Газовые котлы для отопления и горячего водоснабжения частного дома

Сердцем системы отопления с использованием воды в качестве теплоносителя является котел. Лучше всего себя зарекомендовал газовый котел отопления для частного дома. Использование газа в качестве основного топлива снижает затраты на обогрев, дает возможность точно устанавливать комфортный режим отопления и не беспокоиться о функционировании системы слишком часто. Газовый котел способен автоматически поддерживать требуемые параметры системы с минимальным участием со стороны.

В доме всегда должна поддерживаться комфортная температура, а оборудование, задействованное для этого, не должно требовать постоянного внимания со стороны пользователя. В идеале вместе с отоплением нужна и горячая вода для бытовых нужд. Простым решением будут газовые котлы для отопления и горячего водоснабжения частного дома.

Конструкция

В газовых котлах в качестве источника энергии используется процесс активного сжигания природного газа, после чего тепло передается теплоносителю. Для этого используется газовая горелка и теплообменник. Кроме этого ключевым элементом является способ отвода продуктов горения, которые необходимо безопасно вывести за пределы жилого помещения. Все остальные элементы котла, а также варианты их реализация обеспечивают безопасность оборудования и дополнительную функциональность.

Природный газ, поступающий по трубам в котел, предварительно смешивается с воздухом для получения оптимального соотношения метана и кислорода. Далее топливная смесь подается к форсункам в камере сгорания и с помощью пьезоэлемента, запальника или искрового разрядника воспламеняется. Продукты горения и основная часть теплоты вместе с ними поднимается вверх к теплообменнику, в котором циркулирует теплоноситель, чаще всего вода. В результате ряда теплообменных процессов основная часть тепловой энергии переходит к воде, нагревая ее.

Автоматика обеспечивает беспрерывную работу газового котла и безопасность. Требуется поддерживать заданную температуру теплоносителя, для чего используются термодатчики. В зависимости от их показаний регулируется подача газа и выделяемая тепловая мощность котла. Горение либо периодически включается/выключается, либо регулируется по объему подачи.

Автоматика для котла

Основное деление котлов по конструкции зависит от вариантов исполнения основных элементов: газовой горелки (варианта камеры сгорания), теплообменника и способа отвода продуктов горения.

По типу камеры сгорания и отводу продуктов горения:

• С открытой камерой сгорания, атмосферной горелкой и отводом продуктов горения через классический дымоход. Используется воздух непосредственно из помещения, а выхлоп под воздействием естественной тяги поднимается по дымоходу за пределы здания.
• С закрытой камерой сгорания, принудительной подачей воздуха и отводом продуктов горения. Используется коаксиальный дымоход с двумя каналами, по одному подается свежий воздух с улицы для подготовки газо-воздушной смеси, а по второму сбрасываются наружу продукты горения. Для циркуляции воздуха применяется регулируемый вентилятор.

Теплообменник представляет собой емкость сложной формы, внутри которой располагается камера сгорания и теплообмен происходит по всей ее площади, или это пластинчатый радиатор со змеевиком внутри, через который проходит раскаленный воздух и продукты горения из камеры сгорания.

По типу теплообменника разделяют:

• Одноконтурные котлы. Нагревается вода в одном контуре для подачи в систему отопления и только.
• Двухконтурные. Вместе с теплоносителем нагревается вода в изолированном контуре для подготовки горячей воды, которую используют для бытовых нужд.
• Конденсационный. С одним или двумя контурами дополнительно оборудуется теплообменником для конденсации продуктов горения и выделения дополнительной теплоты. Рассчитан для низкотемпературных систем отопления (до 60оС). Обладает на 15% большим КПД.

Двухконтурный котел при этом может иметь два варианта исполнения:

• С битермическим радиатором. Контуры ГВС и отопления представлены в виде совмещенного змеевика внутри пластинчатого теплообменника. Используется коаксиальная медная или стальная трубка, у которой по внутреннему каналу циркулирует вода для ГВС, а по внешнему для контура отопления.
• С раздельными теплообменниками. Используется два раздельных радиатора для ГВС и отопления. При этом теплообменник для ГВС может быть прямого нагрева, когда к нему непосредственно подводится тепло от камеры сгорания, или косвенного, когда в нем вода для горячего водоснабжения нагревается за счет забора тепла у теплоносителя из контура отопления.

