Устройство газового котла: виды по конструкции, плюсы и минусы, элементы

Одноконтурный или двухконтурный?

Конструкция отопительных агрегатов зависит от количества контуров – линий подачи и отвода жидкости в его составе. Одноконтурные имеют невысокую стоимость. При их установке будут низкие затраты на топливо. Поэтому они считаются менее затратными. Подходят эти устройства только для отопления небольших помещений. Если горячая вода требуется в хозяйственных целях, устанавливается бойлер.

Двухконтурный нагревает помещение и подает горячую воду. Но одновременная работа обеих систем невозможна. Например, когда включен кран с горячей водой, система отопления отключается. Если требуется небольшой объем жидкости за один раз, хорошо подойдет двухконтурный котел проточного типа. При потребности большого количества горячей жидкости нужно выбирать модели с бойлером.

Схема работы газового агрегата

Как устроен газовый отопительный котел? В центральных системах как источник энергии и тепла используется природный газ. Вариантов для сгорания два: метан и смесь пропана и бутана. Стоит разобрать основные моменты работы нагревательного оборудования.

Принцип работы котла

Принцип работы всех газовых котлов отопления можно описать так:

В подключенном к системе подачи газа оборудовании активируется система возгорания.
Искра от электричества зажигает горелку.
От запальника разгорается основная горелка, которая может иметь разное исполнение.
Огнем нагревается водяная рубашка и теплоноситель. В результате теплообменник прогревает воду до определенного значения, которое задано пользователем. После чего горелка отключается.
Если температура снижается, сенсоры подают сигнал автоматике, что возобновляет работу системы до повторного нагрева.

Одноконтурный котел

Устройство газового котла

У моделей от различных производителей может несущественно отличаться конструкция и расположение компонентов, однако они имеют несколько общих деталей:

Клапан для подачи или перекрытия топлива.
Горелку.
Электрический блок.
Сенсор наличия огня.
Камеру для сгорания газа.
Вентилятор.
Теплообменник.
Набор датчиков.
Расширительный бак.
Фильтр для воды.
Набор клапанов.
Байпас.
Фильтр ГВС.

Стоит рассмотреть работу основных узлов по отдельности, чтобы разобраться в работе котла в целом.

Газовая горелка и система удаления дыма

Горелка представляет собой основной модуль, который обеспечивает нагрев теплоносителя. В большинстве современных устройств она может регулировать объем подаваемого газа. Регулировка происходит под действием термостата, который подает сигнал при чрезмерном нагреве или снижении температуры.

Подача газа производится за счет клапана. Он регулируется электрическим силовым агрегатом, который управляется системой автоматики в котле. Это позволяет управлять большинством процессов работы ГВС.

Теплообменники

В системе присутствует два вида теплообменников: первичный и вторичный. Первый расположен над горелкой, включает несколько медных труб, по которым циркулирует теплоноситель. Вторичный нужен для подогрева воды от горячего водоснабжения. Он выглядит как набор ламелей, в промежутках между которыми циркулирует жидкость от первичного и вторичного теплообменника.

Двухконтурный котел

Система ГВС

Данная система является основным отличием двухконтурных элементов. Именно за счет неё можно быстро получить доступ к горячей воде. Она обеспечивается вторичным теплообменником, несколькими клапанами и датчиками, контролирующими работу прибора. Основным сенсором является датчик протока.

Жидкость начинает нагреваться в главном теплообменнике. После она при помощи насоса движется внутри корпуса, проходя через вторичную систему ламелей, в которой она дополнительно нагревается.

Байпас

Эта обводная труба соединяет прямой и обратный трубопровод. Дополнительно на ней прикреплен клапан, который при необходимости открывается, и часть воды начинает двигаться в обратный трубопровод.

Расширительный бачок

Эта часть системы требуется для стабилизации давления при нагреве. Из-за повышения давления вода расширяется, что может привести к порче оборудования. Бак состоит из 3 компонентов:

емкость под воду;
мембраны;
пространство под газ.

За счет изгибов мембраны он уравновешивает давление в системе.

Плата управления и датчики

Блок управления является обязательным модулем, необходимым для работы котла. Именно за счет этого модуля можно установить необходимый режим работы и регулировать работу элементов.

