Принцип работы двухконтурных газовых котлов отопления

Как устроен газовый котел

Принцип работы газового котла отопления в самых общих чертах можно описать следующим образом: тепло, образующееся за счет сгорания газа, передается жидкости, которая затем перемещается по системе отопления, нагревая помещение.

Схема любого газового отопительного устройства обычно предусматривает наличие нескольких основных узлов:

• Горелка;
• Теплообменник;
• Расширительный бак;
• Газовый клапан;
• Система автоматики.

Специфика двухконтурного котла часто предполагает некоторые особенности его внутреннего устройства. Так, например, многие модели оснащаются двумя теплообменниками, каждый из которых отвечает за подогрев «своего» участка. Кроме того, двухконтурный агрегат всегда имеет специальный трехходовой клапан, который переключает его режимы работы (с отопления на горячее водоснабжение и наоборот).

Горелка

Это прямоугольная конструкция с расположенными в определенном порядке отверстиями, через которые подается газ от расположенных снизу форсунок. В зависимости от типа и производительности, газовый котел может оснащаться двумя видами горелок:

• Атмосферные. Газ подается в камеру сгорания исключительно за счет давления в магистрали. Такая горелка работает практически бесшумно и стоит дешевле, поэтому применяется чаще, но ее КПД обычно не превышает 90%;
• Наддувные. Принцип ее работы иной — воздух подается в камеру сгорания при помощи вентилятора. Обычно такие горелки не встраиваются внутрь газового тракта, а устанавливаются при помощи специального внешнего подключения. Их основные преимущества — более высокий КПД и устойчивая работа при нестабильной подаче газа.

По возможности регулировки мощности горелки делятся на три класса:

• Одноступенчатые — пламя всегда горит одинаково. Понятно, что это негативно сказывается как на сроке службы, так и на экономичности приборва;
• Двухступенчатые. Такие горелки немного лучше. Они позволяют использовать агрегат в двух режимах: 50 и 100% мощности;
• Модулируемые. Здесь встроена плавная схема регулировки мощности в широких пределах. Газовый котел с такой горелкой будет максимально экономичным и прослужит дольше других.

Теплообменник

Как мы уже отмечали, двухконтурный котел может использовать один или два теплообменника.

Схема с двумя теплообменниками предполагает монтаж первичного устройства в виде медных труб с пластинчатым оребрением непосредственно над горелкой. Такой конструктивный принцип позволяет передавать тепло газового пламени непосредственно теплоносителю с максимальной эффективностью. Вторичный теплообменник обычно выполняется в виде набора тонких металлических пластин, проходя через которые проточная вода нагревается от горячего теплоносителя.

Если же в котле отопления используется единый теплообменник, то он называется битермическим и представляет собой конструкцию из двух соосных труб. По внутренней трубе проходит сантехническая вода, а внешняя поверхность нагревает теплоноситель.

Преимущества подключения двух теплообменников для двухконтурного котла достаточно очевидны:

• При выходе из строя вторичного теплообменника газовый котел продолжает работать в режиме отопления;
• Первичный теплообменник не подвергается избыточной коррозии из-за постоянно меняющегося состава циркулирующей жидкости;
• Монтаж вторичного теплообменника при выходе его из строя значительно проще и дешевле, чем замена битермического целиком.

Расширительный бак

При нагревании теплоносителя происходит его расширение и увеличение объема. Ввиду этого схема отопления должна предусматривать специальную емкость, в которую будут отводиться излишки жидкости. Обычно требуемый размер бачка можно оценить как 10% от всего объема теплоносителя в системе. Иногда может возникнуть ситуация, когда встроенного бачка не хватит, и потребуется монтаж внешнего.

Газовый клапан

Наличие газового клапана – обязательное условие для подключения системы к магистральному газу. Он регулирует степень подачи топлива, а управляет им схема автоматики. В случае каких-либо поломок подача газа в двухконтурный котел сразу же отключается.

