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?
- 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.
Разобравшись с принципом работы газового двухконтурного котла, вы сможете понять назначение отдельных узлов и даже сможете самостоятельно разобраться в вопросах ремонта. На первый взгляд, устройство кажется очень сложным, а плотная внутренняя компоновка вызывает уважение – все-таки разработчикам удалось создать почти идеальное отопительное оборудование. Двухконтурные котлы, таких фирм как Vaillant, активно используются для обогрева зданий различного назначения и для генерации горячей воды, заменяя собой сразу два прибора. А их компактность позволяет сэкономить место и избавиться от необходимости приобретения напольного котла.
Принцип работы двухконтурного котла для нагрева воды с первичным и вторичным теплообменником
На рис. 1 показана гидравлическая схема в режиме отопления. Расшифровка рисунка:
A. Подающая линия
B. ГВС
C. ГВС
D. Обратная линия
- Горелка газовая.
- Насос циркуляционный.
- Клапан трехходовой.
- Теплообменник вторичный.
- Теплообменник первичный.
Во время работы аппарата в режиме отопления горелка газовая передает тепло первичному теплообменнику. При помощи насоса происходит циркуляция жидкости. Значит, во вторичный теплообменник жидкость не попадает благодаря трехходовому клапану. Нагретая жидкость уходит через линию отопления (А). Для дальнейшего подогрева жидкость возвращается через (D) обратную линию отопления.
На рис. 2 показана гидравлическая схема в режиме нагрева воды.
Здесь трехходовой клапан перекрывает линию отопления. Из первичного теплообменника теплая вода перемещается во вторичный. Водопроводная вода (С) прогревается, проходя через вторичный теплообменник и попадает в (В) линию горячего водоснабжения. Налицо преимущество использования двухконтурных теплообменников.
Здесь используется обыкновенная водопроводная вода, которая имеет в своем составе различные соли и отложения. Из класса химии мы знаем, что при повышении температуры соли выпадают в осадок, образовывая тем самым прочный слой отложений. Эти отложения засоряют теплообменник, мешая прохождению жидкости по трубам и уменьшая срок службы аппарата. Но в первичном теплообменнике вода проходит по замкнутому кругу и при этом она не меняет химических свойств, тем самым не подвергая газовый котел коррозии. Но жидкость, проходящая через вторичный теплообменник, откладывает в нем свои соли, что может вызвать его засорение. Поэтому со временем потребуется его ремонт или полная замена.
Единственный недостаток двухконтурных котлов — это его высокая цена, по сравнению с аппаратами на основе битермического теплообменника. Его недостатком можно назвать двойную нагрузку, т.к. ему приходится работать и в режиме отопления, и в режиме подогрева воды.
Для того чтобы помещение отапливалось до определенной температуры, нужен термостат, который регулирует работу в зависимости от температуры воздуха. Включится агрегат или нет, зависит от того, достигла ли жидкость заданной температуры. Чтобы аппарат всегда включался при нужной температуре, в разное время года необходимо регулировать термостат вручную.
Схемы отопления
Двухконтурные котлы работают только с закрытыми системами отопления с принудительной циркуляцией воды.
Фото 2. Схема подключения двухконтурного котла к системе отопления. Указаны основные элементы.
Такие системы состоят из:
- Котла.
- Расширительного бака мембранного типа. Он держит всю систему под определённым давлением — 1.2—2 атмосферы.
- Группы безопасности. Она состоит из клапана и штуцера сброса пара. При закипании теплоносителя или слишком большом давлении излишки теплоносителя сбрасываются в систему канализации. Устанавливается в самом высоком месте системы, и служит для развоздушивания при заполнении теплоносителем.
Внимание! Отсутствие клапана сброса может привести к разрыву системы отопления, выходу из строя дорогостоящего котла
- Системы труб и батарей для распределения тепла по всему дому.
Принципы работы разных видов систем
Выделяют три популярных вида компоновки:
- Однотрубная. Батареи подключаются к одной трубе последовательно. Один конец трубы — подача, второй — приходит к котлу в виде обратки. Однотрубная система позволяет без труда отопить небольшой одноэтажный дом.
- Двухтрубная. Нагретый в котле теплоноситель поступает в батареи отопления через трубу подачи, а остывшим возвращается по трубе обратки. Такая система уместна, если дом состоит из нескольких этажей или логически разделяется на секции по комнатам.
- Тёплый пол. Эта система набирает популярность. Длинные трубки из тонкого пластика равномерными спиралями уложены в толщине стяжки пола. По трубкам циркулирует теплоноситель с невысокой температурой, и вся площадь пола постепенно греет помещение. Подключение разных комнат происходит через коллектор-гребёнку с терморегулирующими кранами. Если есть необходимость подключения тёплых полов и батарей, в систему ставится трехходовой клапан подмеса горячей воды.
