Чем примечателен двухконтурный газовый котел для отопления частного дома + его устройство и принцип работы

Блок автоматики

Здесь ключевую роль играет газовый клапан. Он управляется аналоговыми датчиками (в энергонезависимых модификациях) или электронными контроллерами, получающими данные с электронных датчиков (в энергозависимых модификациях).

Клапан комбинированного типа собран из двух клапанов — простого и электромагнитного. Первый удерживается открытым с помощью пружины. Во время запуска второй клапан открывается нажатием кнопки – чтобы разжегся фитиль. Его удерживают некоторое время – запальник прогревает особый элемент — реагирующий на нагрев. Этот элемент начинает генерацию электрического тока – он держит электромагнитный клапан в открытом состоянии, пользователь может отпускать кнопку. При задувании запальника происходит остывание термоэлемента – выработка электротока прекратится, произойдет закрытие электромагнитного клапана. Другой клапан – с пружиной, перекроется после подачи сигнала от датчиков тяги и температуры.

Принцип работы конденсационного газового теплогенератора

Прежде чем мы расскажем о нюансах конденсационной технологии, отметим, что энергоэффективный, а значит комфортный и экономичный загородный дом — сбалансированное строение. Это означает, что, помимо замкнутого теплоизоляционного контура, все элементы коттеджа, включая инженерную систему, должны быть оптимально подобраны друг к другу

Поэтому так важно выбрать котёл, который хорошо сочетается с низкотемпературной отопительной системой «теплый пол», а также позволит сократить расходы на покупку энергоносителя в долгосрочной перспективе

Сергей БугаевТехнический специалист компании Ariston

В России, в отличие от европейских стран, конденсационные газовые котлы менее распространены. Помимо экологичности и большего комфорта, данный вид оборудования позволяет уменьшить затраты на отопление, т.к. такие котлы работают на 15-20% экономичнее обычных.

Если посмотреть технические характеристики конденсационных газовых котлов, то можно обратить внимание на КПД оборудования — 108-110%. Это противоречит закону сохранения энергии. В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%

Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?

В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%. Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?

Дело в том, что такой результат получается благодаря методике теплотехнического расчёта, применяемой для обычных газовых котлов, не учитывающей один важный момент испарение/конденсацию. Как известно, при сгорании топлива, например, магистрального газа (метана CH₄), выделяется тепловая энергия, а также образуется углекислый газ (CO₂), вода (H₂O) в виде пара и ряд других химических элементов.

В обычном котле температура дымовых газов после прохождения через теплообменник может доходить до 175-200 °C.

И водяной пар в конвекционном (обычном) теплогенераторе фактически «вылетает в трубу», унося с собой в атмосферу часть теплоты (выработанной энергии). Причём величина этой «потерянной» энергии может доходить до 11%.

Чтобы повысить эффективность работы котла, надо задействовать это тепло до того, как оно уйдёт, и передать его энергию через специальный теплообменник теплоносителю. Для этого нужно охладить дымовые газы до температуры т.н. «точки росы» (около 55 °C), при которой происходит конденсация паров воды с выделением полезной теплоты. Т.е. — задействовать энергию фазового перехода для максимального использования теплотворной способности топлива.

Возвращаемся к методике расчёта. Топливо имеет низшую и высшую теплотворную способность.

• Высшая теплотворная способность топлива — это количество теплоты, выделившейся при его сгорании с учётом энергии водяного пара, содержащегося в дымовых газах.
• Низшая теплотворная способность топлива — это количество выделившейся теплоты без учёта энергии, скрытой в водяном паре.

КПД котла выражается в количестве тепловой энергии, полученной при сгорании топлива и переданной теплоносителю. Причём, указывая КПД теплогенератора, производители могут по умолчанию рассчитать его по методике с применением низшей теплотворной способности топлива. Получается, что реальный коэффициент полезного действия конвекционного теплогенератора на самом деле составляет около 82-85%, а конденсационного (помним об 11% дополнительной теплоты сгорания, которые он может «забрать» из водяного пара) – 93 – 97%.

