Принцип работы газовыхз котлов и их особенности

Принцип действия двухконтурного и напольного котла

Наиболее распространённым вариантом у потребителей считаются двухконтурные котлы отопления. Устройство данного вида включает в себя два теплообменника. Первичный контур (основной), отвечает за всё отопление в целом. В нём происходит нагрев воды, непосредственно для отопительной функции. Вторичный контур нагревает проточную, водопроводную воду от теплоносителя до установленной температуры. В отдельных вариантах встречаются комбинированные устройства. То есть в одном теплообменнике происходи нагрев основного теплоносителя и воды для бытовых нужд.

Принцип работы напольного газового котла мало чем отличается от настенного варианта. Конструктивные особенности напольного варианта, это одноконтурная система обогрева с одним, единственным теплообменником. Далее он, греет воду для общей системы отопления.

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.

Важно! Если в вашем районе поставки электричества нестабильны, то лучше присмотреться к энергонезависимым напольным агрегатам или дополнительно установить источник бесперебойного питания. 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

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.

Пеллетные котлы

Котлы, работающие на пеллетах сложно отнести к какому-то классу, потому о них обычно говорят отдельно. Топливо для этого типа котлов — небольших размеров гранулы из спрессованных опилок. Для хранения пеллет возле котла делают бункер. Его размер определяет время автономной работы оборудования. При достаточном количестве места бункер можно сделать на несколько тонн топлива. Минимальный размер — на пару ведер, чего хватает на день работы.

Котел на пеллетах

Пеллетный отопительный котле оснащен специальной горелкой. Пеллеты из бункера автоматически подаются в зону горения, где сгорают практически без остатка. Нормального качества гранулы дают всего 3-5% золы. Потому чистка требуется редко — раз в неделю или даже раз в несколько недель. Оборудование полностью автоматизировано, при достаточном запасе топлива можно не наведаться неделями.

Но и тут не обошлось без недостатков. Первый — высокая цена на оборудование. Второй — требовательность к качеству пеллет. Они должны иметь малую зольность, хорошую теплотворную способность, не должны ломаться и крошиться. В остальном пеллетный котел для отопления частного дома — хороший выбор. Его плюс еще в том, что используются отходы деревообрабатывающей промышленности.

Внутренние устройства газового котла

Внутренние устройства котельного оборудования можно разделить на две группы:

1. Обязательные;
2. Дополнительные.

К обязательным конструктивным элементам газового котла относятся:

1. Горелочное устройство;
2. Теплообменник;
3. Наружная обшивка (кожух);
4. Элемент управления температурой теплоносителя;
5. Газовый клапан.

Горелочное устройство состоит из группы труб с перфорацией по диаметру, воздухозаборной решеткой (атмосферные горелки). В закрытые камеры сгорания воздух нагнетается вентилятором. Наддувные горелки оборудованы вентилятором повышенной производительности.

Теплообменный аппарат – трубчатый змеевик с пластинами оребрения. Выполняется из чугуна или стали.

Стальные теплообменники отличаются высокой прочностью, более высокими показателями теплопередачи. Сталь несколько легче чугуна, поэтому все настенные агрегаты имеют теплообменник из этого материала. Сталь более подвержена коррозии, срок службы изделий из нее меньше чугунных аналогов.

Чугунные теплообменные аппараты тяжелее, но меньше подвержены коррозии. Чугун отрицательно реагирует на гидроудары и резкое изменение температуры. При резком вбросе холодной воды (в процессе подпитки системы) горячий теплообменник может лопнуть.

Наружная обшивка выполняется из стали или пластика, под ней иногда оборудуется слой тепловой изоляции.

Элемент управления температурой имеет различные модификации – от механической до дистанционного управления режимом работы.

Газовый клапан осуществляет процесс подачи газа, регулирует величину объема подаваемого на горение топлива. Работа его напрямую зависит от терморегулятора температуры теплоносителя.

К дополнительным элементам относятся:

1. Циркуляционный насос;
2. Расширительный бак (экспанзомат);
3. Вентилятор системы удаления дыма и забора воздуха;
4. Теплообменник ГВС;
5. Трехходовой клапан ГВС;
6. Система управления и автоматики.