Характеристики, которые определяют выбор конкретной модели газового котла для отопления частного дома:

• тепловая мощность;
• наличие контура ГВС;
• способ циркуляции теплоносителя (принудительная или естественная);
• тип управления (механическое, электронное);
• способ установки (настенный, напольный).

Мощность подбирается на 20% больше, чем суммарный размер теплопотерь по всему зданию, учитывая подвал и верхнее перекрытие с крышей. К этому прибавляются затраты на подготовку горячей воды, если приобретается двухконтурный котел или будет установлен внешний бойлер косвенного нагрева к одноконтурному котлу.

Способ циркуляции теплоносителя зависит от выбранной конфигурации системы отопления в целом. Если будет использоваться насос, способный быстро прокачивать теплоноситель через радиаторы, то соответственно подбирается модель со встроенным насосом или же подразумевающий его использование. Принудительная циркуляция позволяет снизить общий объем теплоносителя в системе, ускорить первоначальный прогрев дома, а также обеспечить равномерное распределение тепла. Для естественной циркуляции подбирается котел с большим внутренним объемом и теплообменником, который обеспечит существенный перепад температуры между входом и выходом котла.

Двухконтурный

Вполне логично, что двухконтурный котел, способный не только обогреть дом, но и подготовить горячую воду для бытовых нужд, привлекательнее одноконтурного собрата. В одном устройстве компактно, а главное, соразмерно и взаимосвязано работают два контура, и управляются одним блоком. При выборе двухконтурного котла легко обеспечит и экономию стартовых затрат на приобретении оборудования и за одно эксплуатационные затраты, ведь при любых проблемах обслуживать оборудование будет один и тот же сервис.

Однако есть у двухконтурных котлов отопления особенности. Если контур ГВС проточного типа, т. е. холодная вода, проходя по нему, успевает нагреться до нужной температуры, то есть всегда ограничение по пропускной способности. Комфортная температура горячей воды будет лишь при напоре ниже определенного предела. Проблемы возникают, когда горячий кран открывают сразу в нескольких местах дома. Кроме этого пока готовится горячая вода, контур отопления перекрывается, чтобы не увеличивать нагрузку на котел и не повышать расход газа.

Если контур ГВС завязан на аккумулирующей емкости, т. е. в котле есть бойлер косвенного нагрева, то потребитель всегда ограничен определенным объемом воды, а он чаще во встроенном бойлере достигает максимум 60 литров.

Одноконтурный

Газовые котлы отопления для частного дома с одним контуром идеально справляются с основной поставленной задачей. В сравнении с двухконтурными моделями увеличивается ресурс оборудования и их долговечность. Главные же преимущества одноконтурных котлов это:

• доступная цена;
• простота конструкции;
• высокая степень ремонтопригодности.

Напольный

Наличие прочной основы снимает в разумных пределах ограничение на вес котла. Мощность напольных газовых котлов достигает нескольких мегаватт при этом с достаточно компактными размерами агрегата. В качестве материала теплообменника чаще используется чугун. Он гораздо долговечнее и надежнее, чем сталь или даже медь, обладает высокой теплоемкостью, что положительно сказывается на равномерности нагрева теплоносителя, меньше сказываются скачки температуры, когда газовый котел постоянно отключается и включается.

Предполагается, что котел напольный газовый для частного дома будет устанавливаться в отдельном помещении, к нему будут подведены трубы контуров отопления. Однако современные котлы плотной компоновкой и компактными размерами допускают даже установку внутри жилых помещений, например в составе кухонной стенки.

Настенный

Когда каждый метр квадратный на счету, и нет лучше решения, чем повесить оборудование по максимуму на стены, незаменимыми становятся навесные газовые котлы отопления. Настенные модели хоть и имеют ограничение в максимальной мощности, но планка достигает 120 кВт, чего чаще всего достаточно для частного дома площадью до 110 кв.м.