Отсюда и появляются цифры КПД конденсационного котла, превышающие 100%. Благодаря высокому КПД такой теплогенератор расходует меньше газа, чем обычный котёл.

Сергей Бугаев

Максимальную эффективность конденсационные котлы обеспечивают, если температура обратной линии теплоносителя меньше 55 °C, а это низкотемпературные системы отопления «тёплый пол», «тёплые стены» или системы с увеличенным количеством секций радиаторов. В обычных высокотемпературных системах котёл будет работать в конденсационном режиме. Только в сильные морозы нам придётся поддерживать высокую температуру теплоносителя, в остальное время, при погодозависимом регулировании, температура теплоносителя будет ниже, и за счёт этого в год мы сэкономим 5-7%.

Максимально возможная (теоретическая) экономия энергии при использовании теплоты конденсации составляет:

• при сгорании природного газа – 11%;
• при сгорании сжиженного газа (пропан-бутан) – 9%;
• при сгорании дизельного топлива (солярки) – 6%.

Устройство и принцип работы

Несмотря на то, что нагревательные приборы на газу отличаются большим разнообразием исполнения и применённых технических решений, есть схемы, которые получили наибольшее распространение и используются повсеместно.

Типичный двухконтурный газовый котёл включает следующие элементы:

• газовая горелка, установленная в камере сгорания;
• первичный теплообменник, через который протекает теплоноситель отопительного контура;
• вторичный теплообменник для нагрева воды, подающейся из крана;

• трёхходовый клапан;
• органы управления и автоматического регулирования;
• циркуляционный насос.

В лёгких настенных приборах теплообменник делают из меди и её сплавов. В тяжёлых напольных устройствах часто встречаются теплообменники из толстого пористого чугуна.

Принцип работы универсального котла довольно прост, его работу можно разделить на две фазы:

1. Работа в отопительном режиме. Факел газовой горелки нагревает теплообменник, через который протекает теплоноситель, поступающий затем в трубы и радиаторы отопления. Обычно вода или антифриз прогоняется по системе циркуляционным насосом, что повышает КПД и снижает расход газа.
2. Работа в режиме нагрева для горячего водоснабжения. В тот момент, когда открывают горячий кран, регуляционный клапан перекрывает ток теплоносителя в отопительном контуре и направляет его по малому кругу во вторичный теплообменник. Холодная водопроводная вода, протекая через разогретые каналы, нагревается и выходит из крана с нужной температурой.

Таким образом, типичный двухконтурный котёл не может одновременно нагревать и отапливать дом, и согревать водопроводную воду. В этом кроется главный минус устройств подобного типа.

Конденсационные котлы отопления типы и производители

Отопительные приборы с использованием конденсации могу быть напольного или настенного исполнения. Настенные имеют, как правило, небольшие мощности (до 100 кВт, редко до 120 кВт) и небольшие размеры. Некоторые модели оборудования используются исключительно на отопление, некоторые готовят также горячую воду для бытовых нужд (ГВС). Причем горячая вода может готовиться в некоторой емкости (бойлерного типа) или разогреваться в змеевике (проточного).

Настенный конденсационный котел имеет небольшие размеры

Фирма Vaillant (Вайлант) производит конденсационные котлы как настенном исполнении, так и в напольном варианте. Есть модели с проточным нагревом воды для ГВС в пластинчатом теплообменнике, а есть емкостного типа. Оборудование может изменять мощность работы в широком диапазоне минимально — 20-28% от номинальной.  Имеется встроенный автоматический воздухоотводчик, есть возможность переоборудования под сжиженный газ, простая установка параметров при первом пуске. Напольные агрегаты могут использоваться в каскадной связке для отопления и обеспечения горячей водой многоэтажных домов. Имеется контроль безопасности всех основных параметров (контроль пламени, температуры теплоносителя, дымоотведения)

Конденсационные котлы Vaillant настенные и напольные

Конденсационные котлы Baxi (Бакси) также выпускаются в настенном и напольном варианте. Котлы этой фирмы линейки Luna отличает возможность подключения внешнего бойлера для горячей воды.  Линейка NUVOLA COMFORT ориентирована на подготовку большого количества горячей воды. Также имеется автоматический контроль как за температурой теплоносителя в отопительной системе, так и за температурой воды в ГВС. К стандартному набору контроля параметров системы добавлена система защиты от замерзания и антибактериальная обработка. Линейка Baxi Duo-tec автоматически адаптируется под качество подаваемого топлива и тип дымохода, имеет автоматический байпас и моделируемую мощность горелки, которая подстраивается также под погодные условия. Напольные конденсационные котлы Бакси отличаются небольшими габаритами и широким выбором функций, могут работать в каскаде и обеспечивать большие частные дома, производственные,  промышленные помещения,  многоквартирные здания.

