Котлы отопления — принцип работы и классификация

Котлы отопления — принцип работы и классификация

Содержание

При строительства частного дома возникает вопрос: «А как обогревать дом и нагревать горячую воду?».

Для отопления коттеджа используют различные котлы отопление, работающие как правило на природном газе. Возможно использование и другого топлива, но газ на сегодняшний день самый дешёвый вид топлива.

Также большую популярность набирают многоэтажные жилые дома с индивидуальным отоплением.

Принцип работы котла

Нагрев здания происходит за счет нагрева теплоносителя в теплообменнике котла, потом вода перетекает по трубам в радиаторы. Передав тепло воздуху, вода (или антифриз) возвращается обратно в теплообменник котла и заного подогревается до указанной температуры. Нагревание теплоносителя осуществляется пламенем в результате сгорания топлива.

Теплоноситель(вода или антифриз) может двигаться по трубам самостоятельно (естественным путем) из-за разности давления между холодной и горячей жидкостями или механическим (принудительным) методом с применением циркуляционного насоса.

Газовые котлы бывают одноконтурными и двухконтурными.

В рамках данной статьи поговорим о Одноконтурных котлах отопления.

Классификация газового устройства

Котлы подразделяют по следующим признакам:

1. место установки — напольные и настенныее
2. тип горелки — атмосферная или наддув (турбинного типа)
3. материал теплообменника — чугунные, стальные и др.
4. способ движения теплоносителя — естественное или принудительное
5. способ отведения продуктов сгорания — естественная тяга или принудительная
6. тип камеры сгорания — открытая или закрытая
7. наличие или отсутствие автоматических датчиков контроля и безопасности

По месту установки

Котлы отопления могут быть настенными и напольными.

Напольные котлы отопления — это более мощные устройства, чем настенные, способные обогревать большие площади. В отличие от настенных, они требуют специального помещения котельной с оборудованным дымоходом, вентиляцией и отдельным входом.

Дымоход выводится через перекрытие на кровлю здания, его высота должна быть выше уровня конька на 0,5м. В напольных котлах применяются чугунные теплообменники, что значительно увеличивает срок службы этого котла.

Материал теплообменника

Теплообменники котлов изготавливаются из разных материалов — сталь, чугун или медь. Эти материалов имеют свои достоинства и недостатки.

Стальной теплообменник

Сталь сильнее подвергается коррозии. Толщина стенок теплообменника из стали, невелика, поэтому они быстрее выходят из строя в результате прогорания.

Срок эксплуатации котла со стальным теплообменником составляет не более 20 лет, в то время как чугунный функционирует более 50 лет.

Чугунный теплообменник

В теплообменнике из чугуна некоторые детали взаимозаменяемы, что служит большим преимуществом при ремонте по отношению к стальному.

Чугун устойчив к коррозии.

В современных газовых котлах используется новая модификация — серый чугун, имеющий лучшие качествами по стойкости к коррозии.

Но несмотря на множество плюсов чугунных котлов, у них есть и минусы:

1. Большой вес, что усложняет монтаж.
2. Хрупкость — При монтаже или транспортировки от сильного удара могут появиться микротрещины, которые в дальнейшем снизят срок его службы или приведут к аварии.
3. Нельзя допускать резкого перепада температуры теплоносителя в чугунных теплообменниках, поскольку это приводит к растрескиванию материала.
4. Необходимо следить за жёсткостью воды. От этого образуется накипь на внутренних стенках теплообменника, приводящая к растрескиванию чугуна.
5. Преимущество, которое является и недостатком — чугунный одноконтурный газовый котел отопления имеет большую тепловую инерционность.

При отключении отопления дольше будет сохраняться тепло, потому что вода в чугунном теплообменнике будет остывает медленнее. Это немного замедляет регулирование теплового режима в помещении, когда автоматика выключает котел при достижении определенной температуры, но теплоноситель продолжает оставаться горячим еще некоторое время.

Другие материалы теплообменника

Теплообменники изготавливают также из нержавеющей стали. Коррозия будет поражать стенки теплообменника очень медленно. Но толщина стенок теплообменника небольшая, поэтому будет легко прогорать.

Срок службы такого устройства значительно меньше стальных и чугунных теплообменников.

В современных газовых устройствах теплообменники изготавливают из стали с различными добавками. Это увеличивает их стойкость и к коррозии, и к температуре.

Сейчас появились конденсационные котлы, в которых конденсат, образованный при сгорании газа, преобразуется в тепловую энергию, что оказывает положительное действие на длительность эксплуатации котла и увеличивает его КПД.

