2.3. Методы обеспечения теплом загородных домов

При строительстве частных домов довольно часто встает вопрос о том, какое отопительное оборудование выбрать для обеспечения комфортных условий проживания при отсутствии центрального отопления.

В целом, под системой отопления (СО) следует понимать совокупность приборов, трубопроводов, насосов, запорно-регулировочных устройств, средств автоматики и контроля, предназначенных для передачи тепловой энергии от генератора в помещения.

Эффективность, надежность и долговечность индивидуальной СО частного дома будет зависеть от выбранной схемы, ее правильного расчета и монтажа, качества комплектующих, грамотной эксплуатации и своевременного технического обслуживания.

Из существующих вариантов обогрева частного дома наиболее распространенными в настоящее время являются индивидуальные системы водяного отопления. Печи, камины, а также электрические нагревательные приборы (масляные радиаторы, тепловентиляторы, тепловые пушки, «ИК» - обогреватели, «теплые полы» и пр.) принято использовать в качестве вспомогательных источников. Применение систем воздушного отопления в частном доме – большая редкость.

2.3.1. Выбор типа отопительного котла

Система отопления частного дома будет надежной, экономичной и безопасной в том случае, если ее составляющие представлены продукцией известных и успешно зарекомендовавших себя на российском рынке компаний. Именно поэтому сочетание эффективных теплогенераторов, металлопластиковых магистралей и современных радиаторов дает возможность смонтировать в частном доме одну из самых надежных отопительных систем.

От площади дома будет зависеть тип водяного отопления. Система с естественной циркуляцией (в силу малой инерционности) может быть использована для зданий не более 100м². Для большей площади потребуется принудительная циркуляция теплоносителя, которая может быть обеспечена включением в систему циркуляционных насосов. Они, как правило, устанавливаются в обратную линию, ведущую от отопительных приборов к котлу, для того, чтобы продлить срок службы деталей, избавив их от постоянного контакта с очень горячей водой.

В роли генератора тепла в системе водяного отопления выступает котел. Его тип (электрический, жидкотопливный, твердотопливный, комбинированный или газовый) напрямую зависит от того, какой вид топлива преобладает в регионе проживания и насколько хорошо развита окружающая инфраструктура. Котлы, работающие на твердом топливе, имеют наименьший КПД: в среднем – 70% (75–85% возможно только при оснащении дымососом с плавно регулируемым количеством оборотов и соответствующей автоматикой, как правило, микропроцессорной). У газожидкостных котлов КПД достигает 92–95%. Удельная масса электрокотлов находится в пределах 1–4 кг/кВт, а КПД составляет около 99%.

В таблице приведены сравнительные характеристики основных видов топлива, используемых для отопления.

Таблица 2.2

Сравнительные характеристики основных видов топлива,

используемых для отопления

Вид топлива	Теплота сгорания, МДж/кг (*МДж/м3)	%  серы	%  золы	Углекислый газ, кг/ГДж
Дизельное топливо	42,5	0,2	1	78
Мазут	42	1,2	1,5	78
Природный газ *	35 – 38	0*	0	57
Каменный уголь	15 – 25	1-3	10 – 35	60
Гранулы древесные	17,5	0,1	1	0
Гранулы из соломы	14,5	0,2	4	0
Гранулы торфяные	10	0	4 – 20	70
Щепа древесная	10	0	1	0
Опилки древесные	10	0	1	0

(^* 0 в колонке количества выделяемого СО₂ означает, что при горении возобновляемых видов топлива выделяется только СО₂, связанный растениями за период роста, баланс СО₂ в природе при этом не меняется)

Электрические котлы, в силу высокой стоимости электроэнергии и проблем с подключением мощностей, не слишком популярны.

Жидкотопливные котлы, работающие на солярке, дизеле, керосине или даже отработанном автомобильном масле, отличают высокое КПД, полная автоматизация процессов сжигания топлива (для жидкотопливного котла особенно важен выбор системы управления, поскольку расход топлива при абсолютно одинаковых котлах, но разных системах управления может отличаться в два и более раза) и для большинства современных моделей – возможность быстрого перехода на газ при газификации данной местности. Дизельное топливо являясь вынужденной альтернативой газу, предоставляет владельцу практически полную независимость от внешних факторов. Котлы, работающие на дизельном топливе, по КПД уступают газовым на 5–15%, они более требовательны в эксплуатации и обслуживании. Жидкотопливные котлы малопривлекательны с экологической точки зрения.

