Принцип работы двухконтурного газового котла 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.

Характеристики одноконтурных котлов

Существует два вида одноконтурных нагревательных приборов: напольные и настенные. Ниже будут рассмотрены особенности каждого типа, но сначала – об общих преимуществах этих приборов:

• такие агрегаты отличаются более простой установкой и конструкцией по сравнению с двухконтурными устройствами;
• при работе потребляют меньше топлива;
• оснащены контрольным и управляющим оборудованием, с помощью которого можно задать требуемый режим работы;
• укомплектованные бойлером приборы способны снабжать достаточным количеством горячей воды сразу несколько точек;
• работа агрегата не зависит от давления в водопроводе.

Внимание: при всех преимуществах одноконтурных приборов не стоит забывать о том, что они все же являются оборудованием повышенной опасности, поскольку неправильное обращение с газом может нанести вред человеческому здоровью и имуществу. Поэтому при использовании агрегата следует соблюдать правила техники безопасности, указанные в соответствующей инструкции

Одноконтурные настенные газовые котлы

Основные достоинства настенной модели – компактные габариты и легкий вес. Прибор можно установить прямо в кухне, для него не понадобится выделять отдельное помещение. Особую ценность это преимущество приобретает в малогабаритном жилье, где каждый квадратный метр на вес золота.

Одноконтурный настенный газовый котёл можно смело назвать мини-котельной, поскольку в его конструкцию входит целый набор различного оборудования: теплообменник, горелка, автоматизированное управление, один или два циркуляционных насоса, расширительный бак, манометр, выносные датчики, термометр, система безопасности.

Настенные аппараты подходят для использования как в частных домах, так и в квартирах площадью до 350 м2. Они хорошо вписываются практически в любой интерьер, и могут быть установлены даже под различными устройствами и предметами мебели, благодаря своим компактным размерам.

Котел газовый напольный одноконтурный

Эти агрегаты могут иметь мощность от 10 до 100 кВт. Наиболее мощные модели способны обогреть дом или производственное помещение площадью до 1000 м.кв. АОГВ — 23 является одним из представителей напольных котлов.

Конечно при столь эффективных параметрах этот вид оборудования отличается более внушительными габаритами и массой, поэтому может монтироваться только на полу.

Важно: для установки такого аппарата необходимо отводить отдельное помещение, в котором предусмотрен дымоход. Кроме того оно должно быть оборудовано вентиляцией и отдельным выходом. Дымоход должен возвышаться над коньком крыши на 0,5 м

Дымоход должен возвышаться над коньком крыши на 0,5 м.

Устройство прибора

Установка состоит из нескольких узлов, обеспечивающих функционирование прибора. Главным компонентами аппарата являются:

• горелка;
• теплообменник;
• рабочая камера;
• узел дымоотвода.

Горелки и их режимы

В газовой горелке происходит образование и сжигание смеси топлива и воздуха. Управление может быть как механическим, так и электронным. В двухконтурных установках используются атмосферные и наддувные горелки. В первом случае воздух попадает в рабочую камеру самостоятельно. Достоинства таких горелок — простота конструкции и отсутствие шума. В наддувных устройствах используется принудительная подача воздушной смеси. Устройства отличаются повышенным КПД. Их применяют преимущественно в производительных отопительных приборах.

В горелке происходит сжигание смеси топлива.

Существует несколько режимов управления пламенем горелки:

1. Одноступенчатый ­- устройство работает постоянно на полную мощность, возможность регулировки пламени не предусмотрена.
2. Двухступенчатый — имеются 2 режима. Сначала горелка работает на 100% мощности, при достижении заданного значения температуры производительность снижается на 40-50%. Устройства более экономичны в эксплуатации.
3. Модулируемый — позволяет плавно регулировать мощность установки в широком диапазоне. Конструкция позволяет уменьшить расход топлива.