Мембранный бак

Как рассчитать мощность?

Расчет мощности по научным методикам довольно сложен. Определяются теплопотери здания, рассчитывается тепловой контур, учитываются влияния проемов или иных отверстий.

Процесс затруднителен даже для профессионалов, не говоря о неподготовленных людях. Поэтому обычно используют простую и достаточно верную методику. Один киловатт тепловой мощности способен обогреть площадь в 10 кв. м.

Поэтому для определения мощности котла надо разделить площадь помещения на 10. Например, для 180 кв м надо 18 кВт мощности.

Внимание! Не следует выбирать чрезмерно слабые или слишком мощные котлы. В данном случае запас работает во вред — агрегат работает в неправильном режиме и быстрее выходит из строя

Преимущества напольных одноконтурных и двухконтурных газовых котлов

Плюсов, характерных напольным одноконтурным и двухконтурным газовым котлам, очень много. Оставить без внимания невозможно следующие:

высокую производительность, обеспеченную эффективным использованием топлива благодаря применению последних технологических приемов при создании конструкций камер сгорания;
максимально возможную эффективность теплоотдачи;
экономный расход топлива благодаря автоматизированной системе управления;
возможность отапливать помещения даже значительной площади;
широчайшие функциональные возможности: современные средства контроля работы, обеспечивающие максимально безопасную эксплуатацию котла, несколько режимов работы, в том числе режим ожидания и автоматического включения при возобновлении подачи газа, несколько диапазонов регулирования температуры, что дает возможность использовать котлы в режиме «теплых полов»;
возможность подключения дополнительных датчиков и устройств, способных контролировать температуру, тем самым обеспечивая комфортный микроклимат в помещении;
беспроблемную и продолжительную работу;
простоту обслуживания и ремонтных работ благодаря встроенной системе диагностике, которая позволяет в автоматическом режиме определить десять типов возможных неисправностей в работе системы отопления;
низкий уровень шума;
компактные размеры;
экологичность и минимальный выброс вредных веществ в атмосферу;
длительный срок эксплуатации даже без регулярных сервисных работ;
доступная цена;
высокую степень безопасности.

Газовые котлы обеспечивают комфортный микроклимат в помещении

Важно отметить, что теплообменник напольных котлов отопления выполнен из прочного и высококачественного чугуна, который обеспечивает оптимальную теплоизоляцию, а универсальные атмосферные горелки позволяют работать как на природном, так сжижением газе. Кроме того, напольные газовые установки устойчиво реагируют на природные воздействия, их корпус обработан специальной антикоррозийной обработкой, защищающей от коррозии

Кроме того, напольные газовые установки устойчиво реагируют на природные воздействия, их корпус обработан специальной антикоррозийной обработкой, защищающей от коррозии.

Устройство и принцип действия промышленных газовых котлов

Принцип действия отопительного устройства основан на сжигании газа в топке с сопутствующим нагревом теплоносителя. По этому признаку котлы делятся на две группы:

с циркуляцией горячего воздуха (жаротрубные);
с нагревом жидкости почти до температуры кипения (водотрубные).

Паровые котлы устанавливаются на предприятиях, использующих пар в промышленном производстве.

Справка. Стоимость природного газа и его теплотворная способность не имеет конкурентов среди других природных горючих материалов. Поэтому использование природного газа дает значительную экономическую выгоду.

Газовая горелка

Главной частью любого котла является горелка. По типу подачи газа они делятся:

на инжекторные, засасывающие газ вместе с воздушной струей;
на наддувные, применяющие принудительное нагнетание воздуха мощным вентилятором;
на диффузные, подающие газ к месту горения через специальные диффузионные каналы.

Фото 1. Промышленный котел на газу марки Энтророс. В устройстве установлена наддувная газовая горелка.

Распространенная конструкция горелки — набор из нескольких параллельных стержневых устройств, которые расположены равномерно по всему объему топки. Они снабжены отверстиями для выхода смеси газа с воздухом и обеспечивают равномерный нагрев. Для повышения эффективности между стержнями помещают трубопровод с теплоносителем. Такие установки способны достичь КПД в 98—99%.

