Бытовые отопительные котлы: преимущества и недостатки разных видов топлива

Эта статья — обзорный экскурс по современным видам отопительного оборудования. В ней мы ограничимся исключительно котлами для водяного отопления: солнечные коллекторы, тепловые насосы и системы воздушного отопления окажутся вне нашего внимания.

Свой дом в наших широтах — это не только стены и крыша. Это еще и источник тепла. Каким он может быть?

Типы котлов

Давайте вначале определимся с тем, какие отопительные бытовые котлы мы рассмотрим в качестве возможных вариантов.

1. Электрические.
2. Газовые.
3. Жидкотопливные котлы — на соляре и отработанном масле.
4. Твердотопливные — использующие для нагрева воды энергию сгорания дров, угля, торфяных брикетов и пеллет.

Сразу стоит упомянуть самую важную характеристику котлов — расходы на отопление. Они распределились между разными видами топлива далеко не поровну.

1. Самый дешевый источник тепловой энергии в настоящее время — магистральный газ. Баллонный тоже может использоваться для отопления, однако обходится в несколько раз дороже.
2. Твердые виды топлива занимают второе место. Оценки конкретных сумм расходов колеблются в зависимости от вида топлива и его локальной стоимости; но общая расстановка именно такова: в отсутствии магистрального газа выгоднее всего топить дровами и углем.
3. Жидкое топливо может означать довольно разные расходы: отопление отработкой обходится примерно наравне с дровами или чуть дешевле, а вот затраты на соляру — в полтора-три раза больше стоимости дров и угля.
4. Наконец, электроотопление — явный аутсайдер. Подсчитано, что отопление электрокотлом любого типа дома площадью около 200 м2 в Московской области обойдется примерно в 33 — 35 тысяч рублей в месяц.

Внимание: речь идет о прямом нагреве и использовании конвекционного отопления. Водяной или электрический теплый пол, инфракрасное отопление позволят снизить расходы на 15-20 процентов. Применение тепловых насосов уменьшит расходы на электроэнергию и вовсе в 3-5 раз.

Вот в этом порядке и начнем исследовать современный рынок.

Одна из попыток анализа рынка источников тепла. Как видите, другие региональные цены дали несколько другую расстановку сил: дизтопливо оказалось даже несколько дороже электричества.

Газовые котлы

Классификация

Бытовые газовые отопительные котлы классифицируются по нескольким признакам:

• Настенные (большая часть бытовых моделей умеренной мощности) и напольные. Разница для покупателя, как несложно догадаться, прежде всего, в компактности.
• Со стальными, чугунными и медными теплообменниками. Сталь наиболее устойчива к температуре; чугун долговечнее, но заставляет несколько снижать температуру пламени. Достоинство меди — высокая теплопроводность, позволяющая сделать один из главных узлов котла очень компактным; однако рабочая температура медного теплообменника на 50С ниже по сравнению с чугуном.
• С атмосферными горелками (использующие естественную тягу продуктов сгорания) и турбированные. Вторые используют для забора воздуха коаксиальный воздуховод: по его оболочке с улицы принудительно подается воздух для горения, по сердечнику отводятся продукты сгорания.
• Одноконтурные и двухконтурные. Первые предназначены исключительно для отопления. Впрочем, при необходимости теплоноситель может отдавать часть энергии бойлеру косвенного нагрева. Вторые оснащены проточным или накопительным нагревателем для приготовления горячей воды.

Полезно: накопительные теплообменники требуют большего пространства, но дают более стабильную температуру горячей воды.

• Котлы с проточными нагревателями конструктивно могут быть раздельными или битермическими. В первом случае используются отдельные теплообменники для отопления и ГВС; во втором для передачи тепла от теплоносителя отопительной системы воде ГВС используется коаксиальная труба с оребрением. Первая схема обходится дороже, но куда более ремонтопригодна.

Демонтаж этого узла означает, что придется остаться не только без ГВС, но и без отопления.

Теплота сгорания

Это настолько важная характеристика, что вынесена в отдельный раздел. Если традиционный газовый котел использует так называемую низшую теплоту сгорания, то конденсационный после того, как газ сгорел и отдал тепло сгорания теплоносителю, конденсирует на своем теплообменнике продукты сгорания.

При испарении, как мы помним, температура поверхности падает. Именно на этом эффекте основан механизм потоотделения у млекопитающих. При конденсации поверхность теплообменника нагревается.

В результате конденсационный котел, использующий высшую теплоту сгорания, обеспечивает примерно на 10 процентов более высокий КПД по сравнению с традиционной схемой. Разумеется, цена устройства при этом увеличивается.

Нюансы

Как уже сказано, сейчас отопление газом наиболее выгодно. Однако стоит помнить несколько нюансов.

1. Подключение газового оборудования к магистрали своими руками категорически запрещено. Упоминание об этом содержит любая инструкция к газовому котлу. Придется вызывать представителя соответствующей службы.
2. Устройства с атмосферными горелками можно устанавливать только в помещениях с определенными характеристиками. В числе требований — приток воздуха и объем комнаты.
3. Расценки на природный газ растут куда быстрее, чем стоимость электричества. В ближайшие годы баланс стоимости изменится.

Собственно, тенденция прослеживается уже давно.

Твердотопливные

Бытовые твердотопливные котлы — устройства сравнительно несложные; однако крайне материалоемкие и оттого дорогие. Продукты сгорания весьма агрессивны, и стенки котла вынужденно приходится делать толстыми.

