Устройство газового котла и классификация устройств

Разновидностей отопительных приборов придумали не одну и не две, но лидерские позиции по востребованности и по уровню продаж давно и прочно закрепились за газовыми котлами.

Хорошо разбираться в этих агрегатах следует как потенциальным покупателям, так и уже состоявшимся владельцам — чтобы уметь выполнить посильный ремонт и хорошо понимать суть профилактического обслуживания.

Читателю предлагается изучить устройство газового котла и ознакомиться с назначением всех его компонентов.

Принцип работы газового котла

Данное оборудование работает по предельно простой схеме. Природный газ смешивается с воздухом, превращаясь в топливно-воздушную смесь, которая поджигается. Пламя и горячие продукты горения топлива нагревают содержимое специального резервуара — теплообменника, который подключен к системе отопления (СО) с жидкостным теплоносителем.

Последний постоянно циркулирует по системе — либо только за счет конвекции (естественная циркуляция), либо еще и за счет работы специального насоса (циркуляция принудительная).

Устройство настенного двухконтурного газового котла

Дымовые газы, отдав часть имеющейся у них энергии теплоносителю, выводятся наружу через дымоход.

Наряду с обычными котлами сегодня выпускаются так называемые конденсационные. Они «умеют» отбирать у дымовых газов больше тепла, так что те остывают до температуры конденсации содержащегося в них водяного пара.

Именно конденсация выступает источником основной части дополнительного тепла (процессы изменения агрегатного состояния являются очень энергоемкими). В результате КПД установки повышается до 97% — 98%.

Схема действия прибора, обслуживающего два контура

Задействовать двухконтурное устройство для одновременного прогрева помещения и водоснабжения не представляется возможным. Как только водяной кран активируется, прекращается перемещение носителя тепла по отопительному механизму.

Если подогретая жидкость используется для обихода в слишком больших количествах, не исключена вероятность приостановки функционирования котла в отношении обогрева. Выйти из сложившейся ситуации удастся двумя способами: установить более мощный агрегат или дополнить комплекс бойлером.

При интенсивном задействовании ГВС оптимальной окажется установка прибора с вмонтированным нагревающим устройством. Расход горючего, конечно, увеличится, но не намного. Объясняется это тем, что в промежутках между функциональными циклами горелка обеспечивает поддержание температурного режима воды в добавочном водонагревателе.

Запасы, находящиеся во встроенном бойлере, дают возможность использовать воду без выключения отопительного контура, который позволяет получать требуемую температуру в нужное время, автоматически обеспечивая достаточное количество.

Работа двухконтурного газового котла с проточным нагревателем

При этом, берется именно пластинчатый теплообменник, отличающийся высокой эффективностью, но низкой производительностью. Он пропускает два потока в перпендикулярном направлении между металлическими пластинами, которые совмещены таким образом, что течения не смешиваются. Обширная площадь обеспечивает хорошую теплопередачу, что позволяет подогревать воду в процессе (на ходу).

При компактных размерах конструкция повышает уровень температуры до 50° и даже выше, что характерно лишь для высокоэффективных агрегатов.

В качестве минусов следует отметить нестабильный режим нагрева и обязательную регулярную очистку от известкового налета.

Принцип действия двухконтурного газового котла с биотермическим теплообменником

Это устройство в виде змеевика, представлено в виде коаксиальной трубы. Проще говоря – два трубопровода, вставленных друг в друга. Теплоноситель движется по внешнему объему, а жидкость для ГВС — по внутреннему. Данный нагревающий метод значительно меняет качественные характеристики работы. Увеличивается запас горячей воды, возрастает эффективность, что прекрасно подходит для удовлетворения нужд большой семьи.

Ощутимым недостатком такого теплообменника выступает сложность в его строении, что затрудняет промывку.

Следует не забывать своевременно устранять известковые отложения, которые быстро накапливаются на поверхности трубы. В противном случае сечение окажется полностью перекрытым. Кроме того, чем толще слой налета, тем ниже активность нагрева. Скопившиеся загрязнения превращаются в теплоизолятор. Корректируя работу отопительного прибора, приходится постоянно усиливать подачу топлива. В таких условиях устройство очень скоро выходит из строя. Этому способствует внутренняя накипь и систематический перегрев.