Система автоматики

Схема автоматического регулирования режимов работы двухконтурного теплового агрегата представляет собой набор датчиков, которые анализируют состояние узлов и мест подключения к входным и выходным трассам, и исполнительного устройства, вырабатывающего необходимые сигналы управления:

• Датчики температуры (по их показаниям регулируется модулируемая горелка);
• Датчики газового блока — контролируют давление в топливной магистрали;
• Датчики электроснабжения — включают и выключают котел при перебоях с электричеством.
• Средства самодиагностики.

В каких режимах он может работать?

Существует два основных режима работы двухконтурного газового котла:

• Зимний режим. Это полноценная работа всех систем агрегата — нагрев теплоносителя, подготовка горячей воды с заданными параметрами.
• Летний режим. В теплое время года отопительный контур отключается, активным остается только нагрев ГВС.

Перевод из одного режима в другой производит сам пользователь, это стандартная процедура, не требующая вмешательства специалистов. Владелец сам решает, когда можно отключить отопление и кода его надо запускать.

При этом, подача горячей воды нужна круглый год, поэтому контур ГВС работает всегда, хотя, если в нем отпала необходимость, нагрев воды также можно отключить.

Существует еще один, защитный режим работы газового котла. Он предназначен для исключения замерзания теплоносителя в системе при понижении температуры до установленного предела.

В подобных ситуациях происходит запуск усиленной циркуляции, когда циркуляционный насос начинает гонять ОВ по системе с повышенной скоростью и не дает ей замерзнуть.

В российских условиях подобная функция весьма полезна и позволяет избежать серьезных проблем.

Поломки и неисправности

Газовый котел — это сложная система, и основная опасность состоит в применении взрывоопасного топлива. Для контроля работы котла включается специальная автоматика, которая регулирует оптимальную работу агрегата. Если ваш котел не работает при включении, то нужно убедиться, что кто-то случайно не переключил термостат. Нужно его включить, установить температуру и подождать подъема до этой температуры. Следует проверить, включается ли сигнальная лампа, и отключить подачу газа.

Если ваш агрегат плохо работает из-за перегрева, то в данном случае ремонт котлов АОГВ будет заключаться в чистке теплообменника. Если у вас срабатывает датчик перегрева, то следует сразу выключить котел и вызвать ремонтника. Профилактика, ремонт и безопасность При использовании котлов для нагрева воды рекомендуется соблюдать следующие правила:

• для того чтобы в теплообменнике накипь образовывалась не так быстро, следует пользоваться водой при температуре не выше 45°С;
• производить чистку теплообменника раз в 2-5 лет, в зависимости от жесткости воды, температуры нагрева и от количества используемой воды;
• установить фильтр на входе холодной воды, который периодически чистить и заменять.

Что касается безопасности, то рекомендуем приобретать газовый котел для нагрева воды с дополнительными элементами безопасности. Это могут быть:

• блокировочный термостат, который отключает подачу газа, если вода перегревается;
• датчик пламени при затухании огня, отключает подачу газа;
• датчик, контролирующий тягу;
• устройство отключения при недостаточном уровне жидкости;
• блокираторы, срабатывающие при перепадах электропитания, при отключении подачи газа, при отключении подачи воды.

Двухконтурные газовые котлы по типу размещения

По типу размещения двухконтурные системы отопления подразделяют на:

• напольные;
• настенные.

Первые предназначены для отопления больших площадей и обычно имеют мощность больше 25 кВт. Их недостатком является внушительный размер, поэтому потребуется искать место в доме, где лучше всего разместить такую громоздкую конструкцию. Также следует учесть тот факт, что агрегаты мощностью более 50 кВт даже с турбированной горелкой должны находиться только в специально оборудованной котельной.

Настенные двухконтурные газовые котлы более популярны у потребителя за счет своей компактности и доступной цены. Однако их выпускают с ограниченным показателем мощности – до 35 кВт. Этого достаточно, чтобы обогреть помещение площадью до 300 м². Для отопления более крупных сооружений придется приобретать напольную модель.

Настенные агрегаты легко переносить и монтировать, они не занимают много места и впишутся в любой стиль интерьера.

Чтобы правильно подобрать двухконтурный газовый котел, следует внимательно проанализировать условия, при которых он будет эксплуатироваться. А затем, основываясь на них, купить агрегат с подходящими возможностями и характеристиками.

