Печь с котлом водяного отопления

Оглавление:

  1. Какие нужны котлы?
  2. Немного физики или конструктивные особенности печей
  3. Конструкция конвективной системы котла периодического действия
  4. Удивительная технология

Сегодня в нашей стране существует интересная тенденция к тому, чтобы громоздкое централизованное отопление уменьшалось в объеме. Зато растет число автономных тепловых источников самой различной мощности. Они работают на дешевом топливе, которое можно достать по месту пребывания и достаточно легко восполнить. В природе наблюдается экологический баланс. Поэтому нужно разрабатывать различные технологии, которые наносят ей минимальный вред. Сейчас это реализует печь водяного отопления, конструкцию которой мы и рассмотрим в данной статье. Она удобна в применении, использует топливо, которое в природе восполняемо и доступно.

Какие нужны котлы?

Отопительная печь с котлом для водяного отопления должна работать в периодическом режиме. Она должна накапливать тепло при одно-двух разовой топке, всего за пару часов. А затем поддерживать необходимую температуру в течение целых суток. Если хозяевам нужно будет уехать куда-либо на достаточно длительный срок, такая печь обязана поддерживать необходимый климат за счет использования электроэнергии.

Также в бытовом плане есть потребность использования печей с котлами постоянного действия. Они очень удобны при обеспечении коммунально-энергетических потребностей, а кроме того при отоплении общественных зданий.

Немного физики или конструктивные особенности печей

Современные печи с котлом водяного отопления действуют по особому принципу. Давайте рассмотрим все с точки зрения физики и сравним обычное горение и в печах с котлами.котлы водяного отопления

При горении воздух обтекает поверхность раскаленного топлива. И здесь кислород на атомарном уровне соединяется с углеродом. Частично это создает углекислый газ, а другая часть приходится на окись углерода. Топливо горит непрерывно и уменьшается в объеме, это дает в итоге негорючий остаток – золу. Над самим топливом горит летучая часть. В нее входят различные газы, обладающие горючей природой, а именно углеводороды. Сам по себе водород отличается несколько большей скоростью горения, чем углерод, поскольку он легче, лучше входит в соединение с кислородом и при сгорании переходит в водяной пар. Углерод в свою очередь при сгорании является пылинками сажи. Они нагреваются и начинают излучать свет, а затем сгорают. По сути, само пламя это сгорающие углеводороды. Из этого можно сделать вывод, что над пламенем, которое мы видим, содержится негорючий углекислый газ, азот и водяные пары. Помимо этого тут может быть и определенное количество воздуха, которое не участвовало в процессе горения. В итоге получаем просто смесь из нескольких газов.
Когда у нас печь с котлом водяного отопления, то при горении частицы газов входят в соприкосновение с кислородом, от чего выделяется тепло, и переходят в углекислый газ и водяные пары. И здесь получается более высокая температура, чем у водяных паров топлива. При этом азот и кислород, не участвовавший в процессе горения, собираются в верхней части колпака, и там возникает область высокой температуры. А водяные пары топлива, кислород и азот, отдавшие тепло, конденсируются в нижней части колпака. Отсюда, более оптимальный температурный режим, за счет четкого разделения температурных зон, а это дает более естественный процесс горения, который саморегулируется и является достаточно оптимальным.

Конструкция конвективной системы котла периодического действия

Рассмотрим, как именно функционирует система котла периодического действия. печь с котлом водяного отопления Ее назначение в том, чтобы обеспечить оптимальный режим горения и распределения получаемого тепла. Тепловая энергия лучшим образом аккумулируется и предается стенкам (7), а кроме того системе регенерации и ее калориферу (6), плюс водяному теплообменнику (2). Энергия тепла от горячих газов равномерно распределяется между водяным теплообменником и стенками.

И здесь чем выше разница температур тела и среды, тем больше энергии тело воспримет. Отсюда вывод, что стенки колпака должны быть очень массивными, что позволяет медленнее набирать тепло, а затем отдавать его. Не помешает включить в конструкцию тепловую изоляцию (4), что обеспечит необходимый уровень теплоотдачи. Сами стенки можно делать из красного кирпича в один слой с левой стороны и в два слоя с внутренней футеровкой огнеупорным материалом справа. Между самим слоями укладывается керамический материал или картон из бумаги 9, что позволяет компенсировать удлинение температуры жаростойкой кладки.

