Принцип работы газовыхз котлов и их особенности

Достоинства газовых котлов

Газовые котлы получили широкое распространение, поскольку практичны и удобны в использовании, отличаются умеренными ценами на оборудование и на процесс дальнейшей эксплуатации.

Автономность

Автономными или независимыми называют приборы, не требующие постоянного подключения к общим коммуникациям.

Если пробурить скважину и сделать объемный резервуар, то в плане водоснабжения дом будет считаться автономным, так как зависимости от централизованной подачи воды у него нет. Аналогичная система действует и для газового котла.

Если поблизости не проходит магистраль газопровода, а топить дровами и углем нет желания, то установка котла, работающего на природном или сжиженном газе, значительно упростит и удешевит процесс отопления дома.

Справка. Автономность достигается за счет того, что газ находится в баллонах. Следовательно, его можно транспортировать в любое место. Достаточно выделить небольшое пространство под баллоны, подсоединить их к системе.

Минус баллонов — их быстрое опустошение. В таком случае приобретается либо мобильный газгольдер, либо стационарный, который вмещает в себя гораздо большее количество газа и способен дольше обогревать дом.

Высокий КПД

Средний КПД у правильно работающего газового котла составляет более 90%. Все зависит от типа топлива, разновидности прибора, окружающей температуры и иных факторов.

У некоторых агрегатов КПД значительно выше — около 95%, у других — чуть ниже. Поэтому за усредненный показатель и принимается цифра в 90%.

Это значение в любом случае выше, чем у котлов на твердом топливе. От сгорания газа остается минимальное количество «отходов», но они передаются в атмосферу в качестве углерода.

А если прибавить к этому фактору низкую цену на топливо, то газовый котел становится экономически выгодным отопительным устройством.

Долгий срок работы

Срок эксплуатации котла зависит от нескольких факторов:

От цены.

Логично предположить, что дешевый агрегат вряд ли будет служить достаточно долго, ведь при его производстве сэкономлены деньги на оборудовании, на системах безопасности, на качестве материала. Средний срок службы недорогого котла составляет около 10—15 лет, в то время как качественный прибор способен проработать 20—25 лет.

От правильности эксплуатации.

Если в квартире или доме наблюдаются перебои с напряжением в электросети, то лучше приобрести источник бесперебойного питания системы on-line.

Он выпрямляет приходящий ток и не допускает скачков напряжения, моментально переключаясь на собственные ресурсы

Эта мера предосторожности позволит сохранить самую дорогостоящую часть котла — его электронику, цена которой может составлять от одной трети и до половины стоимости самого котла

От качества топлива.

На первый взгляд может показаться, что газ не разбавляют. На самом деле, как и дизель, и бензин, газ тоже может быть далеко не высшего качества. Поэтому стоит покупать его лишь у проверенных поставщиков.

Все эти меры позволят максимально продлить срок службы котла.

Компактность

Газовый котел не требует больших помещений для своего расположения. По размерам прибор может быть чуть больше стиральной машины. Это дает возможность пристроить агрегат практически в любое место: в ванную комнату, туалет, коридор, кладовую, бойлерную (при ее наличии). Даже маленькая квартира способна вместить газовый котел, который будет дополнительным источником ее отопления.

Отсутствие места для хранения можно назвать положительным моментом только в том случае, если жилое помещение подключено к системе магистрального газопровода.

​

Для полноценной работы такому котлу требуется лишь подсоединение к газовой трубе.

С другой стороны, автономные газовые устройства подразумевают необходимость организации места под баллоны или газгольдер.

Если владельцам квартиры это причиняет неудобства, то в частном доме можно найти место под прибор или создать его. В этом плане гораздо удобнее иметь стационарный газгольдер.

Он закапывается в землю и формально не требует какого-либо места в доме или на улице, а благодаря большому объему наполняется он раз в год. При умеренном потреблении газа и утепленном доме газгольдера хватит на длительный срок.

Простота эксплуатации

Взрослому человеку не составит труда разобраться в основных функциях котла, найти кнопки включения и выключения, а также вентиль для подачи газа. Система собрана таким образом, чтобы ее хозяевам было легко производить нужные манипуляции.

Виды дымоходов у настенных газовых котлов

Раздельный дымоход

Во-первых, дымоходы делятся на два вида:

• Раздельные — забор воздуха для горения и отвод его продуктов происходят по разным трубам, которые разнесены в пространстве.
• Коаксиальные — здесь дым и воздух тоже подаются по разным трубам, но эти трубы вставлены одна в другую. Такая схема часто называется европейской.