С бойлером или без

Речь пойдет о том, как подогревается вода. Обычный двухконтурный газовый котел действует как проточный водонагреватель. Горячая вода часто нужна не постоянно, а небольшими порциями, что приводит к частым включениям/выключениям котла. Такой режим приводит к быстрому износу оборудования, ноне выключать воду слишком дорого. Решение этой проблемы — двухконтурный газовый котел с бойлером.

Подключение бойлера косвенного нагрева к двухконтурному газовому котлу

Бойлерный газовый котел имеет небольшой встроенный накопитель, в котором хранится некоторый запас нагретой воды. Когда открывается кран горячей воды, расход идет из емкости, когда запас подходит к концу, включается горелка и продолжает греть воду. После того, как кран закрыли, котел еще некоторое время работает, заполняя бойлер, затем отключается. Такой режим работы приводит к меньшему износу оборудования. Недостаток газовых котлов со встроенными бойлерами — большие размеры, ведь надо еще где-то разместить бойлер. Есть модели с выносным бойлером, тогда емкость соединяется с котлом, а устанавливаться может пол котлом или рядом с ним.

Настенные и напольные котлы

По исполнению двухконтурные котлы делятся на настенные и напольные. Настенные отличаются компактностью и станут идеальным решением для домов с дефицитом жилплощади. В напольные встраивается объемный бойлер, что существенно увеличивает габариты устройства. Хорошим выбором станет решение купить котел газовый двухконтурный турбированный, о котором пойдет речь чуть ниже.

Обычно газовые котлы настенные двухконтурные с объемом бойлера свыше 100 литров запрещается вешать на стену, поэтому выпускаются производителями как напольные. Через большой корпус чем-то напоминают холодильники. Обычно эти котлы устанавливаются в отдельных помещениях: котельных, мастерских или кладовках. Мощность котлов составляет от 30 кВт и выше.

Напольные котлы с чугунным теплообменником не имеют бойлера. В теплообменнике происходит процесс теплообмена между теплоносителями, где каждый имеет разную температуру. Тяжелый чугунный теплообменный аппарат, стойкий и неприхотливый, но его цена намного выше.

Настенные агрегаты с оснащенным бойлером весьма удобны для подачи теплой воды.

Некоторые могут автоматически смешивать холодную и горячую воду, поддерживая указанный температурный режим. Котлы настенные можно использовать в квартирах. Их пропускной способности вполне достаточно для обычного небольшого дома, а малые размеры и лаконичный дизайн не привлекают к себе внимания и не мешают жильцам.

Отличным вариантом покупки станет двухконтурный газовый котел с бойлером косвенного нагрева, что довольно легко устанавливается на стену. Это устройство оснащено закрытой камерой сгорания и используется в локальных системах водного отопления принудительной циркуляции.

Твердотопливные двухконтурные агрегаты

Такие двухконтурные котлы представлены несколькими видами. Их можно объединить в две группы:

1. Стандартные.
2. Агрегаты длительного горения.

В первых топливо сгорает очень быстро, и поэтому каждые 2 часа приходится подбрасывать дрова. Вторые радуют более длительным горением: одна закладка топлива может гореть от 12 часов до 5 суток. Есть и устройства со сверхдлительным горением: одна загрузка горит 30 суток. Многие эксперты рекомендуют включать их в свой проект отопления дома и делать все расчеты, учитывая такие установки.

Котлы длительного горения бывают:

1. Шахтными.
2. Классическими с топкой, имеющей большие размеры.
3. Устройствами с цилиндрической формой и принципом сгорания топлива «сверху вниз».
4. Пеллетными.
5. Пиролизными.

Модификации всех этих видов имеют только напольное исполнение.

Преимущества двухконтурных котлов

Основным преимуществом отопительного оборудования с двумя контурами является их способность выполнять сразу две функции: отопление и горячее водоснабжение, что позволяет сэкономить на покупке бойлера или колонки для нагрева воды. Даже если один контур выйдет из строя и не сможет дальше выполнять свою работу, второй не пострадает, так как работают они автономно. Для решения этой проблемы можно просто поменять контур на новый.