Теплообменники

В газовых приборах получили распространение 2 разновидности теплообменников:

1. Битермический. Он выполнен по коаксиальному принципу. В наружной трубе нагревается теплоноситель для отопительного контура, во внутренней — вода для ГВС.
2. Узел, состоящий из 2 отдельных частей. Первичный теплообменник представляет собой трубу с ребрами. Здесь нагревается вода, поступающая в систему отопления. Вторичный теплообменник пластинчатого типа используется для получения горячей воды, поступающей потребителю для бытового применения.

Камера сгорания и дымоотводная система

Рабочие камеры в газовых агрегатах делятся на 2 разновидности:

• открытые, или атмосферные;
• закрытые.

Дымоотводная система применяется для отстранения продуктов сгорания.

В первом случае воздух поступает в установку за счет естественной тяги. Открытые камеры используются в аппаратах малой мощности. Они требуют обеспечения вентиляции помещения. Лучше всего такие котлы подойдут для коттеджа и загородного дома небольшой площади.

В закрытых камерах сгорания воздух нагнетается вентилятором. Такое решение позволяет увеличить эффективность и КПД оборудования. Эти устройства можно использовать в квартирах, помещениях средней и большой площади.

Материалы для теплообменника: какой лучше

Теплообменник играет одну из главных ролей в конструкции газового отопительного устройства — через него циркулирует теплоноситель. Самые распространенные материалы, используемые при производстве теплообменников для газовых котлов, — медь, чугун, сталь.

Стальной вариант теплообменника

Самым дешевым, и как следствие, востребованным материалом для теплообменника является сталь. Поэтому ее активно используют отечественные производители, дабы удешевить конечный продукт. В отличие от чугуна ей несвойственна хрупкость.

По сравнению с чугуном сталь гораздо легче, но, если сравнивать с медью, она значительно превышает ее вес и утяжеляет конструкцию котла.

Стальной теплообменник быстро нагревается и остывает. Помимо удобства, это приводит к негативным последствиям — «усталость» металла становится причиной повреждений. Минусом стали является также подверженность коррозии.

В процессе эксплуатации, коррозии подвергается и внутренняя и внешняя сторона стального теплообменника. Со временем это приводит к его разрушению

Медный тип теплообменника

Материал имеет много положительных свойств — устойчивость к коррозии, небольшой объем, низкую инерционность. Из-за компактности и малого веса медь активно применяют для производства легких настенных котлов.

Не подверженность коррозии — одно из главных качеств для отопительного оборудования, которое предназначено для подогрева технической воды

Мнение о недолговечности медных теплообменников давно опровергли производители современного отопительного оборудования — в них мощность горелки снижена на 30%, что уменьшает тепловое воздействие на металл и хорошо сказывается на длительности работы.

Котлы с чугунным теплообменником

Главное качество чугуна, которое следует отметить — инерционность. Материал долго нагревается и долго остывает, чем повышает эффективность теплоотдачи.

Такую инерционность можно считать как положительным качеством, так и отрицательным — в случае резкого потепления на улице, котел еще долго будет поддерживать высокую температуру в отопительной системе.

Чугунный котел весит в два раза больше стального, поэтому конструкцию котла делают секционной, чтобы было удобно доставлять, монтировать и чинить

Чугун подвергается сухой и влажной коррозии. Последняя способствует появлению ржавчины, но, за счет толстых стенок, процесс коррозии растягивается на продолжительное время.

К минусам котлов из чугуна можно отнести и хрупкость материала, которая проявляется вследствие неправильной эксплуатации — перепадов температуры, механических повреждений при транспортировке и монтаже.

Конструкция двухконтурного прибора

Устройство двухконтурного газового котла (рис. 4) заключается в трех основных узлах, которые есть во всех видах прибора:

Также неизменной частью газового отопительного агрегата является корпус со слоем теплоизоляции.

