Конструкция газового котла – основные элементы и принцип их работы –

Устройство, основные узлы

Конструкция типового газового котла отопления состоит из следующих важнейших сборочных единиц:

• Горелка. Предназначается для сжигания природного газа и постоянного распространения выделяемой энергии на теплообменный контур. Имеется две модификации – обычная атмосферная, а также турбированная горелка, оборудованная принудительной вытяжкой компонентов, образующихся при сгорании топлива.
• Теплообменник. Внутри металлического корпуса располагается змеевик, по которому курсирует вода для обогрева. Материалом для труб служит медь или железоуглеродистые сплавы. Различают одно и двухконтурные теплообменники.
• Циркуляционный насос. Предназначается для обеспечения устойчивого давления жидкости в трубопроводе для ее наилучшего распределения по системе отопления.
• Расширительный бачок. Служит для «поглощения» избытка теплоносителя, возникшего при нагреве, а также предотвращает возникновение воздушных пробок.
• Дымоотвод. Выполняет удаление продуктов сгорания в атмосферу. Имеется две модификации – обычный (атмосферный), а второй с турбонаддувом снабжен вентилятором для механического вытягивания отработанных газов на улицу.
• Блок управления. Регулирует, контролирует и оптимизирует работу системы отопления. Устройство оснащено программным модулем, сенсорами, датчиками.

На заметку! Типовой двухконтурный газовый котел вырабатывает до 8 л горячей жидкости за минуту. Если нужно увеличить потребление воды, то лучше подключить одноконтурную модификацию, скомбинированную с водонагревателем накопительного типа.

Выбор газового котла

Средством экономии является и сам выбор котла. Дешевый, подороже, с автоматикой или без, на чем можно выиграть в самом начале и в последующей эксплуатации – все это важно учесть и просчитать. Ярким примером неоднозначности расчета экономии на отоплении может стать приобретение котла типа АГВ (аппарат газовый водонагревательный), под которым подразумевается самый дешевый вид котла старого, советского, образца с примитивной автоматикой.

Стандартно газовый котел АГВ имеет очень низкую цену, но и низкий КПД, зато не нуждаются в электричестве. Только точный просчет поможет определить степень экономии при использовании данного прибора. Про отечественные газовые котлы можно прочитать в нашей статье «Газовые котлы российского производства: разновидности и свойства» .

Важно также определиться с потенциальными проблемами тех или иных котлов при выборе оптимальной модели. Например, газовый котел МОРА неисправности будет терпеть постоянно вплоть до выхода из строя в условиях нестабильности электрического напряжения, при малейших ошибках настройки и недостатке воды в системе.

А на газовый котел Мастер Газ Сеул отзывы на первый взгляд, противоречивые, однако они дают информацию об уязвимых местах данной модели – накапливание отходов горения в котле, что приводит к шумной работе вентилятора, течи и нестабильной температуре воды при подаче, при этом со своей основной функцией, обогревом, данная модель справляется исправно.

Вероятно, у каждой бюджетной модели, есть такого рода особенности, которые при определенных условиях могут не проявляться, оправдывая таким образом экономию на покупке, а при знаниях устройства котла, а также сильных и слабых сторон каждой модели, можно не оставаться безучастным и не пускать ситуацию на самотек, а управлять уровнем комфорта и размером затрат при эксплуатации отопительной техники.

Достоинства и недостатки двухконтурных приборов

Достоинства двухконтурного отопительного агрегата состоят в следующем:

• Экономичный расход топлива. Направлением для сравнения является использование двухконтурного котла или одноконтурного с бойлером косвенного нагрева.
• Компактные размеры. Подавляющая часть двухконтурных котлов представлена настенными отопительными приборами. Их легко разместить как в подсобных помещениях, так и в малогабаритной кухне.
• Универсальность. Нет необходимости покупать дополнительное оборудование и решать вопросы с его совместимостью с котлом.

В одном агрегате уже удачно объединены в единую автоматизированную систему проточный водонагреватель, отопительный прибор и циркуляционный насос.

