэродинамического сопротивления в камере сгорания изменяется подача топлива. Это обеспечивает стабильный КПД котла и минимальные концентрации загрязняющих веществ в уходящих газах при переменной тепловой нагрузке.

В последнее время на мировом рынке появились комбинированные горелки для жидкого и газообразного топлива. В этом случае на котел устанавливается одна горелка, к которой подводится газопровод и топливопровод жидкого топлива. Отсутствует необходимость в смене горелки, она лишь переключается с одного вида топлива на другой. Естественно, что устройство такой горелки сложнее, а стоимость намного выше, чем при применении двух горелок на разные виды топлива. В связи с этим такие горелки -пока редкость на российском рынке. В настоящее время у нас представлены комбинированные горелки фирм Elko Klockner мощностью от 100 кВт, Weishaupt GL1/1-E мощностью от 60 до 335 кВт и GL3/1-E, RGL3/1-E мощностью от 90 до 630 кВт. К жидкотопливным горелкам топливо из емкости подается топливным насосом под давлением и распыляется форсункой в виде мельчайших капель. Эта капельная взвесь в виде тумана смешивается с воздухом, нагнетаемым дутьевым вентилятором в необходимом для сгорания соотношении и подается в зону горения. При розжиге топливовоздушная смесь поджигается запальным устройством, а далее процесс горения поддерживается самостоятельно. Факел пламени будет иметь в этом случае желтую окраску. Для получения голубого пламени применяют предварительный подогрев топлива электрическим нагревателем или потоком уходящих газов. При этом капельки топлива испаряются, превращаясь в пар, и, смешиваясь с воздухом, сгорают с большей эффективностью. Выбросы угарного газа CO, окислов азота NOx и серы SOx будут значительно ниже допустимых значений самых требовательных европейских экологических норм. Такие жидкотопливные горелки называют иногда горелками синего пламени. Несмотря на то, что они сегодня дороже традиционных, учитывая, что нормативные требования по эффективности сжигания и экологии будут возрастать, за модулирующими горелками с предварительным подогревом топлива - будущее. Так как газовые горелки для комбинированных котлов имеют вентиляторный наддув, они оказываются более устойчивыми к колебаниям давления газа в газопроводной сети, чем атмосферные горелки газовых котлов, и работают даже при понижении давления газа в сети до 70-80 мм. С целью энергосбережения и улучшения эффективности сгорания при розжиге котла горелки комплектуются воздушным клапаном с сервоприводом (маркировка L в обозначении модели), который препятствует охлаждению камеры сгорания в период, когда горелка не работает. Плавно открываясь при розжиге котла, клапан предотвращает пульсации и способствует плавному выходу котла на рабочие параметры. Сегодня на российском рынке представлены в основном горелки следующих фирм-производителей для газообразного и жидкого топлива, пригодных для использования в котлах малой мощности, предназначенных для отопления коттеджей: Гирш (Giersch), Viessmann (Unit, Rotrix, Matrix и др.), Weishaupt, Elko Klцckner (все Германия), Hansa, Intercal, Bentone (Швеция), Oilon (Финляндия) и др.