За промывку агрегата берутся далеко не все обслуживающие центры. В некоторых особо сложных ситуациях генератор проще поменять, чем привести в порядок. Минусы биотермических конструкций в основном обусловлены ненадлежащей эксплуатацией. Если рассматривать данную установку в плане продуктивности — она вполне подходит для использования.

Классификация газовых котлов

Такие приборы подразделяются на несколько групп по следующим признакам:

По способу установки

Доступны два варианта:

Настенные: в таком виде выпускают в основном котлы малой и средней мощности, предназначенные для отопления домов или квартир с небольшой площадью. Настенное исполнение весьма удобно, потому что весь пол остается свободным для размещения мебели или другого оборудования.
Напольные. Такой вид имеют мощные модели, имеющие большой вес.

Схема устройства напольного газового котла

Для установки котлов второго типа в помещении придется освободить достаточно большое пространство.

По функциональности

Котлы бывают:

Одноконтурными. Это отопители в чистом виде — в их задачу входит только нагрев теплоносителя СО.
Двухконтурные. Имеют второй теплообменник, подключаемый к системе водоснабжения, и выполняют дополнительно функцию проточного водонагревателя.

Некоторые модели снабжаются встроенным бойлером.

Двухконтурный напольный газовый котел

По типу камеры сгорания

Здесь также имеется два варианта:

С открытой камерой. Топка сообщается с помещением котельной, откуда в нее и поступает воздух (засасывается естественной тягой).
С закрытой камерой (турбированные). Топка от котельной изолирована, воздух вентилятором засасывается с улицы.

Более безопасный вариант — второй, но он работоспособен только при наличии электричества.

Достоинства и недостатки

Котлы с двумя контурами, как и любые другие технологические устройства, имеют свои достоинства и недостатки. Зная их, легче выбирать агрегат для нагрева воды и (конвектор) отопления дома.

У двухконтурных котлов много преимуществ

Достоинства двухконтурных напольных котлов приведены ниже.

Самое главное достоинство этого агрегата – возможность не только протопить дом, но и заодно обеспечить его горячей водой, которая будет использоваться для бытовых нужд.
Котел газовый двухконтурный настенный может по отдельности выполнять функции водонагревателя и отопительного прибора.
Предусмотрена возможность регулировки температуры нагрева жидкости. В среднем, котел греет воду до +30-40 градусов.
Скорость нагрева воды высока – для того чтобы помыться, можно нагреть ее (воду) всего за несколько минут.
В таких агрегатах обычно бывает предусмотрена система удаленного управления.
Отдельные виды котлов могут модернизироваться: имеется возможность замены горелки, а также переоборудования агрегата под другой тип топлива.
Мощность у двухконтурных напольных установок выше, чем у настенных.
Котлы напольные отличаются высокой надежностью по сравнению с настенными.

Нагрев воды в газовом котле

Недостатки двухконтурных котлов также следует знать.

Вторичный теплообменник нередко приходит в негодность, из-за чего дом остается без горячей воды.
Двухконтурный напольный агрегат занимает довольно большую площадь. Его размеры примерно 80*50*80 см, весит он около 100 кг.
Ограниченные объемы нагретой воды – больше, чем сможет, котел воды не нагреет. Поэтому если расход горячей воды велик, то лучше ставить отдельный нагреватель.
Сложный монтаж оборудования и необходимость обустройства дымохода, который нуждается в периодической чистке.
Напольный котел во время работы шумит, поэтому рекомендовано устанавливать его в подвальном помещении.

Напольный газовый котел Baxi Slim 2.300

В любом случае, приобрести один двухконтурный напольный котел гораздо дешевле, чем покупать отдельно одноконтурный агрегат, а к нему – еще и бойлер для нагрева воды. Также покупка такого устройства оправдана, если дом еще находится в процессе строительства, а коммуникации не подведены. К счастью, выбор моделей и типов напольных двухконтурных котлов достаточно велик. Как выбратьтвердотопливный котел для отопления частного дома, Вы сможете прочитать в нашей статье.

