Как работает газовый котел: устройство, схема, режимы

Энергозависимость котла

Большинство современных котлов имеют в комплектации различные датчики для безопасности работ: термостаты, поддерживающие нужную температуру в помещении и регулирующие подачу топлива в котел, циркуляционные насосы и вентиляторы. Все они работают при условии постоянного подключения к электрической сетия.

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

Обычно используют Источники Бесперебойного Питания (ИБП), также в качестве резервного источника электроэнергии можно использовать другие устройства, например, дизельные или бензиновые генераторы. Однако их применение в загородном доме нецелесообразно. Но иногда необходимо.

Монтаж внутренних газопроводов промышленных котельных

Какие требования надо учесть при монтаже внутреннего газопровода:

• Прокладка осуществляется открытым способом. Разъемные узлы доступны для ремонта и контроля.
• Фланцевое или резьбовое соединение допустимо на отрезках установки контрольных приборов, газовых устройств, арматуры. Остальные участки труб свариваются.
• Каждый кран и затвор имеет ограничитель поворота на 90°. Задвижки с фиксированным шпинделем оборудованы указателем степени открытия.
• Газовые трубы не пролегают рядом с агрессивными средами, горячими металлическими поверхностями, не пересекают окна, дверные проемы.
• Правильный монтаж газопровода обеспечивает собственный отвод продуктов сгорания для всех агрегатов.
• Уклоны газопровода, вертикальное положение стояков, расстояния от стен – в точном соответствии с проектными показателями.

До начала работ арматура проходит испытания и ревизию у производителя.

Технология монтажа газопровода

После оформления обязательных документов и разметки начинается строительство газопровода.

1. Устанавливаются приборы, к которым будут подведены трубы.
2. Устройство опорных элементов. Чем шире труба, тем дальше друг от друга расположены кронштейны, крюки или крепежные хомуты. Расстояние между ними зависит от диаметра труб.
3. Внутренняя часть теплопровода проверяется, при необходимости очищается от снега, льда, посторонних предметов. Укладка перед свариванием осуществляется с помощью центраторов на специальных прокладках.
4. Соединение трубных заготовок и заводских монтажных узлов. Система поворотов и компенсаторов нивелирует сдвиги конструкции под влиянием перемены температур.
5. Присоединение газопровода к оборудованию.
6. Пробная подача газа – испытание на герметичность.
7. Окончательное подключение.

Настройка газового котла gepard или panther на мощность, ниже минимальной

На третьем этапе производится настройка минимальной мощности котла, на величину, ниже указанной в инструкции.

Такая настройка бывает необходима не во всех случаях, а только тогда, когда первый и второй этапы не приносят необходимого результата. Как в нашем случае, когда на первом этапе кнопкой «-» устанавливаем новое значение мощности котла =9 (минимально возможная настройка, соответствует 8,5 кВт.).

Следует заметить, что настройка мощности котла по описанной ниже методике бывает полезна и в других случаях, так как позволяет через проведение эксперимента настроить отопительную мощность котла в соответствии с реальной мощностью отопительного контура. Реальная мощность обычно оказывается меньше расчетной.

Перед проведением работ по настройке минимальной мощности горелки, необходимо:

• Полностью открыть термостатические и другие вентили на радиаторах, а комнатный термостат установить на максимальную температуру. Термостат, управляющий теплыми полами, настраивают на максимально-допустимую температуру, чтобы не перегреть полы.
• В пользовательском меню котла выставить максимальную рабочую температуру, которую выставляют хозяева в самые морозы, прибавляя еще 5 °С. Обычно это не меньше 65 °С. Если хозяева не помнят её, или на новом котле в меню устанавливают заводскую настройку максимальной температуры 75 °С. Горелка котла должна будет автоматически отключаться при температуре на 5 °С больше, т.е. при 80 °С.
• Контур отопления охладить до температуры отопительной воды ниже 30 °С.