Стоит только отдавать себе отчет, что ради уменьшения веса оборудования теплообменники, скорее всего, выполнены из стали или, в крайнем случае, меди. Эти материалы хоть и показывают хорошие результаты, даже по долговечности, но только при полном соблюдении условий эксплуатации. Сталь иногда прогорает при постоянной работе котла на полной мощности и воздействия пламени газовой горелки.

Схема отопления

Перед подключением газового котла отопления следует подвести к месту установки газовые трубы от магистрали. Данные работы, как и подключение котла, выполняют исключительно работники газового хозяйства. Все остальные работы допускаются для самостоятельного исполнения. Потребуется еще подвести линию прямой и обратной подачи теплоносителя контуров отопления, установить расширительный бак, если его нет в составе котла.

Выбор сечения дымохода, классического или коаксиального, осуществляется исключительно по указаниям производителя. В инструкции к выбранной модели всегда указывается площадь сечения дымоотводящей системы. Для дымохода к котлу с атмосферной горелкой и открытой камерой сгорания указывается также оптимальная высота для создания необходимой тяги. Ниже этого предела опускать оголовок трубы не следует. Верхним ограничением служит конструкция самого дома. Труба должна быть выше конька крыши, в противном случае повышается риск опрокидывания тяги, когда продукты горения будут поступать внутрь помещения.

Для котлов с надувной горелкой и закрытой камерой сгорания указывается допустимая длина коаксиального дымохода. Чем меньше протяженность труб, тем лучше, в идеале трубу выводят через стенку непосредственно возле котла, если в инструкции не указан еще и минимальный размер дымохода.

Схема отопления с двухконтурным газовым котлом

Как выбрать и подобрать правильно

Отталкиваться в первую очередь следует от тепловой мощности котла и способа циркуляции теплоносителя в системе отопления. Все остальные параметры подбираются опционально исходя из требований проекта по отоплению дома.

Важным аспектом является вариант исполнения блока управления. Лучше держать требуемые параметры обогрева позволяет электронное управление, однако если в регионе есть проблемы с электричеством, то придется приобретать источник бесперебойного питания (ИБП) для газового котла или отдать предпочтение механическому управлению.

Сколько стоит

Первый принцип деления газовых котлов в плане стоимости – это отличие системы управления. Механическое энергонезависимое управление обойдется дешевле и даже прослужит дольше. Однако с электронным управлением расчет идет на максимальный комфорт, а долговечность у качественного котла все равно исчисляется десятилетиями.

Второй принцип – это локализация производства котлов. Зарубежные котлы иногда на порядок дороже отечественных аналогов, кроме того среди импортных моделей редко найдется самый простой вариант газового котла, практически все предложения обладают широким функционалом с соответственно высокой стоимостью.

Какая схема подключения котла отопления лучше всего – последовательность обвязки

Важным моментом строительства дома или дачи является монтаж отопительной системы. Кроме того, в последние годы, в связи с развитием новых технологий в этой области, часто принимается решение демонтажа старого и установки нового оборудования. Для того, чтобы отопительная система справлялась со своей задачей, нужно выбрать подходящую схему подключения отопительного котла. Перед тем, как начать монтаж, нужно разобраться, какой бывает обвязка котла, какие трубы больше всего подходят, какими способами можно решить вопрос горячего водоснабжения.

Общие сведения об отопительной системе

Схемы подключения котла отопления различают по способу циркуляции теплоносителя.

По этому признаку системы бывают следующими:

1. Гравитационными. Это естественная циркуляция, когда идёт процесс замещения холодными массами нагретой жидкости, которая поднимается вверх. Теплоноситель возвращается в котёл самотёком, под действием гравитации. Такие системы имеют большое преимущество — они энергонезависимые, поэтому будут продолжать работать и при отсутствии электроэнергии.
2. Принудительными. Здесь нужна помощь электрических циркуляционных насосов. При такой схеме подключения отопительной системы с котлом прогрев радиаторов во всех комнатах идёт быстро и равномерно. Данный способ является оптимальным при монтаже системы отопления в большом доме.