Газовые котлы. Если дом газифицирован (а это самый оптимальный вариант), то основу системы отопления составит оборудование, работающее на «голубом топливе». Преимущественное количество котельных в нашей стране работает на газе. Газ – самый экологичный вид топлива на сегодняшний день. Отопление коттеджа на газовом топливе обходится дешевле в эксплуатации, чем электрическое отопление. Его преимущество заключается в простоте эксплуатации и в отсутствии необходимости запасать горючее. Аппараты, работающие на газе, обладают сегодня высоким КПД, достигающим 95%, а в случае конденсационных котлов – и превышающим эту цифру. Для потребителя, безусловно, важны и высокая степень безопасности современной техники при эксплуатации, и очевидная выгода – ведь такой котел в силу дешевизны энергоносителя экономит до 20-30% средств по сравнению с расходами на центральное отопление.

Необходимо отметить, что до недавнего времени для установки газового отопительного оборудования требовалось отдельное помещение (котельная). Сегодня это правило сохранилось для котлов с открытой камерой сгорания. Если же нет возможности выделить в доме такую площадь, следует выбрать устройство с закрытой камерой. Эффективность работы автономной системы отопления в первую очередь будет зависеть от мощности выбранного котла. Недостаточная мощность не позволит достичь комфортной температуры в холодное время года, избыточная – приведет к неэкономному расходу топлива.

Газовые отопительные котлы делятся на две большие группы, различающиеся по способу установки (напольные и настенные) и по типу камеры горения (с открытой или закрытой камерой). Газовые отопительные котлы с открытой камерой – это установки, которые используют для горения воздух из помещения, в котором находится котел, и отводят продукты сгорания через дымоход. Это более простая конструкция, чем котлы с закрытой камерой горения. В последнем случае камера горения полностью отделена от жилого помещения. Подача воздуха осуществляется снаружи по специальной трубе. Наружу также выводятся продукты сгорания. Эти установки производятся с естественной вытяжкой или с принудительной вентиляцией.

Покупая газовый отопительный котел, следует обратить внимание на предусмотренные в нем системы безопасности, которые должны автоматически выключать установку при каких-либо сбоях в работе. К ним относятся: система контроля наличия пламени на запальной горелке, устройство контроля над безопасным удалением продуктов сгорания (отключение при отсутствии тяги), устройство защиты системы отопления от перегрева и прекращения циркуляции воды, автоматический контроль падения давления газа ниже установленного предела. Чрезвычайно важным является возможность регулировки температуры в системе отопления.

Невысокая популярность твердотопливных котлов при относительной доступности топлива объясняется рядом неудобств в процессе их эксплуатации (например, в течение суток необходимо осуществлять 3 – 4 топки и пр.). Кроме того, режим теплоотдачи у твердотопливного котла носит циклический характер, и колебания суточной температуры воздуха в отапливаемых помещениях достигают 3 – 5°С. Если же выбор твердотопливного котла по каким-либо причинам неизбежен, существует два способа нивелировать недостатки котла: сократить число топок вдвое за счет увеличения времени горения с помощью термобаллона (регулирующего подачу воздуха) или же использовать водяные теплоаккумуляторы емкостью 2 – 10м³, которые включаются в систему отопления.

Твердотопливные котлы незаменимы в тех местах, где отсутствуют газовые коммуникации и электросеть. Главное преимущество твердотопливных котлов заключается в доступности и невысокой цене твердого топлива, но минус – отсутствие автоматического режима работы необходимость периодической чистки и закладки топлива. В некоторых современных моделях твердотопливных котлов возможность регулирования горения топлива частично решена как механическим, так автоматическим способом.

Твердотопливные котлы могут работать на разных видах топлива – дрова, пеллеты, уголь, торф. Есть модели, которые могут использовать два и более вида твердого топлива. Начинает развиваться ранее заброшенная отрасль переработки древесных отходов. Решение топливного вопроса актуально в регионах, а так как количество древотходов, которое имеется сейчас, а в будущем только увеличится, то их переработка в альтернативные виды топлива только возрастет.