Далее, запускаем горелку в режиме отопления, в сервисном меню выбираем строку d.52, нажимаем кнопку «mode» и видим на дисплее значение параметра положения шагового электродвигателя газового клапана в заводском режиме минимальной мощности.

Сняв переднюю крышку котла визуально наблюдаем величину пламени в горелке. В нашем примере на дисплее высвечивалась заводская настройка, число =72, а высота пламени в горелке была достаточно большой.

Кнопкой «-» устанавливаем новое значение параметра в строке d.52, например =20. Через 3 секунды после изменения, когда новое значение автоматически подтверждается, наблюдаем значительное снижения высоты пламени в горелке. Это свидетельствует о том, что полезная мощность котла с указанной настройкой сильно уменьшится.

Далее наблюдают на дисплее рост температуры в прямом трубопроводе отопления на выходе из котла. Обычно рост температуры останавливается, достигнув какого-то значения, меньше установленного, например 52 °С . Котел работает, а температура не растет (или изменяется очень, очень медленно). Это значит, что достигнут баланс мощности между котлом и системой отопления при этой установившейся температуре воды.

В этот момент увеличиваем параметр в строке d.52 сервисного меню, выставляем новое значение =30 — температура снова начинает расти и опять останавливается, например на 63 °С. Опять добавляем значение параметра в строке d.52 =35 и так подбираем параметр до тех пор, пока температура не остановится на величине, чуть больше максимальной, например 77 °С .

Если радиаторы плохо прогреваются по высоте, разница температур в прямой и обратной трубе при максимальной температуре более 15-20° , то увеличивают давление срабатывания клапана байпаса. Как регулировать клапан байпаса читайте ниже. Температуру воды в прямом и обратном трубопроводе можно увидеть на дисплее, если войти в сервисное меню, строки d.40 и d.41.

В случае регулировки клапана байпаса, настройку газового клапана в строке d.52 необходимо повторить.

Следует заметить, что описанная выше методика настройки газового клапана, которая позволяет через проведение эксперимента сбалансировать мощность котла с мощностью отопительного контура, отсутствует в рекомендациях производителя котлов. Это идея автора статьи, успешно реализованная при настройке автономных систем отопления с газовыми котлами.

Классификация газовых котлов

1. По способу установки, газовые котлы разделяются на напольные и настенные. Настенные модели представляют собой мини-аналог напольных приборов, отличаясь лишь немного меньшей мощностью.
2. В зависимости от количества контуров, котлы бывают одноконтурными и двухконтурными. Первые подходят лишь для обогрева помещения, в то время как вторые подогревают воду для бытовых нужд. Двухконтурные модели подогрев воды осуществляют, либо косвенно прогревая жидкость в бойлере, либо так называемым «проточным» способом.
3. По способу розжига, монтируемые на стену котлы разделяются на те, которые разжигаются при помощи автоматики, и разжигаемые пьезорозжигом. Последние имеют простую конструкцию, стоят дешевле, но подразумевают полностью ручное управление — Вам самостоятельно придется включать кнопку, разжигать пламя, а также выключать котел. Примечательно, что в моделях с электронным розжигом данный процесс полностью автоматизирован — от Вас потребуется лишь подсоединение оборудования к электросети и выставление нужного температурного режима. Стоят такие котлы дороже, однако они являются более экономичными благодаря отсутствию запальника с постоянно горящим пламенем.
4. Нагревательные котлы делятся на два типа (тип определяется в зависимости от камеры сгорания газа) — камера может быть открытой и закрытой. Модели с камерой первого типа, для поддержания реакции горения, берут воздух из помещения, в котором размещаются. Что касается продуктов сгорания, то их отвод осуществляется за счет естественной тяги в дымоходе. В обслуживании такие котлы недорогие, и стоят они дешевле, по сравнению с моделями с закрытой камерой сгорания.

Базовые элементы конструкции

Прежде чем коснуться непосредственно принципа работы газовых котлов отопления, следует ознакомиться с их строением. Обычно устройства состоят из следующих элементов.

