Как работают двухконтурные газовые котлы в отопительной системе
Если нет возможности подключить загородный дом или дачу к системе центрального отопления и горячего водоснабжения, домовладельцы устанавливают теплогенератор, который одновременно может нагревать теплоноситель и воду для контура ГВС — самостоятельно либо в комплексе с внешним бойлером. Рассмотрим принцип работы двухконтурного газового котла, чтобы оценить преимущества и недостатки данного оборудования.
Устройство конструкции
Конструкция прибора включает в себя такие элементы:
- Горелка. Является главным модулем отопительного котла. Местом ее размещения выступает камера сгорания. Задачей горелки является нагревание теплоносителя и высвобождение тепловой энергии для контура ГВС. Чтобы точно поддерживать необходимую температуру, этот элемент оснащается системой автоматического управления горением.
- Камера сгорания. Место установки горелки. Бывает открытого или закрытого типа. Закрытые конструкции комплектуются вентилятором, производящим подачу воздуха и отвод дыма. Благодаря ему достигается эффект тихого шума при работе оборудования.
- Циркуляционный насос. Отвечает за создание принудительного движения теплоносителя внутри отопительных труб и за эффективность работы ГВС. В отличии от вентилятора, при работе насоса почти не возникает никакой шум.
- Трехходовой клапан. Благодаря этому устройству котел имеет возможность переключаться на функцию подогрева воды для горячего водоснабжения.
- Основной теплообменник. Устройство двухконтурного газового котла настенного типа предусматривает его размещение поверх горелки, внутри камеры сгорания. Благодаря этому обеспечивается подогрев воды, которая впоследствии поступает в отопительные трубы или в систему ГВС.
- Вторичный теплообменник. Отвечает за погрев воды для ГВС.
- Автоматические приборы. Обеспечивают контроль параметров работы оборудования, следя за уровнем нагрева теплоносителя и воды. Это дает возможность наладить корректировку работы горелки, управлять различными узлами, поддерживать пламя, фиксировать возникающие неполадки и пр.
Пространство внизу корпуса предназначается для установки отводов коммутации отопительного контура, горячего и холодного трубопровода и газовой подводки. Некоторые модификации газовых двухконтурных котлов комплектуются спаренными теплообменниками: принцип работы двухконтурного котла при этом не изменяется.
Принцип действия
Каждая деталь в конструкции выполняет свою функцию. Принцип работы будет рассмотрен в двух режимах – обогрева и генерации горячей воды. В отдельную группу выделяется летний режим, когда обогрев дома не требуется.
Работа в режиме обогрева
В данном режиме котел выполняет роль обогревателя. Одновременная работа по нагреву помещения и воды невозможна.
В качестве обогревающего устройства котел работает по такому же принципу, что и обычный проточный нагреватель. Сначала устройство включается и прогревается до заявленной температуры. Когда предел достигнут, прекращается подача газа. Если котел оснащен датчиком температуры, автоматика будет учитывать эти показания.
На работу горелки влияет и автоматика, измеряющая температуру уличного воздуха. Датчики позволяют использовать котел только в холодное время. Это существенно экономит электроэнергию.
Работающая газовая горелка генерирует тепло. Оно нагревает теплоноситель, который затем циркулирует по отопительной системе, обогревая помещение. Во время работы образуются продукты сгорания, которые удаляются двумя способами – с помощью вентилятора или самостоятельно. Нагрев воды отключен. За это отвечает трехходовой кран.
Работа в режиме нагрева воды
Контур водоснабжения активируется, когда пользователь поворачивает водопроводный кран. При подаче потока воды срабатывает трехходовой переключатель и включается нагревающая система. Одновременно зажигается газовая горелка, после чего из крана начинает течь теплая вода. Когда котел переводится в режим подачи горячей воды, отопительный контур выключается.
После выключения крана трехходовой клапан переводится в исходное состояние и отрезается вторичный теплообменник. Вся энергия направлена на отопительную систему.
Обогрев помещения требуется только в холодное время года в отличие от нагрева воды, который необходим постоянно. В таком случае котел переводится на работу в летнем режиме. Он активируется нажатием соответствующей кнопки на корпусе устройства. Трехходовой клапан отсекает отопительную линию и циркуляция теплоносителя производится по замкнутому контуру внутри котла.
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.
- 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).