Параметры
Планируя отопление частного дома, стоит обратить внимание на следующие характеристики систем отопления:
- Мощность. Она рассчитывается с учётом теплопотерь здания и объёма воздуха.
- Возможность регулировки температуры. Газовые двухконтурные котлы способны держать температуру теплоносителя в точно заданных пределах.
- Энергонезависимость. Минус двухконтурных котлов — их зависимость от электричества. Работа блока управления, датчиков и насоса требует подключения тока с определёнными параметрами. Нивелировать этот минус способны автономные системы электроснабжения: блоки бесперебойного питания, солнечные панели, автономные генераторы с двигателями внутреннего сгорания.
Правила организации газового отопления и советы по монтажу
Монтаж, обвязка и пуск газа должны выполнять люди имеющей допуск к этой работе. Проектирование и сборка схемы газового оборудования производят по СП 62.13330.2011, СП 60.13330.2012, СП 42-101-2003, и подобным нормативным документам.
Мощные газовые котлы (свыше 30 кВт) размещают в отдельном помещении. Есть обязательные требования к этому помещению:
- Котельная должна площадью не меньше 4м2высота помещения не меньше 2,5м. Допустимо организовать котельную в подвале жилого дома;
- Дверной проем должен быть не меньше 80см шириной. Устраиваются окна площадью 0,3 м2на 10 м2 площади помещения;
- Для приборов с естественной тягой предусматривают вентиляционную систему в верхней части комнаты;
- Высота дымохода должна быть выше конька на 50 см.
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)
Обустройство отопления, если здание небольшое
Рассмотрим, какой может быть схема обвязки двухконтурного котла отопления, если дом одноэтажный, небольшой (до 100 м2) и имеет несколько раздельных помещений, которые все надо обогреть.
Оптимальной в данном случае будет однотрубная сеть. Она самая простая по конструкции и в монтаже, при ее эксплуатации почти не возникает проблем. Кроме этого, цена системы будет невысокой, благодаря экономии материалов, ведь их уйдет меньше, чем на двухтрубный аналог.
Реализация схемы
- Небольшой объем здания говорит о том, что жильцов в нем будет мало. Значит и затраты горячей воды будут невелики. Тут не стоит отказываться от имеющих неважную инерционность, зато красивых и хорошо отдающих тепло алюминиевых батарей. Чугунные аналоги теплоемкие, но, как правило, неэстетичные.
- Объем теплоносителя в трубах, в данном случае, рекомендуется увеличить. Оптимальное решение задачи — повысить сечение изделий на один ряд. Например, с Ду-30 до Ду-40. Количество воды в контурах тогда станет больше в 1.6 раза.
- Все радиаторы нужно монтировать, не размыкая контур, параллельно ему. Схема их врезки может быть диагональной либо нижней.
Инструкция рекомендует на каждой батарее поставить:
- дроссель (балансировка подачи);
- отсекающий вентиль на обратке;
- кран для стравливания воздуха из системы (обычной конструкции либо Маевского) в правую либо левую верхнюю заглушку.
Вариант с нижней разводкой
- Уменьшать сечение основного контура и размыкать его, в данном случае, не следует.
- Сразу после теплогенератора трубу контура надо резко поднять вертикально для создания «разгонного» коллектора. Затем ее нужно вести с наклоном (постоянным) вниз.
- Перед котлом (по ходу течения теплоносителя) следует установить расширительный бачок (мембранный). Он будет компенсировать увеличение объема воды при ее разогревании.
- Бачок должен иметь емкость, составляющую 10 процентов объема носителя тепла. Резервуар следует поставить вверх подводкой.
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.
Как устроены газовые котлы
Основные узлы газового котла
Принципиальная схема устройства газового котла отопления, практически, идентичная для большинства модификаций. Это значит, что главные блоки, из которых собираются котлы и принцип работы газового котла отопления у них одинаковые:
- Газогорелочное устройство, выполнено в виде перфорированной прямоугольной конструкции. Внутри которой расположена форсунка. Через нее поступает газовое топливо для сжигания в топочной камере. Эффективность горения обеспечивается благодаря равномерному распределению топлива по всей поверхности горения.
