Эффективные схемы теплоснабжения дома: двухконтурные системы

Опубликовано 24 февраля 2015 в 14:46

Одной из важных задач при проектировании домов является создание эффективной схемы теплоснабжения, которая бы позволила не только обогревать помещения, но и обеспечивать возможность использования горячей воды для бытовых и хозяйственных нужд. Наиболее подходящей для этих целей и к тому же популярной среди владельцев частной недвижимости является двухконтурная система отопления.

Особенности и существующие варианты двухконтурного отопления

Отличительной особенностью такой схемы отопления является создание отдельных контуров для отопления и горячего водоснабжения, подключаемых к одному источнику тепла. Для этих целей могут применяться двух- или одноконтурные котлы.

При использовании одноконтурных котлов при организации двухконтурных систем для обеспечения горячей водой необходимо дополнительное подключение водонагревателя (бойлера). Многие производители предлагают готовые комплекты такого оборудования.

Рисунок 1 – Упрощенная схема двухконтурного отопления с применением одно- и двухконтурного котла

Основным фактором, определяющим возможность применения того или иного типа котла, является планируемый объем потребления горячей воды. Если этот показатель достаточно высокий, использование двухконтурных моделей не рекомендуется. Это объясняется особенностями функционирования таких агрегатов, о которых будет сказано ниже.

Двухконтурное отопление, как и многие схемы теплоснабжения, может проектироваться по следующим вариантам:

• одно-, двухтрубное, коллекторное;
• с горизонтальными, вертикальными стояками или их комбинацией;
• с нижней и верхней разводкой;
• с естественной и принудительной циркуляцией воды;
• с магистральным (попутным) и тупиковым (встречным) движением теплоносителя.

Рисунок 2 – Схема двухконтурного отопления со встречным и попутным движением теплоносителя

Типы и принцип работы двухконтурных котлов

Существующие на сегодняшний день типы двухконтурных котлов можно разделить по нескольким классификационным признакам.

По конструктивному исполнению:

По виду и количеству теплообменников:

• котлы с битермическим теплообменником – последний конструктивно выполняется по принципу «труба в трубе», в котором по наружному контуру движется теплоноситель для отопления, по внутреннему – для ГВС;

Рисунок 3 – Битермический теплообменник

• котлы с двумя отдельными теплообменниками – первичный, нагревающий теплоноситель для отопления, изготавливается, как правило, из медных труб и тонких пластин; вторичный (пластинчатый) предназначен для нагрева воды для ГВС за счет энергии теплоносителя отопительного контура.

Рисунок 4 – Первичные теплообменники для двухконтурных котлов

Рисунок 5 – Схема устройства вторичного (пластинчатого) теплообменника

По типу используемой энергии:

В свою очередь существует несколько модификаций газовых моделей.

По виду камеры сгорания топлива:

• с открытой камерой – для функционирования таких моделей забор воздуха осуществляется из того помещения, где они установлены, а отвод дымовых газов – через вертикальный дымоход; такие котлы имеют невысокую стоимость, но для обеспечения безопасности их желательно размещать в отдельном хорошо проветриваемом помещении;
• с закрытой камерой – подача воздуха в котел осуществляется через воздухозаборник, отвод продуктов сгорания производится принудительно (электровентилятором) по коаксиальному дымоходу (как правило, эта конструкция выполняется по принципу «труба в трубе», где подсос воздуха происходит по внешнему контуру, а вывод продуктов сгорания – по внутренней трубе); такие модели можно размещать в любом месте; они имеют более высокий КПД; дымоход можно располагать любым способом. Однако такие котлы более дорогие, а для их надежной работы требуется подключение к электрической сети.

