Принцип работы газовой котельной, элементы системы и требования к ней

Регулирование подачи газа в котел и циркуляции воды в системе

Если газовую горелку прикрутить – газ будет поступать в меньшем объеме, пламя станет меньше и получаемая температура будет ниже. В современных котлах этот процесс происходит автоматически: температура контролируется и переключается в необходимый режим самостоятельно.

Если же горелка потухнет, поступающий газ не сможет сгорать и представит опасность для помещения и его жильцов. Существуют автомеханизмы, которые умеют регулировать этот процесс и определять, готова ли система к подаче газа. Если нет – газ просто не поступает. Для более быстрого обогрева помещения за счет циркуляции воды в системе отопления, котлы снабжаются насосами.

Таким образом, зависимо от типа, класса и модели котла, в нем могут быть установлены:

  • насос;
  • система управления;
  • предохранительная система;
  • системы защиты и диагностики.

Большинство современных моделей оснащены автоматической подачей газа, защитой от аварийной ситуации и регулировкой температуры: они самостоятельно осуществляют контроль за работой насоса, текущим состоянием теплового уровня и без ручного вмешательства обеспечивают переключение режимов и состояний. Человеку, купившему котел, не приходится вмешиваться в его самостоятельную работу, если конечно устройство исправно. А для случаев выхода их строя того или иного узла или механизма, предусмотрено техническое обслуживание газовых котлов.

Как сэкономить при использовании газового котла?

Следующие меры позволяют достичь дополнительной экономии топлива:

  • качественный монтаж газового котла;
  • на короткое время полностью открыть окна, закрыв при этом терморегулирующие вентили;
  • не перегревать помещение, стараться поддерживать комнатную температуру на уровне 20 °C;
  • при наступлении темноты опускать на окнах жалюзи;
  • правильно настроить терморегулирующие вентили;
  • не загромождать радиаторы и терморегулирующие вентили;
  • использовать возможности регулирования вашего котла;
  • включать циркуляционный насос ГВС только во время пользования;
  • контролировать расход горячей воды;
  • проводить регулярное сервисное обслуживание: чистку котла и мелкий ремонт.

Как работает двухконтурный котел

Одинаковый способ нагрева воды делает это по-разному. Как бойлеры разной мощности нагревают определенный объем воды за разное время, так и разнообразные виды котлов подогревают проточную воду, отапливают помещение и выделяют угарный газ по-разному.

С битермическим теплообменником

Битермический теплообменник схож по своей структуре с коаксиальным дымоходом. Для такой конструкции не требуется трехходовой клапан. Явным плюсом такой схемы является не только ее экономичность, но и малогабаритность.

Важно! Есть огромный минус в поступаемой воде, так как двухходовой клапан имеет больше шансов быть закупорен при взаимодействии с водой, содержащей много соли. Т

е., если вода очень сильно хлорируется, шанс ее закупорки и выхода из системы намного выше, чем при трехходовой. Хотя, грубо говоря, это просто отсрочка времени, так как необходимо периодически тщательно прочищать трубы, желательно 1 раз в полгода.

С проточным нагревателем

Проточный нагреватель — перманентное нагревание воды в период пользования. Чтобы получить теплую воду из крана, необходимо подождать несколько секунд, пока холодная вода стечет. Время такая схема не экономит, зато экономия газа при этом колоссальная.

Обратите внимание! Вода в такой системе водоснабжения нагревается только тогда, когда она нужна для этого

С проточным нагревателем и штатным бойлером

Проточный нагреватель и бойлер — это уникальный тандем. Один предназначен для экономии энергии и нагревания воды в нужный момент, другой нагревает воду постоянно. Такая система годится только в том случае, когда горячая вода требуется постоянно. У нее мало плюсов, да тем перекрывают существенные финансовые расходы.

Принцип подключения двухконтурного котла

На схеме выше условно показан сам котел (поз. 1) и подведенная к нему линия энергоснабжения (поз. 2) – газовая магистраль или же силовой кабель, если речь идет об электрическом агрегате.