Коаксиальный дымоход

Второй вид более популярен у потребителей из-за простоты его монтажа.

А раздельные дымоходы применяют там, где нужно отвести трубы на большое расстояние от самого котла.

Я написал подробную статью на эту тему и рекомендую вам с ней ознакомиться.

Принцип работы котла и его устройство

Изображение 1. Гидравлическая схема двухконтурного котла в режиме отопления.

Газовые приборы с двумя контурами нагрева имеют следующий принцип работы. Теплота сгоревшего природного газа передается теплообменнику, который расположен над газовой горелкой. Этот теплообменник включен в магистраль отопительной системы, то есть нагретая вода в нем будет циркулировать по отопительной системе. Циркуляция воды осуществляется с помощью насоса, встроенного в котел. Для приготовления горячей воды двухконтурное устройство оснащено вторичным теплообменником.

Представленная схема на ИЗОБРАЖЕНИИ 1 показывает происходящие процессы работы и устройство оборудования:

1. Газовая горелка.
2. Циркуляционный насос.
3. Трехходовой клапан.
4. Контур ГВС, пластинчатый теплообменник.
5. Теплообменник контура отопления.

• D — вход (обратка) отопительной системы для нагрева;
• A — подача готового теплоносителя для отопительных приборов;
• C — вход холодной воды из магистрали;
• B — выход готовой горячей воды для санитарных нужд и бытового использования.

Принцип приготовления воды для ГВС таков: нагретая вода в первом теплообменнике(5), который расположен над газовой горелкой(1) и предназначен для нагрева отопительного контура, поступает во второй пластинчатый теплообменник(4), где передает свое тепло контуру ГВС.

Как правило, двухконтурные котлы имеют встроенный расширительный бак для компенсации изменения объема теплоносителя.

Схема двухконтурного котла позволяет производить горячую воду и нагревать ее для отопления только в отдельных режимах.

Конструкция двухконтурного газового котла.

Использование котла одновременно для ГВС и отопления в определенный момент времени невозможно. Например, во время работы устройства происходит нагрев отопительной системы с заданной температурой, процесс поддержания температуры контролируется автоматикой котла, а циркуляция теплоносителя по сети отопления осуществляется насосом.

В определенный момент происходит открытие крана горячей воды для бытовых нужд, и, как только начинается движение воды по контуру ГВС, срабатывает специальный датчик протока, установленный в котле. С помощью трехходового клапана (3) в котле перенастраиваются контуры протоков воды. А именно вода, нагретая в теплообменнике (5), перестает поступать в отопительную систему и подается в пластинчатый теплообменник (4), где и передает свое тепло системе ГВС, то есть поступившая холодная вода из трубопровода (С) нагревается и по трубопроводу (В) подается потребителям квартиры или дома.

В этот момент циркуляция идет по малому кругу и система отопления на время использования ГВС не нагревается. Как только кран на водозаборе ГВС перекрывается, датчик протока срабатывает и трехходовой клапан опять открывает контур отопления, происходит дальнейший нагрев отопительной системы.

Наиболее часто схема устройства двухконтурного газового котла подразумевает наличие пластинчатого теплообменника. Как уже говорилось, его предназначение состоит в том, чтобы передать тепло от контура отопления к контуру водоснабжения. Принцип такого теплообменника состоит в том, что наборы пластин с горячей и холодной водой собраны в пакет, где происходит теплоотдача.

Соединение выполняется герметичным путем: это препятствует смешиванию жидкостей из различных контуров. За счет постоянного изменения температуры возникают процессы теплового расширения металла, из которого сделан теплообменник, что способствует механическому удалению возникающей накипи. Пластинчатые теплообменные устройства изготавливаются из меди или латуни.

Схема подключения двухконтурного котла.

Существует схема двухконтурного котла, которая включает в себя комбинированный теплообменник.

Располагается он над газовой горелкой и состоит из двойных трубок. То есть трубка контура отопления содержит внутри своего пространства трубку горячего водоснабжения.

Данная схема позволяет обойтись без пластинчатого теплообменника и несколько повысить КПД в процессе приготовления горячей воды.

Недостаток котлов, имеющих комбинированный теплообменник, состоит в том, что между тонкими стенками трубок откладывается накипь, в результате чего ухудшаются условия работы котла.

