Котлы для автономного теплоснабжения
Опубликовано: 10 июня 2010 г.
237
Настенные газовые котлы
Сегмент настенных газовых котлов – одно из наиболее активно развивающихся направлений российского рынка теплотехнического оборудования. В немалой степени это связано с перспективной областью применения настенных котлов – поквартирным отоплением.
Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.
Отличительная особенность «настенников» – значительная компактность, позволяющая размещать эти приборы в кухонных помещениях, не создавая для них специальные котельные.
Настенные газовые котлы бывают одно- и двухконтурными. Одноконтурные котлы используются только для подогрева теплоносителя. (Впрочем, при необходимости, для получения горячей санитарной воды к одноконтурному котлу можно подсоединить внешний бойлер.) Двухконтурные способны, кроме отопительной функции, выполнять также функцию подогрева бытовой воды. Для приготовления горячей бытовой воды в них используются проточный нагреватель или встроенный бойлер.
Главное преимущество проточного нагревателя – его способность обеспечивать нагрев определенного количества воды практически неограниченное время. К недостаткам «проточника» можно отнести необходимость запаса мощности для покрытия пикового расхода горячей воды (если проток слишком велик, теплообменник не будет успевать ее нагревать) и достаточно высокие требования к качеству воды.
Следует отметить, что проточные теплообменники бывают двух типов – вторичные пластинчатые и битермические. В первых происходит косвенный нагрев воды. В битермических теплообменниках вода нагревается непосредственно от горелки. В связи с этим котлам с таким теплообменником требуется меньший промежуток времени, необходимый для нагрева воды до заданной температуры. Котлы с битермическими теплообменниками отличают компактность и меньшая (в сравнении с котлами со вторичным теплообменником) стоимость. Но, поскольку внутренняя поверхность битермического теплообменника достаточно быстро покрывается слоем отложений, его необходимо периодически чистить.
Большую степень комфорта обеспечивает котел со встроенным бойлером. Правда, в отличие от котлов с проточным нагревателем, модели со встроенным бойлером имеют бо'льшие габариты, массу и расходуют больше газа, поскольку постоянно поддерживают заданную температуру воды в бойлере.
По принципу отвода продуктов сгорания настенные газовые котлы подразделяют на модели с естественной и принудительной тягой. Первые имеют камеру сгорания открытого типа – воздух для поддержания процесса горения поступает из помещения, в котором расположен котел. Такие котлы нуждаются в подключении к традиционному дымоходу, поэтому в городских условиях они используются в квартирах, где раньше стояли газовые колонки. Бесспорное достоинство таких котлов – невысокая стоимость, связанная с простотой конструкции горелки и теплообменника. Камера сгорания у котлов с принудительной тягой – герметичная. Подвод воздуха осуществляется не из помещения, а с улицы (через трубу). Отвод дымовых газов происходит посредством встроенного в котел вентилятора. Котлы могут иметь две раздельных трубы (по одной поступает воздух, по другой – отводятся продукты сгорания) либо коаксиальный («труба в трубе») дымоход. Котлы не требуют строительства традиционного дымохода – достаточно лишь сделать отверстие в стене. По сравнению с котлами с естественной тягой, аппараты с принудительным отводом сгорания обладают б0льшим КПД.
Различаются настенные газовые котлы и способом розжига горелки. Так, существуют котлы с пьезорозжигом и котлы с системой электронного розжига. В первом случае запуск котла осуществляется вручную – нажатием специальной кнопки. Котел с электронной системой розжига запускается автоматически. Стоит отметить, что в случае временного прекращения подачи электроэнергии модели газовых «настенников» с электронной системой розжига автоматически запускаются после возобновления ее подачи.
За последнее время значительно повысился уровень автоматизации настенных газовых котлов. Всё чаще вместо обычных электронных схем управления «настенники» оснащаются микропроцессорными системами. Увеличивается число функций безопасности и контроля (защита от замерзания и блокировки насоса, ионизационная система контроля пламени, система самодиагностики и т.д.). Многие котлы могут программироваться на работу в различных режимах (летний, зимний, экономичный и др.). Всё больше «настенников» оснащается погодозависимой автоматикой, позволяющей (при подключении уличного датчика температуры) котлу устанавливать тот или иной уровень мощности в зависимости от изменения погодных условий.
Мощность большинства настенных котлов, как правило, не превышает 32 кВт. Обычно этого достаточно, чтобы обогреть и обеспечить горячей водой квартиру или небольшой коттедж. Так, для средней полосы России требуется 100 Вт на 1 м2 при высоте потолка до 3 м. В то же время в ассортименте производителей отопительной техники всё чаще появляются модели «настенников» мощностью 50 кВт и более.
Комплектация настенных котлов повышенной мощности не столь полна, как у их менее мощных «собратьев», представляющих собой мини-котельную, включающую все необходимые элементы системы отопления. В частности, мощные «настенники» не оборудуются расширительным баком, а иногда и циркуляционным насосом. Это связано как с желанием производителей минимизировать габариты и массу котла, так и с необходимостью индивидуального подбора элементов для систем, в которых работают такие котлы. Как правило, такие приборы делают одноконтурными. Поскольку работа «настенника» повышенной мощности связана со значительным расходом энергоносителя, их конструкция в подавляющем большинстве случаев предусматривает использование тепла конденсации.