Еще один популярный вариант горелки промышленного котла мощностью от 100 кВт и выше имеет факельное устройство. На одной из стенок агрегата устраивается специальное сопло, в которое нагнетается газовоздушная смесь. Факельное горение хорошо показало себя в двух и трехходовых котлах, используется для получения теплоносителя с температурой 115—120 градусов или пара.

Топочная камера

Для топки мощного котла важно длительное время выдерживать высокую температуру. Жаропрочность обеспечивает использование специальных сталей с добавлением марганца, хрома и других легирующих компонентов

Стенки укрепляют гофрированием и окружают теплоизоляционной оболочкой.

В водогрейных котлах в топке размещают один или два теплообменных контура, по которым циркулирует теплоноситель.

В паровых или котлах высокого давления применяются топочные экраны и теплообменник для получения тепла, а пар образуется в дымоходе, где температура дымовых газов снижается до 600—800 °C.

В топочной камере парового котла размещают сепаратор и пароперегреватель.

Безопасность эксплуатации обеспечивает взрывной клапан, который обязательно устанавливают на одной (чаще задней) стенке котла. Механизм срабатывает в случае превышения давления в топке.

Автоматика и система управления

Сложность управления промышленным котлом связана с постоянно изменяющимися температурой и давлением воды, мгновенным расходом газа, забором воздуха для горелки и другими факторами.

Чтобы исключить человеческий фактор, все управление осуществляется с помощью специальных контроллеров.

Данные для их работы поступают с датчиков температуры, давления, расхода воздуха и газа. Для большей надежности в современных котлах автоматику разделяют на две части:

Автоматика подачи топлива, которая отвечает за работу модуляционной горелки и поддержание стабильной работы всей системы.
Автоматика безопасности учитывает критические условия работы котла, наличие пламени в топке, подачу газа, нагрев теплоносителя. В случае неисправности происходит отключение котла и прекращение подачи топлива. Некоторые модели котлов снабжены системами самодиагностики.

Внимание! Обычно используется природный газ: метан. Он легче воздуха и является оптимальным топливом

В отдельных случаях допускается сжигание пропан-бутановой смеси. Этот газ тяжелее воздуха и требует соответствующей настройки оборудования.

Типы теплообменников

Самыми распространенными считаются стальные теплообменники, особенно это касается деталей, изготовленных на российских предприятиях. Дело в том, что сталь легко поддается обработке и является доступным материалом, поэтому изготовление подобных элементов имеет низкую себестоимость.

Стоит отметить, что теплообменники из этого металла отличаются высокой прочностью и пластичностью, из-за чего хорошо переносят механические нагрузки.

Однако помимо плюсов они имеют и свои минусы:

отсутствие устойчивости к коррозионным образованиям;
для получения высокой степени инертности изготовители увеличивают толщину стенок, а это делает элементы тяжелей и массивней.

Теплообменники из чугуна не боятся коррозии и имеют продолжительный срок эксплуатации. Но такой металл обладает довольно строгими требованиями к использованию газового оборудования. Область, расположенная между теплой и горячей частью детали, подвергается отрицательному воздействию, из-за чего может лопнуть. Чтобы избежать такой неприятности, рекомендуется регулярно промывать чугунный элемент.

Детали из меди долговечней аналогов и имеют ряд неоспоримых преимуществ:

маленький вес;
небольшие размеры;
коррозионная устойчивость;
для нагрева теплоносителя нужно меньше топлива.

Однако цена на них может показаться высокой, а также есть риск повреждений при сильном нагреве элементов. Но с последним недостатком производители активно борются, уменьшая объем полостей и уровень подачи газа.

Принцип работы и устройство напольного газового котла

Внутри напольного газового котла происходит сжигание природного или сжиженного газа.

В результате чего при помощи теплообменника происходит нагревание теплоносителя в системе отопления (чаще всего это вода).

Камера сгорание в напольном газовом котле чаще всего открытая, что предполагает использование дымохода с естественной тягой и наличие приточной вентиляции в котельной.

Котельная будет выглядеть примерно так, как показано ниже на рисунке:

Схема отопления напольного газового котла

Кроме этого, существуют напольные газовые котлы с принудительной тягой.

Это упрощает и удешевляет монтаж дымохода, но делает котел энергозависимым.

А это значит, что на случай отключений электричества необходимо будет докупить источник бесперебойного питания и аккумуляторы для него.

