Твердотопливный котел верхнего горения – как выбрать, преимущества и недостатки такого отопления

Классическое отопительное оборудование, работающее на твердом топливе, – не лучший вариант для частного домовладения. В отличие от промышленных топок, сжигающих подготовленный уголь с высоким КПД, домашние котлы по эффективности едва дотягивают до 75%. Поэтому с момента появления на рынке твердотопливный котел верхнего горения вызывает интерес нестандартной конструкцией, схемой сжигания и высоким КПД аппарата.

Особенности конструкции и принцип работы

В отличие от классической схемы с топкой на 20-30 л, у котла верхнего горения объем для загрузки дров может достигать 200-300 л. Из-за этого период времени между очередной закладкой дров, угля или брикета увеличивается на порядок. Если для котла классической схемы дрова нужно подбрасывать минимум дважды в день, то у системы верхнего горения счет идет на сутки, что очень удобно.

Конструктивно котел верхнего горения представляет собой одну огромную емкость с двойными стенками, в промежутке между которыми перемещается вода, отбирающая тепло от топки.

Особенности устройства котла:

• дрова отбираются по размеру и укладываются внутрь камеры сгорания упорядоченной стопкой так, чтобы максимально заполнить топливом все пространство;
• поверх дровяной кладки устанавливается гнет на телескопической штанге – через него подается воздух на поверхность зоны сжигания;
• камера закрывается герметичной крышкой. В нижней части имеется зольник и патрубок, через который можно нагнетать воздух с помощью электрической воздуходувки.

По мере выгорания заряда дисковый гнет опускается на штанге, обеспечивая приток воздуха в зону горения топлива. Тепло передается к стенкам конвекцией, дымовые газы удаляются через дымовую трубу в боковой стенке корпуса котла.

Система называется схемой верхнего горения из-за того, что в котле горит только верхний слой дров или брикета. Поэтому тепло на нагрев топлива не расходуется, а значит, меньше потери. Сжигание дровяного заряда может выполняться с открытой камерой или с дожиганием.

Схема верхнего горения без дожигания

Наиболее распространенной считается конструкция котла с корпусом в виде цилиндра с двойными стенками и камерой подогрева свежего воздуха дымовыми газами. В такой топке верхнего горения нет трубчатого теплообменника – тепло поглощается водой, циркулирующей между стенками.

Риск прогорания или закоксовывания теплообменника при верхнем горении дров сводится к нулю. Благодаря дополнительной камере для подогрева воздушного потока в верхней части котла воздух попадает в зону горения дров с температурой 150-200 ^оС. Верхний слой топлива прогорает глубоко, горючих газов и сажи практически не остается. Дым и летучие продукты горения поднимаются кверху и удаляются через дымоход.

Котел со вторичным дожиганием газов

Если планируется использовать топливо с высоким содержанием летучих веществ (береза или брикет), лучше выбирать модель с дожигом продуктов пиролиза. Конструктивно такой котел разделяется на емкость для дров и дополнительную камеру, в которой устанавливают трубчатый теплообменник. В результате топка твердотопливного котла верхнего горения с дожигом обеспечивает более высокий тепловой напор.

Котел с верхним дожигом показывает более высокий КПД по двум причинам:

1. Площадь стенок корпуса оказывается недостаточно большой, чтобы действенно снимать тепло со всего объема топки. Верхняя камера подогрева воздуха не так эффективно поглощает тепло, как в случае обтекания емкости с водой. Поэтому установка дополнительного теплообменника с проточной водой дает возможность эффективно поглощать тепло с еще горячих газов.
2. Центральная и верхняя часть камеры горения оказываются насыщенными летучими веществами и продуктами пиролиза, сжигая их под дополнительным теплообменником. Так удается повысить КПД котла.

Загрузку дров в котел верхнего горения с дожигом приходится выполнять через боковой люк, а не через верхнюю крышку. С другой стороны, такая схема более удобна, так как высота корпуса может достигать 180-200 см.