Циркуляционные насосы всегда приблизительно соответствуют по производительности тепловой мощности котла. Объем встроенного расширительного бака довольно мал, рекомендуется проводить проверочный расчет его соответствия смонтированной системе отопления.

Вентиляторами оборудуются настенные котлы с закрытой камерой сгорания. Система ГВС входит в состав двухконтурного котла, как настенного, так и напольного типа.

Системы управления отличаются степенью сложности и наполненности функциями. Простейшие системы осуществляют управление температурой, имеют ряд блокировок безопасности (от закипания, наличие протока и так далее).

Более сложные системы обладают возможностями самодиагностики, интегрирования с системами погодозависимой автоматики, программирования режимов работы, дистанционное управление.

Особенности использования

Для нормальной работы газового котла, поддержания горения, необходима воздушная масса, которая может забираться непосредственно из помещения, где установлено оборудование, либо извне. Автономное отопление с помощью котла на естественной тяге допускается не во всех помещениях. Они должны обязательно отвечать действующим нормативам.

С принудительной тягой дело обстоит несколько иначе. Забор воздуха с последующим отведением продуктов сгорания осуществляется со стороны улицы или специального помещения. Процесс выполняется за счёт вентилятора. Отвод идёт по воздуховодам, отличающимся небольшим диаметром. При такой тяге устройство допускается монтировать в квартире, либо в подвале загородного дома.

Забор воздуха.

Классификация котельных агрегатов

Котлы как технические устройства для производства пара или горячей воды отличаются многообразием конструктивных форм, принципов действия, используемых видов топлива и производственных показателей. Но по способу организации движения воды и пароводяной смеси все котлы могут быть разделены на следующие две группы:

– котлы с естественной циркуляцией;

– котлы с принудительным движением теплоносителя (воды, пароводяной смеси).

В современных отопительных и отопительно-производственных котельных для производства пара используются в основном котлы с естественной циркуляцией, а для производства горячей воды – котлы с принудительным движением теплоносителя, работающие по прямоточному принципу.

Современные паровые котлы с естественной циркуляцией делают из вертикальных труб, расположенных между двумя коллекторами (верхним и нижним барабанами). Их устройство показано на чертеже на рис. 10, фотография верхнего и нижнего барабана с соединяющими их трубами – на рис. 11, а размещение в котельной – на рис. 12. Одна часть труб, называемых обогреваемыми «подъемными трубами», нагревается факелом и продуктами сгорания топлива, а другая, обычно не обогреваемая часть труб, находится вне котельного агрегата и носит название «опускные трубы». В обогреваемых подъемных трубах вода нагревается до кипения, частично испаряется и в виде пароводяной смеси поступает в барабан котла, где происходит ее разделение на пар и воду. По опускным не обогреваемым трубам вода из верхнего барабана поступает в нижний коллектор (барабан).

Движение теплоносителя в котлах с естественной циркуляцией осуществляется за счет движущего напора, создаваемого разностью весов столба воды в опускных и столба пароводяной смеси в подъемных трубах.

Рис. 10. Паровой котел серии КЕ, работающий на твердом топливе

Рис. 11. Верхний и нижний барабаны и трубы парового котла

Рис. 12. Паровой котел с верхним и нижним барабанами в котельной

В паровых котлах с многократной принудительной циркуляцией поверхности нагрева выполняются в виде змеевиков, образующих циркуляционные контуры. Движение воды и пароводяной смеси в таких контурах осуществляется с помощью циркуляционного насоса.

В прямоточных паровых котлах кратность циркуляции составляет единицу, т.е. питательная вода, нагреваясь, последовательно превращается в пароводяную смесь, насыщенный и перегретый пар.

В водогрейных котлах вода при движении по контуру циркуляции нагревается за один оборот от начальной до конечной температуры.

По виду теплоносителя котлы разделяются па водогрейные и паровые. Основными показателями водогрейного котла являются тепловая мощность, то есть теплопроизводительность, и температура воды; основными показателями парового котла – паропроизводительность, давление и температура.

Водогрейные котлы, назначением которых является получение горячей воды заданных параметров, применяют для теплоснабжения систем отопления и вентиляции, бытовых и технологических потребителей. Водогрейные котлы, работающие обычно по прямоточному принципу с постоянным расходом воды, устанавливают не только на ТЭЦ, но и в районных отопительных, а также отопительно-производственных котельных в качестве основного источника теплоснабжения.