Основные элементы газового котла

Независимо от принадлежности к той или иной группе, газовые котлы в основе своей устроены одинаково и имеют один и тот же набор основных компонентов:

газовую горелку;
теплообменник;
циркуляционный насос (имеется не во всех моделях);
расширительный бачок;
систему автоматики.

Ниже можно ознакомиться с каждой из составляющих поближе.

Какую обвязку выбрать

Лучшим вариантом для реализации по праву можно считать простую схему обвязки газового котла отопления. Лишние приборы не потребуются, а конструкция получается максимально надежной. Особенно практичным такой вид монтажа будет в маленьких постройках, но если речь идет о больших домах, то без циркуляционного насоса не обойтись.

Многим известен тот факт, что чем проще конструкция, тем она надежней и долговечней, именно поэтому большинство экспертов и потребителей пользуются упрощенным алгоритмом действий для реализации процесса подключения системы отопления.

Газовая горелка

Задача горелки — смешать поступающий в нее природный газ с воздухом, приготовив тем самым топливно-воздушную смесь. Далее она распределяется по нескольким соплам, где и сгорает.

Газовые горелки бывают:

Котлов отопления на рынке представлено великое множество. В чем преимущества газового котла Беретта перед остальными производителями, читайте на нашем сайте.

О преимуществах двухконтурных котлов отопления читайте тут.

Инструкция по изготовлению дизельной горелки представлена здесь.

Атмосферные

Воздух засасывается в газовую струю за счет имеющегося в ней низкого давления (согласно закона Бернулли давление в движущемся потоке понижается пропорционально его скорости).

Достоинства:

низкая стоимость;
простота конструкции;
бесшумная работа.

Но при этом камеру сгорания приходится делать открытой, а мощность горелки ограничена.

Принцип работы атмосферной горелки

Наддувные

Более сложная конструкция, в которую воздух нагнетается вентилятором. С достоинствами и недостатками картина обратная: горелка стоит дорого и шумит, но зато камера сгорания является закрытой и нет ограничений по мощности.

У котлов с наддувными горелками и, соответственно, закрытыми камерами сгорания есть еще одно преимущество: поскольку дым выводится принудительно, их можно оснащать горизонтальной трубой, выходящей на улицу через стену.

Обычно используется коаксиальная труба, сечение которой разделено на две части: по внутренней отводятся продукты сгорания, по внешней — поступает воздух в топку.

Кроме того, газовые горелки делятся на следующие разновидности:

Одноступенчатые: обладают фиксированной теплопроизводительностью и работают в режиме «старт-стоп». Дешевы, но элементы котла с такой горелкой работают в условиях значительных и резких температурных перепадов, из-за чего срок их службы сокращается.
Двуступенчатые: могут работать в двух режимах: с максимальной мощностью и с 40-процентной. Промежуточная ступень обеспечивает плавный запуск горелки и позволяет реже ее выключать, так что в конечном итоге режим работы котла становится более щадящем.
Модулированные: самые дорогие горелки, теплопроизводительность которых можно плавно менять в диапазоне от 10% до 100%. Вместо режима «старт-стоп» такая горелка работает постоянно с нужной мощностью, так что элементы котла не подвергаются тепловым перегрузкам, а температурные перепады полностью исключаются. Котел, соответственно, служит дольше. Кроме того, модулированная горелка оптимизирует расход топлива, так что теплогенератор становится еще и более экономичным.

Горелка оснащается устройством розжига одного из двух типов:

Пьезорозжиг: при запуске котла пользователь однократно нажимает кнопку пьезомеханизма, от искры которого загорается запальник или фитиль (дежурная горелка). Впоследствии от запальника загорается основная горелка.
Электронный. Устройство генерирует искру самостоятельно, без участия пользователя.

Во втором случае поджигается непосредственно газовая горелка, так что запальник не требуется (сокращается расход газа).

Котлы, зависимые и независимые от электричества

Напольные котлы могут быть как зависимые от электросети, так и работающие автономно от нее. К первому типу относятся почти все современные установки, особенно те, что имеют камеры сгорания закрытого типа. Запуск горелки происходит в результате воздействия электричества. Котлы, работа которых не зависит от наличия электричества, запускаются вручную и имеют пьезорозжиговую систему.