Конденсационные котлы отопления Baxi («Бакси»)

Итальянские конденсационные. Линеек оборудования несколько: Power Plus, Mynute Green RSI и CSI,  Exclusive Green RSI и CSI, Exclusive Boiler Green. Особенности агрегатов Power Plus – патрубки удаления дыма и забора воздуха выполнены раздельно, биметаллический первичный теплообменник, обширный перечень функций автоматики. В линейке Mynute Green RSI и CSI теплообменник алюминиевый авторской конструкции, в линейке CSI присутствует пластинчатый теплообменник для нагрева воды для ГВС, модификация RSI позволяет подключить наружный бойлер. Как и в любом подобном оборудовании европейских производителей, имеется обширный перечень защитных программ и контроля системы, блокировка оборудования при несоответствии параметров.

Конденсационные котлы отопления Beretta («Беретта»)

Конденсационные котлы от немецкой фирмы «Будерус» Logamax имеют неплохую репутацию, но есть у них одна особенность: даже настенные варианты не выпускают малой мощности. Самый маломощный котел имеется в линейке Logamax PLUS GB112  – 29-60 кВт. Все остальные котлы рассчитаны на еще большие объемы. Они могут использоваться для обогрева нескольких коттеджей, расположенных неподалеку (каскадного типа). Есть некоторые ограничения по монтажу: желательна установка в подвале или на чердаке.

Конденсационные котлы «Будерус» Logamax

Теплообменник в Logamax  используется из ребристых труб, изготовленных из кремний-алюминиевого сплава, благодаря чему годовой коэффициент использования топлива – 109%. Установлена на котле керамическая плоская горелка, которая воспламеняется при помощи электрода накаливания, что приводит к понижению шумов при воспламенении газо-воздушной смеси. Количество подаваемой смеси зависит от наружных температур и определяется автоматикой при помощи датчиков.

Напольные конденсационные котлы Buderus имеют очень большие мощности – от 120 кВт, работать могут в каскаде. Подходят для отопления больших коттеджей и многоэтажных домов, производственных помещений.

Режим отопления

Функционирование двухконтурного котла в режиме обогрева ничем не отличается от работы простейшего проточного нагревателя. Начальное включение горелки сопровождается достаточно длительным промежутком работы, что позволяет поднять температуру в контуре отопления до нужных значений. По достижению оптимального режима подача газа прекращается. При наличии в жилище датчика температуры воздуха, автоматика сама будет следить за его показаниями. Режимы газовой горелки двухконтурного котла могут переключаться специальной погодозависимой автоматикой, наблюдающей за температурой снаружи дома.

Работающая горелка постепенно повышает температуру теплоносителя, движение которого внутри трубопровода поддерживается циркуляционным насосом. Благодаря принципу работы трехходового клапана в газовом котле вода получает возможность проходить внутри основного теплообменника в нормальном режиме. Удаление продуктов сгорания может осуществляться самопроизвольно или с помощью специального вентилятора (им, как правило, оснащается верхняя область двухконтурного аппарата). Контур ГВС в этом случае пребывает в неактивном состоянии.

Другие виды отопительных котлов

Помимо газовых бывают другие виды котлов:

• электрический;
• твердотопливный;
• жидкотопливный (дизельный);
• комбинированный.

Электрический котел

Электрический отопительный котел прост в управлении, для его работы не требуется топливо, такой вид котлов обладает высокой степенью безопасности. Устанавливают его в том случае, если коттедж, загородный дом или квартира находятся в охраняемой природной зоне, где запрещены выбросы вредных веществ. Перед тем как выбрать такой вид котла, стоит задуматься о высокой стоимости электричества. Для сравнения: на 200 м² площади потребуется около 50 кВт мощности.