По способу отвода продуктов сгорания:

• конвекционные – в них образующийся при сгорании топлива водяной пар выводится наружу вместе с дымовыми газами; такие котлы имеют невысокую стоимость, а отвод продуктов сгорания может осуществляться благодаря естественной тяге;

Рисунок 6 – Схема конвекционного котла

• конденсационные – отводимые газы, содержащие водяной пар, предварительно проходят через теплообменник, где происходит конденсация пара и выделение теплоты; такие модели имеют более высокий КПД, однако для возможности использования скрытой теплоты водяного пара температура теплообменника, а, следовательно, поступающего в него отработанного теплоносителя, должна быть невысокой (это может быть обеспечено применением более габаритных и дорогих отопительных приборов или однотрубной схемы).

Рисунок 7 – Схема двухконтурного конденсационного газового котла

Принцип работы двухконтурного котла с двумя теплообменниками

Как было сказано выше, конструкция такого котла имеет два отдельных контура: для отопления и горячего водоснабжения. Если оборудование работает на отопление, тепло, образующееся при сгорании топлива, передается первичному теплообменнику. При этом подача нагретого теплоносителя во вторичный теплообменник не осуществляется, для чего используется трехходовой клапан.

Нагретый теплоноситель движется по замкнутому контуру AD (с помощью насоса), проходя через все установленные радиаторы, и возвращается обратно в котел для подогрева.

Рисунок 8 – Схема работы двухконтурного котла в режиме «отопление» Обозначения: 1 –горелка газовая; 2 – насос; 3 – клапан; 4 – вторичный теплообменник; 5 – первичный теплообменник

При открытии любого крана в системе горячего водоснабжения клапан перекрывает подачу теплоносителя в отопительный контур, в результате чего происходит нагрев воды во вторичном теплообменнике. Соответственно, при закрытии крана происходит обратное подключение.

Рисунок 9 – Схема работы двухконтурного котла в режиме «ГВС»

Характеристики контуров

Отопительный контур

Отопительный контур выполняется замкнутым, и в нем постоянно движется определенный объем теплоносителя. Как известно, в воде содержится некоторое количество солей кальция и магния, которые при нагревании постепенно выпадают в осадок, образуя на стенках котла, трубопроводов и радиаторов отложения. Но т.к. в этом контуре не осуществляется регулярная подпитка, вода имеет постоянный химический состав, что благоприятно сказывается на работе и долговечности всех элементов отопительной системы.

Контур ГВС

В отличие от контура отопления система ГВС постоянно подпитывается водой по мере ее потребления. В результате этого, вторичный теплообменник быстрее исчерпывает свой ресурс и требует ремонта или замены.

Для продления срока службы оборудования в системе горячего водоснабжения рекомендуется установка очистительных фильтров (один из них обязательно монтируется на подаче холодной воды в котел).

Для обеспечения независимой работы схем в двухконтурное отопление устанавливают бойлер, вода в котором нагревается за счет тепловой энергии котла. В этом случае при открывании крана отопительный контур не перекрывается, т.к. горячая вода будет расходоваться из бойлера. И только в случае нехватки, ее подогрев будет осуществляться по стандартной схеме, описанной выше.

Обязательные меры при проектировании и создании двухконтурного отопления

Для обеспечения надежной работы оборудования особое внимание следует уделить выбору и монтажу системы безопасности, включающей контрольно-измерительное и запорно-регулирующее оборудование и, возможно, независимый источник бесперебойного питания.

В процессе эксплуатации любой системы отопления возможны следующие ситуации:

• отключение воды или снижение ее напора – это событие не будет оказывать влияние на работу котла и отопительного контура. Но для использования ГВС объема воды будет не хватать, в результате чего возможен перегрев или даже выход из строя оборудования. Для предотвращения этого в системе должны быть установлены регуляторы, уменьшающие или останавливающие подачу топлива;
• отсутствие электричества – при недоступности или неработоспособности источника бесперебойного питания прекращается работа циркуляционного насоса, в результате чего происходит перегрев воды и нагревательных элементов. Чтобы исключить поломку оборудования или более опасных ситуаций, необходимо предусмотреть возможность автоматического отключения подачи воды и топлива.

В ряде случаев в качестве временных мер двухконтурное отопление предусматривает наличие отдельного гравитационного контура, который начинает функционировать после отключения насосов. Подобным образом обеспечивается бесперебойная работа системы.