Поскольку при сжигании жидкого топлива образуется больше сернистых соединений, которые могут конденсироваться на поверхности стенок котла, особенно при низких температурах воды, тепловоспринимающие поверхности комбинированных котлов для жидкого и газообразного топлива выполняют из чугуна, который меньше подвергается коррозии, чем сталь. Это увеличивает вес котла. В связи с этим все комбинированные котлы производятся в напольном исполнении. В последнее время фирмой Veissmann разработаны биометаллические котлы с двойными стенками. Это, например, модели Vitola 100; Vitola 111; Vitola 200; Vitola 222. Биферральная сопряженная поверхность нагрева из двух материалов - чугуна и стали состоит из стального цилиндра и вставленных в него элементов из чугунного литья с радиальными ребрами. Внутренний слой из чугуна обращен к топочным газам и воспринимает при расчетной производительности более высокую температуру, чем обращенный к воде стальной цилиндр. Таким образом предотвращается конденсация содержащихся в топочных газах паров воды, осаждение конденсата на поверхности нагрева, а значит, предотвращается ее коррозия. "Холодный старт" такому котлу не вредит. При этом вес котла несколько снижается. Некоторые модели комбинированных котлов имеют встроенные емкости-аккумуляторы горячей воды (таблица 2). Те модели, которые их не имеют, могут присоединяться к отдельным бакам-аккумуляторам тех же фирм-производителей, которые устанавливаются рядом с котлом или под ним для экономии полезной площади. Следует заметить, что с 1 января 2000 года вступили в действие новые нормативы по теплозащите зданий, которые предусматривают для ограждающих конструкций зданий в 3,5-3,7 раза большие термические сопротивления по сравнению с уровнем 1995 года. Это означает, что расчетная тепловая мощность котла снизится по сравнению с аналогичным по площади зданием, построенным по старым нормативам, также в 3,5-3,7 раза. Безусловно, это будет реальная экономия и в затратах на котел и систему отопления, и ежегодных затрат на топливо. Однако если котел обслуживает одновременно и систему отопления и систему горячего водоснабжения, его мощности может не хватить для комфортного горячего водоснабжения. Ведь для комфортного душа потребуется расход 8 л/мин воды с температурой 40°C, а для наполнения ванны, которое должно произойти по нормам за 10 мин, потребуется расход горячей воды 15 л/мин. Это потребует мощности котла 18-30 кВт. Мощность же котла при современном уровне теплоизоляции будет примерно в 2-3 раза меньше. Применение баков-аккумуляторов большого объема повысит комфорт горячего водоснабжения, но может одновременно снизить тепловой комфорт в доме, ведь для нагрева большего по объему бака-аккумулятора горячей воды котлом с меньшей тепловой мощностью потребуется более продолжительное время - 40 мин и более, и именно на такое время котел будет отключен от отопительного контура. В данном случае придется делать технико-экономическое обоснование: или производить выбор мощности котла исходя из нужд горячего водоснабжения, но при этом использовать котлы с модулирующими горелками, обеспечивающими высокий КПД при низкой степени загрузки, или использовать отдельный бак-аккумулятор горячей воды с автономным подогревом газовой или жидкотопливной горелкой. При установке комбинированных котлов придется предусмотреть отдельное помещение для размещения емкостей для жидкого топлива. Они могут быть пластмассовыми производства фирм Dehoust, Schutz, Roth (Германия) или стальными производства фирмы Roth. Все они поставляются в Россию. Пластмассовые емкости дешевле и легче металлических. Фирма Schutz выпускает емкости объемом 1050; 1600; 1850 и 2200 л при ширине 78 см и высоте от 195 до 199 см, что обеспечивает наиболее экономное использование полезного объема помещения и позволяет пронести их практически через любую дверь. Двойные стенки и надежная система контроля герметичности дают возможность устанавливать их непосредственно на пол без металлического поддона. Набор топливных емкостей соединяется системой трубопроводов в батарею необходимого объема. Емкости снабжены специальным клапаном SMP с защитой от распространения запаха. На топливопровод перед горелкой необходимо установить топливный фильтр, производимый и реализуемый в России, например, фирмой Oventrop (Германия). Емкости могут располагаться снаружи здания и быть заглублены в землю на глубину промерзания. При этом следует иметь в виду, что при низких температурах вязкость топлива увеличивается, и топливный насос будет затрачивать больше электроэнергии на перекачку топлива. Кроме того, вода, порой присутствующая в дизельном топливе, может замерзать и закупоривать топливопровод.

Котлы имеют патрубок для отвода дымовых газов, к которому должен присоединяться дымоход. Дымоходы выполняются из нержавеющей стали, т.к. температура дымовых газов низка и может происходить выпадение агрессивного конденсата на стенках дымохода. В пределах здания дымоход, как правило, не теплоизолируется. За пределами здания, в силу вышеназванных причин, необходимо выполнять дымоход из нержавеющих труб с двойными стенками, между которыми прокладывается теплоизоляция. Если теплоизоляция не предусматривается, то устраивается отвод конденсата в специальный бак с необходимостью его последующей нейтрализации перед спуском в канализацию. Такие дымоходы имеют стандартный ряд типоразмеров и выпускаются как отечественными, так и зарубежными фирмами. Например, фирмой Bertrams (Германия). Сечение дымохода, его прокладку в здании и высоту в зависимости от мощности и параметров сжигания топлива должен определить специалист и разработать проект на дымоудаление. От дымохода зависит тяга в котле, а следовательно, надежность и устойчивость процесса сгорания. Ошибка в прокладке дымохода может привести не только к нарушениям в работе котла, но и к аварии, поэтому к этой проблеме необходимо отнестись со всей ответственностью.
Комбинированные котлы имеют встроенный прибор автоматического регулирования работой, который может дооснащаться электронными блоками, например, для программирования работы котла в зависимости от режима работы системы отопления, автоматического регулирования температуры нагреваемой воды в соответствии с температурой наружного воздуха и т.п.
Следует отметить, что комбинированные котлы на жидком и газообразном топливе обладают повышенной надежностью по сравнению с газовыми котлами, так как при перебоях с подачей газа, которые могут быть на газораспределительных сетях, особенно в периоды экстремальных морозов, когда возможно замерзание газового конденсата, домовладелец может перейти на другой вид топлива. Единственным уязвимым звеном в цепи надежности комбинированных котлов на жидком и газообразном топливе могут быть перебои с подачей электроэнергии, при которых прекратится работа топливного насоса, дутьевого вентилятора, запального устройства и прибора автоматического регулирования, и котел автоматически отключится. При возобновлении подачи электроэнергии произойдет автоматический розжиг котла. Однако если электроэнергия не будет подаваться в течение длительного времени - сутки и более, что часто случается в малых поселках, есть опасность "заморозить" систему отопления и сам котел. На этот случай можно посоветовать установить в доме резервный генератор электроэнергии на том же дизельном топливе, мощность которого должна соответствовать суммарной мощности электрооборудования, включая электрооборудование котла в коттедже или предусмотреть резервное печное отопление, как это очень часто делают застройщики индивидуальных домов за рубежом.