Топливник используется для того, чтобы максимально изымать тепловую энергию горящего топлива, а затем передавать конвективную систему. Это достижимо при повышении температуры горения на всех стадиях. А само повышение достижимо при следующих факторах:

  1. За счет конструктивного исполнения котла, в котором получается естественная зона высокой температуры, в которой происходит дожигание газообразной смеси топлива – это реализуется за счет систему свободного движения газов.
  2. Помещения водяного теплообменника (ядра холода) за пределами топливника. Это помогает добиться увеличения температуры в топливнике, а также более полного сгорания топлива и передачи тепла водяному теплообменнику.
  3. Подаваемый воздух должен быть точно рассчитан на всех этапах горения. Заграницей данный вопрос решен при внедрении особых дверок, где имеются калиброванные отверстия, позволяющие строго устанавливать определенный объем подаваемого воздуха. В России этот вопрос пока решается другими, менее эффективными способами.
  4. Если применять для стен топливника (3) материал с большой теплопроводностью. За счет этого температура газовой среды и стенок будет быстрее выравниваться, а также передаваться в колпак. Между футеровкой и стенками также рекомендуется проложить утеплитель на минеральной основе (4).
  5. Можно также в печи водяного отопления при горении добавлять катализатор горения (5), обладающий высокой теплопроводностью. Такое тепло действует на все части топливника и в целом газовую среду. Чаще всего это решетка из кирпича шамотного типа, которая обеспечивает оптимальное смешивание топлива с воздухом.
  6. Использование регенеративной технологии, при которой происходит нагревание воздуха, который поступает в котел при помощи отработанных продуктов горения. Это можно сделать при помощи регенераторного устройства (1), чем достигается более надежный нагрев воздушных масс, которые входят в топливник, газами, которые уже свое отработали и находятся в нижней части колпака. Дополнительно при этом обогреваются стенки регенератора при помощи горячих газов. Зола может удаляться как через бункер внизу (10), так и через дверку поддувала.

Подобная конструкция обеспечивает автоматическое регулирование температурного режима в нужном помещении. Это достигается при применении автоматических терморегуляторов. И тут все зависит от того, какие параметры заданы и какова температура внешней среды. Циркуляционные насосы со встроенной регулировкой изменяют частоту вращения, тем самым обеспечивая необходимую интенсивность потока воздушных масс.отопительная печь с котлом для водяного отопления

Они организованы приблизительно аналогичным образом. Отличие только в том, что топливник по своим конструктивным особенностям отличается меньшей мощностью. Кроме того, колпак не требует большого массива, способного аккумулировать тепло. Здесь важно сделать так, чтобы тепло перераспределялось при поступлении в колпак.

Важно сделать стенки менее восприимчивыми к энергии, а водяной теплообменник более. Это можно сделать при устройстве стенки в два слоя, а между ними укладывается минеральный утеплитель (4). Стенка внутри 11 (футеровка) делается из максимально теплопроводного материала, это может быть огнеупорный кирпич. Достаточно просто перекрывать внутреннюю и внешнюю оболочку. При этом футеровка топки и колпаков будет обладать различной степенью нагрева, а также линейное расширение. Из этого следует, что лучше перекрывать отдельно колпаки и топку. Так котлы водяного отопления постоянного действия будут функционировать более эффективно. А между футеровкой стенки и топки и стенки и колпака лучше положить, к примеру, фетр муллитокремнеземистый, а также хорошо подойдет войлок (4). Оптимальная толщина материала 20-30мм. Можно изолировать котел снаружи, если помещение где он стоит, отапливать не требуется.

Удивительная технология

Если построить котел по описанной технологии, можно добиться поистине уникальных результатов.печь водяного отопления

Такой пример можно привести с монастырём на Ганиной яме, где в декабре 2003-его года был пущен дровяной котел. Он смог отапливать два этажа (всего три), где шли строительные работы. В этом котле применена технология регенерации по самым различным причинам. Среди них можно упомянуть перекрытия между этажами, которые делаются из плит, а в них имеются круглые пустоты, которые не имели утепления. Третий этаж на тот момент не имел крыши, а на втором этаже (на перекрытии) лежал снег. Некоторые двери и окна закрывались полиэтиленовой пленкой. Сама котельная не имела утепления, а котел теплоизоляции.

В таких достаточно экстремальных условиях котел работал круглые сутки. В качестве топлива использовались сырые не рубленые дрова, диаметром до четверти метра, поскольку не было возможности заготовить сухие.

И все равно удавалось добиться температуры на первом этаже в 12 градусов тепла, а на втором 15 градусов. Если учесть, что снаружи было минус 16 градусов, то стены и потолки нагревались до плюс 10, что, несомненно, является отличным показателем работы устройства. Интересно, что за пятнадцать суток работы несгораемых отходов в виде золы получилось всего одно ведро. Даже ставили опыты, в которых в топку закидывали толстых шланг из резины, но даже это не давало чёрного дыма. И здесь был только белый пар из трубы! В ходе работ было необходимо остановить котел на 12 часов. Это привело к тому, что теплоноситель скинул свою температуру всего на 20 градусов. И это при том, что сам котел был не утеплен, а батареи отличались высокой теплоотдачей.

И еще несколько слов.

Такие печи с котлами водяного отопления обладают уникальной универсальностью, автономностью и высоким КПД теплоотдачи. Их можно изготавливаться любого размера, формы, эффективности. Они просты, мобильны, легко монтируемы и не требуются серьезного обслуживания. За счет удивительных конструктивных особенностей, дешевого топлива из возобновляемых источников, прекрасных характеристик, такие печи приобретают все большую популярность, как среди простого населения, так и в промышленных масштабах. Особенно это удобно там, где невозможно обеспечить иные источники отопления.