Рис. 13. Устройство парового котла

Рис. 14. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

По относительному движению теплообменивающихся сред (дымовых газов, воды и пара) паровые котлы (парогенераторы) могут быть разделены на две группы: водотрубные котлы и жаротрубные котлы. В водотрубных парогенераторах внутри труб движется вода и пароводяная смесь, а дымовые газы омывают трубы снаружи. В России в XX веке преимущественно использовались водотрубные котлы Шухова. В жаротрубных, наоборот, внутри труб движутся дымовые газы, а вода омывает трубы снаружи.

По принципу движения воды и пароводяной смеси парогенераторы подразделяются на агрегаты с естественной циркуляцией и с принудительной циркуляцией. Последние подразделяются на прямоточные и с многократно-принудительной циркуляцией.

Примеры размещения в котельных котлов разной мощности и назначения, а также другого оборудования, показаны на рис. 14- 16.

Рис. 15. Примеры размещения котлов и другого оборудования в котельной

Рис. 16. Примеры размещения бытовых котлов и другого оборудования

Напольные газовые котлы

Напольные газовые котлы устанавливаются прямо на пол или, если он деревянный, на негорючую подставку. Это снимает ограничения на вес и габариты агрегата, но вводит требования к помещению — для напольных котлов нужна обособленная комната с полноценным дверным и оконным проемом.

При этом, возможности напольных котлов заметно выше, особенно это относится к параметрам ГВС. Все одноконтурные напольные котлы могут быть подключены к внешнему накопительному бойлеру косвенного нагрева, что позволяет получить полноценное снабжение горячей водой, заметно опережающее параметры двухконтурных моделей.

Основной принцип работы агрегатов ничем не отличается от настенных моделей, вся разница заключается только в мощности, размерах и условиях установки.

Виды

Напольные газовые котлы изготавливаются во всех известных конструкционных вариантах. Их можно разделить на группы по разным признакам.

По функционалу:

• одноконтурные. Используются только для нагрева теплоносителя. При подключении внешнего бойлера способны обеспечивать помещение горячей водой на уровне централизованного водоснабжения;
• двухконтурные. Способны параллельно с нагревом теплоносителя готовить горячую воду для хозяйственных нужд.

По способу теплопередачи:

• конвекционные. Обычный нагрев жидкости в пламени газовой горелки;
• конденсационные. Производится двухступенчатый нагрев теплоносителя — сначала в конденсационной камере от тепла выводимого дыма, а затем обычным способом. Конструкция имеет специфические условия для полноценной работы — нужен либо низкотемпературный контур (теплый пол), либо перепад наружной и внутренней температур не должен превышать 20°;
• парапетные. Агрегаты, способные работать в небольших помещениях без отопительного контура. В корпусе есть отверстия, которые обеспечивают циркуляцию горячего воздуха по принципу конвектора.

По материалу теплообменника:

• стальной. Используется нержавейка толщиной до 3 мм;
• медный. Как правило, устанавливают змеевик, обладающий высокой долговечностью и теплопередачей;
• чугунный. Применяют на мощных моделях, нуждающихся в стабильной и эффективной работе узла.

По типу электропитания:

• энергозависимые. Котлы, в конструкции которых использованы устройства, требующие подключения к сети;
• энергонезависимые. Агрегаты, способные работать без подключения к сети электропитания.

ВАЖНО!

Энергонезависимые котлы хороши в условиях нестабильной подачи энергии, или в отдаленных поселках.

Характерные особенности

Все современные котлы отопления оборудованы модульным блоком с возможностью регулировки силы горения газа в теплообменнике. Можно точно устанавливать заданные параметры температур. Например, в двухконтурных котлах можно проводить автоматическую модуляцию (подачу) газа, с сохранением заданных параметров температуры, при любом расходе воды.

Необходимо заметить, что при использовании автоматики, даже при увеличении напора воды, температура сохраняется в заданных приделах. Расход газа при этом не увеличивается, а в некоторых случаях наоборот может уменьшаться. Это положительно влияет на потребительские показатели экономии.