Напольный газовый котел с вентилятором

Что касается устройства напольных газовых котлов, то с некоторым приближением оно выглядит следующим образом:

Устройство двухконтурного напольного газового котла

Выше на рисунке показан разрез двухконтурного напольного газового котла.

Это видно по наличию медного змеевика вокруг дымогарных труб, который и предназначен для приготовления санитарной горячей воды на протоке.

Помимо этого, существуют дорогие модели со встроенным бойлером, но для российского рынка это все еще экзотика.

Газовый котел ACV Delta PRO со встроенным бойлером косвенного нагрева

Вокруг топочной камеры и дымогарных труб расположена водяная рубашка. В ней и происходит тот самый теплообмен, о котором я писал выше.

А сам газ сжигается на горелке, расположенной внутри камеры сгорания.

Газ в горелку подается через специальный клапан, управляемый автоматикой.

Она в случае обрыва пламени отключает подачу газа и тем самым предотвращает взрыв.

Типы устройств и их строение

Газовый котел любой модификации имеет три обязательных элемента:

арматура, посредством которой осуществляется подача топлива (газа);
газовая горелка;
теплообменник.

Следует отметить, что наиболее распространённым материалом для создания теплообменника является медь. Однако довольно часто встречаются модели газовых котлов, в которых данный элемент сделан из чугуна или стали.

Принципиальная схема газового котла

Каждый современный настенный газовый котел дополнен циркуляционным насосом, предназначенным для перемещения теплоносителя, специальным предохранительным клапаном, расширительным баком, электронной системой управления. Помимо этого, устройство газовых котлов отопления оснащено также системами контроля и самодиагностики. Такое обилие специального и вспомогательного оборудования делает газовые котлы достаточно близкими к мини-котельным. А расчет мощности газового котла отопления, производимый перед установкой системы – показывает, что некоторые из этих дополнений способны увеличить эффективность.

Далее автоматикой запускается газовая арматура – топливо подается в систему. Одновременно зажигается искра в камере сгорания, и от нее загорается топливо. В теплообменнике происходит нагрев теплоносителя до нужного уровня. При помощи циркуляционного насоса нагретая вода перемещается по системе к радиаторам – где и отдает свое тепло. Так кратко можно описать принцип работы газового котла отопления с одним контуром.

Принцип работы газового котла

Однако в некоторых случаях котел может служить не только для отопления, но и для подачи горячей воды. Для того чтобы наладить в доме работу сразу двух систем, необходим двухконтурный газовый котел. Его основным отличием является наличие второго контура, который вполне может удовлетворять необходимости в горячей воде.

Следует отметить, что контуры котла данного типа не могут работать одновременно. То есть, если вам понадобилось прогреть помещение, то в этот момент нагрев воды для ГВС будет приостановлен или будет производиться более слабо. Однако, по словам владельцев двухконтурных котлов, такие условия работы оборудования и схема не доставляют каких-либо неудобств.

Схема системы отопления и горячего водоснабжения от газового двухконтурного котла

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%.

Как выбрать котел

К выбору отопительного котла необходимо подходить ответственно, поскольку он должен обеспечить надежное теплоснабжение дома при самых низких отрицательных температурах наружного воздуха и надежно отработать не менее 10 лет.

Для выбора учитывают несколько важных параметров:

Определяются со способом установки, в зависимости от свободной площади.
Определяют виды систем теплоснабжения: отопление для частного дома или совместно для отопления и ГВС.
Выбор варианта подготовки горячей воды: проточного типа в двухконтурном котле или в бойлере накопителе в выносном теплообменнике косвенного нагрева.
Выбор агрегата по мощности, используя для предварительного расчета простое соотношение: 1 кВт на 10 м2 отапливаемой площади. Для двухконтурного котла для отопления частного дома дополнительно учитывают не менее 20 % мощности для подогрева ГВС. Также потребуется ввести поправочные коэффициенты, для объектов с плохой теплоизоляцией дома.
Тип материала теплообменного аппарата: чугун, сталь и медь.
Вид движения теплоносителя с естественной или принудительной циркуляцией с электронасосом.
Вид отвода дымовых газов: естественная или принудительная с применением центробежного вентилятора.
Энергозависимость и система аварийного электроснабжения: стабилизаторы и источники бесперебойного электропитания.
Система регулирования и безопасности.