Очевидно, что наряду с достоинствами, присутствуют и свои недостатки:

• Невозможность одновременного действия отопления и контура ГВС. В связи с этим значительное потребление горячей воды может стать причиной снижения температуры в доме.
• Ограничения мощности настенных моделей. Компактные настенные котлы из-за минимальных размеров горелки не в состоянии обеспечить требуемый температурный режим при максимальном напоре. Подобный недостаток наблюдается при удаленном размещении точек водозабора.
• Чувствительность к качеству воды. Вторичный пластинчатый теплообменник требователен к качеству потребляемой воды. Наличие примесей становится причиной использования средств снижения ее жесткости, и проведения очистки теплоносителя.

Еще одним критерием оценки двухконтурного котла является его стоимость. Цена двухконтурного отопителя выше цены одноконтурного аналога.

Однако если рассматривать наличие системы ГВС и пути решения вопроса в случае установки одноконтурного котла, то при включении в схему сборки бойлера косвенного нагрева цена двухконтурника будет ниже.

Наддувные

Более сложная конструкция, в которую воздух нагнетается вентилятором. С достоинствами и недостатками картина обратная: горелка стоит дорого и шумит, но зато камера сгорания является закрытой и нет ограничений по мощности.

Обычно используется коаксиальная труба, сечение которой разделено на две части: по внутренней отводятся продукты сгорания, по внешней — поступает воздух в топку.

Кроме того, газовые горелки делятся на следующие разновидности:

1. Одноступенчатые: обладают фиксированной теплопроизводительностью и работают в режиме «старт-стоп». Дешевы, но элементы котла с такой горелкой работают в условиях значительных и резких температурных перепадов, из-за чего срок их службы сокращается.
2. Двуступенчатые: могут работать в двух режимах: с максимальной мощностью и с 40-процентной. Промежуточная ступень обеспечивает плавный запуск горелки и позволяет реже ее выключать, так что в конечном итоге режим работы котла становится более щадящем.
3. Модулированные: самые дорогие горелки, теплопроизводительность которых можно плавно менять в диапазоне от 10% до 100%. Вместо режима «старт-стоп» такая горелка работает постоянно с нужной мощностью, так что элементы котла не подвергаются тепловым перегрузкам, а температурные перепады полностью исключаются. Котел, соответственно, служит дольше. Кроме того, модулированная горелка оптимизирует расход топлива, так что теплогенератор становится еще и более экономичным.

Горелка оснащается устройством розжига одного из двух типов:

1. Пьезорозжиг: при запуске котла пользователь однократно нажимает кнопку пьезомеханизма, от искры которого загорается запальник или фитиль (дежурная горелка). Впоследствии от запальника загорается основная горелка.
2. Электронный. Устройство генерирует искру самостоятельно, без участия пользователя.

Паровые газовые котлы

Паровое котельное оборудование, работает в условиях высокой температуры теплоносителя. Нагрев осуществляется в два этапа:

• Теплоноситель нагревается до температуры, свыше 100°С. Достигнув точки кипения, жидкость становится паром, после чего, отправляется в сепаратор, где частички влаги удаляются.
• Сухой пар направляется на повторный подогрев. Температура пара доходит до необходимых показателей.

Паровые газовые котлы высокого давления, выполняют сразу несколько важных функций:

• Нагревают теплоноситель для системы отопления.
• Продуцируют пар для производства.

Для большей теплоэффективности, в котельном оборудовании используется рециркуляция дымовых газов. Нагретые воздушные массы направляются не сразу в дымовой канал, а повторно посылаются в теплообменник.

Классификация паровых котлов включает в себя несколько моделей:

• Жаротрубный паровой котел на газовом топливе – устаревший тип с низким КПД. Газообразные разогретые продукты сгорания, циркулируют по множеству трубок, расположенных внутри корпуса. Жаровые трубы окружает теплоноситель системы отопления. Производительность оборудования, ограничена 360 кВт. Пар подается под давлением, равным приблизительно 1 Мпа.
• Водотрубный паровой отопительный агрегат – в данной конструкции, пар окружает трубы, по которым циркулирует теплоноситель, что обеспечивает высокую теплоотдачу и производительность.
  Недостаток решения – необходимость в слаженной работе многоуровневой системы безопасности. Сердцевиной котла является поперечный или продольный барабан, установленный горизонтально или вертикально.