По типу горелки

Горелки котла условно подразделяют на два вида — атмосферную и наддувную горелку, иногда называемую турбинированной, навесной, или вентиляторной.

Атмосферная горелка — самая простая по конструкции и обслуживанию. Такая горелка поставляется в комплекте с котлом, и её стоимость уже включена в цену газового оборудования. Атмосферная горелка использует воздух, которое находящийся в помещении.

Недостатки: при снижении или повышении давления в газопроводах увеличивается или уменьшается высота пламени, что может привести к прогоранию теплообменника или самой горелки.

Можно отрегулировать ее под определенное давление. Но для этого потребуется вызывать специалиста, что не всегда удобно. Ведь давление в газопроводах может меняться время от времени.

В тех регионах, где давление газа в магистральном газопроводе не всегда стабильное, лучше воспользоваться котлами с наддувными горелками.

Наддувные устройства не входят в комплектацию газового оборудования и покупаются отдельно. При их применении котел может работать на различных видах топлива:

газообразном — природном газе;

жидком — мазут, солярка;

твердом — дрова, уголь, пеллеты;

Данный тип горелок работает с помощью встроенного вентилятора, поэтому присутствует некоторый шум. Преимущество заключается в том, что они справляются с перепадами давления в газопроводе. Все виды горелок могут иметь функцию модуляции пламени и быть одно- или двухступенчатыми. Модуляция пламени — горелка автоматически регулирует мощность горения газа в зависимости от температуры теплоносителя в теплообменнике.

В одноступенчатой горелке пламя автоматически не регулируется — пламя либо горит, либо не горит. Двухступенчатая горелка может регулировать мощность пламени в автоматическом режиме, что сокращает расход газа и повышает КПД котла. При этом увеличивается время между включением и отключением горелки, что положительным образом влияет на длительность её эксплуатации.

По количеству контуров

Котлы могут быть одноконтурными и двухконтурными.

Особенность конструкции котла с одним контуром предусматривает одну горелку и работу только на подогрев воды для системы отопления. Одноконтурные агрегаты могут быть на твердом топливе, газу, электричестве и на жидком топливе.

Двухконтурный газовый котел устроен так, что может работать в двух режимах: отопления и горячего водоснабжения. При отоплении нагревается теплообменник с теплоносителем. Он может прогреваться до температуры в интервале от 35 до 80° в зависимости от настроек.

У каждого производителя своя конструкция внутренней начинки описываемого оборудования. Но есть у них одинаковое решение — внутри корпуса помещаются два контура. Первый отвечает за отопление и работает по замкнутой схеме. Вода в нем циркулирует по кругу, обходя все точки обогрева, установленные в помещениях дома. Теплоноситель, который движется по замкнутой схеме, во второй контур не попадает. За это отвечает отдельный клапан.

Когда в смесителях в кухне и ванной комнате открывается кран с водой, клапан перекрывает доступ теплоносителя в систему отопления, нагревает холодную воду и подаёт горячую воду в контур ГВС. Когда краны на кухне или в ванной закрываются, происходит обратное действие.

Практически все газовые котлы имеют одинаковые технические узлы, а модели от разных производителей отличаются лишь несколькими деталями.

Способ отведения продуктов сгорания

Котлы делятся на устройства с естественной или принудительной тягой. Во-первых обязателен монтаж дымоходной трубы. Во-вторых отведение продуктов сгорания происходит принудительным способом — благодаря встроенному в дымоходную трубу вентилятору.

Газовые котлы, работающие на естественной тяге, называют еще устройствами с открытой камерой сгорания. Необходимый для горения газа кислород забирается из помещения — в этом их недостаток. Необходим доступ наружного воздуха в помещение с котлом. Из-за чего получается небольшой сковзняк. Недостаток кислорода отрицательно влияет на здоровье.

Некоторые котлы оборудованы коаксиальным дымоходм. Их называют газовыми котлами с закрытой камерой сгорания.

Продукты сгорания отводятся через коаксиальный дымоход, называемое «труба в трубе». Это две трубы разных диаметров, вставленных одна в другую. Через трубу меньшего диаметра удаляются продукты сгорания газа. А в пространство между труб поступает свежий воздух с улицы, который нагревается внутренней трубой. В итоге увеличивается КПД котла.

Преимущества такого дымохода очевидны:

1. Кислород забирается с улицы.
2. Небольшой размер дымохода, так как коаксиальный дымоход можно устраивать в наружной стене, расположенной рядом с газовым оборудованием.
3. Такой дымоход может устанавлен в любом месте помещения и быть горизонтальным, наклонным или вертикальным, что позволяет .
4. Котлы с коаксиальным дымоходом более экономичными, хотя их стоимость выше.

