Принцип работы газового котла: двухконтурного, его виды.

Автоматика газового котла

В бюджетных комплектациях котлов функции управления горелкой выполняет автоматический газовый клапан, совмещенный в один блок с термостатом. Используется более простой принцип действия терморегулятора газового котла, при котором привод газового клапана связан со штоком термостата. Шток перемещается под воздействием термопары, соединенной с ним капиллярной трубкой. Движение штока ограничивается рукояткой, которой на котле устанавливают желаемую температуру.

Термопары бывают двух видов. Первая использует принцип расширяющейся жидкости, помещенной в замкнутое прострaнcтво корпуса. При нагреве термопары жидкость начинает расширяться и через капиллярную трубку воздействовать на шток терморегулятора. Другой принцип действия термопары газовых котлов основан на следующем явлении: если нагревать стык двух разных металлов, то на проводах, припаянных к этим металлам, возникает небольшое напряжение, до 50 мВ. В этом случае привод газового клапана оборудован электромагнитом, который отключается при остывании термопары и перекрывает газ. Схема автоматического клапана показана на рисунке.

Схема автоматического клапана

При розжиге с помощью пьезоэлектрического элемента принцип работы автоматики газового котла таков:

• Регулировочное колесо нажимается рукой, при этом на запальник подается газ.
• Другой рукой нажимается кнопка пьезорозжига, на запальнике проскакивает искра и он воспламеняется.
• Колесо удерживается в течение 10—30 сек. Это нужно чтоб термопара нагрелась и зафиксировала газовый клапан в открытом положении.
• Колесо отпускают и поворачивают в необходимое положение. На главную горелку подается газ и она поджигается от запальника.
• При внезапном отключении газа газогорелочное устройство и запальник затухают. Требуется несколько секунд, чтобы остыла термопара и отпустила привод газового клапана, который тут же перекроет газ.

Это самая простая автоматика безопасности, не требующая подключения к электросети. Однако она инерционна, то есть, для ее сpaбатывания нужно время для нагрева или остывания термопары. Тем не менее, в соответствии с нормативными документами, эта автоматика должна стоять на каждом котле, поскольку она надежна и не требует электричества. Лишены инерции электронные элементы и датчики, управляемые контроллером, но все равно они могут использоваться только совместно с базовой автоматикой.

Критерии выбора

При покупке обязательно нужно ознакомиться с техническими характеристиками, указанными в паспорте устройства.

Обращаем внимание на такие показатели:

1. Тепловая мощность. Обычно производитель дает минимальное и максимальное ее значение. Например: 8,0-24,9 кВт.
2. Скорость нагрева воды. В технических характеристиках указывают не собственно t воды, а значение ее подъема с м омента поступления в пластинчатый контур и до выхода к смесителю. Например, t воды в системе – 17° C, при заданной ∆ t 25° C на выходе она составит 42 º C.
3. Материал теплообменника и его тип.
4. Вид камеры сгорания.
5. Тип горелки.

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)

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)

Советы профессионалов

Также при выборе котла профессионалы рекомендуют обратить внимание еще на несколько важных моментов:

• Репутация бренда и конкретной модели. Перед покупкой стоит оценить, что пишут в интернете те, кто пользовался такими же котлами.
• Компании «Beretta», «Vaillant», «Bosch», пользуются безукоризненной репутацией. Хорошо зарекомендовали себя «Protherm», «Buderus», «Ariston». Корейских компании «Navien», «Daewoo», «Celtic», «Kiturami» также имеют хорошие отзывы и нередко даже превосходят европейские изделия по насыщенности электроникой.

Также мы рекомендуем увидеть данные видео. В них подробно рассмотрен принцип работы двухконтурных котлов и методика выбора.

Двухконтурный котел на газовом отоплении поможет повысить автономность квартиры и не зависеть от коммунальщиков. Экономия на оплате отопления – тоже приятный эффект от использования этого агрегата. Но чтобы воспользоваться всеми этими преимуществами в полной мере, требуется внимательно отнестись к выбору конкретной модели котла.

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.

Основные этапы схемы подключения двухконтурного газового котла

Газовый котел обязательно подключают к:

• подаче газа;
• подаче воды;
• подаче отопления;
• обратке трубопровода;
• обратке отопления.

Подключение начинают после установки и крепления устройства на стену. В первую очередь прибор подсоединяют к системам отопления и водоснабжения, и лишь затем – к газопроводу.

Газовые котлы обычно крепят с помощью специальных кронштейнов – они включаются в комплект оборудования. Что касается выбора места для устройства, то тут все зависит от решения хозяев дома, хотя и есть несколько правил. Так, газовый котел нельзя устанавливать возле газового счетчика или другого оборудования, а в помещении должно быть открывающееся окно. Кроме того, не рекомендуется вешать устройство под самый потолок, но в то же время, до уровня пола должно оставаться не меньше метра.