Принцип работы двухконтурного газового котла. В чем главный подвох?

Решить вопросы организации автономного теплоснабжения и обеспечения помещения горячей водой можно очень просто, достаточно приобрести один единственный двухконтурны газовый котел той модели, которая сможет обслужить обе системы одновременно. Пользоваться всеми преимуществами такого оборудования можно, только поняв принцип работы. Данные сведения пригодятся и тем, кому требуется своевременно выявить возможные перебои в работе, а также ликвидировать причины их возникновения.

Как устроен котел, обслуживающий сразу два контура

Главное отличие двухконтурного котла от аналогичного с одним контуром состоит в возможности одновременно обеспечивать помещение отоплением и горячей водой. Первичный теплообменник благодаря своему расположению осуществляет нагрев теплоносителя для того, чтобы система отопления во всем помещении могла функционировать полноценно. Вторичный же несёт ответственность за обеспечение помещения горячей водой в нужном объеме.

Стабильность функционирования принципа работы двухконтурного котла может обеспечить только полная исправность и слаженность эксплуатации каждой составляющей.

Конструкционно любой двухконтурный котёл включает в свой состав такие элементы, как:

• теплообменники в количестве двух штук;
• камера сгорания, к которой в обязательном порядке прилагается горелочный блок;
• защитное оборудование;
• система управления.

Чтобы понять, как именно устроен газовый котёл двухконтурного типа и его принцип работы, следует более подробно рассмотреть отдельно каждый значимый компонент такой конструкции.

Газовые горелки в составе двухконтурного котла

Горелка газового котла ответственна за получение нужного объема тепла, который сможет обеспечить правильную работу отопительной системы в каждом помещении отапливаемого объекта. Также вода нагревается до нужной температуры и уже в горячем виде поставляется в должном объеме. Получить тепловую энергию можно, сжигая соответствующие объемы топлива. Для этого горелка помещается в камеру сгорания, где помимо газа нагнетается ещё и воздух, способствующий поддержанию пламени.

В зависимости от выбранного режима горелки можно условно разделить на одноуровневые, многоуровневные и моделируемые. В первом варианте оборудование работает только в двух режимах – «запуск» и «стоп», отличается высокой экономичностью, стоит недорого и имеет простую конструкцию. Двухуровневые горелки могут функционировать как на полной, так и на частичной мощности. Достоинства его можно оценить в полной мере, начиная с весны, когда надобность в отоплении отпадает, а потому и смысла эксплуатировать прибор на полную силу нет. Модулируемая горелка считается самой дорогостоящей, с её помощью можно настраивать и регулировать мощность работы котла. Последний отличается экономичностью и служит довольно долго.

Конструкционно горелки бывают открытыми и закрытыми. В первом случае тот воздух, без которого полноценное сжигание топлива невозможно, подаётся из помещения, где расположен котёл. Такая система оснащается дымоходом, с его помощью обеспечивается естественная тяга.

Обычной металлической трубой оснащаются атмосферные отопительные котлы, турбированные же модели оборудуются коаксиальным дымоходом. Устанавливать их можно вертикально, однако часто они располагаются под углом — такой вариант подключается к общей шахте, через которую полноценно выводится дым и продукты горения.

Особого внимания заслуживают турбированные модели газовых котлов, в которых установлены камеры сгорания закрытого типа. Кислород в них поступает принудительно, а потому они считаются более надежными и никакой опасности в процессе работы не представляют, что делает их востребованными в жилых помещениях. Помимо дымоотвода им требуется специальной канал — именно по нему кислород будет подаваться в камеру.

Турбированным котлам коаксиальные трубы требуются для того, чтобы выводить дым и втягивать свежий воздух с улицы. В отдельных моделях таких элементов присутствует два, дополнительно они оснащаются трубой для подачи воздуха.

Все перечисленные модели в обязательном порядке оснащаются вентиляторами, продвигающие дым, а также автоматикой и многоуровневой системой защиты.