Один замкнутый в котле конур работает исключительно на систему отопления – из агрегата выходит труба подачи разогретого теплоносителя (поз. 3), который отправляется на приборы теплообмена – радиаторы, конвекторы, теплые полы, полотенцесушители и т.п. Поделившись своим энергетическим потенциалом, теплоноситель возвращается в котел по трубе обратки (поз. 4).

Второй контур – это обеспечение горячей водой для бытовых надобностей. Этот конур постоянно подпитывается, то есть котел подключен трубой (поз. 5) к холодному водопроводу. На выходе же труба (поз. 6), по которой разогретая вода передается на точки водопотребления.

Контуры могут быть в очень тесной компоновочной взаимосвязи, но нигде не пересекаются своим «содержимым». То есть теплоноситель в системе отопления и вода в водопроводной системе не смешиваются, и могут даже представлять совершенно разные с точки зрения химии субстанции.

Схема работы котла только в режиме отопления

Желтая стрелка показывает поток газа к газовой горелке (поз. 1), над которой располагается первичный теплообменник (поз. 3). Циркуляционный насос (поз. 5) обеспечивает движение теплоносителя по трубам от обратки контура отопления через теплообменник — к трубе подачи и обратно в контур (синие стрелки с переходом в красные). Движение теплоносителя через вторичный (поз. 4) теплообменник не происходит. Так называемый «клапан приоритета» —- электромеханическое клапанное устройство или трёхходовой кран с сервоприводом (поз. 7), перекрывает «малый круг», открывая «большой», то есть через контур отопления со всеми его радиаторами, теплыми полами, конвекторами и т.п..

На схеме, помимо упомянутых узлов, обозначены цифрами и другие важные части конструкции котла: это группа безопасности (поз. 9), которая обычно включает манометр, предохранительный клапан и автоматический воздух отводчик, и расширительный бак (поз. 8). К слову, эти элементы хоть и обязательны для любой закрытой системы отопления, но могут конструктивно и не входить в устройство котла. То есть часто они просто приобретаются отдельно и «врезаются» в общую систему.

Изменения, происходящие при пуске горячей воды

Если отрыли кран горячей воды, то по трубе началось перемещение воды (голубые стрелки), на что сразу реагирует турбина датчика потока (поз. 6). Сигнал этого датчика обрабатывается блоком управления, откуда на трехходовой кран (поз. 7) передаётся команда на смену положения клапанов. Теперь открыт «малый» круг и «закрыт» большой, то есть теплоноситель устремляется через вторичный теплообменник (поз. 4). Там происходит отбор тепла у теплоносителя и передача его горячей воде, уходящей к открытой точке потребления. Циркуляция теплоносителя в системе отопления на это время приостанавливается.

Устройство двухконтурного газового котла

Для того чтобы понять принцип работы газового двухконтурного котла, необходимо разобраться в его устройстве. Он состоит из множества отдельных модулей, которые нагревают теплоноситель в отопительном контуре и выполняют переключение на контур ГВС. Слаженная работа всех составляющих позволяет рассчитывать на беспроблемную эксплуатацию оборудования. Зная устройство двухконтурного котла, можно разобраться и в его принципе действия.

Мы не будем рассматривать устройство двухконтурных котлов с точностью до винтика, так как нам достаточно разобраться в назначении основных узлов. Внутри котла мы найдем:

Устройство моделей с двумя контурами: отопительным и контуром ГВС.