- Теплообменный аппарат – стальной короб с развитой трубной поверхностью нагрева. При сгорании газа, выделяющееся тепло нагревает стенки теплообменника, по внутреннему контуру которого протекает греющий теплоноситель. От соприкосновения с горячими поверхностями, бойлер нагревает воду, которая позже отдает свое тепло в отопительной системе. В одноконтурных котлах размещен один теплообменный аппарат, для контура отопления. В двухконтурном — два, в том числе теплообменник ГВС.
- Циркуляционный насос служит для принудительного движения греющей воды в контуре отопления. Устройство присутствует только в моделях котлов с принудительной циркуляцией.
- Расширительный бачок — защитное устройство, сбрасывающее лишний теплоноситель, который образуется во время нагрева контура отопления.
- Дымоходы и комплектующие. Требования к дымоходам для газовых котлов определены правилами СНИП. В котлах атмосферного открытого типа, они подключаются к дымоходам, работающим с естественной тягой.
Наличие вспомогательных узлов в котле, отличает его от газовой колонки. Устройство напольного газового котла отличается от настенного, более мощными габаритами и весом, в связи с тем, что в их конструкцию обычно входит накопительная емкость для горячей воды.
Блок автоматики управления и защиты, предназначен для регулирования режимами котла в зависимости от температуры внутреннего/наружного воздуха и защиты агрегата, при создании аварийных ситуаций.
Например, высокое давление газа или теплоносителя, отрыв газового факела, утечка воды, высокая температура греющего контура отопления или ГВС. Ее работа основывается на использовании первичных датчиков — термопары газового котла и работы трехходового клапана.
Двухконтурный котел
Двухконтурный газовый агрегат отличается от одноконтурного котла тем, в его конструкции размещен не один теплообменник для отопления, а два — первичный и вторичный.
Принцип действия двухконтурного котла
Первый размещен непосредственно в зоне сгорания газа. Его цель состоит в подогреве отопительного теплоносителя. Вторичный выполняет работу по нагреву горячей воды.
Необходимо обозначить, что функционировать синхронно в 2-х режимах двухконтурный газовый котел не имеет возможности. Это объясняет присутствие в его системе трехходового клапана, который при открытии крана горячей воды на смесителе отправляет теплоноситель в контур ГВС.
Устройство газовой горелки для котла
Горелочное устройство газового котлоагрегата классифицируется по следующим типам:
- Одноуровневая, способна работать только в двух вариантах — Стоп/Пуск. Несмотря на низкую рентабельность и пониженный ресурс использования, обладают популярностью из-за несложной конструкции и низкой цены.
- Двухуровневая, обеспечивает работу котла на двух режимах — 50/100 %. Ее достоинства ощущаются в переходной отопительный период, поскольку для обогрева жилья нет нужды использовать устройство на всю мощность.
- Модулируемая — умная система регулировки режимами котлоагрегата, которая способна самостоятельно выполнять настройку работы в диапазоне 20-100 %. Такая система обеспечивает эффективную и продолжительную работу котла. При этом его цена на порядок выше обычных отопительных аналогов с одно и двухуровневыми горелочными устройствами.
Кроме того горелки подразделяются на установки открытого и закрытого типа. При первом варианте воздух, нужный для процесса горения газа, прибывает непосредственно из комнаты, в которой располагается котлоагрегат. Воздух для закрытой топки поступает через коаксиальный дымоход с применением вентилятора для его забора из атмосферы.
Стоимость
Рынок двухконтурных газовых котлов очень обширен, однако и здесь есть свои ключевые игроки, продукция которых хорошо известна, и ей доверяют.
Среди итальянских производителей широко распространена торговая марка Ferroli. Средняя по характеристикам модель Fortuna Pro стоит по России от 23 до 30 тыс. рублей в зависимости от мощности и дистрибьютора в регионе.
Немецкие котлы Vaillant пользуются заслуженной популярностью у потребителей
Немецкое качество обещают такие фабрики, как Vaillant и Viessman. Модель Vaillant TurboFit на 24 кВт обойдётся в 40–45 тыс. рублей, Viessman Vitopend чуть дешевле – около 35 тыс. рублей при такой же мощности.
Не менее популярна продукция словацкой фирмы Protherm. Цена на 24-киловаттник Ягуар колеблется в районе 30 тыс. рублей.
Огромное разнообразие на рынке котлового оборудования заставляет тщательно подходить к выбору. После составления проекта и определения мощностных параметров приступайте к выбору модели
Обращайте внимание не на громкие заявления, а на фактические характеристики – материал теплообменника, мощность циркуляционного насоса, наличие принудительной тяги из камеры сгорания. Электронную же начинку может проверить только эксплуатация, поэтому требуйте прозрачности гарантийных обязательств
Подходите к выбору взвешенно, и пусть в вашем доме будет тепло.