Место размещения

Двухконтурные котлы, как и одноконтурные, бывают настенными и напольными.

Особенности напольных моделей:

• большие габариты (требуется отдельная комната под котельную);
• большой вес (за счет габаритов и чугунного теплообменника);
• большая мощность. Для маленького дома (тем более, для квартиры) покупка напольного агрегата, как правило, экономически нецелесообразна.

Настенные:

• компактность. Можно повесить в кухне и любой другой комнате, отдельное помещение не требуется;
• небольшой вес;
• мощность до 35 киловатт. Одноконтурным котлом (что такое настенные одноконтурные газовые котлы отопления) можно обогреть дом площадью до 300 квадратов, двухконтурным поменьше – 25% в среднем закладывают на ГВС.

Модельный ряд сегодня большой и у напольных, и у настенных агрегатов. Комплектация у настенных котлов пока еще немного шире: довольно часто в комплект включены насос и расширительный бак.

Настенную модель вешают на крепежные кронштейны, предварительно обеспечив между стеной и котлом прослойку из жаропрочного материала. Под напольный котел также следует настелить негорючий материал.

В обоих случаях двухконтурный агрегат желательно установить поближе к точкам водоразбора, иначе горячая вода будет идти к крану очень долго и частично остынет по пути (о схемах отопления частного дома с газовым котлом).

Функционирование агрегата

Описание принципа работы двухконтурного газового котла отопления поможет понять особенности функционирования агрегата, который обеспечивает не только автономное отопление, но и горячее водоснабжение.

В ходе эксплуатации в работу агрегата вмешиваться не нужно — достаточно корректировать уровень нагрева теплоносителя при помощи регулятора, если не установлена автоматическая программируемая система с термодатчиками.

Рассмотрим, как работает двухконтурный газовый агрегат. При понижении температуры теплоносителя ниже указанного значения (или температуры воздуха в помещении, если используются выносные датчики), автоматика запускает насос, под действием которого происходит разрежение теплоносителя в обратном трубопроводе. Нагретая жидкость попадает в контур отопления, когда достигается необходимое давление, срабатывает реле и происходит запуск горелки.

Процесс запуска и работы котла контролируется микропроцессором. Когда теплоноситель в контуре нагревается до заданной температуры, горелка переходит на работу в режиме модуляции или ожидания. Цикл повторяется, когда температура вновь упадет ниже заданных значений.

Циркуляционный насос обеспечивает транспортировку теплоносителя в контуре, функция трехходового клапана — отключать отопительный контур от подачи теплоносителя, когда с его помощью готовится горячая воды в теплообменнике. С этой целью теплоноситель перемещается внутри котла по малому контуру, отдавая тепло воде для ГВС.

Летом, когда отопление не требуется, двухконтурный агрегат может выполнять только функцию нагрева воды для горячего водоснабжения.

Сбои в работе агрегата обычно связаны с засорением теплообменника отложениями. Осадок, накипь скапливаются на внутренних стенках трубок. Чтобы избежать проблем, не рекомендуется подключать отопительный контур для заливки и подпитки напрямую к водопроводу, как и контур ГВС. Как минимум, следует установить сетчатые фильтры.

Итоги. Двухконтурные агрегаты автоматизированы, что обеспечивает удобство эксплуатации и надежность. К преимуществам газовых котлов также относится компактные габариты — настенные модели занимают минимум места и пригодны для установки в жилом помещении. Модельный ряд дает возможность подобрать многофункциональный котел подходящей ценовой категории.

Современная панель управления двухконтурного конденсационного газового котла

Преимуществом двухконтурных моделей является доступная стоимость — дешевле купить один такой агрегат, чем комплект из одноконтурного котла и бойлера прямого или косвенного нагрева.

К недостаткам можно отнести относительно небольшую производительность горячей воды, особенно если речь о моделях без встроенного бойлера — если одновременно открыто два и более крана, агрегат не справится с нагревом до заданной температуры. В то время как отдельно установленный бойлер всегда хранит достаточный запас горячей воды.

Еще один недостаток — энергозависимость. В конструкцию двухконтурного теплогенератора входит циркуляционный насос, автоматика, привод для трехходового клапана, которые требуют электроснабжения. Если в доме регулярно отключается свет из-за перебоев в подаче электроэнергии, необходимо предусмотреть резервный источник электричества.

В остальном двухконтурные котельные агрегаты вполне подходят для домовладельцев, желающих создать эффективно работающую автономную систему отопления и ГВС без лишних финансовых затрат.

Видео по теме:

Виды горелок

По способу управления горелки бывают:

• одноступенчатые;
• двухступенчатые;
• модулируемые.

Одноступенчатые

Наименее экономный тип горелки. В таком котле нет возможности выставить уровень нагрева, чтобы поддерживать определенную температуру. Устройство постоянно включается и выключается. Это увеличивает износ деталей и расход газа.