Устройство газового котла с двумя контурами
Для того, чтобы разобраться как работает газовый котел двухконтурный, нужно ознакомиться с его конструкцией. Состоит прибор из большого количества различных элементов, которые отвечают за нагрев теплоносителя в отопительном контуре и переключаются на контур горячего водоснабжения. Благодаря слаженной работе всех узлов, вы получите качественное устройство, которое будет функционировать без сбоев и неполадок.
Рассмотрим основные элементы, входящие в конструкцию двухконтурного газового котла:
- Горелка , которая находится в открытой или закрытой камере сгорания — это сердце каждого агрегата, отвечает за нагрев теплоносителя и выработку тепловой энергии, необходимой для функционирования контура горячего водоснабжения. Для того, чтобы была возможность сохранять заданный температурный режим, в нее входит система электронной модуляции пламени.
- Циркуляционный насос . Благодаря этому элемент обеспечивается принудительное перемещение теплоносителя по системе отопления и в процессе функционирования контура ГВС . Работа насоса не сопровождается никакими посторонними звуками, поэтому не стоит беспокоиться, что прибор будет шуметь.
- Камера сгорания , именно в нее помещена горелка. Бывает открытой и закрытой. Над закрытой камерой сгорания располагается вентилятор, который обеспечивает нагнетание воздуха и удаление продуктов сгорания.
- Трехходовой клапан — переводит систему в режим генерации горячей воды.
- Основной теплообменник — в двухконтурных отопительных агрегатах он находится над горелкой, в камере сгорания. Здесь происходит нагрев теплоносителя.
- Вторичный теплообменник — здесь осуществляется подготовка горячей воды.
- Автоматика. Исходя из показателей термостатов и датчиков, она отображает то, насколько системе не хватает тепловой энергии. После этого она приводит в действие газовую арматуру. Вода, которая выступает в качестве теплоносителя, нагревается в теплообменнике до нужного температурного режима и посредством циркуляционного насоса поступает в отопительный контур. Также автоматика отвечает за контроль всех показателей работы техники, проверяет температуру теплоносителя и горячей воды, производит включение/выключение различных узлов.
- В самом низу корпуса находятся патрубки , необходимые для подсоединения отопительной системы, труб с холодной/горячей водой и с газом.
На рынке присутствуют модели двухконтурных газовых котлов со сдвоенным теплообменником. Однако принцип их работы остается неизменным.
Исходя из вышеописанного понятно, что устройство двухконтурного газового котла — непростое, но если рассмотреть и понять, какое предназначение тех или иных узлов, все трудности исчезнут. Отличительной особенностью таких агрегатов является наличие встроенной обвязки — расширительного бака, циркуляционного насоса и группы безопасности .
Устройство двухконтурного, конденсационного газового котла
Разновидности газовых двухконтурных котлов
По своему устройству и принципу действия двухконтурные газовые установки подразделяются на 3 типа:
- использующие для нагрева воды и теплоносителя один общий (битермический) теплообменник;
- нагревающие воду для ГВС в отдельном скоростном проточном теплообменнике;
- с проточным теплообменником и накопительной емкостью.
Агрегаты с битермическим теплообменником
Установки первого типа оборудованы теплообменниками из меди сложной конфигурации. Каждая трубка представляет собой, как показано на рисунке.
В этом случае принцип работы двухконтурного газового котла заключается в нагреве воды для ГВС и отопления в двух отдельных трубках, расположенных в одном устройстве. По внешней трубке протекает теплоноситель для системы отопления, по внутренней – вода для ГВС. Движение потоков организовано попутным, то есть, теплоноситель и вода протекают в одном направлении. Под теплообменником находится газогорелочное устройство, его работой управляет автоматический газовый клапан. Алгоритм следующий:
- В режиме отопления вода, протекающая по наружным трубкам, нагревается до температуры, ограничиваемой термостатом. По достижении этой температуры газовый клапан отключает горелку, при остывании теплоносителя – снова включает.
- При открывании одного или нескольких кранов горячей воды в доме начинается ее движение во внутренних трубках теплообменника, циркуляция теплоносителя в системе отопления прекращается и котел работает в режиме ГВС. Теплоноситель движется по малому кругу внутри котла, передавая свою энергию воде во внутренних трубках, горелка работает постоянно.
- Когда краны ГВС в доме закрываются, циркуляция теплоносителя в системе отопления возобновляется.