Второй вариант экономически выгоднее, да и в местностях, где наблюдаются перебои с электропитанием, лучше устанавливать энергонезависимый котел.

Напольные котлы желательно устанавливать на небольшой постамент

Теплообменник

Долговечность теплообменника зависит от его материала. В основном пользователям приходится выбирать из двух вариантов:

Чугун

Литой чугунный теплообменник имеет толстые стенки, потому он прочен и не прогорает.

Кроме того, он мало подвержен коррозии.

Соответственно, данный вариант является наиболее долговечным — он служит порядка 25-ти лет.

Недостатков два:

хрупкость, причем лопнуть может не только при сильном ударе, но и при резком изменении температуры;
большой вес.

Последнее обстоятельство не позволяет применять чугунные теплообменники в настенных котлах.

Сталь

Стальной теплообменник сравнительно быстро прогорает (имеет тонкие стенки) и сильно подвержен коррозии. Кроме того, он имеет слабые места в виде сварных швов. Как результат — срок службы составляет всего 15 лет. Но зато дешев, пластичен и весит немного.

Более долговечными являются теплообменники из нержавеющей термоустойчивой стали, которые устанавливаются в моделях премиум-класса.

Тем же покупателям, кому такой котел пока не по карману, можно порекомендовать обратить внимание на стальные теплообменники с антикоррозионной защитой в виде медного покрытия внутри и особой термоустойчивой краски снаружи.

Где купить

Разобравшись с устройством двухконтурного настенного газового котла, стоит подумать о его приобретении. Кроме того, вам понадобится комплект дымохода.

Среди зарекомендовавших себя на данном рынке, можно отметить один из крупнейших в России производителей дымоходов — производственную . Благодаря новейшим инструментам металлообработки и тщательному подходу к выбору сырья, она выпускает только высококачественные изделия.

Неоспоримые преимущества дымоходов FERRUM:

Не уступают по качеству европейским аналогам, но стоит в 2 раза дешевле.
Подходят для любых отопительных приборов.
Отличаются легкостью установки.
Изготавливаются из нержавеющей жаропрочной стали.
Средний срок службы — 20 лет.

Получить всю необходимую информацию и узнать цены на дымоотводы можно по телефону, указанному на официальном сайте ПК «Феррум».

Циркуляционный насос и гидравлическая группа

Сравнительно небольшая СО в масштабах частного дома может функционировать и без циркуляционного насоса, но его применение обеспечивает целый ряд преимуществ:

можно сократить диаметр труб;
за время движения по контуру теплоноситель не успевает сильно остыть, поэтому котел работает в щадящем режиме;
появляется возможность эксплуатировать систему отопления в низкотемпературном режиме.

Характеристики насоса увязаны с мощностью котла, так что покупателю остается сосредоточить свое внимание только на производителе данного компонента. Желательно, чтобы это была известная компания с достойной репутацией — Grundfos, Wilo, Vortex и т.п.

Важное значение имеет то, из чего сделаны имеющиеся внутри котла трубы для теплоносителя и водопроводной воды (если котел двухконтурный). Наиболее предпочтительный вариант — медь или пластик хорошего качества.

Правила эксплуатации

Во время эксплуатации газового котлоагрегата открытого типа нужно гарантировать достаточную подачу воздуха, для того чтобы обеспечить полноту сжигания газа.

В противном случае КПД агрегата будет низким, а объем несгоревшего газа большим, с возможным выбросом в помещение. В топках закрытого типа, также важно следить за достаточностью воздуха и работоспособностью дутьевого вентилятора. Основные правила по безопасной эксплуатации отопительного котла, работающего на газовом топливе при возникновении запаха газа:

немедленно перекрывают газовый кран на горелочное устройство;
открывают окна для проветривания;
в котлах закрытого типа включают принудительную вентиляцию в системе дымохода газового котла;
не пользуются электровыключателями и спичками;
немедленно перекрывают открытое пламя;
сообщают об аварийной ситуации в газовую службу.

Автономное отопление набирает популярность, для многих домовладельцев оно стало такой же необходимостью в холодный период года, как система кондиционирования летом – доступный уровень комфорта в жилых помещениях, обеспечивающий нормальную жизнедеятельность.

