Головна особливість функціонування твердопаливного (дров'яного, вугільного) котла – висока інерційність процесу спалювання палива та неможливість повного її зупинення до моменту закінчення палива в камері згоряння. Система опалення може бути вже нагріта або перегріта, а котел продовжує виробляти тепло, оскільки згоряння дров або вугілля не можна зупинити. При закритті подачі повітря в топку можна лише трохи зменшити інтенсивність виділення тепла, але жар вугілля ще тривалий час виділятиме тепло. Отже, систему опалення необхідно захищати від можливого перегріву – теплоносій на виході з котла може нагріватися понад +100°С. Пластикові та металопластикові труби системи опалення такої температури не витримають, і вся система опалення стане непридатною.
Для захисту системи опалення використовуються охолоджуючі теплообмінники і перемикаючі клапани, а трубопроводи біля котла (обв'язка) робляться з термостійкого матеріалу (сталь, мідь).
Для захисту системи опалення від перегріву твердопаливним котлом застосовується додаткове обладнання:
- Охолоджуючий теплообмінник.
При досягненні критичної температури вода із системи через термоклапан подається до теплообмінника, де відбувається охолодження теплоносія до безпечного рівня.
- Перемикаючий клапан блокує подачу гарячої води у разі перегріву.
При цьому гаряча вода злита в каналізацію, а в систему запускається холодна водопровідна вода.
- Буферна ємність захищає обладнання від перегріву, змішуючи теплоносій, що перегрівся, з теплою водою.
При цьому збільшується ККД котла, зменшується витрата палива. Буферна ємність може бути джерелом гарячої води за наявності вбудованого бака.
Охолоджуючий теплообмінник
Для захисту від перегріву системи опалення найчастіше використовують охолоджуючий теплообмінник. Він може бути вбудований у котел або встановлений між виходом котла та системою опалення. До теплообмінника, що охолоджує, через термоклапан, налаштований зазвичай на +95°С, подається холодна вода (зазвичай з водопроводу). Якщо котел нагрівається до граничної температури, то термоклапан відкривається, і холодна вода, протікаючи через охолоджуючий теплообмінник, який омивається перегрітим теплоносієм, охолоджує його до безпечної температури. І так до тих пір, поки котел не охолоне нижче гранично допустимої температури.
Недолік такого варіанта охолодження – потрібен постійний запас холодної води. У разі зникнення води у водопроводі під час перегріву котел може не охолодитись та пошкодити систему опалення. Іноді спеціально для охолоджуючого теплообмінника, вище котла (наприклад, в горищному приміщенні) ставлять резервуар з холодною водою, яка завжди в потрібний момент зможе охолодити перегрітий котел.
Схема закритої системи опалення із твердопаливним котлом
- група безпеки котла (запобіжний клапан, автоматичний відвідник повітря, манометр);
- бак із запасом води для охолодження теплоносія під час перегріву котла;
- поплавковий запірний клапан;
- термоклапан;
- група підключення розширювального мембранного бака;
- вузол циркуляції теплоносія та захисту котла від низькотемпературної корозії (з насосом та триходовим клапаном);
- теплообмінник захисту від перегріву.
Захист системи опалення від перегріву твердопаливним котлом працює наступним чином:
При підвищенні температури теплоносія вище 95 градусів термостат на котлі закриває заслінку подачі повітря в камеру згоряння котла. Термостат поз.4 відкриває подачу холодної води з бака поз.2 в теплообмінник поз. 7. Холодна вода, що протікає через теплообмінник, охолоджує теплоносій на виході з котла, не допускаючи кипіння. Запас води в баку поз.2 необхідний у разі відсутності води у водопроводі, наприклад, при відключенні електроенергії.
Недолік цієї системи:
- Наявність бака для води.
- Підключення до системи водопостачання.
- У систему потрапляє непідготовлена «сира» вода, що несе солі жорсткості, що призводить до виходу з ладу багатьох приладів системи опалення.
- В теплоносій із водопровідною водою заноситься велика кількість кисню, що призводить до корозії котла та обладнання.
- Через залежність від водопроводу цей пристрій не забезпечує 100% гарантії захисту від перегріву систему опалення.
- Витрачається теплова енергія, яка скидається в каналізацію, знижуючи економіку процесу.
