Почему пеллетные котлы нуждаются в тепловом хранении

Стоимость тепла, получаемого из древесных гранул, остается ниже, чем тепло из мазута или пропана, особенно на северо-востоке Соединенных Штатов

Рынок пеллетных котлов на биомассе в Северной Америке продолжает расти. Такое расширение обусловлено несколькими факторами, например:

- Неустойчивые цены на мазут и пропан, которые обычно используются в сельских и полусельских зданиях, где более распространено отопление на основе древесины. Стоимость тепла, поставляемого из древесных гранул, остается ниже, чем тепло, поставляемое из мазута или пропана, особенно на северо-востоке Соединенных Штатов;

- Использование местных источников энергии, таких как древесина, экономит деньги местных экономик и не выводит их за пределы страны;

- Сжигание древесины для обогрева считается углеродно-нейтральным. Углерод, выделяющийся при горении, по существу, эквивалентен углероду, который был бы выделен, если бы дерево, из которого получилась древесина, умерло и разложилось в лесу.

Короче говоря, использование древесины в высокоэффективных и низкоэмиссионных источниках тепла дает преимущества, которые привлекают потребителей, политиков и экологов.

Правильно считать, что современные котлы на биомассе так же отличаются от котлов более раннего поколения, работающих на древесине, как смартфоны от их предшественников с вращающимся циферблатом.

Например, некоторые современные пеллетные котлы могут работать без присмотра неделями. Они автоматически транспортируют гранулы из объемного хранилища в свою камеру сгорания, поджигают их и модулируют процесс горения, в зависимости от температуры воды и содержания кислорода в отработавших газах. Некоторые даже прессуют небольшое количество образующейся золы, что удлиняет время между чистками. Когда ящик с золой нужно опорожнить, котел посылает извещение на смартфон пользователю.

Специалист по отоплению среднего уровня может предположить, что пеллетный котел ничем не отличается от любого другого котла, если рассматривать его установку в каскаде с уже имеющимся в системе.

Их понимание того, как должны работать оба котла, может быть следующим: пеллетный котел вырабатывает тепловую энергию, когда он работает, и автоматически переносит ее на обычный котел, если у того заканчивается топливо или падает теплопроизводительность.

Хотя это кажется логичным и отчасти верным в некоторых системах, это слишком упрощенная точка зрения. Она не учитывает несколько уникальных эксплуатационных требований пеллетных котлов, которые должны соблюдаться, если необходимо достичь максимальной производительности.

Для достижения высокой тепловой эффективности, низких выбросов и непревзойденного комфорта все пеллетные котлы должны быть объединены с соответствующим образом специально разработанной системой баланса. Это относится к функционированию всех элементов системы отопления, включая сам котел на биомассе.

Один из главных компонентов в балансе системы - это правильно установленный и сообщающийся по трубопроводу резервуар для хранения тепла. Другие важные компоненты и подсистемы включают правильно настроенные органы управления, высокоэффективные циркуляторы, смесительные клапаны и низкотемпературные тепловыделяющие элементы.

Если какой-либо из этих компонентов или подсистем выбран или установлен неправильно, вполне вероятно, что пеллетный котел не реализует весь заложенный в нем потенциал. Это будет характеризоваться увеличенным расходом топлива, более высоким тепловым излучением и недостигнутым комфортом.

Хотя часто именно котел обвиняют в плохой производительности системы, это обычно не является коренной причиной большинства операционных проблем.

Они отличаются. Для пеллетных котлов необходимо значительно больше времени, чтобы начать работать после возникновения потребности системы в тепле по сравнению с обычным котлом. Даже небольшие пеллетные котлы часто нуждаются в 10-15 минутах с момента начала запуска, пока они начнут поставлять тепло в систему.

За это время они проходят через такие стадии, как промывка камеры сгорания от любых остаточных пиролитических газов, автоматизированная очистка от золы, загрузка гранул, воспламенение гранул, стабилизация горения для оптимального соотношения воздух/топливо и нагрев теплообменника котла выше точки росы отработавших газов.