Какими бывают теплообменники газовых котлов

Теплообменник в газовом котле отвечает за получение тепла для того, чтобы в дальнейшем передать его воде. Если речь идет о двухконтурном котле и его принципе работы, то имеет место наличие первичного и вторичного теплообменника. Первый размещается над горелкой и представлен трубочкой с рёбрами, изогнутой змейкой. Нагретая до нужной температуры вода в теплообменнике продвигается в трёхходовой клапан, после чего поступает в отопительную систему. Вторичный теплообменник представлен целой системой изогнутых волнами пластин, все они совмещены в едином блоке, на котором также располагаются 4 отверстия. Через 2 из них осуществляется проток воды, ещё 2 ответственны за перемещение теплоносителя, который подается в отопительный контур.

Систему двух теплообменников называют сдвоенной. На рынке представлены отопительные приборы, в которых применяется битермический теплообменник. Для него характерна усложненная конфигурация. Для его изготовления применяется медь, сам элемент представлен расположенными друг в друге трубками: по внешней перемещается теплоноситель, внутренняя служит для движения воды, с помощью которой обеспечивается поставка горячей воды.

Оснащенные подобными теплообменниками газовые котлы отличаются сложностью эксплуатации, последняя заключается в затруднительном очищении от накипи. Однако подобные приборы отопления пользуются спросом, так как отличаются небольшими габаритами и очень быстро нагревают воду.

Как осуществляется управление работой котла

Для того чтобы обеспечить стабильную и безопасную эксплуатацию подобного отопительного оборудования, лучше выбрать автоматику. Она контролирует температуру воды в отдельных компонентах, поддерживает на должном уровне температуру теплоносителя и отвечает за грамотный принцип работы двухконтурного котла. При возникновении потенциально опасных ситуаций котел автоматически выключается — подобное проявление демонстрируется, если наблюдается:

• уменьшение давления в газовой системе;
• максимальное нагревание теплоносителя;
• отсутствие тяги.

В тех газовых котлах, которые представлены сегодня на рынке, используется преимущественно «умное» управление, ПО которого позволяет выбрать один из доступных режимов эксплуатации.

Специфика работы котлов с двумя контурами

Те, кто думает, что оба контура в такой системе нагреваются сразу в одно и то же время, ошибаются, на самом деле всё работает совершенно иначе. В нормальном режиме эксплуатации такое оборудование на постоянной основе функционирует только для того, чтобы нагреть циркулирующий в системе теплоноситель. Как часто он будет включаться и насколько интенсивным кажется в процессе действия пламя, зависит от датчика температуры, который контролирует эти процессы. Вместе с горелкой запускается насос, но только в том случае, когда циркуляция теплоносителя естественным путем не оказывает какого-либо воздействия на работу отопительной системы. После того как температура последнего достигает нужного уровня, с датчика отправляется сигнал о том, что активность горелки должна быть уменьшена. После котел работает только в пассивном режиме вплоть до того момента, пока температурный показатель не достигнет запрограммированного уровня. Далее датчик отправляет сигнал на автоматику, которая, в свою очередь, запускает клапан, отвечающий за подачу горючего.

Достаточно предварительно ознакомиться с определёнными тонкостями функционирования газовых котлов, оснащенных двумя контурами, для того, чтобы понять, какие преимущества можно получить от их эксплуатации. Более того, приобретение таких отопительных систем позволяет не приобретать дополнительного оснащения, которое может потребоваться в любом другом случае для того, чтобы обеспечить дом горячей водой. Даже если один контур выйдет из строя, то второй может эксплуатироваться дальше, заменить один контур всё равно обойдется гораздо дешевле, нежели отремонтировать целую нагревательную установку.

Двухконтурный котёл вполне может эксплуатироваться летом, когда надобность в отоплении отпадает и требуется только обеспечить нагрев воды, предназначенной для бытовых нужд. Подобным образом можно действительно сэкономить, так как покупка одновременно двух агрегатов, каждый их которых функционирует автономно, обойдется гораздо дороже.