  • Горелку, располагающуюся в открытой или закрытой камере сгорания – это сердце любого отопительного котла. Она нагревает теплоноситель и генерирует тепло для работы контура ГВС. Для обеспечения точной поддержки заданной температуры она наделяется системой электронной модуляции пламени;
  • Камеру сгорания – в ней располагается вышеуказанная горелка. Она может быть открытой или закрытой. В закрытой камере сгорания (а точнее, над ней) мы найдем вентилятор, отвечающей за нагнетание воздуха и за удаление продуктов сгорания. Именно он и является источником тихого шума при включении котла;
  • Циркуляционный насос – обеспечивает принудительную циркуляцию теплоносителя по отопительной системе и при работе контура ГВС. В отличие от вентилятора камеры сгорания, насос не является источником шума и работает максимально бесшумно;
  • Трехходовой клапан – именно эта штука отвечает за переключение системы в режим генерации горячей воды;
  • Основной теплообменник – в устройстве двухконтурного настенного газового котла он располагается над горелкой, в камере сгорания. Здесь происходит нагрев теплоносителя, используемого в контуре отопления или в контуре ГВС для нагрева воды;
  • Вторичный теплообменник – именно в нем происходит подготовка горячей воды;
  • Автоматику – она контролирует параметры работы техники, проверяет температуру теплоносителя и горячей воды, управляет модуляцией, включает и отключает различные узлы, контролирует наличие пламени, фиксирует ошибки и выполняет прочие полезные функции.

В нижней части корпусов располагаются патрубки для подключения отопительной системы, труб с холодной водой, труб с горячей водой и с газом.

В некоторых моделях газовых двухконтурных котлов используются сдвоенные теплообменники. Но принцип работы остается практически тем же самым.

Можно заметить, что устройство газовой колонки отличается только отсутствием контура отопления.

Мы выяснили устройство двухконтурного настенного газового котла – оно кажется немного сложным, но если разобраться в назначении тех или иных узлов, то сложности исчезнут. Здесь мы можем отметить схожесть с газовым проточным водонагревателем, от которого здесь осталась горелка с теплообменником. Все остальное взято от настенных одноконтурных котлов. Несомненным плюсом является наличие встроенной обвязки – это расширительный бачок, циркуляционный насос и группа безопасности.

Разбирая принцип работы и устройство газового двухконтурного котла, следует отметить тот факт, что вода из контура ГВС никогда не смешивается с теплоносителем. В отопительную систему теплоноситель заливается через отдельную трубу, подключенную к отоплению. Горячая вода подготавливается за счет части теплоносителя, циркулирующего через вторичный теплообменник. Впрочем, об этом мы расскажем чуточку позже.

Классификация водогрейных котлов на газе

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

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

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

По назначению они разделяются на две группы:

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

Промышленные газовые котлы

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

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

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

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

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

Котлы для частного дома

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

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

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

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

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

Приборы терморегулирования

Для автоматической регулировки работы котла используется множество встроенных приборов.

За регулирование температуры отвечает термостат или программатор.

В более простых моделях котлов температура регулируется термоэлементом – специальным устройством, представляющим из себя металлическую конструкцию, способную менять размеры (уменьшаться либо увеличиваться) под воздействием температуры. При нагреве/охлаждении термоэлемент меняет размер, воздействуя на приспособленный возле него рычажок, закрывающий или приоткрывающий заслонку тяги. От силы тяги в свою очередь зависит объем поступающего воздуха в камеру сгорания, контролируя процесс горения.

В продвинутых моделях устанавливаются контроллеры, регулирующие поток воздуха с помощью встроенного вентилятора. Таким образом, термостат может быть довольно простым или сложным, и даже программируемым, устройством. Программируемые термостаты – программаторы – могут контролировать выполнение заданных настроек на целую неделю с учетом требуемой температуры вплоть до минуты.

Грамотное использование настроек термостата позволяет добиться экономии на потреблении энергии в 20-30%, что позволит значительно снизить расходы на отопление. Пересмотрев необходимость в приобретении данного устройства, купить программатор для газового котла, можно даже уже имея котел.

Программаторы – это устройства, которые обеспечивают автоматическое управление температурой. Эти устройства могут сэкономить энергопотребление, обеспечить требуемый климат-контроль в помещении и продлить срок службы отопительной техники. Регулировать можно температуру воды в отопительной системе и температуру воздуха в помещении. Стандартная регулировка температуры воды предусматривает ручное или автоматическое включение/выключение нагревательного механизма зависимо от требуемой температуры воды в радиаторе.

Если за окном становится прохладнее или теплее, требуется другая температура воды в трубах и приходится проводить новые и новые настройки. Такие системы могут быть оснащены электронным табло и автоматической регулировкой. Но принцип их работы заключается в постоянном приведении системы в такой режим, при котором будет достигнута нужная температура воды путем пуска/выключения котла раз в несколько минут. При таком режиме постоянной готовности к включению горелки, насос работает постоянно. Это изнашивает оборудование.