Двухступенчатые

Работают в двух режимах мощности: 100 % и 50%. Возможность выбора между двумя режимами позволяет автоматике реже выключать горелку, что уменьшает расход топлива и бережет оборудование от износа.

Модулируемые

Самый экономный тип горелок. Автоматика выставляет необходимую мощность от 10 % до 100 %. Таким образом, количество включений/выключений сокращается до минимума. Расход газа при этом уменьшается на 10-15 %. Нагрев воды для бытового использования также осуществляется более корректно. Единственный минус — это высокая цена.

Что значит «двухконтурный газовый котел»

Это высокоэффективное универсальное оборудование, предназначенное для отопления помещения и обеспечения его обитателей горячей водой.

Двухконтурный котел более удобен и универсален, чем одноконтурный, т.к. один прибор обеспечивает дом и теплом, и горячей водой в любое время года. Иными словами, он одновременно выступает котлом отопления и газовой колонкой.

Большинство современных моделей работает по принципу приоритета нагрева воды. То есть при открытии водопроводного крана мощность котла начинает перераспределяться в пользу контура нагрева воды. При этом в системе отопления теплоноситель перестает нагреваться. Но ничего страшного в данной схеме работы котла нет. Даже при активном использовании горячей воды на протяжении продолжительного времени температура в помещении понизится всего лишь на 1-2 градуса.

Котел работает на природном газе, что наиболее благоприятно сказывается на показателях экономичности и функциональности (расход газа на отопление дома можно посчитать самостоятельно).

Эти бытовые приборы отопления отличаются прекрасными эксплуатационными характеристиками и низкой стоимостью.

Устройство

Двухконтурный котел состоит из следующих узлов:

• Газовая горелка. Она выполняет основную функцию — является источником тепла.
• Первичный теплообменник. Представляет собой медный или стальной змеевик, по которому движется теплоноситель, нагреваемый в пламени горелки.
• Вторичный теплообменник. Чаще всего он имеет пластинчатую конструкцию, изготовлен из нержавеющей стали. Производит нагрев ГВС в проточном режиме.
• Газовая аппаратура. Это важный узел, который обеспечивает подачу, регулирование и прочие действия с газом. Здесь же находится газовый клапан, отвечающий за блокировку подачи при возникновении необходимости.
• Циркуляционный насос. Он отвечает за перемещение теплоносителя по системе с одинаковой скоростью. Существуют энергонезависимые котлы, рассчитанные на естественную циркуляцию жидкости в системе, но большинство пользователей предпочитает устанавливать внешние циркуляционные узлы для активизации работы.
• Вентилятор турбонаддува. Он нужен для подачи воздуха в камеру сгорания. Выполняются сразу две функции — обеспечивается наличие кислорода для нормального горения газа и создается избыточное давление, вытесняющее дым и прочие газы, образующиеся при сжигании топлива. Турбовентилятор заменяет естественную тягу, которая используется в атмосферных котлах. Она неустойчива, не поддается регулировке и зависит от массы внешних факторов.
• Трехходовой кран. Это узел чисто механической конструкции, обеспечивающий подмешивание к горячему теплоносителю холодного обратного потока. Используется во всех видах и типах котлов, одно- и двухконтурных, энергозависимых и независимых.
• Плата управления. Это «мозг» газового котла, производящий регулировку, контроль и прочие управляющие функции. Важным элементом платы является система самодиагностики — сеть датчиков, расположенных на всех основных узлах и выполняющих сторожевые функции. При возникновении каких-либо неполадок, датчики подают сигнал на плату управления, которая, в зависимости от сути проблемы, либо оповещает владельца о появлении неполадок с помощью буквенно-цифрового кода на дисплее, либо сразу блокирует работу котла во избежание аварии.

Типы теплообменников

Котел называется двухконтурным, поскольку его теплообменник состоит из двух модулей.

По конструкции выделяют два типа теплообменников:

• сдвоенный;
• битермический.

Сдвоенный

Сдвоенный состоит из двух контуров:

1. Первичного, который представляет собой трубу с оребрением и располагается над горелкой.
2. Вторичного пластинчатого. Он находится в нижней части конструкции.

Оба контура связаны друг с другом и являются одной деталью.

Битермический

Битермический состоит из двух трубок, расположенных одна в другой. Во внешней находится теплоноситель системы отопления, во внутренней — вода горячего водоснабжения.

Сдвоенные теплообменники удобны в эксплуатации. Вода в системе теплоснабжения циркулирует по замкнутой системе, что замедляет процесс образования накипи. В пластинчатом контуре ее образуется больше, поскольку в него поступает проточная вода. При засорении накипью пластинчатый контур можно заменить отдельно. Битермический теплообменник приходится менять полностью в сходной ситуации.