Газовый двухконтурный котел

Двухконтурные котлы просты в эксплуатации, надёжны, компактные. Кроме того, работает оборудование на газе, который считается самым дешёвым топливом на сегодняшний день. На рынке представлен широкий модельный ряд двухконтурных газовых котлов, что позволяет владельцам выбрать наиболее подходящий агрегат в соответствии со своими предпочтениями и финансовыми возможностями.

Принцип работы газового котла отопления: схема нагрева

Основная функция отопительного оборудования заключается в подогреве теплоносителя путем прямой передачи тепловой энергии, которая образуется в ходе горения газообразного вещества. Для наглядности ниже рассматривается процесс работы одноконтурного устройства, неспособного обеспечивать нагрев воды для потребительских нужд.

Газ, подающийся под определенным давлением из магистральной сети, попадает в специальную камеру, где и происходит его возгорание

Важно, чтобы данный процесс был полностью безопасным. Мощность горения контролируется при помощи различных датчиков и системы автоматики

При появлении пламени происходит выделение значительного объема тепла. Оно передается отопительной системе непосредственно через теплообменник, внутри которого циркулирует рабочая жидкость. Нагрев осуществляется снаружи. На теплообменник воздействует струя горящего газа. В качестве материала для этого элемента используется чугун, сталь или медь.

Схема с принудительной циркуляцией

Является наиболее простой системой, т.к. схема содержит минимальное количество элементов.

Состав оборудования при принудительной схеме:

• Котел.
• Измерительные приборы.
• Радиаторы.
• Трубопровод.
• Предохранительный клапан.
• Циркуляционный насос.
• Расширительный бак.

Схема с принудительной циркуляцией

• Подготовленный теплоноситель с рабочими параметрами насосом подается в верхнюю точку системы.
• За счет гравитации жидкость двигается по трубопроводам и наполняет радиаторы последовательно (так как на разработанной схеме).
• По обратному контуру вода циркуляционным насосом поступает обратно в котел для дальнейших циклов.

Преимущества:

• Минимальное количество узлов в схеме.
• Относительно высокий КДП.
• Равномерный нагрев радиаторов.
• Низкая стоимость строительно-монтажных работ и оборудования.
• Возможность работы в режиме естественной циркуляции – при отключении от электросети насоса вода в системе циркулирует самотеком.

Недостатки:

Малая эффективность системы в домах с большой площадью.

Особенности монтажа такого котла

При монтаже газового котла необходимо соблюдать многие важные моменты, которые должны обеспечить безопасную и точную работу тепловой установки:

1. Место монтажа агрегата должно быть одобрено газовыми службами и соответствовать всем нормам.
2. Проект подключения системы должен быть составлен изначально в бумажном варианте, а затем согласован с сотрудниками газовой компании.
3. Специалисты из профильной службы должны установить счетные приборы для контроля над расходом топлива.
4. Перед тем, как устанавливать котел, рекомендуется проверить его полную комплектацию.
5. Сначала стоит разметить на поверхностях все точки, куда будет вмонтировано оборудование.
6. Далее последовательно подключить все системы.
7. После этого проводится первое испытательное заполнение контура теплоносителем.
8. Затем осуществляется пробная протопка котла.
9. Если при первом пуске есть какие-либо неполадки или чувствуется запах газа, лучше вызвать специалиста, чтобы он провел обследование системы.

Один или два контура для настенного и напольного котлов?

Главное отличие одноконтурного котла от двухконтурного — возможность нагрева проточной водопроводной воды.

Одноконтурный состоит из трёх частей:

1. Горелки.
2. Теплообменника.
3. Системы контроля и управления.

Двухконтурный гораздо сложнее одноконтурного. В нём есть узлы, отвечающие за нагрев горячей воды. Это дополнительный теплообменник, трёхходовой клапан, циркуляционный насос, система датчиков и электронная автоматика.