1. Горелка обеспечивает нагрев теплоносителя. Газ подается в камеру сгорания посредством специальных форсунок, которые позволяют равномерно распределить пламя.
2. Теплообменник отдает тепловую энергию жидкости, циркулирующей в отопительной системе.
3. Система автоматики предназначается для безопасности и управления режимом работы.
4. Приспособление для отвода отработанных газов.

Иногда в котел встраивается циркуляционный насос, позволяющий обеспечивать принудительное движение теплоносителя в трубах системы отопления. Однако такие модели стоят дороже. Они не пользуются популярностью у потребителей. Чаще всего насос устанавливается отдельно.

Принцип работы котельной

Котельной называют отдельное помещение, которое выделяется для установки нагревательного оборудования.

В зависимости от места расположения помещения выделяют следующие виды котельных:

1. При сооружении отдельной постройки для установки газового оборудования говорят об отдельно стоящей котельной. Отопительные магистрали, которые идут от этой постройки к дому, хорошо утепляются, чтобы не было теплопотерь. Преимущество таких вариантов в надежной защите от шума, который издает работающее оборудование, а также безопасности для людей в случае плохого удаления угарного газа.
2. Пристроенная разновидность примыкает к жилому дому. Этот вариант более выгодный тем, что не нужно тянуть коммуникации от отдельной постройки в дом и хорошо их утеплять. Более того, вход в это помещение можно организовать непосредственно из дома, чтобы зимой вам не приходилось ходить по улице для регулировки работы котла и проверки исправности системы.
3. Встроенный тип таких помещений располагается внутри дома. В этом случае намного проще прокладывать отопительный контур и другие необходимые коммуникации.

Принцип действия газовых котлов

Все существующие модели можно разделить на две основные группы:

Конвекционные котлы обладают более простой конструкцией и невысокой стоимостью. Встретить такие модели можно повсеместно. Нагрев теплоносителя происходит исключительно за счет воздействия открытого пламени горелки. При этом большая часть тепловой энергии передается на теплообменник, но некоторая (иногда достаточно значительная) ее часть теряется вместе с отводимыми продуктами сгорания газа. Самый главный недостаток, не используется скрытая энергия водяных паров, входящих в состав удаляемого дыма.

Конвекционный котел Gaz 6000 W

К преимуществам таких моделей стоит отнести достаточно простую конструкцию, возможность отведения продуктов сгорания за счет естественной тяги (при наличии соответствующих требованиям дымоходов).

Вторая группа — это конвекционные газовые котлы. Их особенность заключается в следующем — конвекционное оборудование не может использовать энергию удаляемого с дымом водяного пара. Именно этот недостаток и позволяет устранить конденсационная схема газового котла.

Газовый котел Bosch Gaz 3000 W ZW 24-2KE

Суть работы таких устройств — продукты горения, имеющие достаточно высокую температуру, проходят через специальный теплообменник, в который поступает вода из обратки системы отопления. При условии, что температура такого теплоносителя ниже точки росы для воды (около 40 градусов), на внешних стенках теплообменника начинает конденсироваться пар. При этом высвобождается достаточно большое количество тепловой энергии (энергия конденсации), которая и обеспечивает предварительный нагрев теплоносителя.

Но существуют и некоторые негативные моменты, характеризующие конденсационную технику:

Для работы в конденсационном режиме необходимо обеспечить температуру обратки не более 30-35 градусов. Поэтому такие агрегаты в основном применяются для низкотемпературных (не более 50 градусов) систем отопления. Так же котлы данного типа можно использовать в системах с большой теплоотдачей, например, в системах теплого водяного пола. Достаточно хорошо зарекомендовали себя котлы, в которых конденсационный теплообменник используется для обеспечения горячего водоснабжения.

Техническое обслуживание и настройку оптимального режима работы котла может выполнить только грамотный специалист. В регионах, мастеров, способных разобраться в конденсационных котлах, не слишком много. Поэтому обслуживание устройства может обойтись достаточно дорого.

Кроме того, сама стоимость оборудования данного класса высока, отнести такую технику к бюджетному варианту не удастся даже при большом желании.