Ранее системы отопления состояли из конструкций, не включающих насос принудительного нагнетания теплоносителя. Циркуляция воды в системе происходила посредством разницы температур в подаче и обратке. А также установке расширительного бачка на определённой высоте.

В современных котлах, для увеличения функциональных возможностей и качества обогрева используются циркуляционные насосы для разгона воды по системе. Этот элемент значительно повлиял на принцип работы газового котла. Такой способ увеличивает скорость движения жидкости в системе, радиаторах (батареях). Тем самым осуществляется равномерная подача тепла от теплоносителя во всех помещениях.

Необходимо заметить, что подача воды в насос осуществляется через сетку-фильтр. В частых случаях, при забитом фильтре нарушается необходимая циркуляция воды, и батареи не нагреваются до установленных температур. Поэтому паниковать, думать, что котёл неисправен, нет необходимости, нужно просто проверить фильтрующий элемент перед насосом.

Наиважнейшую роль в эксплуатации всех котлов играет система газоотведения. В любом случае элементы продуктов горения должны отводиться за пределы жилых помещений, в атмосферу

Не важно, какой конструкции котёл. Отработавшие газы должны в полном объёме уходить из теплообменника, через специальный дымоход на улицу

Обычно различные конструкции газовых котлов оборудованы своей системой газоотведения.

Главным критерием стабильной работы котла является правильная установка самого дымохода в условиях квартиры или дома. От этого зависит не только вывод дыма в атмосферу, но и отсутствие возможных задуваний с последующим потуханием котла при резких порывах ветра. Обычно на дымоходы котлов с открытой камерой сгорания устанавливают дополнительные козырьки для защиты от ветра.

Коаксиальный дымоход настенного газового котла

Для обеспечения безопасного и стабильного принципа работы в современных газовых котлах установлены датчики контроля и управления рабочими процессами. В двухконтурных моделях, датчики установлены в обеих системах. Безопасная работа современных котлов предусматривает автоматическое выключение и включение всей системы при отсутствии электричества. Если по каким, либо причинам пропала подача газа, сработает электромагнитный клапан, тем самым при возобновлении подачи газа, не будет утечки в атмосферу. Но перезапускать котёл придётся в ручном режиме.

Хорошо себя показала защита от замерзаний. Это довольно удобный способ для использования на дачах, частных домах, где система отопления используется редко. Принцип действия заключается в поддержке оптимальной температуры в системе, 5-6 градусов. Как только температура опускается до данных пределов, датчики включают горелку автоматически. Происходит прогрев всей системы до установленных пределов и запланированное отключение.

Функция разблокировки насоса нагнетания теплоносителя, продлевает срок службы самого насоса. В режиме, когда отопление выключено, насос включается один раз в сутки на 2 минуты. Происходит его проработка и разгон застойных элементов лопастей. Таким образом, сохраняются его функциональные способности.

Отличным новшеством можно отметить встроенную систему диагностики газовых котлов. Она контролирует все режимы работы и при нарушении установленных функций выдаёт на табло код ошибки. Таким образом, диагностируется 90% всех неисправностей котла. Пользователю остаётся только сообщить код ошибки представителям сервисных служб. Это, позволяет мастеру предварительно определит, какая неисправность в котле.

Двухконтурные

Газовые двухконтурные котлы также обеспечат ваше жилье подачей горячей воды, что делает их более функциональными. Если вы желаете обеспечить свой дом горячим водоснабжением, то установите напольные или настенные котлы с двумя контурами.

Двухконтурные приборы производят поочередный нагрев теплоносителя или воды для водоснабжения. Если нагревается одно, то другое остывает. Если вы будете долго пользоваться горячей водой, например, принимать душ или мыть большой объем посуды, то теплоноситель для системы отопления будет остывать. Чтобы его температура не упала меньше минимальных допустимых значений, двухконтурные газовые котлы оснащают автоматикой. Она включает нагрев воды, если температура теплоносителя опустилась слишком низко. Это требования безопасности.

Положительные стороны

Если вы выбираете оборудование для отопления своего дома, то стоит обратить внимание именно на напольные двухконтурные газовые котлы. Используя такие устройства, вы получаете:

• независимый источник горячего водоснабжения;
• более совершенную систему автоматики;
• высокий КПД, особенно если применяются системы коаксиального дымохода.