Более оправданный вариант – это программатор, управляющий температурой воздуха в помещении, а не воды в трубах, когда задается нужная комфортная температура и происходит управление котлом, так же включая и выключая его, при этом запуская и отключая насос только при срабатывании датчика изменения температуры воздуха. Воздух остывает и нагревается медленнее, поэтому запуски происходят реже, что минимизирует затраты на электроэнергию и снижает износ оборудования. Те, кто желает получить более существенную экономию и комфортную температуру, покупают комнатный программатор для газового котла, они широко представлены на рынке.

Как устроены газовые котлы

Основные узлы газового котла

Принципиальная схема устройства газового котла отопления, практически, идентичная для большинства модификаций. Это значит, что главные блоки, из которых собираются котлы и принцип работы газового котла отопления у них одинаковые:

  1. Газогорелочное устройство, выполнено в виде перфорированной прямоугольной конструкции. Внутри которой расположена форсунка. Через нее поступает газовое топливо для сжигания в топочной камере. Эффективность горения обеспечивается благодаря равномерному распределению топлива по всей поверхности горения.
  2. Теплообменный аппарат – стальной короб с развитой трубной поверхностью нагрева. При сгорании газа, выделяющееся тепло нагревает стенки теплообменника, по внутреннему контуру которого протекает греющий теплоноситель. От соприкосновения с горячими поверхностями, бойлер нагревает воду, которая позже отдает свое тепло в отопительной системе. В одноконтурных котлах размещен один теплообменный аппарат, для контура отопления. В двухконтурном — два, в том числе теплообменник ГВС.
  3. Циркуляционный насос служит для принудительного движения греющей воды в контуре отопления. Устройство присутствует только в моделях котлов с принудительной циркуляцией.
  4. Расширительный бачок — защитное устройство, сбрасывающее лишний теплоноситель, который образуется во время нагрева контура отопления.
  5. Дымоходы и комплектующие. Требования к дымоходам для газовых котлов определены правилами СНИП. В котлах атмосферного открытого типа, они подключаются к дымоходам, работающим с естественной тягой.

Наличие вспомогательных узлов в котле, отличает его от газовой колонки. Устройство напольного газового котла отличается от настенного, более мощными габаритами и весом, в связи с тем, что в их конструкцию обычно входит накопительная емкость для горячей воды.

Блок автоматики управления и защиты, предназначен для регулирования режимами котла в зависимости от температуры внутреннего/наружного воздуха и защиты агрегата, при создании аварийных ситуаций.

Например, высокое давление газа или теплоносителя, отрыв газового факела, утечка воды, высокая температура греющего контура отопления или ГВС. Ее работа основывается на использовании первичных датчиков — термопары газового котла и работы трехходового клапана.

Двухконтурный котел

Двухконтурный газовый агрегат отличается от одноконтурного котла тем, в его конструкции размещен не один теплообменник для отопления, а два — первичный и вторичный.

Принцип действия двухконтурного котла

Первый размещен непосредственно в зоне сгорания газа. Его цель состоит в подогреве отопительного теплоносителя. Вторичный выполняет работу по нагреву горячей воды.

Необходимо обозначить, что функционировать синхронно в 2-х режимах двухконтурный газовый котел не имеет возможности. Это объясняет присутствие в его системе трехходового клапана, который при открытии крана горячей воды на смесителе отправляет теплоноситель в контур ГВС.

Устройство газовой горелки для котла

Горелочное устройство газового котлоагрегата классифицируется по следующим типам:

  1. Одноуровневая, способна работать только в двух вариантах — Стоп/Пуск. Несмотря на низкую рентабельность и пониженный ресурс использования, обладают популярностью из-за несложной конструкции и низкой цены.
  2. Двухуровневая, обеспечивает работу котла на двух режимах — 50/100 %. Ее достоинства ощущаются в переходной отопительный период, поскольку для обогрева жилья нет нужды использовать устройство на всю мощность.
  3. Модулируемая — умная система регулировки режимами котлоагрегата, которая способна самостоятельно выполнять настройку работы в диапазоне 20-100 %. Такая система обеспечивает эффективную и продолжительную работу котла. При этом его цена на порядок выше обычных отопительных аналогов с одно и двухуровневыми горелочными устройствами.