Технические характеристики котлов верхнего горения на твердом топливе

Тепловая мощность топки поверхностного горения – от 15-40 кВт. Ограничения по по этому параметру обычно связаны с вертикальными габаритами котла. Например, высота аппарата мощностью 15 кВт – 160-180 см, при поперечном диаметре более 60 см.

При этом объем под укладку дров – 190-200 л. Загрузочный люк твердотопливного котла обычно делают на высоте не более метра, чтобы упростить закладку 70-100 кг дров. С увеличением мощности размеры корпуса увеличиваются.

При выборе твердотопливного котла верхнего горения приходится учитывать возможность транспортировки и установки аппарата в подсобном помещении. Иногда приходится перестраивать котельную или приобретать два агрегата меньшей высоты и мощности.

Для стабильной работы твердотопливной топки потребуется устойчивый подсос воздуха. Поэтому ставят дымоход высотой не менее 4,5-5 м или электрический дымосос, обеспечивающий уровень разрежения в пределах 25-30 Па относительно атмосферного давления.

Правильно отрегулированный котел верхнего горения обладает высоким КПД, в среднем 89-90 %. Это на уровне самых современных пеллетных или пиролизных топок. При том, что стоимость последних в несколько раз выше, а надежность – ниже, и требуется более дорогостоящее гранулированное топливо.

Температура воды на выходе из рубашки твердотопливной топки – 90-95 ^оС, давление в контуре – 1 бар. Поэтому даже при небольшом перегреве теплоноситель не закипит, так как воды в межстенном пространстве много – не менее 40-50 л, в зависимости от модели оборудования.

Преимущества и недостатки твердотопливных котлов верхнего горения

Котельное оборудование с топкой поверхностного горения оказывается более сложным в эксплуатации и обслуживании. Например, для загрузки камеры сгорания твердотопливного котла потребуются кондиционные дрова примерно одного размера.

Укладку топлива нужно выполнять аккуратно, добиваясь максимального заполнения и стараясь не повредить телескопический механизм подачи воздуха.

Отрицательные моменты

Минусов использования твердотопливного котла немного, но они все же есть.

Система верхнего горения оказалась требовательной к качеству дров. Слои должны прогорать равномерно по всей площади горения. В противном случае диск на телескопической штанге может зависнуть на выгоревшем пеньке. Поэтому котел можно рекомендовать для использования в местности, где нет проблем с выбором топлива. Наилучший вариант – покупка готового брикета, древесно-угольного или торфяного.

Твердотопливные котлы в эксплуатации оказались довольно инертными. Причиной тому – большое количество воды в рубашке охлаждения.

Из-за специфической конструкции и внушительных размеров топки верхнего горения чистить ее от сажи и нагара сложно. Периодически нужно обслуживать диск и телескопическую штангу. Она подвергается воздействию горячих газов с большим содержанием смолистых веществ, пыли, продуктов разложения лигнина древесины. Поэтому телескопический механизм нужно также очищать от налета.

Твердотопливные котлы поверхностного горения могут отличаться по используемому топливу. Существуют чисто дровяные модели и универсальные системы, в которых допускается сжигание торфяного, древесно-угольного брикета или антрацита. При этом категорически нельзя использовать газовый (курной) уголь, кокс, спекающиеся марки и материал с повышенным содержанием серы. Нельзя сжигать отходы резины и пластика.

Еще один минус – твердотопливный котел способен работать с высоким КПД только при условии управления процессом сжигания топлива. Поверхностное горение требует дозированной подачи воздуха, иначе не получится дожигания продуктов пиролиза, и значительная часть тепла будет теряться в трубе дымохода.