Пеллеты (древесные топливные гранулы) – спрессованные под давлением 300 атм. на специальном грануляторе стружки, опилки и прочие остатки от деревообрабатывающей промышленности. Пеллеты изготовляются без применения каких-либо химических добавок, поэтому они являются экологически чистым видом топлива. Длина древесных гранул составляет в среднем 20-50 мм, диаметр – 4-10 мм. Обладают большей теплотворной способностью, а также большей компактностью. Простота их использования в том, что пеллеты не требуют специальных котлов, специальных условий для хранения и транспортировки, обладают низкой пожароопасностью, удобством загрузки, возможностью автоматизации подачи топлива.

Достоинства и характеристики пеллет:

• Сгорают практически полностью. Зольность составляет менее 0,7%, зола может использоваться как удобрение;

• Теплотворная способность пеллет составляет 4,3 – 4,5 кВт/кг;

• Сжигание древесных гранул входит в естественный круговорот веществ в природе. При сжигании пеллет в атмосферу выбрасывается ровно столько СО₂, сколько было поглощено растением во время роста;

• Выбросы продуктов сгорания в атмосферу минимальные по сравнению с ископаемыми видами топлива;

• Пеллеты могут храниться в непосредственной близости от жилых помещений (подвальные или подсобные помещения), поскольку этот материал биологически неактивный, так как прошел термическую обработку;

• Пеллеты менее подвержены самовоспламенению, так как не содержат пыли и спор, которые также могут вызывать аллергическую реакцию у людей;

• Не выделяют неприятного запаха при хранении и в процессе сгорания;

• Конструктивные особенности котельных, работающих на пеллетах, позволяют автоматизировать процесс получения необходимого количества тепловой энергии;

• Пеллеты, произведенные из древесины, являются возобновляемым топливом;

• Древесные топливные гранулы помогают сделать многие производства безотходными.

Сравнение пеллет с традиционными видами топлива:

• Пеллеты хорошо разгораются, отличаются длительным горением;

• Теплотворная способность пеллетов составляет 4,5 – 5,0 кВт/кг, что в 1,5 раза больше, чем у древесины и сравнима с углем;

• Пеллеты легче подавать в топочную камеру в сравнении с небрикетированными отходами;

• Горение пеллетов в топке котла происходит более эффективно – количество остатков (золы) не превышает 0,5 – 1% от общего объема используемого топлива (зольность некоторых сортов угля достигает 30 % - 40%), а зола может использоваться как калийное удобрение;

• При сжигании пеллеты не оказывают негативного воздействия на окружающую среду. Низкое содержание вредных выбросов в атмосферу. При сжигании пеллетов количество выделяемого углекислого газа не превышает того, что образуется при естественном разложении древесины, а количество других вредных выбросов ничтожно мало;

• Пеллеты уплотнены в 6-12 раз, в результате чего повышается эффективность транспортных перевозок;

• Низкая стоимость по сравнению с мазутом, дизельным топливом и электричеством;

• Чистота помещения, в котором установлен котёл;

• Для промышленных предприятий, особенно для электроэнергетики, использование древесных гранул в комбинации с углеводородным топливом позволяет снизить себестоимость электроэнергии, в том числе и за счет экономии на квотах на выбросы парниковых газов;

• Возможность создать запас топлива на длительный период времени;

• Не требуется большого склада для хранения древесных гранул – для отопления дома площадью 150 м² требуется 7,5 м³/год гранул;

• Автоматизация процесса сжигания топлива;

• Низкая норма образования отходов при использовании пеллет, что позволяет обслуживать оборудование (котлы) не чаще 1 раза в 2 года;

• Низкий риск взрыва / воспламенения при транспортировке, хранении и сжигании.

Дрова. Недостатком использования дров является то, что возникает необходимость организовывать большие запасы на отопительный сезон и возможна только ручная подача.

Солома. Альтернативой древесным отходам для прессования топливных брикетов являются сельскохозяйственные отходы (солома и шелуха зерновых культур, риса, кукурузы, подсолнечника). Сельскохозяйственные отходы могут быть значительным источником топлива для большинства сельских регионов, особенно в регионах с небольшими лесными массивами. Этому способствует ряд предпосылок:

1. Солома является одним из самых дешевых возобновляемых источников энергии.