Принцип работы промышленного газового котла, вырабатывающего пар, во многом зависит от метода нагрева теплоносителя. Мощные котельные установки, вырабатывают от 0,3-1 т сухого пара в час.

Принцип работы газового котла отопления для частного дома

Отопительную систему частного дома лучше всего построить на основе двухконтурного котла. Немного большие затраты из-за разницы в цене окупятся за счет экономии на отоплении и ГВС. Отопление газом дает реальную экономию, потому что в данный момент газ является самым недорогим видом топлива.

Основным принципом организации системы отопления и ГВС частного дома при условии применения двухконтурных газовых котлов является расчет его мощности. Существует приблизительная, но вполне рабочая формула расчета мощности: 10 м² площади = 1 КВт тепловой энергии 40% на запас и нагрев воды.

Таким образом, для отопления и ГВС жилого дома площадью 100 м² потребуется котел мощностью 14 КВт.

В паспортах всех агрегатов указывается значение полезной тепловой мощности, поэтому потребителю остается только подобрать котел по своей площади.

Другим важным фактором при расчете отопления частного дома является

обеспечение бесперебойного снабжения электричеством. Для этого вполне достаточно применить источник бесперебойного питания, аналогичный компьютерному.

Для расчета мощности подключаемого ИБП необходимо посмотреть в паспорте котла его электрическую мощность.

Не путать с тепловой мощностью самого котла.

Когда искомое значение будет найдено, для обеспечения запаса прочности к нему нужно будет прибавить еще 20-25% от паспортного значения. Полученный результат будет тем значением электрической мощности, на которую должен будет рассчитан ИБП.

Например, электрическая мощность котла составляет 165 Вт, при этом его полезная тепловая мощность составляет 31 КВт. Для обеспечения бесперебойного электрического питания этой модели достаточно ИБП мощностью 200 Вт.

Разновидности газовых котлов

Все настенные газовые котлы условно можно разделить на несколько основных категорий:

– в зависимости от применяемого способа сгорания топлива котлы бывают с открытой и закрытой камерой сгорания;

– по классу экономичности и наиболее полному использованию выделяемого тепла на классические и конденсационные;

– по функциональному предназначению на одноконтурные (обеспечивающие только систему отопления) и двухконтурные (питающие как систему отопления, так и горячего водоснабжения).

Котлы с открытой камерой сгорания. Другое название котлов с открытой камерой сгорания: котлы с естественной тягой. Для обеспечения процесса горения газа подача нужного количества воздуха осуществляется естественным образом, из помещения, в котором размещается котёл, а отвод отработанных газов и других продуктов горения наружу производится через дымоходное отверстие котла.

Вследствие этого, при установке котла с естественной тягой в жилом помещении в обязательном порядке должна присутствовать высокопроизводительная приточная вентиляционная система. В противном случае может ощущаться недостаток кислорода, духота, а в случае дефектов или нарушении герметичности дымохода возможно отравление угарным газом.

Для такого котла крайне желательно выделить отдельное помещение – топочную, оборудованную дымоходом и системой вентиляции в соответствии с нормами техники безопасности. Главной причиной популярности котлов с естественной тягой является их привлекательная цена и способность некоторых моделей работать независимо от наличия электроэнергии.

Котлы с закрытой камерой сгорания. Турбированные газовые котлы с закрытой камерой сгорания осуществляют забор необходимого для процесса горения воздуха с улицы, что позволяет монтировать их, в том числе и в жилых помещениях, придерживаясь определённых норм и правил безопасности.

Как подача воздуха, так и отвод отработанных газов производится посредством коаксиального дымохода. Конструкция коаксиального дымохода представляет собой трубу меньшего диаметра, размещённую в трубе большего диаметра. С помощью трубы меньшего диаметра производится отвод продуктов сгорания, а в обратном направлении, через простенок между трубами, снаружи поступает воздух, необходимый для поддержания процесса горения.