Устройство котлов начального ценового уровня вполне традиционно:

• Снизу расположен зольник с поддувалом.
• Выше — отделенная от зольника чугунной колосниковой решеткой топка с дверкой для загрузки топлива. Бытовые котлы отопления на твердом топливе могут использовать фронтальную или верхнюю загрузку.
• В топке и чуть выше нее, на пути продуктов сгорания располагается теплообменник. Он может представлять собой водяную рубашку, змеевик, прямоугольный бак или цилиндр из труб — общих правил тут нет.
• Температура теплоносителя в современных котлах контролируется механическим термостатом. При достижении критической температуры он с помощью поворотного рычага и цепочки прикрывает поддувало. Процесс горения замедляется.

Большинство изделий прекрасно работает в системах с естественной циркуляцией. Общий недостаток бюджетных устройств этого типа — необходимость в частой загрузке топлива. Типичный котел работает на одной закладке всего 2-5 часов.

Кроме того, при работе на пониженной мощности КПД довольно заметно падает из-за неполного сгорания топлива.

Полезно: эти проблемы решаются включением в контур теплоаккумулятора — массивной теплоизолированной емкости с водой. Ее содержимое нагревается при кратковременной работе котла на полной мощности; затем нагретая вода в течение суток циркулирует по основному контуру, отдавая радиаторам тепло.

С точки зрения продолжительности автономной работы интересны твердотопливные бытовые котлы двух типов.

Пиролизные

Горение дров разбивается на два этапа:

1. В верхней топке дрова сгорают при ограниченном притоке воздуха, образуя мельчайшую золу и пиролизный газ — летучие углеводороды и угарный газ СО;
2. Затем пиролизный газ принудительно нагнетается в нижнюю топку, в которой он разбавляется атмосферным воздухом и сгорает с выделением большого количества тепла. Некоторая его часть используется для поддержания горения в верхнем  отделении котла.

В результате мы получаем:

• Высокий КПД, достигающий 85%.
• Минимум твердых остатков. В отходы уходит лишь мельчайшая зола.
• Возможность плавно регулировать мощность без снижения КПД. Пиролизный газ в любом случае сгорит полностью.
• Длительное горение одной закладки — 8-12 часов.

Принципиальная схема пиролизного котла.

Котлы верхнего горения

Родоначальником стала литовская компания Stropuva; однако идея верхнего горения и ее практическая реализация настолько просты, что котлы этого типа сейчас производятся по всему миру, в том числе кустарно.

Эти устройства способны работать до 30 часов на дровах и до 5 суток на угле. Как поддерживается медленное горение в огромной топке?

• Топливо горит тонким слоем сверху. Именно к нему подвижный воздуховод, опускающийся по мере сгорания топлива под собственной тяжестью, подает воздух.
• И здесь используется пиролиз: камера сгорания пиролизного газа отделена от емкости с дровами массивным металлическим диском.
• Продукты сгорания, включая золу, полностью уносятся потоком восходящего воздуха.

Стоимость наиболее популярных котлов Stropuva S Universal — от 80 000 рублей.

На фото — литовский котел длительного горения.

Жидкотопливные

Эти устройства не слишком популярны благодаря нескольким факторам:

• Соляровое масло дорого, а отработку найти в свободной продаже можно далеко не везде;
• Емкость для хранения сезонного запаса с соответствующим запахом — не самое приятное соседство для коттеджа.
• Шум жидкотопливной горелки настолько громок, что требует монтажа котла в отдельном помещении.

За исключением упомянутых особенностей — перед нами весьма эффективные и достаточно компактные устройства для отопления, гибко управляющие температурой теплоносителя и позволяющие поддерживать нужную температуру в доме полностью автоматически.

Электрические

Большинство присутствующих на рынке электрокотлов — ТЭН-овые. Как они устроены?

• Внутри герметичной емкости с патрубками для подключения к контуру отопления размещено несколько трубчатых нагревателей. Они подключаются независимо друг от друга, что позволяет регулировать мощность котла.
• Тут же, в корпусе обычно монтируются группа безопасности (расширительный бак, предохранительный клапан и манометр). Многие баки комплектуются циркуляционными насосами.

Полезно: предпочтительны насосы с плавной, бесступенчатой регулировкой мощности. Они куда экономичнее. Впрочем, на фоне потребления электрокотла — капля в море.

Общая болезнь ТЭН-овых котлов — накипь, снижающая со временем отдачу трубчатых нагревателей.

Так устроен простейший котел с трубчатым нагревателем.

Последнее время получили распространение две альтернативных схемы нагрева, использующих разные физические принципы:

• В индукционном котле намотанная на трубу из диэлектрика катушка возбуждает в ферромагнитном сердечнике вихревые токи, которые разогревают его и циркулирующий внутри трубы теплоноситель. Эти котлы компактны, отдают большую мощность и практически вечны: в них нет подвижных частей и элементов с ограниченным ресурсом.
• Электродные котлы генерируют в теплоносителе (им может быть только вода, причем вода с определенным количеством солей) разогревающий ее ток. Главная особенность электродных устройств — абсолютная безопасность: при утечке теплоносителя нагрев прекратится не благодаря автоматике, а в силу самого принципа работы устройства.

Электродный нагреватель российского производства.

Заключение

Еще один краткий обзор современного рынка отопительного оборудования вы найдете в прикрепленном к статье видео (читайте также о том, как выбрать газовый котел отопления правильно, дешево и на долгие годы).

Более детальная информация об устройствах всегда есть на сайтах производителей. Теплых зим!