Это более длительное время запуска, а также желание поддерживать работу гранулированного котла в номинальном режиме или близко к необходимому в течение как можно большего времени, указывают на необходимость меньшего количества и более длительных рабочих циклов. Это могут быть сотни циклов включения/выключения в течение отопительного сезона, а не тысячи циклов, которые часто происходят с котлами на ископаемом топливе.

Самый лучший путь достигнуть длинных и стабилизированных рабочих циклов - это использовать основанное на воде термальное хранение энергии в системе. Это можно сделать с помощью одного резервуара для хранения тепла и буферизации как для пеллетного, так и вспомогательного котла.

Необходимо обратить внимание, что в этом случае емкость для хранения тепла подключается к трубопроводу иначе, чем в других системах, использующих буферные резервуары. Это конфигурация бака из двух труб. Теплоноситель пропускается по трубам между бойлерами и термальным баком для хранения.

Такая конфигурация позволяет обеспечить возможность подачи тепла непосредственно от любого котла в систему без предварительного прохождения через тепловую емкость для хранения. Она также уменьшает скорость подачи в бак, когда подача в систему из бойлера и котла происходит одновременно. Это помогает сохранить температурную стратификацию внутри резервуара.

3-ходовой смесительный клапан поддерживает температуру воды на входе в бойлер над точкой росы отработанных газов и таким образом защищает котел от конденсации. Этот клапан обычно управляется пеллетным котлом. Другой 3-ходовой смесительный клапан необходим для того, чтобы обеспечить идеально температуру подачи воды в систему распределения.

Вспомогательный котел осуществляет подачу теплоносителя по трубопроводу в верхнюю часть резервуара для хранения. Это обеспечивает адекватную буферизацию, обеспечивая температурное зонирование системы распределения в баке. Датчики температуры, установленные на различных высотах внутри резервуара, снимают показатели температуры.

После того, как резервуар полностью напитался высокотемпературной водой, котел может оставаться выключенным в течение нескольких часов. В течение отопительного сезона этот метод управления обеспечивает меньшее количество, но более длительных рабочих циклов, что повышает сезонную эффективность и снижает выбросы.

Эти трубопроводы и детали управления улучшают эксплуатационные характеристики пеллетного котла и распределительной системы. Они позволяют нагретой воде поступать в систему, пока пеллетный котел выходит в номинальный режим.

Мнения о том, какой объем теплового хранилища на водной основе требуется в системах с пеллетными котлами, различаются.

Некоторые производители громко заявляют, что, поскольку их пеллетные котлы модулируют теплопроизводительность, то никакого теплового хранения не требуется. Это утверждение кажется сомнительным, особенно для сильно температурно-зонированных систем. Испытания пеллетных котлов в лабораториях показали заметное снижение цикличности, когда в системе отопления предусмотрено тепловое хранение.

Можно утверждать, что большая обогреваемая площадь пола имеет гораздо большую тепловую массу, даже если сравнивать ее с несколькими сотнями литров воды. Этот вопрос когда-нибудь, безусловно, будет изучен более подробно.

Детали трубопроводов имеют значение. Получение оптимальной производительности резервуара для хранения тепловой энергии, поставляемой из котла, работающего на пеллетах, требует большего, чем просто расчет объема резервуара и выбор легкодоступной модели требуемого объема. Резервуар с неправильными соединениями трубопроводов не будет правильно распределять тепло по своему объему. Это снизит полезность тепла, доступного из резервуара.

Проектировщики должны избегать трубопроводов, которые создают любой тип вертикальной струи потока внутри тепловых резервуаров для хранения. Вместо этого трубные соединения должны обеспечивать плавное горизонтальное течение во всех местах входа. Горячая вода должна входить и выходить из верхней части бака. Более холодная вода должна входить и выходить из нижней части бака.

 

Источник: John Siegenthaler P. E. John Siegenthaler: Pellet-fired boilers need thermal storage. PME