Установка котла

Несмотря на то, что каждый производитель газовых котлов предоставляет схему установки, самостоятельно этого делать нельзя – это прерогатива мастеров-монтажников из газовой службы или специализированных фирм:

• Перед монтажом нужно подготовить основание. Это может быть пол или специально сооруженный подиум.
• Размещают установку так, чтобы с любой стороны она хорошо просматривалась.
• Размечают местонахождения дымохода – делают метку на стенке. По требования установки он должен находиться не ближе 60 см от кона. Делается это для того, чтобы отработанные газы не попадали обратно.
• На разметке сверлят отверстие. Диаметр должен соответствовать диаметру трубы дымохода. Нагреватель в этот момент можно отставить в сторону.
• Ставят агрегат на место. Монтируют в него дымоход, выводя второй конец на улицу. Тубу нужно обязательно разместить под уклоном. Величина уклона указывается в инструкции производителя относительно монтажа. Уклон нужен для того, чтобы конденсат, который собирается в дымоходе, мог стекать наружу.

Конструкция газовых котлов

КПД и срок службы газового котла зависят от его внутреннего устройства и материалов конструкции

Перед рассмотрением принципа действия и разновидностей отопительных агрегатов нужно разобраться в их устройстве. Газовый котел состоит их нескольких узлов.

Первичный теплообменник

Выполняется в виде металлического короба со встроенным радиатором. Внутри этого элемента расположены трубы. Теплообменник нагревается от газа и подает тепло воде. Элементы различаются по типу материала:

• Сталь. Недорогие и простые изделия, которые имеют большой вес. Минусы теплообменников – подверженность окислению и значительные затраты топлива.
• Чугун. Модели с длительным эксплуатационным сроком, но только в условиях без перепадов температур.
• Медь. Не подвергается коррозии, отличается высоким КПД. Недостаток узла – риски разломов при механическом воздействии.

Вторичный теплообменник

Теплообменник газового котла

Входит в устройство котла с двумя контурами, изготавливается из меди или конструкционной стали. Вторичные теплообменники различаются по типу контуров:

• Пластинчатые. Металлические изделия с выдавленными каналами бывают одноходовыми (направление воды не меняется) и многоходовыми (можно менять направление воды). Они соединяются по способу сборки или пайки.
• Кожухотрубные. Изготавливаются как труба с мелкими патрубками. Теплоноситель движется по ним, поступая на отопительный прибор или ГВС.
• Битермические. Имеют вид двух трубок, вставленных одна в одну. По внутренней подается вода на ГВС, по внешней – для отопления.

Кожухотрубные модели применяются для промышленных котлов.

Газовая горелка

Горелка открытого типа в газовом котле

Осуществляет нагрев теплоносителя, бывает наддувной и атмосферной. Наддувные модификации отличаются высокой производительностью, атмосферные – минимальным уровнем шума.

Насос

Насос циркуляции обеспечивает перекачку воды по теплотрассе, ее медленное остывание. При помощи насоса снижаются топливные затраты. Перед запуском отопительного агрегата в работы из насоса откачивают воздушную пробку.

Газовая арматура

Газовая арматура для регулировки работы котла

Арматурные элементы включают несколько устройств:

• Предохранители – автоматически удаляют воду или пар из системы при превышении нормы давления. Для моделей с пределом давления до 0,07 Па используются выкидные предохранители, более 0,07 Па – рычажно-грузовые и пружинные клапаны.
• Водоуказатели – приборы в виде стеклянного корпуса, трубок и кранов контролируют уровень воды.
• Запорная и регулирующая арматура – представлена вентилями (котлы с диаметром прохода 100-150 мм) и задвижками. Одноконтурные отопители оснащаются обратными клапанами.

Трехходовой клапан

Турбина для котлов с закрытой камерой сгорания

Регулирует направление теплоносителя при наличии системы ГВС. Деталь Т-образного вида с одним выходным и двумя входными отверстиями изготавливается из бронзы. Внутри клапана находится мембрана регулировки поступающих потоков теплоносителя. Автоматические трехходовки активируются от температуры воды, механические – выставляются вручную по показаниям термометра.

Турбина

Ставится на моделях, где имеется закрытый тип камеры сгорания и поворотный дымоотвод. Узел выполняется в виде вентилятора, подающего воздух. Потоки поддерживают процесс горения и выводят продукты сгорания.

Выбор и эксплуатация газовых напольных котлов

Как определить лучшие напольные газовые котлы отопления? Прежде всего следует обращать внимание на их номинальную мощность, комплектацию и производителя. Теплоснабжение дома должно быть не только эффективным, но и надежным

Напольный газовый котел в отоплении

Следует отметить, что отечественные напольные газовые котлы отопления в настоящее время практически ничем не уступают зарубежным аналогам.