Кроме того горелки подразделяются на установки открытого и закрытого типа. При первом варианте воздух, нужный для процесса горения газа, прибывает непосредственно из комнаты, в которой располагается котлоагрегат. Воздух для закрытой топки поступает через коаксиальный дымоход с применением вентилятора для его забора из атмосферы.

Газовые горелки в составе двухконтурного котла

Горелка газового котла ответственна за получение нужного объема тепла, который сможет обеспечить правильную работу отопительной системы в каждом помещении отапливаемого объекта. Также вода нагревается до нужной температуры и уже в горячем виде поставляется в должном объеме. Получить тепловую энергию можно, сжигая соответствующие объемы топлива. Для этого горелка помещается в камеру сгорания, где помимо газа нагнетается ещё и воздух, способствующий поддержанию пламени.

В зависимости от выбранного режима горелки можно условно разделить на одноуровневые, многоуровневные и моделируемые. В первом варианте оборудование работает только в двух режимах – «запуск» и «стоп», отличается высокой экономичностью, стоит недорого и имеет простую конструкцию. Двухуровневые горелки могут функционировать как на полной, так и на частичной мощности. Достоинства его можно оценить в полной мере, начиная с весны, когда надобность в отоплении отпадает, а потому и смысла эксплуатировать прибор на полную силу нет. Модулируемая горелка считается самой дорогостоящей, с её помощью можно настраивать и регулировать мощность работы котла. Последний отличается экономичностью и служит довольно долго.

Конструкционно горелки бывают открытыми и закрытыми. В первом случае тот воздух, без которого полноценное сжигание топлива невозможно, подаётся из помещения, где расположен котёл. Такая система оснащается дымоходом, с его помощью обеспечивается естественная тяга.

Обычной металлической трубой оснащаются атмосферные отопительные котлы, турбированные же модели оборудуются коаксиальным дымоходом. Устанавливать их можно вертикально, однако часто они располагаются под углом — такой вариант подключается к общей шахте, через которую полноценно выводится дым и продукты горения.

Особого внимания заслуживают турбированные модели газовых котлов, в которых установлены камеры сгорания закрытого типа. Кислород в них поступает принудительно, а потому они считаются более надежными и никакой опасности в процессе работы не представляют, что делает их востребованными в жилых помещениях. Помимо дымоотвода им требуется специальной канал — именно по нему кислород будет подаваться в камеру.

Турбированным котлам коаксиальные трубы требуются для того, чтобы выводить дым и втягивать свежий воздух с улицы. В отдельных моделях таких элементов присутствует два, дополнительно они оснащаются трубой для подачи воздуха.

Все перечисленные модели в обязательном порядке оснащаются вентиляторами, продвигающие дым, а также автоматикой и многоуровневой системой защиты.

Элементы и характеристики

Газовые котлы имеют следующие технические характеристики: автоматика, которая обеспечивает стабильную и безопасную работу, а при изменении показателей автоматически настраивает в нужный режим; механический, гидравлический или пневматический привод исполнительных механизмов.

Составляющие для управления

Приборы, с помощью которых выполняется управление и контроль работы водонагревателя, следующие:

  • Термодатчик – при изменении температуры воды в определённый момент включает или выключает горелку;
  • Газовый редуктор с исполнительным механизмом (в некоторых конструкциях — электромагнит) — управляет клапаном подачи газа;
  • Термопара – вырабатывает минимальный электрический ток для управления газовым клапаном и монтируется возле запальника;
  • Датчик тяги – следит за тягой в дымоходе и в нём же устанавливается.

Такая автоматика надежна и ее редко меняют на электрическую. И, учитывая современное оснащение водогрейного устройства можно сказать, что использоваться будет ещё долго.