Этот алгоритм работы использует двухконтурный газовый котел без электричества, что является одним из главных достоинств конструкции. Второе достоинство – низкая стоимость водогрейного агрегата по сравнению с установками, использующими проточный теплообменник и накопительную емкость. Из недостатков можно выделить небольшую производительность устройства. Как правило, ее достаточно для обслуживания 2—3 средних потребителей, если их будет больше, то температура воды значительно снизится.
Другой недостаток – неудобство совместного использования. Когда открыт вентиль на кухне, а вы в это же время принимаете душ, то есть риск попасть под струю горячей воды после внезапного перекрытия кухонного крана. Обратный эффект возникает, если в процессе помывки кто-то сильно откроет горячую воду в нескольких точках, тогда холодный душ вам обеспечен.
Схема работы водогрейных установок представлена на рисунке.
Устройство агрегатов с проточным нагревателем
Данные газовые котлы отличаются от представленных выше наличием дополнительного теплообменника, передающего тепловую энергию по принципу «от воды к воде», прямой нагрев от горелки отсутствует. В схеме задействован термостатический трехходовой клапан, переключающий поток теплоносителя из главного водонагревателя на вторичный или систему отопления. Как правило, в таких агрегатах установлен циркуляционный насос и 2 расширительных бака – для теплоносителя и воды на ГВС.
В обычном режиме горелка нагревает главный теплообменник, через который проходит теплоноситель. При открывании вентиля горячей воды одного из потребителей срабатывает датчик расхода, отправляя импульс блоку управления. Тот переключает трехходовой клапан с помощью электропривода и работа газового котла полностью переходит в режим ГВС. Теплоноситель из главного нагревателя поступает во вторичный и отдает свое тепло воде, нагреваемой для ГВС. Движение потоков здесь организовано навстречу друг другу для лучшей теплоотдачи. Как и в предыдущем случае, в режиме ГВС подача в систему отопления отключается, теплоноситель движется от одного нагревателя к другому с помощью циркуляционного насоса.
Недостатки газовых водогрейных установок, работающих по принципу проточного нагрева, такие же, как и у котлов с битермическим теплообменником. Кроме того, они не могут функционировать при отсутствии электроэнергии. Достоинства можно выделить следующие:
- Возможность точной регулировки температуры горячей воды на выходе из котла.
- Повышенная скорость нагрева, благодаря чему сокращен промежуток времени между открытием вентиля горячей воды и ее поступлением потребителю.
- Вторичный нагреватель служит дольше, чем битермический теплообменник.
Котлы с проточным нагревателем и накопительным встроенным бойлером
Агрегат сконструирован таким образом, чтобы вторичный нагреватель для ГВС работал в паузах между нагревом теплоносителя и горячая вода накапливалась в бойлере. То есть, при достижении теплоносителем установленной температуры горелка не отключается, а работает на нагрев воды для ГВС. При этом трехходовой клапан переключает поток теплоносителя, как и в обычном проточном отопителе. Оба контура работают поочередно в оптимальном режиме, а нагретая вода из бойлера моментально поступает потребителям. Из трех перечисленных типов установок это самый экономичный двухконтурный котел.
Заданную температуру теплоносителя и воды в накопительной емкости поддерживает автоматика, которую можно запрограммировать на ближайшие 7 дней. Тогда агрегат будет готовить воду для ГВС необходимой температуры к заданному времени. Недостаток таких газовых котлов – высокая стоимость, она оправдана повышенным комфортом при эксплуатации и экономичностью.
Общим недостатком для всех двухконтурных агрегатов считается восприимчивость теплообменников к оседанию на рабочих поверхностях накипи.
Для долговечной работы двухконтурных газовых котлов настоятельно рекомендуется организовать очистку холодной воды, идущей на ГВС и подпитку системы отопления.
Для этого на входе в агрегат холодной воды и теплоносителя из обратного трубопровода следует устанавливать сетчатые фильтры – грязевики. Поэтому, перед тем как подключить двухконтурный газовый котел, необходимо приобрести такой комплект:
- 2 фильтра сетчатых;
- 4 шаровых крана для воды;
- 1 шаровой кран для газа;
- 5 соединений с накидной гайкой (американка);
- 2 отвода 90º.
Типовая схема, по которой осуществляют подключение двухконтурного газового котла к системе отопления, газовой магистрали и водопроводу, представлена ниже. Набор элементов в ней указан схематично, правильный способ установки грязевика – в горизонтальном положении, резьбовой пробкой книзу. При вертикальной установке фильтр не будет выполнять своих функций.