Поэтому выбор в основном определяется функциональными возможностями оборудования и техническими характеристиками. Все газовые отопительные котлы работают на принципе передачи тепловой энергии от сгорания топлива теплоносителю.

Однако на практике значение КПД и надежность работы определяется следующими параметрами:

• Тип горелки. Зарубежные и российские газовые котлы отопления напольные могут быть укомплектованы одноступенчатой, двухступенчатой или модульной горелкой. Предпочтительно выбирать последний вариант – регулировка интенсивности пламени производится с большой точностью;
• Номинальная мощность. Этот параметр напрямую зависит от характеристик здания: его тепловых потерь, количества оконных и дверных конструкций;
• Стоимость. Самыми дорогими являются чугунные газовые котлы отопления напольные, так как этот материал изготовления лучше всего подходит для изготовления корпуса и теплообменника.

Немаловажную роль в правильной эксплуатации играет организация места установки оборудования. Так, напольные двухконтурные газовые котлы отопления должны быть подключены не только к магистралям теплоснабжения, но и к трубам ГВС. Условия к помещению и оборудованию можно получить в Управляющей Компании. По запросу на установку газового оборудования она обязана выдать полные Технические Условия. Только после этого выполняется подключение газового напольного котла к системе отопления.

Преимущества и недостатки

Одноконтурные котлы могут иметь небольшие встроенные бойлеры для запаса горячей воды

В зависимости от особенностей конструкции напольный котел имеет свои положительные и отрицательные стороны.

Со встроенным бойлером

Одноконтурные котлы с бойлером имеют ряд преимуществ:

• Большое внутреннее сечение теплообменника. Благодаря этому уменьшается образование накипи.
• Простота конструкции обеспечивает высокий показатель надежности.
• Расход тепловой энергии будет самым рациональным.
• Вода внутри бойлера всегда имеет одинаковую температуру, так как на неё не влияют скачки давления в газовой магистрали.
• Комплект «бойлер и газовый котёл» полностью обеспечат горячей водой и теплом все здание.

Минусом является то, что корректная работа бойлера зависит от качества воды, которая чаще всего не соответствует норме.

С чугунным теплообменником

Чугунные теплообменники стоят дороже, но имеют больше преимуществ

Котлы с чугунным теплообменником обладают следующими преимуществами:

• Прочные, не поддаются коррозии.
• Обеспечивается равномерное распределение тепла за счёт материала.
• Чугун обладает отличными техническими свойствами.
• Материал устойчив к влиянию окружающей среды.
• Чугунный теплообменник способен выдерживать высокую температуру.
• У материала длительный срок эксплуатации.

К недостаткам чугунных теплообменников относят:

• большой вес, что затрудняет транспортировку;
• чугун боится перепадов температур – если на раскаленный материал попадет вода, он может лопнуть;
• переносить котел с чугунным теплообменником очень сложно, так как материал хрупкий и может треснуть при нечаянном падении.

Энергонезависимые

Главное преимущество энергонезависимых котлов заключается в отсутствии необходимости подключения электричества. За счет минимального количества узлов устройство очень компактное, легко монтируется. Двухконтурные напольные энергонезависимые котлы способны обеспечить дом горячей водой и полноценным обогревом в местности с нестабильным энергоснабжением.

Устройства такого типа будут хорошо работать только в случае достаточного давления в газовой магистрали. Этот момент является минусом.

Настенные газовые котлы

Настенные газовые котлы разрабатывались для использования в небольших жилых помещениях, где нет возможности отвести для котельной отдельное помещение.

Они монтируются навесным способом на прочные (несущие) стены, поэтому вес и габариты агрегатов ограничены. Как правило, мощность настенных котлов не превышает 40 кВт, а размеры примерно соответствуют формату навесных шкафов кухонных гарнитуров.

Помимо размеров и веса настенные котлы не имеют принципиальных отличий от напольных моделей и работают на общих правилах.

Разновидности

Существуют разные конструкции настенных котлов. Их можно разделить по собственным признакам.

По набору функций:

• одноконтурные. Предназначены только для нагрева теплоносителя и подачи его в отопительную систему;
• двухконтурные. Способны одновременно нагревать теплоноситель и готовить горячую воду для бытовых потребностей.

По типу камеры сгорания:

• атмосферные. Традиционная конструкция газового котла, в котором процесс горения происходит в открытой горелке с забором воздуха прямо из помещения. Удаление дыми происходит обычным способом, под действием тяги печного типа;
• турбированные. Камера сгорания изолирована от атмосферы помещения, что способствует чистоте и отсутствию нежелательных компонентов. Подачу воздуха для горения обеспечивает вентилятор турбонваддува. Возникает избыточное давление, которое способствует выводу дыма из котла. Обычно для таких конструкций используется собственный горизонтальный дымоход коаксиального типа.