Основным параметром, определяющем экономичность котла, является его КПД. На его увеличение направлены основные разработки ведущих мировых производителей. Именно стремлением обеспечить максимальный КПД объясняется появление конденсационных котлов (в том числе и настенных), способных утилизировать тепло конденсации водяных паров, находящихся в продуктах сгорания. КПД таких котлов приближается к 108 %. Наивысший КПД конденсационных котлов достигается в низкотемпературных системах, а при нагревании воды контура ГВС их КПД такой же, как и у обычных моделей. Отметим, что конденсационные котлы не могут использоваться с классическим кирпичным дымоходом.
Напольные котлы
Напольные котлы можно разделить на два типа: одни, имеющие встроенную атмосферную горелку, работают на газовом топливе; другие – комбинированные – могут работать на газе или дизельном топливе. В комбинированных котлах используется вентиляторная (газовая или жидкотопливная) горелка, приобретаемая отдельно от аппарата. Комбинированные котлы удобно использовать в том случае, когда на момент его установки к дому не подведен газ, но в будущем планируется его подведение.
В напольных котлах используется обычно стальной или чугунный теплообменник. Основные достоинства котлов со стальным теплообменником – относительно невысокая цена и хорошая пластичность материала. Последнее свойство имеет большое значение, так как в процессе эксплуатации теплообменник периодически подвергается прямому тепловому воздействию пламени горелки, вследствие чего в нем возникают так называемые тепловые напряжения, способные привести к образованию трещин в корпусе теплообменника.
К недостаткам стальных теплообменников относится их подверженность коррозии. В процессе работы котла коррозионному воздействию подвергаются как внутренняя, так и наружная поверхности теплообменника, вследствие чего может произойти его разрушение.
Минусами стального теплообменника являются также его сравнительно большие масса и объем. Данные характеристики отражают степень инерционности. Другими словами, часть газа будет расходоваться на нагрев теплообменника и находящейся в нем воды, то есть не все тепло используется по назначению – на нагрев теплоносителя. Чем больше масса и объем теплообменника, тем больше топлива будет израсходовано напрасно.
Чугунный теплообменник характеризуют стойкость к коррозии и долговечность. Но при этом чугун предъявляет высокие требования к соблюдению правил проектирования и эксплуатации котла. Его неравномерный нагрев (например, из-за появления отложений в надгорелочной части при использовании плохо подготовленной воды) вызывает растрескивание материала. Существует также «низкотемпературная коррозия» – растрескивание чугунного теплообменника из-за разности температур в зоне нагрева и месте входа в него воды из обратной линии системы отопления.
Минусы чугунных теплообменников – высокая стоимость, хрупкость (подверженность образованию трещин при неправильной эксплуатации), большая инерционность (вследствие больших массы и объема), а также громоздкость.
Напольные котлы бывают одно- и двухконтурными. Двухконтурные имеют встроенный бойлер или встроенный змеевик. К одноконтурному котлу, для получения горячей бытовой воды, можно подключить внешний бойлер.
Газовые котлы могут работать на одном (одноступенчатые) или двух (двухступенчатые) уровнях мощности, а также иметь систему плавного регулирования мощности. Более экономичны котлы с двумя уровнями мощности и котлы с плавным регулированием мощности.
Электрические котлы
Одним из вариантов организации автономного теплоснабжения и ГВС является применение электрических котлов. Такие аппараты отличают простота конструкции и компактность. Они не требуют специально оборудованного места для установки, не ставят владельца перед проблемой доставки и хранения топлива (как жидко- и твердотопливные котлы, а также газовые котлы, при условии их работы на сжиженном газе), не нуждаются в загрузке топлива и удалении золы и шлаков (как твердотопливные теплогенераторы), не требуют устройства дымохода и подвода воздуха в камеру сгорания, их работа не сопровождается выбросами вредных веществ в атмосферу.
Против всех этих достоинств стоит лишь один существенный недостаток – высокая стоимость электроэнергии. Впрочем, при определенных условиях электрокотлы могут быть вполне конкурентоспособными. Например, значение фактора высокой стоимости электрической энергии можно частично уменьшить посредством двухтарифной системы ее оплаты. Кроме того, существуют различные способы аккумулирования тепла во время действия сниженного тарифа (например, в бетонной стяжке системы напольного отопления или за счет нагрева большого количества воды для ГВС).
В настоящее время существуют две основные разновидности электрокотлов: ТЭНовые и электродные.
Конструктивно электродный котел представляет собой емкость с размещенными в ней электродами и действует как проточный водонагреватель. Нагрев воды в электродных котлах происходит в результате пропускания через нее переменного электрического тока.