Двухконтурный котёл работает в двух режимах:

1. Режим нагрева теплоносителя отопления. В горелке сжигается газ, нагревающий теплоноситель. Включение и интенсивность пламени регулирует простейшая механическая или электрическая автоматика, теплоноситель прокачивается насосом.
2. Режим ГВС. Пользователь открывает кран душа, например. Вода начинает циркулировать через котёл, включается датчик давления. Автоматика включает трёхходовой клапан. Горячий теплоноситель начинает циркулировать через вторичный теплообменник, который нагревает воду для душа. Как только пользователь закрыл кран, циркуляция теплоносителя через вторичный теплообменник прекращается.

Фото 1. Схема, показывающая работу двухконтурного котла. Синим цветом изображено движение холодной воды, красным – горячей.

Если в доме уже есть система отопления с одноконтурным котлом, горячее водоснабжение обеспечивается дополнительным бойлером косвенного нагрева. Такая схема имеет как достоинства, так и недостатки. Использование двухконтурного дешевле, современные котлы технологичны и позволяют нагреть столько воды, сколько требуется с точностью соблюдения заданной температуры.

Устройство отопительного оборудования

Различные элементы газового котла изготавливаются из соответствующих поставленным задачам материалов.

При выборе стоит обратить на несколько полезных мелочей, влияющих на стоимость и долговечность прибора.

• Корпус и детали трехходового клапана или датчиков с подвижной частью делаются из латуни, бронзы или пластика. Применение корродирующих металлов нежелательно.
• Трубы обвязки котла чаще выполняются из того же материала, что и теплообменник.
• Корпус и каркас — из листовой стали.
• Теплообменники одноконтурных котлов изготавливаются из стали или чугуна, реже из алюминия или меди. Для двухконтурных применяется медь или нержавеющая сталь. Лучше всего выбирать котлы с медными теплообменниками, так как медь меньше подвержена коррозии, имеет отличные характеристики по теплопередаче.

Важно! При выборе и монтаже котла желательно следить за тем, чтобы не образовывалось электрохимической пары. При наличии в системе медных и алюминиевых элементов, последние неизбежно корродируют

Поэтому не стоит ставить алюминиевые батареи и медный теплообменник.

Схема газовых котлов

Они состоят из:

1. горелки;
2. автоматики;
3. проточного теплообменника;
4. дополнительного теплообменника;
5. трехходового клапана;
6. мембранного (расширительного) бака;
7. группы безопасности;
8. циркуляционного насоса;
9. дымохода.

Горелка и проточный теплообменник размещаются внутри камеры сгорания пропана. Последняя может быть закрытой или открытой. Закрытая камера получает воздух, необходимый для сгорания пропана или другого газа, через коаксильный дымоход. Он представляет трубу с еще одной трубой в середине. Внутренняя труба предназначена для подачи свежего воздуха в закрытую камеру, а внешняя — для отвода угарных газов.

Что касается открытой камеры сгорания, то воздух в нее поступает изнутри одноэтажного дома. Следует брать в расчет, что для котла с такой топкой надо делать стандартный дымоход.

Расположенный внутри закрытой или открытой камеры сгорания теплообменник предназначен для нагрева теплоносителя. Он является первым контуром.

Второй контур представлен небольшим по размерам дополнительным теплообменником, который находится за пределами закрытой камеры сгорания. Он представляет собой емкость с трубой-спиралью. В бак подается теплоноситель, а в трубу –  холодная вода.

Вместо такой емкости может быть небольшой косвенный бойлер. Его объем может достигать 60 л. Его имеют настенные модели. Стоит добавить, что при выборе в расчет стоить брать и напольные устройства с бойлером послойного нагрева.

Настенные газовые установки могут иметь не только раздельные контуры, но и контуры, объединенные в одну конструкцию. Ее называют битермальной. Она имеет такое строение, как и коаксильный дымоход. Правда, по внутренней трубе движется холодная вода, а по внешней — теплоноситель. Битермальный элемент хорош, но лучше выбрать агрегат с раздельными теплообменниками. Это стоит сделать из расчета на то, что при поломке бачка для ГВС, система отопления будет работать.

Принцип работы

Рабочий процесс основан на работе первичного теплообменника. Теплоноситель поступает в него и получает определенную температуру в пламени горелки. Она конструктивно совмещена с первичным теплообменником, находится в его нижней части, что обеспечивает максимальную эффективность нагрева.