Вывод и подача воздуха осуществляется при помощи мощного вентилятора. Таким образом, работа котла не оказывает влияния на атмосферу внутри помещения, что даёт возможность снизить требования к условиям установки. Кроме того, за счёт теплообмена воздух поступает в камеру сгорания уже нагретый, что способствует более полному сгоранию газа и, соответственно, обеспечивает более высокую производительность работы котла.

С точки зрения комфортной эксплуатации и безопасности для здоровья человека такая система намного предпочтительнее. К недостаткам котлов с закрытой камерой сгорания можно отнести их сравнительно высокую стоимость, необходимость подключения электричества для работы вентилятора и более шумную работу.

Традиционные и конденсационные котлы. Принцип действия конденсационных котлов основан на использовании тепла вторичных газов, образующихся в процессе сгорания. Отработанные газы включают углекислый и угарный газ, оксид азота и серы, а также до 20% разогретого водяного пара.

В традиционных котлах все продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Конструкция конденсационного котла включает специальный дополнительный теплообменник (изготавливается из нержавеющей стали, силумина и других материалов не подверженных коррозии), предназначенный для конденсации водных паров.

В зависимости от режима работы котла происходит выделение определённого количества дополнительной тепловой энергии. Чем ближе температура отработанных газов к «точке росы» (температуре образования конденсата), тем выше будет КПД работы котла. Такие котлы отличаются не только высокой экономичностью, но и способствуют сокращению выброса вредных веществ в атмосферу. Продукты сгорания концентрируются в образовавшейся жидкости, которая отводится в канализационную систему.

Одноконтурные котлы. Одноконтурный котёл предназначен исключительно для обеспечения отопления, для организации горячего водоснабжения дополнительно требуется установка газовой колонки или электрического бойлера.

Двухконтурные котлы. Такие котлы обеспечивают как потребность в обогреве, так и в горячем водоснабжении. В котёл встроен отдельный контур для нагрева горячей воды, однако технологически одновременный нагрев воды для потребностей отопления и горячего водоснабжения не предусмотрен.

Приоритет отдаётся подготовке горячей воды, поэтому при включении горячей воды работа отопления временно прекращается. Учитывая, что для ощутимого снижения температуры в помещении потребуется несколько часов непрерывной работы котла только на подготовку горячей воды (чего на практике практически не случается), такой котёл является вполне эффективным.

Старый и новый образец

Отопительные газовые котлы используются в быту давно, около 100 лет.

Для современных аппаратов подходит следующая неформальная классификация:

• настенные или стационарные (напольные) модели;
• с 1 или 2 контурами;
• с ручным или автоматическим регулированием;
• атмосферные или турбированные;
• конвекционные или конденсационные.

Производители освоили выпуск сотен моделей агрегатов, подходящих для всех видов сооружений и строений, для любых условий эксплуатации и работы во разных режимах. Старые образцы подобной техники не могут похвастаться множеством видов. Они изготавливались только в напольном исполнении.

Примером старого образца отопительной техники может служить модель АГВ-80. Она производилась с 1939 г. Жуковским машиностроительным заводом. Это был стальной герметичный бак на 80 л в виде цилиндра. Сверху располагался дымовыпускной отвод. Внутри цилиндра проходила т. н. “жаровая труба”, под которой была устроена атмосферная горелка.

Дымоотвод подсоединялся к дымоходу, длиной не менее 5 м с естественной вытяжкой для выведения продуктов сгорания. Принцип работы сохранился в современных АОГВ и 2-контурных АКГВ. Они оснащены продвинутой автоматикой, которая позволила увеличить КПД до 89%.

Ретро-котлы и сейчас в строю. Они обладают надежно сваренным корпусом из хорошего металла с минимумом деталей. Их можно использовать в качестве временного решения проблемы отопления, до приобретения нового оборудования. Допустимо установить на старые модели современную автоматику и дать изделиям вторую жизнь.

Условия установки настенных газовых котлов

Учитывая, что газовые котлы относятся к приборам повышенной пожаро- и взрывоопасности, а также требуют подключения к внешнему источнику газа, их установка имеет свою специфику и допускается после ряда согласований и в строгом соответствии с существующими нормами и правилами.