Рис. 4 Конструкция двухконтурного газового котла

Газовая горелка – это конструкция с перфорацией вдоль всего корпуса, а внутри находятся форсунки. Форсунки подают и распределяют газ, для равномерного пламени. Горелка может быть нескольких видов:

• Одноступенчатая – эта горелка устроена, так что ее нельзя регулировать, она работает в одном режиме;
• Двухступенчатая – это устройство имеет 2 позиции регулировки мощности;
• Модулированная – мощность такой горелки можно регулировать, за счет этого котлы экономнее расходуют топливо.

Теплообменник. В двухконтурных газовых приборах есть 2 теплообменника:

• Первичный – в нем нагревается теплоноситель для отопительного контура. Изготавливается из стали или чугуна;
• Вторичный – это теплообменник, в котором нагревается вода для контура горячего водоснабжения. На него обычно влияет температура несколько меньше чем на первичный, поэтому он может быть изготовленным из таких материалов как медь, нержавеющая сталь и т.д.

Рис. 5 Первичный теплообменник для двухконтурного газового прибора

Автоматика – это узел, который управляет работой газового устройства. Он включает электронную схему и систему датчиков. Датчики подают показания работы двухконтурного котла в электронную схему, которая задает режим функционирования либо же отключает прибор.

Циркуляционный насос – это устройство нужно для системы отопления с принудительной циркуляцией. Это комплектующая деталь для энергозависимой системы. Такой насос обеспечивает нужный показатель давления.

Система отведения продуктов горения может быть с:

• естественной тягой. В этом случае продукты горения выводятся в дымоходную трубу, которая должна возвышаться над крышей минимум на 1 метр;
• принудительной тягой. Котлы с такой системой имеют в конструкции вентилятор для вывода продуктов горения в коаксиальный дымоход (труба в трубе). Такие котлы называют турбированными.

Расширительный бак. Когда теплоноситель нагревается до высокой температуры, то он расширяется, и его излишки временно попадают в расширительный бак. Объем бака может быть разным, это зависит от объема теплоносителя в системе и мощности котла.

Камера сгорания выглядит как емкость из металла с теплоизоляцией. Именно над ней находится первичный теплообменник, а на ее дне расположена горелка. Камера сгорания газового устройства может быть:

Газовый двухконтурный прибор с открытой камерой – это устройство, которое может быть энергонезависимым, так как воздух для горения он берет прямо из помещения, в котором установлен. Рекомендуется устанавливать такие агрегаты в отдельно отведенных помещениях – котельных. Они должны быть устроены по всем правилам, а именно иметь хорошую вентиляцию и окно. Если двухконтурному котлу с открытой камерой горения не хватает воздуха, он будет выделять углекислый газ.

Газовый двухконтурный прибор с закрытой камерой – это устройство, которое воздух для горения берет с улицы через коаксиальный дымоход. Принцип коаксиальной системы отведения газов заключается в ее особенной конструкции – «труба в трубе» (рис. 6). То есть труба с меньшим диаметром находится в трубе большего диаметра. Через маленькую трубу выходят продукты горения, а через большую происходит забор воздуха в газовый котел. Преимуществом коаксиального дымохода является то, что его можно устанавливать как горизонтально, так и вертикально.

Рис. 6 Труба для коаксиального дымохода (труба в трубе)

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.

Принцип работы двухконтурного газового котла

Теперь мы приступим к разбору принципа работа газового двухконтурного котла. Назначение отдельных узлов и модулей мы выяснили, теперь эти знания помогут нам понять, как работает все это оборудование. Рассматривать принцип работы будем в двух режимах:

• В режиме обогрева;
• В режиме генерации горячей воды.

В режиме обогрева котел обеспечивает ваш дом теплом.

Сразу отметим тот факт, что работа в двух режимах сразу невозможна – для этого в двухконтурных котлах предусмотрен трехходовой клапан, направляющий часть теплоносителя в контур ГВС. Давайте рассмотрим принцип работы при обогреве, а потом узнаем, как работает техника в режиме горячего водоснабжения.