2. Высокие энергетические характеристики сельскохозяйственных отходов. Теплотворная способность соломы при сжигании пшеничной соломы составляет 17 -18 МДж/кг, рапсовой соломы порядка 16-17 МДж/кг, кукурузы –18 МДж/кг. Для сравнения теплотворная способность древесины в среднем составляет 17,5-19 МДж/кг.

В качестве топлива в основном используются отходы в их естественном состоянии, в редких случаях высушенными, порубленными и уплотненными. Недостатками такого использования являются:

• сезонность урожая

• значительные затраты на транспортировку и хранение

• отдельные характеристики, которые отличаются от других видов биотопливного сырья (древесина и древесный уголь).

От древесных опилок солома отличается большим содержанием летучих веществ, низкой плотностью (плотность хранения около 0,1-0,2т на м³) и временем горения. Большее по сравнению с древесными отходами содержание золы, калия, хлора.

Переработка соломы в топливные брикеты позволяет решить многие проблемы. Брикеты из соломы обладают теплотворной способностью на единицу объема почти в 10 раз большей, чем исходное сырье. Также брикетирование позволит решить вопросы с хранением независимо от времени года, с транспортировкой, автоматизировать процесс загрузки в топочные устройства. Брикеты, изготовленные из соломы, по теплотворной способности не отличаются от древесных, а в некоторых случаях и превосходят их. Например, теплотворная способность брикетов изготовленных из льнокостры превышает 5000 ккал/кг. По сравнению с древесными соломенные брикеты имеют несколько повышенную зольность, но это не столь существенно, если иметь в виду, что соломенная зола – хорошее удобрение. У угля процент далеко экологически не чистого шлака составляет 20%.

Опилки и щепа. Опилки и древесная щепа могут рассматриваться как биотопливо, прошедшее меньшую степень переработки. Содержание влажности в нем может быть достаточно большим, до 60%, что позволяет считать опилки и щепу «влажным» топливом. Опилки и щепа могут быть достаточно сухими, если их получают в процессе производства мебели или сухих пиломатериалов. В таком случае возрастает экономия энергии в процессе сгорания, что приводит к более высокой суммарной эффективности процесса. Это позволяет говорить о преимуществах использования просушенных опилок и стружки. Однако в большинстве случаев опилки и щепа являются отходами деятельности лесопилок. Кроме всех вышеописанных, есть и другие источники получения этого типа топлива. В принципе, в каждом городе будет оставаться большой объем «древесных отходов» при сносе старых деревянных домов, или когда город очищают от старых деревьев, которые могут рубиться и превращаться в древесную щепу. Однако необходимо заметить, что этот тип топлива отнюдь не лучший, поскольку, например, этот материал мог быть покрашен или пропитан каким-нибудь раствором, и поэтому при горении будут выделяться ядовитые газы. С другой стороны, пока существуют опилки, до тех пор будут существовать и небольшие тепловые установки. Однако сжигание опилок в установках рассматривается в большинстве случаев как запасной вариант. Поэтому, опилки чаще всего используются для производства гранул. Важным недостатком свежей древесной щепы и опилок является то, что они представляют собой т.н. «живой материал», не прошедший «дезинфекцию» в процессе сушки. В этом материале споры функционируют, что может привести к следующим результатам:

• температура топлива возрастает и происходит самовоспламенение;

• может иметь место аллергическая реакция

Рассуждая о возможности применения опилок и щепы в качестве топлива, необходимо учитывать свойства лиственных и хвойных пород древесины. Древесины мягких (хвойных) пород лучше подходит для сжигания в котельных любой мощности, причем, чем ниже мощность установки, тем выше необходимость использовать именно хвойные опилки и щепу. Проблема заключается в том, что древесина лиственных пород содержит больше тяжелых металлов и иных элементов, губительных как для самой установки, так и для окружающей среды. В отличие от хвойных, лиственные деревья в процессе роста впитывают все вещества, содержащиеся в почве, что и приводит к концентрации пагубных элементов в лиственных опилках и щепе.