Самостоятельный монтаж газового оборудования может производиться только квалифицированными специалистами. На основании заявления, поданного в газовую службу, заявитель получает технические условия, согласно которым должна проводиться установка котла.

Инженеры-проектировщики на основании предоставленных технических условий составляют проектную документацию, включающую схему прокладки газопровода от магистрали и схему установки самого отопительного прибора. Проектная документация, паспорт и сертификат выбранного настенного газового котла подаются на утверждение в контролирующие органы газовых служб, где окончательно заверяются или отправляются на доработку.

Перед установкой как напольного, так и настенного газового котла должен соблюдаться ряд требований:- помещение, отведённое под установку котла должно иметь площадь не менее 4 м² и высоту потолков от 2,2 м;- отделка стен и пола должна быть выполнена негорючими материалами, стены оштукатурены;- ширина дверного проёма не менее 80 см;- помещение должно хорошо освещаться, не менее 0,3 м² оконной поверхности на 10 кубических метров внутреннего пространства;- в помещение должен быть осуществлён подвод газа, холодной воды, канализации и электричества;- площадь отверстий для организации приточной вентиляции рассчитывается исходя из следующих норм:

Большинство компаний, занимающихся продажей газовых котлов, имеют собственные проектные и монтажные подразделения или сотрудничают с соответствующими организациями. В обязательном порядке следует заключить договор на техническое обслуживание котла, как на гарантийный, так и на послегарантийный период.

Устройство и принцип работы настенного газового котла

В настоящее время настенный газовый котёл представляет собой компактный отопительный прибор, в корпусе которого, помимо собственно нагревательных элементов, находится всё необходимое оборудование для его эффективной работы.

Настенный газовый котёл состоит из таких основных элементов:

1. Газ в камеру сгорания подаётся при помощи газовой горелки. Посредством форсунок обеспечивается равномерное распределение газа в камере для прогрева теплоносителя. В современных котлах применяются модулируемые горелки способные регулировать пламя и точно поддерживать заданную температуру.

2. Теплообменник может быть выполнен из меди или нержавеющей стали. Медные теплообменники обладают лучшей теплопроводностью и имеют более высокий КПД, стальные же более прочны и устойчивы к коррозии. Конденсационные котлы могут иметь как один, так и два теплообменника.

3. В зависимости от мощности котла проток воды обеспечивают один или два циркуляционных насоса.

4. Расширительный бак компенсирует избыток воды в результате нагрева.

5. Автоматика газовых котлов представляет собой систему устройств, направленную на поддержание стабильной температуры в системе отопления и помещении. Автоматика подразделяется на энергозависимую (электронные датчики, программаторы, комнатные термостаты, электромагнитные клапаны) и энергонезависимую, реагирующую на изменения показателей давления теплоносителя в результате перегрева или охлаждения.

6. Вентилятор (для турбированных котлов).

7. Термометр, манометр, воздухоотводчик, газовый клапан и другие – измерительные и регулирующие приборы необходимые для корректной работы котла.

8. Системы безопасности. Встроенная система защиты останавливает работу котла при отсутствии электроэнергии и перекрывает электромагнитный клапан подачи газа. После возобновления подачи электричества котёл перезапускается вручную.

В большинстве моделей также предусмотрена система защиты от замерзания. При работе котла в энергосберегающем режиме в течение продолжительного времени, температура теплоносителя контролируется посредством датчиков. В случае понижении температуры до 4-6° С происходит кратковременное включение котла и прогрев теплоносителя, после чего котёл опять переходит в «спящий» режим.

Система самодиагностики позволяет определить до 90% неисправностей котла. Информация о характере поломки выводится на электронное табло в виде кода.

Основные принципы работы являются общими для различных модификаций газовых настенных котлов. Контроллер управления фиксирует температуру теплоносителя и окружающей среды при помощи датчиков и определяет потребность в тепле. Исходя из потребности, осуществляется подача газа к горелке и производится электрический или пьезоэлектрический розжиг.