На заметку. Монтаж нагревательных приборов и трубопровода делают таким образом, чтобы свести к минимуму потерю тепла через наружные ограждающие конструкции. Потери тепла в трубопроводах, проходящих по неотапливаемым помещениям, не должны превышать 10 процентов от расхода тепла на отопление.

По способу соединения труб с радиаторами схемы бывают следующие:

• однотрубные, когда выполняется последовательное соединение отопительных приборов;
• двухтрубные — параллельное соединение радиаторов;
• бифилярные — последовательное соединение сначала первых половин приборов, после этого, для потока теплоносителя в обратном направлении, соединяют все их вторые половины.

Какие трубы нужны для подключения котла отопления

Выбор труб является очень важным этапом подготовки к монтажу отопительного оборудования.

Для эффективной работы системы обогрева с циркуляционным насосом, трубы должны выдерживать следующие показатели:

• давление — 1-2,5 кгс/кв. см.;
• температура жидкости на подаче 70-75 °C;
• температура на обратке — 55°C.

Это параметры, которые выдерживаются при нормальной работе системы, без аварийных моментов.

Если насос по какой-то причине остановится, то развитие ситуации следующее:

• у газового, электрического и дизельного котла термостат перекроет подачу топлива, и работа водяного контура останется безопасной;
• у котла, работающем на твёрдом топливе, термостат прикроет поддувало, но горение (тление) топлива будет продолжаться до получаса, это значит, что температура теплоносителя может вырасти.

При таком раскладе эксплуатационные характеристики пластиковых и металлопластиковых труб, которые будут использоваться для газового, электрического и дизельного котла, должны иметь рабочие параметры не менее 80 °C.

Что касается твердотопливного агрегата, то не менее 1-2 метров водяного контура, идущего от котла, нужно делать из стальных, медных труб или нержавейки. Стальные трубы, стойкие к перепадам температуры и гидравлическому давлению, к сожалению, подвержены коррозии, имеют немалый вес и недостаточно гладкую внутреннюю поверхность. Монтаж нужно выполнять с помощью сварки. Снаружи трубы покрывают краской, и такой уход требуется делать регулярно. У труб из меди и нержавейки таких проблем нет. Единственный недостаток — довольно высокая цена на эти изделия.

При естественной циркуляции процесс нагрева теплоносителя происходит медленно. Температура жидкости при выходе из котла иногда превышает 90°C. Поэтому трубопровод между котлом и расширительным бачком всегда делают металлическим.

Ни один, самый лучший пластик, не выдержит нештатную температуру. Образование течи и размягчение пластика гарантировано при 130°C. От перегрева полипропиленовые трубы разрываются.

Важно. Внутренний диаметр трубы на подаче не может быть менее 32 мм. Это необходимо для того, чтобы обеспечить минимальный гидравлический напор при гравитационном отоплении.

В последние годы всё чаще трубопровод стараются скрыть из виду. Разводку делают не только наружную, но и скрытую в стенах, под чистовым полом, внутри гипсокартонных коробов. В системах отопления допустимо комбинировать разные типы труб.

Оборудование при закрытой системе с принудительной циркуляцией

Когда отопительная система не сообщается с окружающим воздухом и работает под давлением, такие контуры бывают только закрытыми.

Для обвязки котла в таком случае требуется следующее оборудование:

• насос 100-200 ватт, который следует установить на подачу;
• расширительный бак мембранного типа, чтобы обеспечить теплоносителю дополнительный объём при расширении;
• предохранительный клапан для сброса теплоносителя, в случае превышения допустимого давления;
• автоматический воздухоотводчик, который поможет появившейся воздушной пробке самостоятельно покинуть систему, чтобы теплоноситель беспрепятственно циркулировал по контуру;
• манометр — для контроля давления.

Это обязательные элементы. Так же в схему могут включаться следующие опции:

• фильтр для газового агрегата;
• фильтр на входе в теплообменник для защиты от мусора;
• теплоаккумулятор, который выгодно ставить в паре с твердотопливными или электрическими котлами для экономии энергоресурсов.