Жидкотопливный (дизельный)

Такие котлы не используют для отопления квартир. В качестве источника тепла используют дизельное топливо (оно считается дорогостоящим видом топлива, и для поддержания тепла его расходуют постоянно). К минусам можно отнести характерный запах топлива, по этой причине жидкотопливные котлы, как правило, размещают в отдельном здании.

Твердотопливный

Такие котлы не устанавливают в квартирах для частного использования. В современном мире твердое топливо используют очень редко: сложно представить, что коттедж будет отапливаться углем. Однако сейчас в магазинах можно встретить отопительный котел, в котором в качестве топлива используют дрова, специальный горючий продукт, угли, древесные отходы. По мощности такие котлы едва ли достигают 60 кВт.

Комбинированный

Позволяет использование нескольких видов топлива, например, газ и уголь. Удобен в использовании, особенно в загородных домах и коттеджах.

Автоматика

Для газо-нагревательных приборов одним из важнейших элементов конструкции является автоматика. Сегодня ни одна модель газового котла не выпускается без автоматических устройств контроля работы отопительного оборудования, которые могут быть механическими или электронными. Выбор оснащения в данном случае за потребителем.

Модели зарубежных производителей практически все оснащены электронными приборами автоматики. Такой подход делает современное отопительное оборудование высокотехнологичными устройствами, способными работать в различных режимах и самостоятельно контролировать текущее состояние всех элементов единого механизма. Существенным препятствием для многих потребителей является стоимость таких котлов. В ряде случаев газовые котлы, оборудованные электроникой, становятся заложниками системы электроснабжения. Нет электричества, нет отопления. Частые поломки и выход из строя газовых котлов с электроникой влечет за собой дополнительные расходы на ремонт и профилактику техники.

Оптимальным для наших условий станет вариант приобретения котла с независимым источником энергоснабжения или с механическими приборами управления. Такие модели представляют собой бюджетный вариант. В работе они практичны и неприхотливы.

Сходство с другими конструкциями

Хотя конструкция двухконтурного настенного газового котла далека от простоты, но при более пристальном изучении работы входящих в ее состав узлов все оказывается не так страшно. Оборудование этого типа напоминает газовый проточный водонагреватель (особенно это касается наличия горелки и теплообменника). Все другие детали позаимствованы у одноконтурного котла настенного типа. Значительную позитивную роль играет встроенная обвязка, состоящая из расширительной емкости, циркуляционного насоса и группы безопасности.

Изучая принцип работы газового двухконтурного котла, важно иметь в виду, что смешивание воды из системы ГВС с теплоносителем не должно допускаться ни в коем случае. Для заливания жидкости внутрь отопительной системы имеется отдельная труба, являющаяся частью контура

Чтобы подготовить горячую воду, используется определенный объем теплоносителя, который двигается внутри вторичного теплообменника.

Принцип работы конденсационных котлов

Теперь перейдем к рассмотрению использования тепловой энергии, образующейся при горении топлива. Цепочку преобразований энергии в котле условно можно выразить в следующем виде:

Горение ? Выход энергии ? Использование энергии

? На первом этапе получаемое тепло можно разделить на три части:

1. Излучение;
2. Нагрев продуктов сгорания;
3. Испарение воды, находящейся в продуктах сгорания.

? На втором этапе, соответственно:

1. Нагрев теплоносителя;
2. Потери через корпус котла;
3. Потери с уходящими газами.

Главная цель котлового агрегата — обеспечить максимальное получение тепла на первом этапе (качество горения) и передачу его теплоносителю (сокращение потерь).

Основная идея «конденсационные котлы принцип работы» в том, что теплота, расходующаяся на испарение воды на первом этапе, с точки зрения дальнейшего использования, принципиально отличается от излучения и нагрева продуктов сгорания. Дело в том, что нагрев теплоносителя с помощью излучения или контакта с разогретыми газами происходит в любом случае, пусть и с разной эффективностью. В то же время, чтобы использовать энергию, заключенную в водяном паре, необходимо обеспечить условия, при которых произойдет фазовый переход: переход из пара в жидкость (конденсат). Происходит это при охлаждении пара до так называемой точки росы, которая для метана при нормальных условиях примерно равна 55 °C.