Принцип работы и устройство напольного газового котла

Внутри напольного газового котла происходит сжигание природного или сжиженного газа.

Котельная будет выглядеть примерно так, как показано ниже на рисунке:

Схема отопления напольного газового котла

Кроме этого, существуют напольные газовые котлы с принудительной тягой.

Это упрощает и удешевляет монтаж дымохода, но делает котел энергозависимым.

Напольный газовый котел с вентилятором

Устройство двухконтурного напольного газового котла

Выше на рисунке показан разрез двухконтурного напольного газового котла.

Газовый котел ACV Delta PRO со встроенным бойлером косвенного нагрева

А сам газ сжигается на горелке, расположенной внутри камеры сгорания.

Газ в горелку подается через специальный клапан, управляемый автоматикой.

Она в случае обрыва пламени отключает подачу газа и тем самым предотвращает взрыв.

Требования к зданиям и помещениям газифицированных котельных

Здания и помещения котельных с котлами, работающими на газовом топливе, не являются взрывоопасными. Независимо от этажа размещения котельный зал, помещения дымососов и деаэраторов должны соответствовать категории Г по пожароопасности и не ниже второй степени по огнестойкости. При определенных климатических условиях допускается установка котлов в котельных полуоткрытого и открытого типа.

Не допускается пристройка котельных, независимо от используемого в них топлива, к жилым зданиям и зданиям детских яслей-садов, общеобразовательных школ, больниц и поликлиник, санаториев, учреждений отдыха, а также устройство котельных, встроенных в здания указанного назначения.

Не допускается размещать встроенные котельные под помещениями общественного назначения (фойе и зрительные залы, торговые помещения, классы и аудитории учебных заведений, залы столовых и ресторанов, душевые и т.п.) и под складами горючих материалов.

На каждом этаже котельного помещения должно быть не менее двух выходов, расположенных в противоположных сторонах помещения. Допускается устройство одного выхода, если площадь этажа меньше 200 м? и имеется выход на наружную пожарную лестницу, а в одноэтажных котельных — при длине помещения по фронту котлов не более 12 м. Выходные двери из котельного помещения должны открываться наружу. Выходом считается как непосредственный выход наружу, так и выход через лестничную клетку или тамбур.

Устройство чердачных перекрытий над котлами не допускается. Уровень пола котельной не должен быть ниже уровня территории, прилегающей к зданию котельной, и должен иметь легко отмываемое покрытие. Стены внутри котельной должны быть гладкими, окрашены в светлые тона или облицованы светлым кафелем или стеклянными плитками.

Расстояние от выступающих частей газовых горелок или арматуры в котельной до стены или других частей здания и оборудования должно быть не менее 1 метра, а для котлов, расположенных друг против друга, проход между горелками — не менее 2 метров. Если перед фронтом котла установлен вентилятор, насос или тепловой щит, ширина свободного прохода должна быть не менее 1,5 м.

При боковом обслуживании котлов ширина бокового прохода должна быть не менее 1,5 м для котлов производительностью до 4 т/ч и не менее 2 м для котлов производительностью 4 т/ч и более. При отсутствии бокового обслуживания ширина бокового прохода, а также расстояние между котлами и задней стеной котельной должно быть не менее 1 м. Ширина прохода между выступающими из обмуровки частями котлов (каркасы трубы и т.п.), а также между частями котла и частями здания (колонны, лестницы), рабочими площадками и т.п. должна быть не менее 7 м.

Газорегуляторные установки (ГРУ) размещают в котельной вблизи от ввода газопровода в котельном зале или в смежном помещении, соединенном с ним открытым проемом. Оборудование и приборы ГРУ должны быть защищены от механических повреждений и от воздействия сотрясения и вибраций, а место размещения ГРУ освещено. Оборудование ГРУ, к которому возможен доступ лиц, не связанных с эксплуатацией газового хозяйства, должно иметь ограждение из несгораемых материалов. Расстояние между оборудованием или ограждением и другими сооружениями должно быть не менее 0,8 м. Ограждение ГРУ не должно препятствовать проведению ремонтных работ.