В режиме обогрева двухконтурный котел работает так же, как и самый обычный проточный нагреватель. При первом включении горелка работает довольно долго, поднимая температуру в контуре отопления до заданной отметки. Как только будет достигнут необходимый температурный режим, подача газа отключится. Если в доме установлен датчик температуры воздуха, то автоматика будет учитывать его показания.

На работу газовой горелки в двухконтурных котлах может влиять и погодозависимая автоматика, контролирующая температуру уличного воздуха.

Тепло от работающей горелки нагревает теплоноситель, который гоняется по отопительной системе в принудительном режиме. Трехходовой клапан находится в таком положении, чтобы обеспечить нормальное прохождение воды через основной теплообменник. Продукты сгорания удаляются двумя способами – самостоятельно или с помощью специального вентилятора, располагающегося в верхней части двухконтурного котла. Система ГВС при этом находится в отключенном состоянии.

Работа в режиме подачи горячей воды

Что касается контура горячего водоснабжения, то он запускается в тот момент, когда мы поворачиваем ручку водопроводного крана. Появившийся ток воды приводит к срабатыванию трехходового клапана, который отключает отопительную систему. Одновременно с этим происходит розжиг газовой горелки (если на тот момент она была отключена). Спустя несколько секунд из крана начинает течь горячая вода.

При переходе в режим подачи горячей воды, контур отопления полностью отключается.

Давайте разберем принцип работы контура ГВС. Как мы уже говорили, его включение приводит к отключению работы отопления – здесь может работать только что-то одно, или ГВС или отопительная система. Управляет всем этим трехходовой клапан

Он направляет часть горячего теплоносителя во вторичный теплообменник – обратите внимание, что никакого пламени на вторичке нет. Под действием теплоносителя теплообменник начинает греть протекающую через него воду. Схема несколько сложноватая, так как здесь задействуется малый круг циркуляции теплоносителя

Подобный принцип работы нельзя назвать самым оптимальным, зато двухконтурные газовые котлы с раздельными теплообменниками могут похвастаться нормальной ремонтопригодностью. Каковы особенности котлов с комбинированными теплообменниками?

Схема несколько сложноватая, так как здесь задействуется малый круг циркуляции теплоносителя. Подобный принцип работы нельзя назвать самым оптимальным, зато двухконтурные газовые котлы с раздельными теплообменниками могут похвастаться нормальной ремонтопригодностью. Каковы особенности котлов с комбинированными теплообменниками?

• Более простая конструкция;
• Высока вероятность образования накипи;
• Более высокий КПД у ГВС.

Как мы видим, недостатки плотно переплетаются с достоинствами, но раздельные теплообменники ценятся больше. Конструкция несколько усложняется, зато здесь отсутствует накипь

Обратите внимание, что в момент работы ГВС протекание теплоносителя по отопительному контуру останавливается. То есть, его длительная работа способна нарушить тепловой баланс в помещениях. Как только мы закрываем кран, происходит срабатывание трехходового клапана, и двухконтурный котел переходит в режим ожидания (или сразу же включается подогрев чуть остывшего теплоносителя)

В таком режиме оборудование будет находиться до тех пор, пока мы снова не откроем кран. Производительность некоторых моделей достигает до 15-17 л/мин, что зависит от мощности используемых котлов

Как только мы закрываем кран, происходит срабатывание трехходового клапана, и двухконтурный котел переходит в режим ожидания (или сразу же включается подогрев чуть остывшего теплоносителя). В таком режиме оборудование будет находиться до тех пор, пока мы снова не откроем кран. Производительность некоторых моделей достигает до 15-17 л/мин, что зависит от мощности используемых котлов.

Лучшие модели, их характеристики и цены

Vaillant Atmotec. Страна: Германия. Камера открытая. Электророзжиг, функция регулировки мощности, простое управление, система самопроверки параметров. Стоимость: от 52 000 тыс. руб.