Но разве стоит отказываться из-за таких недостатков от возможности сэкономить более 30% энергоносителя. Именно такая экономия и небольшой срок окупаемости конденсационных котлов и делает их приобретение целесообразным с экономической точки зрения.

Котлы с открытой и закрытой камерой сгорания

Такие котлы существенно различаются своими техническими возможностями, при этом условия их применения так же отличаются.

Атмосферные котлы оснащены камерой сгорания открытого типа. Воздух, необходимый для сгорания газа поступает в камеру непосредственно из помещения. Поэтому при выборе таких котлов необходимо строго контролировать соблюдение нормативных требований воздухообмена в помещении. В комнате должна действовать эффективная система вентиляции, кроме того, отвод продуктов горения в режиме естественной тяги возможен только при устройстве высоких дымоходов (отвод дыма выше уровня кровли здания).

Настенный газовый котел Logamax U054-24K атмосферный двухконтурный

К достоинствам таких котлов относят достаточно приемлемую стоимость, простоту конструкции. Но стоит учитывать то, что КПД таких агрегатов чаще всего не слишком высок (по сравнению с более совершенными моделями).

Турбированный настенный двухконтурный котел оснащается камерой сгорания закрытого типа. Такие агрегаты подключаются в основном к коаксиальным дымоходам, обеспечивающим не только отвод продуктов горения, но и подачу свежего воздуха в камеру сгорания с улицы. Для этого в конструкцию котла встраивается электровентилятор небольшой мощности.

Газовый котел FERROLI DOMIproject F24 настенный двухконтурный турбированный

Основное преимущество турбированного котла заключается в повышенной производительности, при этом КПД устройства достигает 90-95%. Благодаря этому появляется возможность сократить расход топлива. Но стоит учитывать то, что стоимость таких котлов достаточно высока.

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

Подходите к выбору взвешенно, и пусть в вашем доме будет тепло.

Еще немного об особенностях работы

Чтобы предотвратить попадание носителя во второй контур, используют трехходовой клапан. Таким образом удалось добиться подачи нагретой воды из котла в систему через одну линию (подающую) и возврат через другую (обратную)

Стоит обратить внимание на то, что котел газовый настенный двухконтурный устроен таким образом, что носитель движется по кругу, не образуя налет. Но это касается первого теплообменника

Во втором же происходит забор воды из трубопровода. Как показывает практика, качество носителя зачастую оставляет желать лучшего. По этой простой причине имеет смысл перед носителем устанавливать фильтры, которые удалят нерастворимые соединения. Если же контур горячего водоснабжения сломается, то котел может работать в режиме обогрева помещения. Таким образом, вы не будете сидеть в зимнее время в холодной квартире или доме.

Напольные котлы

Для размещения напольных котлов может потребоваться дополнительное помещение, так как они имеют большую мощность и больше по размерам, чем настенные.

Напольные котлы, плюсы:

• Теплообменники в них выполняются из чугуна, который увеличивает вес изделия, но отличается длительным сроком службы – до 30 лет. Другие недорогие детали в процессе эксплуатации несложно заменить;
• Не требуется дымоход с усиленной тягой.

Минусы:

• Из-за чугунного теплообменника он занимает много места на полу, так как вес и габариты не позволяют повесить котел на стену;
• Требуется приобретать и устанавливать расширительный бачок, делается обвязка отопителя;

Из чего состоит котел

Как работает газовый котел? Образованная тепловая энергия при сгорании газа, направляется в жидкость. Последняя перемещается по системе отопления и нагревает комнату. Газовый котел состоит из следующих важных узлов:

• Горелка;
• Теплообменник;
• Расширительный бак;
• Газовый клапан;
• Система автоматики.

Специфика двухконтурного отопительного оборудования основана на особенностях его внутреннего строения. Сегодня многие модели оснащены двумя теплообменниками, каждый из которых обогревает свой участок. Также отопительный агрегат имеет специальный трехходовой клапан. Он осуществляет регулировку режима работы.