Затем ОВ выходит из первичного и сразу поступает во вторичный теплообменник. Чем короче путь из одного устройства в другое, тем меньше теплопотери при транспортировке ОВ и тем выше эффективность котла.

Отдав некоторую часть тепла, ОВ проходит в трехходовой кран, где окончательно настраивается ее температура, после чего выводится в отопительный контур.

Циркуляционный насос обеспечивает подачу теплоносителя в стабильном режиме, а вентилятор турбонаддува выполняет дымоудаление и обеспечивает процесс горения.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Существуют конденсационные котлы, в которых нагрев теплоносителя происходит поэтапно — сначала он получает энергию от конденсата, осажденного из дыма, а затем нагревается в обычном режиме. Это относительно новая технология, которая позволяет экономить топливо и увеличить срок службы узлов котла

Однако, она работает только в низкотемпературных системах и в российских условиях бесполезна.

Отвод продуктов сгорания

С устройством и принципом работы газовых котлов примерно стало все понятно, но необходимо понимать, как работают другие важные узлы отопительного агрегата. Немаловажную роль играет система удаления продуктов сгорания. Она может быть открытого или закрытого типа. В первом случае отработанные газы выходят через дымовую трубу системы вентиляции. Что касается подачи воздуха, то она осуществляется из помещения, где установлен прибор без каких-либо дополнительных приспособлений. Турбинные горелки относятся к конструкциям закрытого типа. Они обеспечивают принудительный забор воздуха и отвод газов посредством специальных трубопроводов.

Базовые элементы конструкции

Прежде чем коснуться непосредственно принципа работы газовых котлов отопления, следует ознакомиться с их строением. Обычно устройства состоят из следующих элементов.

1. Горелка обеспечивает нагрев теплоносителя. Газ подается в камеру сгорания посредством специальных форсунок, которые позволяют равномерно распределить пламя.
2. Теплообменник отдает тепловую энергию жидкости, циркулирующей в отопительной системе.
3. Система автоматики предназначается для безопасности и управления режимом работы.
4. Приспособление для отвода отработанных газов.

Иногда в котел встраивается циркуляционный насос, позволяющий обеспечивать принудительное движение теплоносителя в трубах системы отопления. Однако такие модели стоят дороже. Они не пользуются популярностью у потребителей. Чаще всего насос устанавливается отдельно.

Особенности устройства двухконтурных агрегатов

Устройство двухконтурного газового котла дает возможность агрегату функционировать в двух режимах, обеспечивая нагрев теплоносителя и воды для хозяйственных нужд. Основу конструкции напольного или настенного газового теплогенератора представляют:

• корпус, оснащенный теплоизоляционным слоем;
• горелка;
• теплообменник;
• циркуляционный насос;
• автоматика, отвечающая за работу оборудования и безопасность.

Газообразное топливо сгорает в специальной камере, выделяя тепло и продукты окисления. Тепло используется на нагрев теплообменника, продукты горения выводятся наружу через дымоход, предварительно проходя вдоль теплообменника и отдавая ему основную часть тепловой энергии.

Нагрев воды для ГВС двухконтурным котлом обеспечивается за счет использования сдвоенного пластинчатого теплообменника (в том числе в комплекте с накопительной емкостью) либо битермического теплообменника.

Устройство двухконтурного котла Navien

Выводы и рекомендации

Двухконтурная система подходит для большинства домов разной этажности и площади. Главное – правильно подобрать конструкцию и сделать расчеты. Тогда в комнатах будет тепло, а все элементы теплосистемы прослужат долго.

При покупке комплектующих не берите дешевые китайские модели

Иначе все отопление через пару лет придется переделывать.
Если в систему планируется заливать незамерзайку, при покупке радиаторов и комплектующих обращайте внимание на совместимость с такими растворами.
Нередко установить такую теплосистему легче, чем добиться ее стабильной работы. Поэтому, если не получилось отбалансировать все элементы самостоятельно, не бойтесь обращаться к специалистам.