Принцип работы установки
У каждого производителя своя конструкция внутренней начинки описываемого оборудования. Но есть у них одно общее конструктивное решение — внутри корпуса помещаются два контура. Тот, который отвечает за отопление, работает по замкнутой схеме. Вода в нем циркулирует по кругу, обходя все точки обогрева, установленные в помещениях дома.
Теплоноситель, который движется по замкнутой схеме, во второй контур не попадает. За это отвечает отдельный клапан. Когда в смесителях в кухне и ванной комнате открывается кран с водой, клапан перекрывает доступ теплоносителя в систему отопления, что обеспечивает подачу уже горячей воды в контур ГВС. Когда краны на кухне или в ванной закрываются, происходит обратное действие.
Практически все газовые котлы имеют одинаковые технические узлы, а модели от разных производителей отличаются лишь некоторыми деталями. Если рассматривать схемы сборки, то внутри описываемое устройство состоит из трех блоков. Это теплообменник, горелка и автоматика — система управления установкой.
По принципу действия котлы можно разделить на конвекционные и конденсационные
В первых топливо, сгорая, выделяет пар, который через дымоход выводится наружу. Во вторых устройствах есть вторая камера сгорания. В ней собирается отработанный пар, который дополнительно подогревается и проходит через теплообменник, забирающий все выделяемое тепло.
У обоих вариантов есть как плюсы, так и минусы. Например, конвекционные котлы имеют более простую конструкцию, а значит, ими легче управлять. Кроме того, они дешевле конденсационных моделей. Пар выводится наружу полностью, а значит, внутри не образуется конденсат — излишки влаги опасны для металлических деталей. Но здесь коррозия им не угрожает. Продукты сгорания выводятся наружу при помощи естественной тяги, поэтому нет необходимости использовать вентиляционные установки.
Преимущество конденсационных котлов в том, что они позволяют наиболее эффективно использовать голубое топливо. Из-за наличия второй камеры сгорания КПД у них в полтора раза выше, чем у котлов конвекционных. Недостаток один, но его необходимо обязательно учитывать. Пар внутри установки должен постоянно конденсировать. Это возможно лишь при подаче в контур отопления хорошо остывшего теплоносителя. Поэтому использовать для отопления дома необходимо мощные радиаторы с высокой теплоотдачей. Лучше всего для этого подходят алюминиевые и биметаллические батареи. Но их установка — дело затратное.
Обратите внимание! В системе, где используются старые чугунные радиаторы, конденсационный котел эффективно работать не будет.
Камеры сгорания
Камеры сгорания могут быть тоже двух типов — открытого и закрытого. Чем они отличаются друг от друга?
При работе открытой камеры сгорания воздух, необходимый для сжигания топлива, берется из того же помещения, где установлен котел. Продукты окисления выводятся на улицу через дымоход. Поэтому располагать такие установки можно только в отдельном и хорошо проветриваемом помещении. В противном случае из-за нехватки свежего воздуха устройство будет плохо работать. Если кислорода окажется недостаточно, угарный газ начнет попадать внутрь помещения, что очень опасно для здоровья и жизни человека.
Обратите внимание! Установка газовых котлов с открытой камерой разрешается только в отдельном помещении. Для нормального функционирования агрегата необходим вертикальный дымоход, способный обеспечить естественную тягу.
Закрытые камеры работают иначе. Для них сооружается коаксиальный дымоход, куда продукты сгорания поступают с помощью принудительной тяги, обеспечиваемой электровентилятором. Коаксиальный дымоход представляет собой конструкцию, когда одна труба находится внутри другой большего диаметра. Через наружную воздух засасывается внутрь и поддерживает процесс горения, а через внутреннюю продукты сгорания выводятся наружу. Устанавливать такой дымоход можно в любом направлении — и в горизонтальном, и в вертикальном.
Подобное устройство имеет ряд преимуществ:
- Во-первых, под него не нужно выделять отдельное помещение, так что газовый котел может быть установлен внутри дома.
- Во-вторых, эффективность таких установок намного выше.
Недостаток один — без электричества электровентилятор работать не будет. А это значит, что газовый котел во время отключения света греть тоже не будет. Это обязательно необходимо учитывать.
Конструкция горелок
Конструкция горелки отвечает за мощность агрегата. У газовых котлов она устанавливается в камерах. Именно здесь происходит сжигание топлива и выделение большого количества тепла. Продукты окисления при этом с помощью тяги выводятся наружу через дымоход.