Vaillant Turbotec. Производство: Германия. Камера сгорания закрытая. Электророзжиг, функция регулировки мощности, интуитивное управление с отображением на экране, возможность самопроверки всех функций. Цена от 63 тыс. рублей.

Protherm Tiger. Производство: Чешская республика. Оборудован камерой закрытого типа. Корпус влагозащищенный, что позволяет устанавливать данный агрегат во влажных помещениях. Привлекательный внешний вид, электронная система регулировки мощности. Стоимость: от 55 000 рублей.

Как правильно установить настенный котел

Перед монтажом распакуйте теплогенератор и проверьте комплектность аппарата. Убедитесь, что штатный крепеж подойдет к вашим стенам. Например, под газобетон необходимы специальные крепления, обычные дюбели не годятся.

Соблюдаем такой порядок работ:

1. Наметьте на стене контур отопительного агрегата. Убедитесь, что соблюдены технологические отступы от строительных конструкций или других поверхностей: 0.5 м от потолка, снизу – 0.3 м, по бокам – 0.2 м. Обычно производитель приводит схему с размерами в инструкции по эксплуатации.
2. Для турбо котла с закрытой камерой подготавливаем отверстие под коаксиальный дымоход. Сверлим его под уклоном 2–3° в сторону улицы, чтобы образующийся конденсат вытекал наружу. Процесс установки такой трубы подробно описан нами отдельно.
3. В комплекте с теплогенератором идет бумажный установочный шаблон с намеченными отверстиями. Приложите эскиз к стене, выровняйте с помощью строительного уровня, зафиксируйте схему скотчем.
4. Точки сверления лучше сразу накернить. Снимите шаблон и проделайте отверстия глубиной 50–80 мм. Следите, чтобы сверло не уходило в сторону, такое случается на кирпичных перегородках.
5. Установите в отверстия пластиковые пробки, вкрутите подвесные крюки на максимальную глубину, пользуясь пассатижами. Вдвоем с помощником аккуратно подвесьте аппарат.

Размечая отверстия в деревянной бревенчатой стене, проследите, чтобы крепление оказалось на гребне бревна. Крюки вкручивайте прямо в дерево, без пластиковых пробок.

Watch this video on YouTube

Основные виды двухконтурных отопительных котлов

Системные особенности конструкции газовых двухконтурных установок разделяют на два вида:

1. Настенное оборудование.
2. Напольный агрегат.

Что же касается дальнейшего разделения котлов на подвиды, то существуют модели с:

1. Закрытой камерой сгорания.
2. Открытой камерой сгорания.

Настенный вариант изделия рассчитан на отопление комнат, площадь которых достигает максимально отметки в 200 м 2 . Они имеют компактные размеры и могут размещаться в любом помещении дома.

Настенные модели, оборудованные открытой камерой, встречается достаточно редко в домашнем использовании. Стоимость такого агрегата достаточно низкая, при этом оборудование остается энергонезависимым. Это является основными критериями выбора установок подобной конструкции.

Стильным дизайном и функциональностью обладают варианты с закрытой камерой.

Также установка остается очень чувствительной к качеству воды, ведь все процессы происходят в тонкостенных трубах, которые быстро выходят со строя при низком качестве водопроводной жидкости.

Напольные котлы применяются для отопления больших по площади помещений с размером более 200 м 2 . Конструкция установки с открытой камерой сгорания требует оборудования в отдельной комнате, так называемой котельной. Теплообменник в таких моделях изготовлен из чугуна. Этот материал отличается превосходными термическими свойствами, прочный, устойчив к воздействию коррозии, долговечен в эксплуатации.

Закрытая камера сгорания не нуждается в отдельном помещении, что позволяет устанавливать отопительное оборудование в удобном месте. НО данный вид котла имеет достаточно высокую стоимость.