Главную функцию в этом выполняют современные котельные установки – технологичные, инновационные агрегаты способные решать многоуровневые тепловые задачи.

Расширительный бачок

Чтобы теплоноситель не издавал журчания, система отопления должна быть полностью заполнена.

Но при этом должна быть предусмотрена возможность свободного расширения рабочей среды при нагреве. Для этого и устанавливается расширительный бачок.

Котлы оснащаются бачками мембранного типа, которые не имеют сообщения с атмосферой (закрытые). Такой бачок разделен эластичной мембраной на две части, одна из которых подсоединена к системе отопления, а другая содержит воздух при некотором давлении.

Объем первой части должен составлять примерно 10% от объема всего теплоносителя в СО. Во второй части нужно поддерживать давление на 0,2 атм меньше того, которое наблюдается в СО при работающем циркуляционном насосе.

Что такое обвязка и из чего ее делают

В системе отопления две основные части — котел и радиаторы отопления или теплый пол. То что их связывает и обеспечивает безопасность — это и есть обвязка. В зависимости от типа установленного котла используются разные элементы, потому обычно рассматривают отдельно обвязку твердотопливных агрегатов без автоматики и автоматизированных (чаще — газовых) котлов. У них разные алгоритмы работы, основные — возможность нагрева ТТ котла в фазе активного горения до высоких температур и наличие/отсутствие автоматики. Это накладывает ряд ограничений и дополнительных требований, которые приходится выполнять при обвязке котла, работающего на твердом топливе.

Пример обвязки котла — сначала идет медь, потом — полимерные трубы

Для обеспечения безопасной работы отопления обвязка котла должна содержать ряд устройств. Обязательно должны быть:

Манометр. Для контроля давления в системе.
Автоматический воздухоотводчик. Для спуска воздуха, попавшего в систему — чтобы не образовывались пробки и не стопорилось движение теплоносителя.
Аварийный клапан. Для сброса чрезмерного давления (подключается к системе канализации так как стравливается некоторое количество теплоносителя).
Расширительный бак. Необходим для компенсации теплового расширения. В системах открытого типа бак ставится в верхней точке системы и представляет собой обычную емкость. В закрытых системах отопления (обязательно с циркуляционным насосом) ставится мембранный бачок. Место установки — в обратном трубопроводе, перед входом в котел. Он может быть внутри настенного газового котла или устанавливается отдельно. При использовании котла для подготовки воды для ГВС также необходим расширительный бак в этом контуре.
Циркуляционный насос. Обязателен к установке в системах с принудительной циркуляцией. Для повышения эффективности отопления может стоять и в системах с естественной циркуляцией (гравитационных). Ставится на подачу или обратку перед котлом до первого ответвления.

Примерная схема обвязки напольного котла

Часть этих устройств уже установлена под кожухом газового настенного котла. Обвязка такого агрегата очень проста. Для того чтобы не усложнять систему большим количеством отводов манометр, воздухоотводчик и аварийный клапан собирают в одну группу. Есть специальный корпус с тремя отводами. На него накручиваются соответствующие устройства.

Так выглядит группа безопасности

Устанавливают группу безопасности на подающем трубопроводе сразу на выходе котла. Ставят так, чтобы легко было контролировать давление и можно было вручную стравить давление в случае необходимости.

Какими трубами делать

Сегодня в системе отопления уже редко используют металлические трубы. Их все чаще заменяют на полипропилен или металлопластик. Обвязка газового котла или любого другого автоматизированного (пеллетного, на жидком топливе, электрического) возможна сразу этими видами труб.

Настенный газовый котел можно подключать полипропиленовыми трубами сразу от входа котл

При подключении твердотопливного котла хотя-бы метр трубы на подаче непроходимо делать металлической трубой и лучше всего — медной. Дальше можно ставить переход на металлопластик или полипропилен. Но и это — не гарантия того, что полипропилен не разрушится. Лучше всего сделать дополнительную защиту от перегрева (закипания) ТТ котла.