Характеристика горелки

Горелка – конструкция прямоугольной формы, оснащенная отверстиями, расположенными в определенном порядке. Они необходимы для подачи газа от расположенных внизу форсунок. Газовый котел может быть оснащен следующими видами горелок:

1. Атмосферные. Работа такой горелки характеризуется бесшумностью, а ее стоимость небольшая. По этой причине ее используют чаще всего. КПД атмосферной горелки составляет 90%. Подача газа в котле в камеру сгорания осуществляется благодаря давлению в магистрали.
2. Надувные. Суть работы у нее такой: подача воздуха в камеру сгорания происходит благодаря вентилятору. Как правило, горелки такого типа не встроены внутрь газового тракта. Их монтаж осуществляется при помощи специального внешнего подключения. К основным их плюсам можно отнести высокий КПД и непрерывная функциональность в случае нестабильной подачи газа.

Теплообменник

Двухконтурный газовый котел для отопления может быть оснащен одним или двумя теплообменниками.

При наличии двух теплообменников монтаж первичного устройства (медные трубы с пластинчатым оребрением) осуществляется прямо над горелкой. Благодаря такой конструкции передача тепловой энергии от газового пламени происходит сразу на теплоноситель с максимальной эффективностью. Второй теплообменник представлен в виде набора тонких пластин из металла. Проточная вода проходит через них и нагревается от горячего теплоносителя.

Когда котел предполагает наличие одного теплообменника, то он носит название биотермический. Его конструкция состоит из двух соосных труб. По внутренней трубе идет сантехническая жидкость, а внешняя поверхность делает горячим теплоноситель. При наличии в котле двух теплообменников выделяются следующие преимущества отопительного оборудования:

• При поломке вторичного теплообменника работа газового котла по-прежнему продолжается, и он обогревает комнату;
• Первичный теплообменник не боится избыточной коррозии по причине постоянно изменяющегося состава циркулирующей жидкости;
• Установка вторичного теплообменника в случае его поломки намного проще и дешевле, чем замена биотермического целиком.

Расширительный бак

Процесс нагрева теплоносителя сопровождается его расширением и увеличением объема. По этой причине схема отопления должна содержать специальную емкость. В ней будут скапливаться излишки жидкости. Как правило, оценку необходимого размера бочка можно осуществить как 10% от всего объем теплоносителя в системе. Бывают ситуации, когда наличие одного внутреннего бочка не достаточно, поэтому нужно установить внешний.

Газовый клапан

Газовый клапан – обязательное устройство газового котла. Он осуществляет регулирование степени подачи топлива. Для его управления имеется автоматика. При различных поломках подача газа в двухконтурный котел для отопления прекращается мгновенно.

Система автоматики

Для системы автоматики двухконтурного агрегата предусмотрен набор датчиков, благодаря которым можно дать оценку состоянию узлов и участок подключения к входным и выходным трассам. Также схеме автоматического регулирование состоит из исполнительного устройства, которое вырабатывает следующие сигналы управления:

• Датчики температуры (осуществляется регулировка модульный горелки);
• Датчики газового блока — контроль давление в топливной магистрали;
• Датчики электроснабжения — при перебоях с электричеством осуществляют включение и выключение агрегата.

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.

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.

Принцип действия

Для центральной и автономной теплотрасс применяется природный газ с метановым и пропаново-бутановым вариантом сгорания. Вне зависимости от горящей смеси принцип работы котла представлен:

1. Подключением. При наличии газа вручную или автоматически прибор зажигается.
2. Искрением. Горелка зажигается в момент получения искры от электричества.
3. Активацией основной горелки. Процесс производится с помощью запальника.
4. Нагревом теплоносителя и водяной рубашки. Для выполнения этой операции задействуется теплообменник. Элемент прогревает воду до заданных параметров температуры, затем горелка выключается.

При понижении температуры, когда работает котел, сенсорный датчик передает сигналы автоматике. Система начинает функционировать, пока теплоноситель снова не подогреется.