По типу теплообменника:

• раздельный. Котлы оснащены либо одним (первичным) узлом, Либо двумя — первичный нагревает теплоноситель, а вторичный (пластинчатый) в проточном режиме косвенным способом готовит ГВС;
• совмещенный (битермический). Конструкция этого узла близка к коаксиальным типам. По одной полости протекает теплоноситель, по другой — вода для бытовых нужд. Конструкция эффективна, позволяет избежать скачков температуры, но очень быстро покрывается слоем известковых отложений, практически не поддающихся очистке.

По материалу теплообменника:

• стальной. Используется на недорогих моделях;
• медный. Применяется на продукции топовых производителей. Обеспечивает высокую теплопередачу и долговечность.

ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ!
Настенные агрегаты обладают всеми возможностями и производятся во всех существующих конструкционных видах. Единственным видом, который не производится в настенном варианте, является энергонезависимый котел.

Плюсы и минусы

К достоинствам настенных газовых котлов следует отнести:

• компактность, малый вес, способность гармонично вписаться в интерьер помещения;
• широкий выбор функционала и мощности агрегатов;
• надежность, стабильность работы;
• простота управления;
• небольшой расход газа;
• удобство обслуживания и ремонта.

Недостатками можно считать:

• монтаж агрегатов трудоемкий, нуждается в использовании специального оборудования;
• мощность котлов ограничена из-за необходимости снизить нагрузку на несущие поверхности.

Имеющиеся минусы настенных котлов не являются серьезным препятствием для пользователей. Большинство владельцев сравнительно небольших помещений предпочитает покупать настенные модели.

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.

Классификация водогрейных котлов на газе

Водогрейные газовые котлы устанавливаются в источниках теплоснабжения для организации подачи ГВС  и отопления на бытовые и промышленные нужды.

Принцип функционирования таких устройств заключается в циклическом процессе нагрева и охлаждения теплоносителя. В зависимости от температуры нагрева они группируются:

• на низкотемпературные с температурой нагреваемой среды до 115 С;
• высокотемпературные от 115 до 150 С;
• на устройства, вырабатывающие перегретый теплоноситель свыше 150 С.

По назначению они разделяются на две группы:

1. Газовые промышленные свыше 100 кВт и теплоносителем до 115 С.
2. Бытовые, для частного дома, с мощностью до 100 кВт и  теплоносителем до 90 С.

Промышленные газовые котлы

Промышленные водогрейные газовые  котлоагрегаты  сегодня являются самыми эффективными источниками теплоснабжения. Они могут быть выполнены водотрубными, когда теплоноситель циркулирует внутри труб, а дымовые газы снаружи.

И жаротрубными, когда дымовые газы проходят внутри труб, а теплоноситель снаружи. Монтаж обоих вариантов отличается различной конструкцией дымоотводящих каналов.

Как правило, промышленный водогрейный агрегат состоит из 2-х взаимосвязанных конструктивных частей: топочной и конвективной.

Первая — выполнена из стальных панелей, называемых экранами по месту расположения: задний, боковой, фронтальный и потолочный. Конвективные поверхности нагрева располагаются после топочных поверхностей нагрева, чтобы обеспечить максимальный теплосъем от уходящих газов.

Для этого направление движения теплоносителя и дымовых газов выполняется по принципу противотока.

Котлы для частного дома

Эти устройства имеют меньшую мощность и работают при более низкой температуре теплоносителя, поэтому могут быть как настенными, так и напольными.

В зависимости от количества контуров нагрева, они изготавливаются одноконтурными для отопления и двухконтурными для отопления и ГВС. Одноконтурные котлы могут иметь патрубки для подключения внешнего бойлера косвенного нагрева ГВС.

Теплообменники изготавливаются из стали, чугуна и меди. Последние в основном для настенных конструкций. Газовое топливо сжигается в топке, которая может выполняться закрытой для принудительного движения дымовых газов и открытой в случае естественного удаления уходящих газов.

Горячие газы омывают теплообменник, через который проходит теплоноситель для контура отопления и ГВС. Остывшие дымовые газы выбрасываются в атмосферу через дымоотводной канал.

Нагретый теплоноситель с температурой до 90 С поступает во внутридомовую тепловую сеть, распределяется по стоякам и далее по радиаторам отопления, где отдает тепловую энергию воздуху в помещении, остывает и возвращается в котел для следующего цикла нагрева.