Прямо над горелкой располагается теплообменник — емкость, где находится теплоноситель. Когда продукты горения поднимаются вверх, устремляясь в дымоход, они нагревают стенки емкости, температура воды повышается, и вода по специальным патрубкам попадает в нужный контур. Теплообменник может быть двух видов. Чаще всего используются пластинчатые и битермические конструкции.
Пластинчатый теплообменник состоит из двух медных труб и пластин, обработанных специальным антикоррозийным составом. Одна труба обеспечивает отопление, а вторая — ГВС. Пластины между ними отдают тепло окружающей среде.
Битермический теплообменник имеет другую конструкцию. Одна труба меньшего диаметра помещается в трубу большего диаметра. По меньшей течет вода, подающаяся на ГВС, а внутри трубы большего диаметра проходит вода для отопления. Такое устройство, по мнению специалистов, менее надежно там, где качество воды оставляет желать лучшего. А все потому, что постепенно на стенках труб образуется осадок, который забивает межосевое пространство. От этого устройство перестает эффективно работать.
Напольные и настенные модели
Принцип действия котла во многом зависит от того, в каком варианте исполнения представлено устройство. Современные производители выпускают напольные и настенные газовые котлы.
Выбор настенного варианта оправдан лишь при определенных обстоятельствах:
- Когда в наличии имеется дом или квартира, производственное или торговое помещение, площадь которого не превышает 200 кв. м.
- Если устраивает суммарная производительность ГВС, равная 14 литрам в минуту.
Когда потребности выше, придется покупать напольный двухконтурный газовый котел. Оба варианта представлены двумя разновидностями. В продаже можно найти настенный двухконтурный котел с открытой камерой сгорания и настенный агрегат с закрытой камерой. Так же и с напольными вариантами. Есть ли различия в действии всех этих установок?
Замечено, что настенный котел с открытой камерой приобретается не так уж часто. Главное его преимущество — доступная цена и отсутствие энергозависимости. Там, где часто отключается свет, этот фактор является решающим.
Чаще всего потребители приобретают настенный вариант с закрытой камерой сгорания. Это новое поколение отопительного оборудования, которое на рынке появилось относительно недавно. И производятся такие установки с использованием последних технических разработок.
Главное преимущество данного варианта — наличие сложной электронной начинки, которая увеличивает безопасность котлов и упрощает их эксплуатацию. Но сложная электроника, как показала практика, плохо функционирует в российских реалиях. Она боится скачков давления, возникающих при подаче газа, а также на ней плохо сказывается низкое качество воды.
Компактные размеры установок тоже скорее минус, чем плюс. Внутри них могут разместиться только тонкостенные трубки маленького диаметра. Грязная вода со временем забьет их, и установка выйдет из строя. По этой причине специалисты рекомендуют выбирать не настенный котел, а напольный вариант.
В напольных котлах с открытой камерой сгорания используются чугунные теплообменники. Это увеличивает срок эксплуатации устройства и степень надежности его работы. Для загородных домов больше всего подходят напольные котлы с закрытой камерой.
Другие параметры, влияющие на принцип действия двухконтурных котлов
Принцип действия двухконтурных котлов от разных производителей может незначительно отличаться за счет использования дополнительных элементов.
Один из них — бойлер. Он тоже может быть установлен внутри корпуса в самой нижней его части. Через него проходит контур, отвечающий за ГВС. По принципу действия такие установки немного отличаются от проточных моделей.
Основные технические характеристики
Горячая вода для технических нужд подается именно из бойлера. Но когда она заканчивается, включается проточная система, и газовый двухконтурный котел работает так, как было описано выше. При отключении смесителей вода снова накапливается в бойлере и уже там нагревается до нужной температуры.
Большое значение имеет и тип розжига установки. Здесь есть два варианта:
Чтобы запустить котел, оборудованный пьезорозжигом, необходимо вручную нажать кнопку пуска. Принцип действия кнопки довольно прост. В установке всегда горит запальный фитилек, а кнопка открывает газовую заслонку и обеспечивает подачу топлива. Плюс выбора подобной модели один — ее независимость от наличия или отсутствия света.
- Во-первых, чтобы поддерживать горение запального фитилька, необходимо топливо, поэтому в итоге возникает его перерасход.
- Во-вторых, если давление в системе подачи газа уменьшится, фитилек погаснет, и котел работать не будет. Разжигать установку придется вручную, а это не всегда удобно.
Электророзжиг полностью исключает подобные недостатки, но делает котел энергозависимым.
Источники:
.jpg)