Вода в электродных котлах одновременно является и теплоносителем, и элементом электрической сети, поэтому должна обладать как определенной проводимостью (чтобы существовал электрический ток), так и определенным сопротивлением (во избежание короткого замыкания). Например, дистиллированную воду использовать в электродных котлах нельзя, по причине ее малой проводимости. Некоторые компании-производители предлагают для систем с электродными котлами специальные составы.
Особенностью данных приборов является их способность самонастраиваться в зависимости от заданной потребителем температуры теплоносителя и его количества в отопительном контуре, выходя на равновесный режим с некоторой задержкой. Это связано с тем, что по мере разогрева теплоносителя уменьшается его сопротивление. Электродные котлы сами отключаются от электросети при коротком замыкании, утечке теплоносителя и превышении заданной температуры.
ТЭНовые котлы относятся к аппаратам косвенного действия. Для нагрева теплоносителя в них используются трубчатые электронагреватели (ТЭНы). По конфигурации ТЭНы разделяют на двухконцевые (контактные выводы расположены с двух сторон) и одноконцевые (контактные выводы расположены по одну сторону нагревателя).
Бытовые ТЭНовые электрокотлы обычно выпускаются мощностью от 4 до 50 кВт. Приборы мощностью до 10 кВт изготовляют в одно- или трехфазном исполнении. В диапазоне свыше 10 кВт большинством производителей предлагаются трехфазные модели.
Электрические котлы, представленные на российском рынке, как правило, одноконтурные, но есть и двухконтурные модели.
Одна из важнейших характеристик электрических котлов – возможность регулирования их мощности, осуществляемая путем изменения количества одновременно задействованных ТЭНов. Переключатели мощности позволяют более экономно расходовать электроэнергию в зависимости от времени суток, дня недели и времени года.
В настоящее время у разных производителей встречаются модели как на основе схем с магнитными пускателями, так и более современные, у которых коммутация осуществляется бесконтактным методом – посредством полупроводниковых элементов. Бесконтактная коммутация обладает рядом преимуществ: повышенной надежностью, бесшумностью работы, большой устойчивостью к колебаниям питающей электросети.
Помимо котлов со ступенчатым регулированием мощности существуют модели с плавной автоматической регулировкой мощности методом фазового управления. Такой способ обеспечивает экономию электроэнергии, увеличение срока службы ТЭНов, более равномерное распределение нагрузки по фазам, отсутствие скачков напряжения.
Как правило, электрокотлы оснащаются рабочими термостатами и термостатами безопасности, рабочими манометрами и термометрами. Управление может осуществляться как в ручном режиме, так и с помощью автоматики регулирования температуры теплоносителя и (или) поддержания заданной потребителем температуры воздуха в помещении. Кроме того, котлы оснащаются программаторами, с помощью которых можно задавать суточный и недельный температурные режимы. Существуют также модели с переключателями режима «зима-лето». Всё чаще производители оборудуют котлы микропроцессорными устройствами, позволяющими более точно регулировать заданные параметры в автоматическом режиме.
Степень оснащенности электрических котлов элементами управления, регулирования и безопасности у разных производителей может меняться в достаточно широких пределах; при выборе прибора на это необходимо обратить особое внимание. То же касается и основных элементов отопительного контура: циркуляционных насосов, расширительных баков, фильтров, предохранительных и воздушных клапанов. Например, одни производители включают в конструкцию своего котла циркуляционный насос, другие – ограничиваются колодкой для его подключения или автоматикой управления его работой.
Котлы на твердом топливе
Современная бытовая отопительная техника ориентирована преимущественно на использовании в качестве энергоносителя газа, жидкого топлива и электричества. Твердое топливо наименее удобно для потребителя, в основном – из-за необходимости периодически загружать топку и удалять золу, а также решать вопросы доставки и хранения топлива, утилизации шлаков. Однако в некоторых случаях (например, при проблемах с подачей газа или электроэнергии) применение твердотопливного котла становится наиболее целесообразным. Важное преимущество большинства таких котлов – их энергонезависимость, позволяющая создать полностью автономную отопительную систему.
Существуют как универсальные модели, так и сконструированные для сжигания топлива определенного типа (при работе на нем достигается наибольший КПД). Универсальные котлы предполагают наличие не только топочной камеры для сжигания твердого топлива, но и возможность подсоединения газовой или жидкотопливной горелки. Такие котлы особенно удобны, например, при отсрочке подведения газа или неустойчивом снабжении потребителя жидким топливом. Отметим также, что на рынке представлены котлы, работающие на твердом, газообразном и жидком топливе, оснащенные ТЭНами.
Кроме традиционных твердотопливных котлов существуют пиролизные (газогенераторные) котлы, отличающиеся сравнительно высоким (до 85 %) КПД и простотой регулирования мощности. В таких котлах сжигаются не сами дрова, а синтез-газ, выделяющийся при их разложении под действием высокой температуры. Достоинством этого процесса, в частности, является почти полное отсутствие выбросов золовых частиц с дымовыми газами котла. К недостаткам пиролизных котлов можно отнести их зависимость от электричества и значительно более высокую (по сравнению с традиционными твердотопливными котлами) стоимость.
Материал опубликован в журнале «Аква-Терм Эксперт», #3 (21) 2008