В силу того, что в продуктах сгорания содержится определенное количество оксидов азота и серы, при выпадении конденсата они вступают в реакцию с образованием соответствующих кислот. Кроме того, при определенных условиях, может образоваться угольная кислота как продукт реакции углекислого газа и воды. Но данная кислота достаточно неустойчива и в атмосфере быстро распадается.

Соответственно, используются два термина для энергии, получаемой при горении:

• Высшая теплота сгорания (Qs) — полная тепловая энергия.
• Низшая теплота сгорания (Qi) — полная тепловая энергия за вычетом энергии заключенной в водяном паре.

Эффективность конденсационного котла

В соответствии с описанным выше вводится понятие КПД — коэффициента полезного действия котла как отношения тепла, переданного теплоносителю, к теплоте сгорания топлива. При чем обычно, если не указано обратного, используется именно низшая теплота сгорания, то есть без учета энергии конденсации пара.

Вообще говоря, любой котел можно поставить в условия, когда он начнет работать в конденсационном режиме — достаточно, чтобы температура теплоносителя была ниже определенной величины. Но оборудование, не предназначенное для такой работы крайне чувствительно к кислотному составу конденсата и быстро выходит из строя. Поэтому в документации к неконденсационным котлам обычно приводится ограничение температуры обратного теплоносителя “не ниже 60 °C”. Исключение составляют чугунные котлы некоторых производителей, где за счет толщины металла даже при низких температурах теплоносителя дымовые газы не остывают до точки росы. Впрочем, данных фактор сильно сказывается на эффективности таких котлов.

Для повышения коэффициента полезного действия нужно предпринимать действия в нескольких связанных направлениях:

1. Повышение качества горения.
2. Снижение тепловых потерь с уходящими газами.
3. Повышение количества тепла, передаваемого теплоносителю.
4. Снижение тепловых потерь через корпус котла.

Мероприятия, связанные с последним пунктом достаточно очевидны — тепловая изоляция корпуса и отдельных элементов, так что отдельно мы его рассматривать не будем.

В решении задач, связанных с первым и вторым пунктами большую роль играет конструкция горелочных устройств.

За повышение количества передаваемого теплоносителю тепла отвечает, в первую очередь, конструктив теплообменника котла.

Теперь рассмотрим основные конструктивные особенности котлов, позволяющие им работать в режимах с выпадением конденсата и направленные на повышение эффективности.

Преимущества

Современные модели газовых котлов с одним контуром подогрева теплоносителя системы отопления можно было бы назвать примитивными водонагревательными устройствами, если бы они не снабжались высокоточным регулирующим и контрольно-измерительным оборудованием для обеспечения надёжности и безопасности всех циклов работы. Для решения задач регулирования и безопасности котлов нацелена автоматическая система защиты котла с регуляторами расхода и давления газа, арматурой, регулирующей расход, температуру и давление подогретой воды, всевозможными датчиками, приборами и предохранительными устройствами. В этом заключается главное преимущество газовых котлов.

Другие важные преимущества:

• простота конструкции и установки котла, имеющего в своём составе топочную камеру с газовой горелкой, контурный теплообменник в топке, систему коллекторов и трубопроводов, насосное оборудование;
• экономичность, достигаемая автоматизацией и наладочными работами по оптимальному и эффективному сжиганию топлива, процессов подмеса и регулирования параметров теплоносителя в соответствии с нормами;
• возможность подключения котлов к каскадным системам отопления в пределах городов и больших посёлков, что позволяет не только централизованно управлять системой, но и обеспечивать надёжный и качественный отпуск тепла потребителям жилых районов, кварталов, микрорайонов, а также предприятиям, котельные которых включены в каскад;
• более экологически чистые выбросы в атмосферу продуктов сгорания газа по сравнению с аналогичными котельными на жидком и твёрдом топливе.