Зачем нужен теплоаккумулятор

Теплоаккумулятор представляет собой бак, который подключается к котлу и водяному контуру. Корпус его надёжно укрыт теплоизолятором и позволяет аккумулировать тёплую воду для контура, а затем обогревать помещение около суток при отключенном котле.

Как действует теплоаккумулятор:

1. Отопительный агрегат загружают топливом, разжигают его.
2. Циркуляционный насос прокачивает теплоноситель по теплообменнику. Холодная вода из нижней части бака устремляется в котёл, в верхнюю часть прибывает уже нагретая вода. Так как плотность холодной и горячей жидкости разная, перемешиваться она не будет. Так бак постепенно заполнится горячей водой.
3. Если расчёты выполнены верно, когда топливо прогорит, ёмкость окажется наполненной горячей водой нужной температуры. Хорошая термоизоляция сохранит теплоноситель горячим длительное время.
4. Когда котёл не функционирует, система отопления продолжает выполнять свою задачу. Циркуляционный насос отопительного контура прогоняет теплоноситель по системе. Вода забирается из верхней «горячей зоны» бака.
5. В обратку вода возвращается уже охлажденной, так теплоаккумулятор постепенно отдаст накопленное тепло.

В реальных условиях, отбор воды в систему отопления идёт беспрерывно. Теплоаккумулятор накапливает «лишнее», в данный момент, невостребованное тепло.

Аккумулятор объёмом 3 тонны, с запасом воды температурой 40-80°C сможет сутки отапливать дом площадью 80 кв.м. Эти параметры соответствуют 170-175 кВт час. тепла.

Обычный котёл нужно растапливать до пяти раз в сутки. Если поставлен теплоаккумулятор, периодичность закладки топлива в камеру сгорания сократится в пять раз. Нагретая вода в баке будет постепенно отдавать энергию тепла радиаторам. Твердотопливный котёл будет работать гораздо экономичней. Такая схема подключения отопительного котла в частном доме позволяет без снижения мощности котла длительно обогревать помещение.

Очень выгодно теплоаккумулятор ставить в паре с электрокотлом, когда экономия энергоресурсов особенно актуальна.

На заметку. Ночной тариф при двухтарифном счётчике гораздо ниже дневного: в 2-4 раза. Если включать электрокотел только ночью, чтобы днём теплоаккумулятор лишь отдавал тепло, то можно значительно сэкономить на электроэнергии.

Как выбирать элементы обвязки

При выборе насоса нужно обратить внимание на тепловую нагрузку на контур. Здесь важно вычислить разницу между температурой воды на подачу и в обратке.

• Q=0,86хR/Dt,
• где Q — показатель производительности насоса (кубометры в час),
• R — мощность котла,
• Dt — температурная разница.

Например, при мощности котла 20 кВт и температурных показателях отопительной системы 80/60oС насос нужен со следующими эксплуатационными характеристиками:

Хорошо себя показывает насос, у которого ступенчатая регулировка мощности. Он сможет обеспечить такой уровень производительности, чтобы радиаторы по всему контуру равномерно прогревались.

Такой параметр, как напор теплоносителя, который измеряется в метрах водяного столба, можно не учитывать. В системе отопления не имеет никакого значения количество этажей в здании, этаж, на котором стоит циркуляционный насос. Минимальное значение насоса — 2 метра. Приборы с таким параметром хорошо справляются с движением теплоносителя в водяном контуре многоквартирного дома с высоким гидравлическим сопротивлением. Когда выполняется обвязка котла отопления, эти моменты нужно помнить.

На что обратить внимание при установке мембранного бачка:

• Прежде всего, важно выбрать объём бачка. Он должен составлять 1/10 часть от объёма теплоносителя в водяном контуре. Есть простой способ это вычислить. Если в отопительной системе стоят алюминиевые или биметаллические радиаторы, то на 1 киловатт мощности котла идёт 15 литров теплоносителя.
• Бачок выдерживает температуру до +120 C.
• Рабочее давление устройства зачастую не превышает 1,5 бар. Иногда возникает необходимость его увеличить. Для этого накачивают воздух в бачок с помощью велосипедного насоса.