Не стоит забывать и о стоимости. Использование газа в системе отопления существенно удешевляет весь процесс. Сегодня газопроводы есть практически во всех поселках, а поставляемый газ стоит недорого. Если вы отапливали свой дом с помощью электричества, а затем установили напольный газовый котел, то приходящие счета вас приятно обрадуют.

К тому же двухконтурные напольные котлы имеют большую мощность. Если вы купите настенное оборудование, то с его помощью можно отопить помещения площадью менее 500 квадратных метров. Если ваш дом существенно больше, то без системы напольного типа вам не обойтись.

Как работает

Напольный газовый котел с двумя контурами может работать в двух режимах:

• нагрев теплоносителя для системы отопления;
• нагрев воды для системы горячего водоснабжения.

При работе в первом режиме вода нагревается в теплообменнике. Температура теплоносителя на выходе регулируется настройками. Как правило, она может лежать в пределах от +35 до + 80 градусов. Как только термостат регулирует понижение температуры воды ниже заданного уровня, аппаратура включается. К горелке подается газ, который, сгорая, нагревает теплоноситель. Вода подается в систему отопления под определенным давлением. Когда теплоноситель нагрелся выше верхней установленной планки, то котел переходит в режим ожидания.

Также происходит нагрев воды во втором контуре, который служит для обеспечения горячего водоснабжения. Чтобы вода из одного контура не попала во второй, используется сложный трехходовый клапан. При наступлении лета, когда в отоплении нет необходимости, напольный газовый двухконтурный котел можно перевести в летний режим. В этом случае трехходовый клапан перекрывает систему отопления. В результате теплоноситель будет обращаться только в одном контуре.

Нагрев включается от сигнала датчика давления. Как только реле замыкается от расхода воды более 2,5 л, происходит розжиг горелки, а затем автоматика подает команду на подачу газа. Аппаратура начинает нагревать теплоноситель до определенной температуры, а затем переходит в этап плавного регулирования.

Автоматика настраивается так, что горелка выключается, если температура воды на 5 градусов выше от заданной. А если вода остынет на 1 градус от минимального значения, то горелка вновь включится. При этом напольный газовый двухконтурный котел, настроенный на летний режим, не тратит мощность на нагрев контура отопления. Это позволяет существенно экономить топливо, а значит и средства пользователя.

Системы дымоотвода

Система дымовентиляции котельной служит для создания разряжения в газовом тракте котлоагрегата и выводе дымовых газов из котла в атмосферу . Она состоит и дымососа, вентилятора, дымоходов и дымовой трубы.

Контрольно-измерительные приборы и автоматика безопасности (КИПиА) предназначены для контроля за работой установки по режимным картам, регулировки нагрузки котла и обеспечения безопасной эксплуатации оборудования.

Во всех современных котлоагрегатам установка КИПиА является обязательным требованием, в соответствии с нормами и правил по эксплуатации котельных установок.

Защита котельного оборудования срабатывает с включением звуковой и световой сигнализации для оповещения оперативного персонала.

Параметры защиты КИПиА:

• отрыв факела в котле;
• высокое давление пара, газа, воды;
• низкое разряжение в топке котла;
• отключение электроэнергии;
• низкий уровень воды в котле;
• низкое давление воздуха, воды и газа.

При срабатывании сигнализации, через короткое время, если оперативный персонал не исправил сбой, котел останавливается системой КИПиА, через принудительное отключение подачи газа в топку.

Выводы

Все существующие сегодня модели бытовых газовых котлов способны удовлетворить необходимый минимум потребностей обитателей жилья. Выбор вида котла должен быть привязан в первую очередь к потребностям и условиям эксплуатации, поэтому приобретать излишне мощный агрегат не следует – большой запас мощности останется невостребованным. Однако и маломощный домашний котёл, не отвечающий требованиям – пустая трата денег.

При этом цена агрегата – не последний по важности критерий. Покупка дешёвого оборудования чревата частыми выходами его из строя и в конечном итоге обернётся высокими затратами на котёл низкого качества, поэтому выбирать устройство следует в среднем ценовом диапазоне, функциональность и качество изделий в котором часто отличается от топовых моделей лишь отсутствием одной-двух редко используемых опций