Все плюсы

Преимуществ использования твердотопливного котла с верхним горением дров всего четыре:

1. Загружать топку можно один раз в несколько дней – экономятся время и усилия на обслуживание системы отопления. Можно отлучиться из дому на несколько дней зимой, даже в сильные морозы, не превращая жилье в промерзший холодильник.
2. Высокий КПД топки верхнего горения. Если правильно выкладывать слои топлива и управлять процессом горения с помощью подачи воздуха, то возможно повысить паспортные 89-90 % на пару пунктов.
3. Сжигание топлива происходит при пониженном давлении – оно чуть меньше, чем в помещении, но этого хватает, чтобы избежать вытекания угарного газа и дыма через щели в загрузочном люке.
4. В конструкции котла применяются двойные стенки с водяной рубашкой. Температура поверхности корпуса в верхней части – 85-90 ^оС , нижней – 65-70 ^оС. Это значит, что риск заработать ожог жильцам при контакте с горячей «бочкой» котла снижен до минимума.

Даже после выгорания дров внутри топки остается большое количество горячих углей с температурой 250-300 ^оС. Массивный корпус (370 кг стали и 40 л воды) остывает медленно. Даже если исчезло электропитание, и остановился циркуляционный насос, твердотопливный котел будет греть дом самотеком в течение 6-7 ч. Если перекрыть подачу воздуха, твердотопливная закладка в топке остынет за 2,5-3 ч.

Нюансы системы управления котла верхнего горения

Для того чтобы топка работала с высоким КПД, процессом сжигания топлива нужно управлять. В зависимости от модели твердотопливного котла система управления может состоять из электронного блока термореле или термостата с цепным приводом положения воздушной заслонки. Устройство калибруют на разную температуру газов еще в процессе изготовления котельного оборудования, проверяют работу на действующей топке, и только после этого монтируют на новом аппарате.

При розжиге твердотопливного заряда заслонку выставляют в среднее положение. Полностью открывать нельзя, так как поток воздуха сорвет верхний слой пламени. Как только появилась тяга дымохода, систему переводят в автоматический режим, приток воздуха постепенно увеличивается до максимума.

Примерно через 30-40 мин сформируется ядро поверхностного горения, температура воды достигнет 70-80 ^оС, после чего система управления прикрывает заслонку, чтобы избежать потерь тепла.

Рабочий режим верхнего горения – 30-40% от максимального. В режиме наиболее интенсивного сжигания твердотопливного сгорания топка работает лишь в момент разгона и разогрева. Поэтому система верхнего горения расходует дрова экономично.

Насколько оправданно использование поверхностного горения

Процесс сжигания твердотопливного заряда в котлах верхнего горения отличается от классической схемы. Сгорает только поверхностный слой топлива и часть твердотопливного заряда в ядре сгорания, расположенного непосредственно под отверстием телескопической штанги.

Фронт сжигания распределен не по объему, а по площади. Воздух расходуется экономно, распределяется только по верхнему слою, в результате твердотопливный заряд прогорает максимально полно. Нет проскоков воздушного потока у стенок или непрогара, характерных для топки классической схемы.

Дрова, даже сухие, хорошего качества, при нагреве пиролизуются с выходом летучих веществ до 70 %. Остается до 25-28 % древесного угля. У твердотопливного котла есть большая камера, где происходит дожигание газов, остаток – древесный уголь. При верхнем сжигании такое топливо прогорает почти до нуля.

Поэтому при корректной работе системы управления твердотопливная топка оказывается достаточно экономичной.

Обзор лучших котлов верхнего горения

Конструкция систем с поверхностным сжиганием топливного заряда может показаться простой, ее легко скопировать и повторить в металле. Но самыми удачными оказываются модели, выпущенные предприятиями с наибольшим опытом разработки твердотопливных котлов с топкой верхнего горения.