Перемикаючий клапан
Для захисту системи опалення від перегріву використовують перемикаючий (відключаючий клапан), який при перегріві котла блокує подачу перегрітого теплоносія в систему (він зливається в каналізацію), і подає холодну воду з водопроводу. У цьому випадку холодна вода повинна бути під досить високим тиском, щоб передавити пружину клапана і потрапити в опалювальну лінію, що подає.
Недолік цієї системи:
- Наявність напірного водопроводу та високого тиску в ньому.
- Високий тиск у системі водопостачання не завжди підходить для твердопаливних котлів.
- У систему потрапляє непідготовлена «сира» вода, що несе солі жорстокості, що призводить до виходу з ладу багатьох приладів системи опалення.
- В теплоносій з водопровідною водою заноситься велика кількість кисню, що призводить до корозії котла та обладнання.
- Через залежність від водопроводу цей пристрій не забезпечує 100% гарантії захисту від перегріву систему опалення.
- Витрачається теплова енергія, яка скидається в каналізацію, знижуючи економіку процесу.
Захист від перегріву котла CALEFFI 544 1/2" 6 бар
Запобіжний клапан Caleffi 544 застосовується для захисту від перегріву при підключенні до твердопаливного котла. Даний пристрій дозволяє відвести надлишкове тепло з котла та не дати йому "закипіти". Коли котел перегрівається (теплоносій котла перевищує 95°C), клапан відкриває подачу холодної води (з напірного водопроводу) і запускає її в систему опалення, таким чином холодна вода змішується з перегрітим теплоносієм і відводить зайве тепло в каналізацію. Клапан залишається відкритим доти, доки температура в котлі не стабілізується, потім клапан закривається. Тиск холодної води має бути від 2 до 6 бар.
Схема підключення
Буферна ємність
Існує варіант використання твердопаливного котла спільно з великим теплоізольованим баком з водою, що розміщений між котлом і системою опалення. Такий бак зазвичай називають буфером (буферною ємністю) чи акумулятором тепла. Він виконує кілька функцій:
- акумулює тепло від теплогенератора і віддає його при необхідності в систему опалення (звісно, за наявності відповідної автоматики);
- захищає систему опалення від перегріву котла, оскільки поглинає весь перегрітий теплоносій, змішуючи його з великим запасом теплої води;
- дозволяє легко поєднати різні котли (твердопаливний котел, газовий котел, електрокотел тощо) в єдину систему, погодивши їх із системою опалення;
- покращує температурний режим роботи котла, збільшуючи його експлуатаційний ККД та зменшуючи витрату палива;
- збільшує експлуатаційний комфорт, зменшуючи періодичність завантаження палива та забезпечуючи опалювальні приміщення відносно стабільною температурою теплоносія;
- за наявності вбудованого бака гарячої води забезпечує споживачів гарячою водою (бо температура гарячої води в баку може перевищувати +85°С, то на виході з бака обов'язково потрібно встановлювати термостатичний захисний клапан).
Є різні методики розрахунку рекомендованого об'єму, але практика показує, що його об'єм повинен бути не меншим за 25, оптимально 50 літрів на 1 кВт потужності твердопаливного котла. Чим потужніший котел, тим більший обсяг буфера. Чим менша система опалення при незмінній потужності котла, тим більший об'єм буфера (бо система опалення може поглинути менше тепла і його надлишок буде більшим).
За наявності достатнього місця та фінансів можна підібрати таку потужність котла та об'єм буфера, що будинок можна буде опалити від одного завантаження палива на добу (зрозуміло, котел буде з 2 – 3 – кратним запасом потужності та буфер з об'ємом, здатним поглинути все вироблене котлом тепло ). Також у буфер можна поставити електричний ТЕН потужністю 2-10 кВт, який захистить систему від замерзання у разі зупинки котла. А встановлення температурозалежної автоматики (керованої температурою в приміщенні або на вулиці), що регулює подачу тепла з буфера в систему опалення, дозволить економічно та комфортно регулювати температуру у всіх опалюваних приміщеннях.
Недолік застосування буферної ємності:
- Висока вартість цього рішення.
- Вимога великого приміщення та виділення місця для буферної ємності.