Энергозависимость котла

Большинство современных котлов имеют в комплектации различные датчики для безопасности работ: термостаты, поддерживающие нужную температуру в помещении и регулирующие подачу топлива в котел, циркуляционные насосы и вентиляторы. Все они работают при условии постоянного подключения к электрической сетия.

Обычно используют Источники Бесперебойного Питания (ИБП), также в качестве резервного источника электроэнергии можно использовать другие устройства, например, дизельные или бензиновые генераторы. Однако их применение в загородном доме нецелесообразно. Но иногда необходимо.

Принцип работы газового котла отопления

Сегодня многие частные дома отапливаются газовыми котлами. Владельцы выбирают их за экономичность, удобство в работе, мощность, компактность и чистоту. Если вы задумались о покупке подобного агрегата, то будет полезным изучить принцип работы газовых котлов. Это не только поможет сделать верный выбор, но и упростит его эксплуатацию.

В этой статье мы выясним как устроены газовые котлы, основные узлы устройства и рассмотрим схемы работы различных видов и типов.

Как устроен газовый котел

Первое, в чем нужно разобраться: из каких основных узлов состоит оборудование. Это не только поможет вам разобраться в причинах неполадок при работе, но и поможет сделать верный выбор при покупке.

Горелка

Основной элемент газового котла. Представляет собой прямоугольную поверхность с установленными форсунками. Современные производители встраивают моделируемый вариант: такая горелка способна потреблять только необходимое количество газа на разных этапах работы, экономя до 15% топлива. Так, при розжиге уменьшается подача газа, чтобы нагрев теплообменника происходил постепенно. Затем подача топлива постепенно увеличивается, приближаясь к заданной температуре и поддерживая ее. После нагрева подача газа вновь уменьшается. Это не только позволяет сэкономить «голубое» топливо, но и положительно сказывается на сроке службе устройства.

За подачу топлива отвечает газовый клапан, который регулируется встроенным электродвигателем. Такое устройство позволяет пользователю самостоятельно задать нужную температуру с помощью электронной платы и панели управления.

Горелки бывают атмосферные и турбированные:

• Атмосферные устанавливаются около дымохода и забирают воздух из помещения. Такие горелки независимы от электричества и часто устанавливаются в напольных моделях.
• Турбированные не зависят от тяги в дымоходе, потому что за работу отвечает вентилятор, который и выводит все продукты сгорания. Для его работы необходимо электричество, поэтому наиболее часто можно встретить в настенных котлах.

Еще в горелке находится электрод розжига (вырабатывает искру, которая поджигает газ) и датчик контроля пламени (если пламя по каким-то причинам потухнет, автоматика перекроет подачу топлива и оповестит об ошибке).

Теплообменник

Короб с трубками, между которыми находятся пластины (или «ребра», для увеличения полезной площади и скорости нагрева воды). Именно по этим трубкам и циркулирует вода, забирая тепло от нагретых стенок.

Теплообменники изготавливают из разных сплавов, от которых и зависят их срок службы:

• Алюминий. Самый легкий металл, поэтому котлы с таким теплообменником имеют компактные размеры. Подвержен коррозии, при работе образуется осадок, который уменьшает эффективную площадь теплообмена.
• Медь. Небольшие вес и габариты, при хорошей теплоотдаче. Компактны и устойчивы к коррозии, но изнашиваются быстрее чугунных.
• Сталь. Простой и дешевый вариант. Низкая теплопроводность и малый срок службы. Такие теплообменники могут деформироваться или потрескаться при перепадах температур.
• Чугун. Долговечны, надежны, устойчивы к коррозии, но чувствительны к перепадам температур. Отлично проводят тепло, но большие и тяжелые, поэтому обычно используются в напольных дорогих котлах.

Если котел двухконтурный, тогда предусматривают два теплообменника: первичный и вторичный. Основной устанавливают над горелкой, его используют системы отопления. Второй необходим для моментального нагрева воды, когда открывается водопроводный кран. Такой теплообменник выглядит как набор пластин, между которыми циркулирует вода. Как только открывается кран с горячей водой, вся вода из первого контура направляется во второй. Именно поэтому двухконтурные котлы не могут одновременно и отапливать, и нагревать воду. При малых объемах потребления горячей воды это незаметно, батареи просто не успевают остывать.

Однако, если расход воды соизмерим с потребностями для отопления, то тут приходит на помощь битермический теплообменник. Это такая «труба в трубе», которая расположена прямо над горелкой. За счет нагрева только одного теплообменника, такой котел может одновременно обеспечить дом и отоплением, и горячей водой. Но стоит помнить: в этом случае очень быстро образуется накипь, которую нужно своевременно удалять.