Как выбирают элементы группы безопасности:

• У клапана верхняя граница допустимого давления 2,5 бар.
• Манометр нужно выбирать с давлением в 4 атмосферы.

Как располагать элементы обвязки:

• Циркуляционный насос ставят перед камерой сгорания (перед теплообменником), там, где более низкая температура.
• Клапан и манометр монтируют при выходе из теплообменника, в месте, где давление начинает повышаться.
• Расширительный бачок монтируют в любом участке контура, но не рядом с насосом (колебания давления приведут к износу бачка).

Мини-котельные

Сейчас выпускаются модели котлов, снабженные расширительным бачком, насосом, клапаном и манометром. Это могут быть ТЭНовые, электрические, дизельные, газовые агрегаты с принудительной тягой. Эти агрегаты можно назвать мини-котельными. Так, предохранительные клапаны в схеме электрического отопления частного дома с насосом монтируют сразу на теплообменнике вместе с ТЭНом. Такая конструкция позволяет быстро сбрасывать лишний теплоноситель, если он закипит при остановке насоса.

Схема подключения котла к системе отопления в этом случае не сложная. Нужно смонтировать всего лишь два шаровых крана, которыми можно отсечь котёл в случае необходимости. Ремонт агрегата или любые профилактические работы не будут доставлять сложностей.

Оборудование при открытой гравитационной системе

При открытой гравитационной системе вся нагрузка ложится на открытый расширительный бачок.

Он выполняет следующие функции:

• забирает себе избыточное количество теплоносителя;
• компенсирует увеличение давления;
• выводит воздух и горячий пар при закипании теплоносителя.

По объёму бак не должен быть меньше 10 процентов от объёма теплоносителя. Больше — можно. Устанавливают его в верхней точке контура, там, где заканчивается разгонный коллектор. От бака розлив идёт назад, в теплообменник, с уклоном, который обеспечивает вывод воздушных пробок и продвижение теплоносителя самотёком.

Через открытый расширительный бачок обычно заливают холодную воду для компенсации испарения.

Схема подключения системы горячего водоснабжения

Часто к отопительному котлу подключают дополнительно систему горячего водоснабжения.

Здесь могут применяться разные способы:

• При двухтрубной тупиковой схеме отопительные приборы подключены между розливами. Большой минус — ближние радиаторы будут более горячими, дальние — холодными, поэтому этой системе требуется балансировка.
• При подключении двухконтурного газового котла для организации ГВС нужен отдельный теплообменник. Здесь схема простая: холодная вода идёт через теплообменник и направляется дальше, к сантехническим приборам.
• Если к системе отопления двухконтурный котёл подключается по принудительной схеме циркуляции, то монтаж радиаторов выполняют параллельным способом, чтобы не рассекать трубу подачи теплоносителя.
• При использовании схемы с одноконтурным котлом для получения ГВС в частном доме нужно подключить бойлер косвенного нагрева. В этом случае теплоноситель будет отдавать свою тепловую энергию теплообменнику бойлера. В летнее время отопительный контур отключается.
• Классическая гравитационная система отопления основана на перепаде высоты между теплообменником и радиаторами.
• Если к твердотопливному котлу привязан теплоаккумулятор, температуру радиаторов регулирует трёхходовой клапан с термостатом.

Вариант реализации системы отопления двухконтурного котла:

• малый контур, в который встроен циркуляционный насос, замыкается теплообменником с гидрострелкой;
• следующая позиция — идёт коллекторная разводка на независимые контуры: 2 радиатора и 4 контура тёплых полов.

Итоги

Правильные гидравлические расчёты и подбор нужного оборудования помогут решить вопрос, как подключить котел отопления, схема обвязки зависит от конкретных условий эксплуатации системы. Данные рекомендации и примеры помогут учесть важные нюансы, которые касаются обогрева жилища и горячего водоснабжения.