- Відсутність на місцях великої кількості фахівців з підбору, встановлення, погодження та обслуговування таких систем.
Гідравлічні роздільники ніколи не застосовувалися як захисний пристрій від перегріву системи з однієї з причин, що вони не можуть поглинути виділене тепло закладкою палива в котел.
Зміна температури теплоносія у системі опалення при аварійному відключенні насоса (система опалення підключена до твердопаливного котла через стандартний гідравлічний роздільник ємністю 5 літрів)
Рис. 1. По вертикалі температура теплоносія (°С), по горизонталі час (хв.)
| Час, хв | Температура, °С |
| 0 | 60 |
| 0,33 | 60 |
| 3 | 75 |
| 3,5 | 80 |
| 4 | 95 |
| 5 | 110 |
Завдання гідророзділювача дещо інші.
Стійкість роботи будь-якої системи опалення залежить від узгодженості роботи котельного обладнання (одного котла або каскаду котлів) та системи опалення (що складається з одного або декількох споживачів). У простій схемі, коли один котел працює на одного споживача, проблем з регулюваннями зазвичай немає. Але коли, наприклад, до радіаторного опалення додається ще споживач – система теплої підлоги, а також виробник гарячої води – бойлер непрямого нагріву, а при 2-х поверховому підключенні кількість споживачів фактично подвоюється, без узгодження всіх систем не обійтися. У такому випадку котел до систем споживачів приєднується лише через гідравлічний роздільник, який іноді називають гідрострілкою.
Цим самим монтажники домагаються:
- Істотно спрощується підбір насосів.
- Покращується режим роботи та довговічність котельного обладнання.
- Гідравлічна стійкість системи, відсутність розбалансування.
- Якщо типовий двоконтурний настінний котел працює на велику систему опалення, то вбудованого насоса може бути недостатньо. Ідеальним варіантом є застосування гідравлічного роздільника та невеликих насосів на кожну зону.
- Готові роздільники, наявні у продажу, можна використовувати як ефективні видалячі шламу і повітря з системи.
Функцією гідравлічного роздільника, як випливає з його назви, є відокремлення первинного (котлового) контуру від вторинного (опалювального). При використанні гідравлічного роздільника тиск ΔP між колекторами подачі та повернення близький до нуля. Тиск ΔP визначається гідравлічним опором роздільника, який незначний. Крім того, це значення є постійною величиною, яка не залежить від кількості одночасно працюючих насосів у вторинному контурі.
Практичний досвід показує, що застосування гідравлічного роздільника рекомендується, якщо без роздільника перепад тиску між колекторами ΔP > 0,4 м водяного стовпа
Всередині гідравлічного роздільника може відбуватися перемішування вхідної та зворотної води і він може працювати в трьох режимах.
Недолік цієї системи:
Не може виконувати функцію захисту від перегріву системи опалення.
Виправити недоліки всіх систем з вирішенням питання простоти та дешевизни змусили створити захисно-узгоджувальний пристрій з ємністю для теплоносія кратному 10 літрів на 1 кВт потужності котла. Тому розміри захисно-узгоджувального пристрою мають обов'язкове значення. Захисна функція проявляється в підміші теплоносія, що знаходиться в ємності, що виходить з котла, виступаючи своєрідним термостатичним змішувачем. Для цього приєднувальні штуцери котла та системи опалення рознесені за висотами. Основний принцип роботи Захисно-узгоджувального пристрою відбувається без участі будь-яких насосів, а за рахунок гідравлічного поділу середовища. Тому обсяг визначений розрахунками (10 літрів на 1 кВт потужності котла) є обов'язковим. При випробуванні системи вона показала себе цілком ефективною, виконуючи задані функції.
Зміна температури теплоносія в системі опалення при аварійному відключенні насоса (система опалення підключена до твердопаливного котла через захисно-узгоджувальний пристрій ємністю 240 літрів)
Рис. 2. По вертикалі температура теплоносія (°С), по горизонталі час (хв.)
| Час, хв | Температура, °С |
| 0 | 60 |
| 15 | 65 |
| 20 | 72 |
| 30 | 85 |
| 40 | 88 |
| 50 | 90 |
| 60 | 91 |
| 70 | 90,5 |
| 80 | 89 |
| 90 | 87 |