Циркулярный насос

В старых системах отопления использовалась естественная циркуляция воды. Теплоноситель при нагреве расширяется, поэтому вода на выходе из котла обладает низкой плотностью и весом. За счет этого она легко поднимается по горячему стояку вверх в расширительный бак, а затем под уклоном растекается по радиаторам и отдает тепло. При охлаждении плотность и вес воды увеличиваются, поэтому вновь под уклоном она стекает обратно в котел.

Несмотря на простоту, надежность, энергонезависимость и бесшумность работы такая система имеет серьезные недостатки: сложный и дорогостоящий монтаж, замерзание воды, попадание воздуха в систему отопления, низкую температуру радиаторов в дальних углах.

Поэтому современные котлы оборудуются специальным циркулярным насосом, который и создает давление для постоянной циркуляции воды. Да, в таком случае пропадает независимость от электричества, зато батареи всегда будут теплыми.

Расширительный бак

При нагреве вода расширяется, поэтому необходимо соблюдать баланс в системе отопления. Именно для этого используется расширительный бак, состоящий из 3 частей:

• емкость для излишка воды;
• мембрана;
• емкость с азотом.

Принцип работы прост: лишняя вода хранится в бачке, а мембрана балансирует изменение давления в системе отопления.

Отвод дыма

Любой газовый котел обязательно нуждается в отводе продуктов сгорания. Если камера сгорания открытая, тогда для работы используется воздух из помещения, поэтому здесь нужна хорошая вентиляция и оборудуется дымоход.

Если котел с закрытой камерой сгорания, тогда используется воздух с улицы (с помощью вентилятора) и прогревается продуктами сгорания. Такие устройства не требуют дополнительной вентиляции.

Автоматика безопасности, электроника и модуль управления

В эту категорию входят различные датчики по контролю происходящих процессов в работе котла и мониторинг состояния системы отопления. Система безопасности позволяет защитить агрегат от отсутствия тяги, перегрева или отсутствие пламени в горелке. В этих случаях датчики сообщают о неисправности и модуль управления прекращает работу котла.

Принцип работы

Если температурные датчики установлены, тогда при запуске котла измеряется температура в помещениях – автоматика рассчитывает сколько тепла потребуется. Затем насос закачивает холодную воду в теплообменник. Газовый клапан открывается, через форсунки в горелку поступает газ. Электрод розжига вырабатывает искру, топливо загорается и нагревает теплообменник. Насос перемещает нагретую воду по трубам к радиатору, где вода отдает свое тепло и возвращается в котел. Продукты сгорания выводятся через дымоход. Как только в системе отопления будет достигнута нужная температура, горелка выключается, а котел переходит в режим ожидания. После охлаждения воды горелка вновь запускается. Так работает одноконтурный котел.

Двухконтурные модели работают точно по такой же схеме, за одним исключением: как только открывается кран с горячей водой, срабатывает датчик протока. Он передает сигнал, заставляя систему переключить трехходовой клапан на режим нагрева воды. Вода перестает поступать в батареи и остается в котле, циркулируя во вторичном теплообменнике, который моментально нагревается. После закрытия крана трехходовой клапан возвращается в исходное положение, и вода из первичного теплообменника поступает в систему отопления.

Стоит отметить еще один момент: котлы делятся на конвекционные и конденсационные. В первом случае в результате работы создается также водяной пар, который испаряется и выбрасывается через дымовую трубу.

В конденсационных котлах нашли способ его использовать. В таких устройствах водяной пар превращается в конденсат, который аккумулируется на стенках экономайзера (по сути, дополнительный теплообменник). При этом освобождается определенное количество тепла, которое уходит на нагрев воды. Сам конденсат после обработки и нейтрализации просто сливается в канализацию. Вот таким образом и достигается максимальная эффективность.

Как сэкономить при использовании газового котла?

Следующие меры позволяют достичь дополнительной экономии топлива:

• качественный монтаж газового котла;
• на короткое время полностью открыть окна, закрыв при этом терморегулирующие вентили;
• не перегревать помещение, стараться поддерживать комнатную температуру на уровне 20 °C;
• при наступлении темноты опускать на окнах жалюзи;
• правильно настроить терморегулирующие вентили;
• не загромождать радиаторы и терморегулирующие вентили;
• использовать возможности регулирования вашего котла;
• включать циркуляционный насос ГВС только во время пользования;
• контролировать расход горячей воды;
• проводить регулярное сервисное обслуживание: чистку котла и мелкий ремонт.