Какие из полимерных труб лучше? Полипропиленовые или металлопластиковые? Однозначного ответа нет. Обвязка полипропиленом хороша надежностью соединений — правильно сваренные трубы представляют собой монолит. (Как соединять полипропиленовые трубы читайте тут). Но максимально допустимая температура теплоносителя в системе — не выше 80-90 °C (в зависимости от типа трубы). И то, длительное воздействие высоких температур приводит к быстрому разрушению полипропилена — он становится хрупким.

Потому обвязка котла полипропиленом делается только в низкотемпературных системах на основе автоматизированных котлов.

При наличии защиты от перегрева обвязку котла можно сделать полиропиленовыми трубами

Металлопластик имеет более высокую температуру эксплуатации — до 95 °C, чего достаточно для большинства систем. Можно ими делать и обвязку твердотопливного котла, но только в случае наличия одной из систем защиты от перегрева теплоносителя (рассказано чуть ниже). Но металлопластиковые трубы имеют два существенных недостатка: сужение в месте соединения (конструкция фитингов) и необходимость регулярной проверки соединений, так как они со временем текут. Так что обвязку котла металлопластиком делают при условии использования в качестве теплоносителя воды. Незамерзающие жидкости более текучие, потому в таких системах обжимные фитинги лучше не использовать — они все равно будут течь. Даже если заменить прокладки на химически стойкие.

Системы автоматики

Современные газовые котлы оснащаются автоматикой двух видов:

Рабочая

Управляет работой котла (регулирует мощность либо осуществляет включение/выключение) с целью поддержания на заданном пользователем уровне температуру теплоносителя или воздуха в помещении (зависит от того, где установлен температурный датчик).

Самой «продвинутой» является погодозависимая автоматика, которая учитывает наружную температуру и потому корректирует режим работы котла более своевременно.

При этом контроллер системы постоянно «учится», запоминая, как меняется температура в помещении при тех или иных теплопроизводительности котла и наружной температуре.

Знаете ли вы, что такое гребенка распределительная для отопления и для чего она используется? Подробно об этом читайте в статье.

Рекомендации по изготовлению горелки для биокамина своими руками вы найдете в этом материале.

Автоматика безопасности

Состоит из электромагнитного клапана на вводе газа в горелку и подключенных к нему датчиков:

тяги;
перегрева теплоносителя;
пламени на горелке.

Если котел имеет запальник, то к клапану подключается еще и термопара, которая блокирует его при затухании запальника.

Прочие датчики блокируют подачу газа в случае аварийных ситуаций — ухудшения тяги, перегрева теплоносителя или затухания пламени на основной горелке.

Монтаж двухконтурного напольного котла

Установка напольного котла производится следующим образом.

Шаг 1. Выбирается место монтажа устройства. Именно там пол и стены (особенно – в деревянном доме) обшиваются листовым железом и асбестом, чтобы защитить строение от возгорания.

Выбор подходящего места

Шаг 2. Монтируется подвод холодной воды к котлу.

Монтаж подвода холодной воды

Шаг 3. Далее (с использованием лазерного уровня) производится установка котла и крепление его к полу при помощи анкерных болтов. При этом между стенами и котлом остается некоторое расстояние для монтажа системы водопровода и газопровода.

Установка котла

Шаг 4. К котлу с задней части монтируются кран безопасности и кран подачи газа.

Кран безопасности и кран подачи газа

Шаг 5. В нижней части установки закрепляется кран обратного трубопровода.

Кран обратного трубопровода

Шаг 6. На кран безопасности устанавливаются манометр, предохранительный клапан, воздушник автоматический – все вместе это будет системой безопасности.

Система безопасности

Шаг 7. На стену рядом с установкой монтируется расширительный бачок.

Расширительный бак

Шаг 8. При помощи уровня на стену возле нижней части агрегата устанавливается циркуляционный насос.

Циркуляционный насос

Шаг 9. Перед насосом устанавливаются кран и фильтр, насос подсоединяется трубами к установке в нижней части (кран обратного трубопровода).

Насосный узел в сборе

Подсоединение насосного узла

Шаг 10. Производится монтаж подачи воды. Устанавливается отсекающий кран на расширитель и связывается с подачей воды.

Монтаж подачи воды

Отсекающий кран

Шаг 11. Труба подачи подводится ближе к стене, монтируется трубопровод в комнаты.