Стропува

Котельное оборудование торговой марки «Stropuva» выпускается в Литве более 20 лет. В линейку твердотопливных систем с топкой верхнего горения входят три типа котлов:

• Stropuva S, мощностью 7-40 кВт. Используются дрова или брикеты;
• Stropuva S-U, мощность 10-140 кВт. Топливо – дрова, торфяной брикет и уголь;
• Stropuva S IDEAL, мощность 20-40 кВт. Топливо – дрова, дровяной и угольный брикет, уголь, пеллеты.

Наиболее популярная модель – «S20». Выполнена в виде цилиндра с двойными стенками, между которыми циркулирует вода.

Высота – 210 см, объем топливной камеры – 350 л. Твердотопливного заряда в 50 кг достаточно для того, чтобы 30 часов выдавать 20 кВт тепловой энергии.

Для работы не требуется электричество, полностью автономен. Температура горения поддерживается с помощью биметаллического термостата. С его помощью регулируется угол открытия воздушной заслонки и интенсивность горения твердотопливной закладки. Несмотря на внушительные размеры, котел получился достаточно легким – 230 кг.

Твердотопливная топка считается более безопасной, чем у конкурентов. Если произойдет закупорка контура отопления, давление превысит безопасное, внутренние стенки просто выдавит внутрь, огонь погаснет, но корпус котла не разрушится.

Топку необходимо очищать от золы и смолистых отложений примерно раз за две недели. Гарантия производителя – 5 лет, срок службы – не менее 25 лет. Стоимость аппарата 20 кВт – 900-1000 долл.

Liepsnele

Выпускается Литвой в течение более десятка лет. В линейку моделей включены котлы мощностью от 10 кВт до 40 кВт. Способны работать без электропитания. Аппараты LIEPSNELE ниже ближайших конкурентов, вертикальный размер корпуса – 190 см, но установка допускается лишь в помещениях с высотой потолков не менее 200 см.

Для устойчивой работы необходим дымоход с горизонтальной секцией не менее 20 см, оборудованный сборником для конденсата и заслонкой ручной регулировки тяги.

Твердотопливные котлы LIEPSNELE относят к универсальным моделям – топка верхнего горения одинаково устойчиво работает как на дровах, так и на угле. В последнем случае внутрь топливной камеры укладывается стальная решетка. Для перехода на угольное топливо нужно будет перенастроить ручной клапан подачи воздуха на верхней части корпуса.

Допускается использование смешанного твердотопливного заряда, уложенного слоями из мелкого угля и торфяного брикета. Для розжига верхний слой выкладывают дровами. Котел может эксплуатироваться на твердом топливе с влажностью не более 30 %.

На дровяной закладке топка горит до 30 часов, на угле продолжительность горения составляет от 3 до 7 суток. Стоимость модели на 20 кВт – до 2000 долл.

Неделька

Котлы выпускаются российской конторой «Триай», они же являются разработчиками и держателями патента на модель в твердотопливном варианте с верхним горением заряда.

Котел «Неделька» скомпонован по классической коробчатой схеме с двумя люками – для загрузки дров и удаления золы. В верхней части топки имеется дополнительный теплообменник, в нижней установлены колосники из чугуна.

Розжиг и работа камеры сгорания обеспечивается вентилятором наддува воздуха. Температура контролируется автоматикой изменением производительности воздуходувки. Корпус зашит наружной термоизоляцией. Вывод на дымоход можно монтировать как вертикально, так и горизонтально.

Стоимость модели мощностью до 20 кВт – до 1800-1900 долл.

Время работы на одной загрузке – 4-5 дней.

Идея купить твердотопливный котел верхнего горения интересна высоким КПД, простым обслуживанием и большим периодом времени между закладками. Топки с длительным горением эксплуатируются уже более десятка лет.

Stropuva s 20 ideal котел длительного горения

Поделитесь своими впечатлениями от эксплуатации подобного оборудования. Какие были проблемы, и какой котел выбрали бы сейчас? Напишите в комментариях. Сохраните статью в закладках, чтобы в любое время можно было быстро к ней вернуться.