Настенные котлы. Обзор решений

Настенные газовые котлы одно из самых удобных и экономичных устройств для поквартирного отопления, обогрева частных домов или коттеджей. Согласно прогнозам большинства экспертов, их рынок, как за рубежом, так и у нас, будет расти. Совершенствование моделей будет идти по следующим основным направлениям: увеличение мощности и КПД, повышение надежности, удобства эксплуатации, улучшение дизайна и экологических характеристик.

Подписаться на статьи можно на главной странице сайта.

Мощность современного «настенника» может составлять от 6 до 100 кВт (настенный котел именно такой мощности представила в этом году немецкая компания Buderus). С их помощью отапливаются любые квартиры и коттеджи. Объединив эти приборы в каскады (рис. 1), можно получить котельные, способные обогревать многоэтажные жилые и офисные дома, производственные помещения. Такое решение имеет ряд преимуществ перед использованием котлов с большой единичной мощностью. Включая и отключая входящие в состав каскадной котельной теплогенераторы, можно точно и без потери КПД реагировать на изменение потребности объекта в тепле. В случае выхода из строя одного из котлов его можно заменить, не отключая при этом всего каскада. Кроме того, каскадные котельные занимают меньше места, и их легче монтировать.
 
Современный рынок «настенников» очень разнообразен. В качестве базовой можно рассматривать одноконтурную атмосферную модель с открытой камерой сгорания, забором воздуха из помещения, где установлен прибор, и естественным удалением продуктов горения. Она может быть оснащена пьезоэлектрической или электронной системой розжига. Котлы с электронным розжигом стоят дороже, но пользоваться ими удобнее. Кроме того, в случае временного прекращения подачи электричества «настенник» с пьезоэлектрической системой розжига прекратит работу и пользователю придется включать его самостоятельно, а электронная система розжига сама включит котел, сразу же после того, как подача электроэнергии будет возобновлена.

Модель другого уровня – котел с герметичной (закрытой) камерой сгорания. Он обладает рядом преимуществ. В некоторых случаях, например, в многоквартирных домах высотой более пяти этажей, можно использовать только теплогенераторы этого типа. Забор воздуха для работы таких аппаратов осуществляется извне помещения – по отдельному или коаксиально совмещенному с дымовой трубой воздуховоду. Приток воздуха в камеру сгорания и отвод продуктов сгорания могут осуществляться под действием естественной тяги, но в более совершенных моделях для этого предусмотрен специальный вентилятор (рис. 2). Изменение скорости его вращения позволяет управлять процессом горения.
 
По виду горелочного устройства современные «настенники» следует разделять на котлы с атмосферной горелкой и котлы с горелкой типа Рremix. К аппаратам первого типа относятся и те, где газ смешивается с воздухом непосредственно в камере сгорания, и более совершенные – с частичным предварительным смешением. В последнем случае в конструкцию горелки входят ряды трубок Вентури. Поступая в них под давлением, газ увлекает за собой воздух и, смешиваясь с ним, поступает в камеру сгорания. В процессе горения участвует также воздух, поступающий в камеру извне.

В горелках Рremix образование газовоздушной смеси происходит в замкнутом объеме, куда воздух подается специальным вентилятором, электронное управление которым позволяет наилучшим образом оптимизировать процесс горения. В прошлом номере нашего журнала рассказывалось о новом способе регулирования соотношения газа и воздуха по количеству угарного газа в продуктах сгорания, разработанном фирмой Vaillant.

Большинство горелок Рremix имеют цилиндрическую рабочую поверхность, покрытую волокнистым или сетчатым материалом. (Существуют и другие варианты. Например, запатентованная Viessmann сферическая горелка – рис. 3.) Сгорание газовоздушной смеси происходит на ней без образования зон высокой температуры. Это позволяет до минимума снизить эмиссию оксидов азота, а также температуру дымовых газов.
 
Интересной представляется горелка с предварительным смешением настенного котла ATAG, известного на европейском рынке: газовоздушная смесь поступает в его камеру сгорания сквозь щель в керамической пластине.

Другой важнейший элемент в конструкции котла – теплообменник. Здесь также реализуется множество решений. Теплообменники современных «настенников» выполняются из меди, стали, алюминиевого сплава, редко – из чугуна. В котлах с атмосферными горелками их размещают обычно в верхней части камеры сгорания, в аппаратах с предварительным смешением – таким образом, чтобы почти полностью окружить горелку.

Сегодня, создавая новые модели «настенников», производители делают акцент на котлы, где на теплообменнике конденсируются водяные пары, содержащиеся в дымовых газах. Это достигается не только за счет температуры теплоносителя, но и за счет высокой эффективности теплопередачи. Основной конструкционный материал в таких котлах – нержавеющая сталь, устойчивая к воздействию конденсата. (При разработке конденсатного котла ей отдала предпочтение даже Frisquet, «фирменным» металлом которой является медь.)

На рис. 4 показан теплообменник Inox-Radial, используемый в конденсационном котле Vitodens 200 (Viessmann). Он представляет собой змеевик, выполненный из  «нержавейки». Прямоугольное сечение трубы и строго заданный зазор между его витками обеспечивают длительный поверхностный контакт продуктов сгорания и теплообменника и, как следствие, интенсивный теплообмен. При этом гладко отшлифованная поверхность змеевика автоматически очищается вертикальным потоком газов.

В некоторых конденсационных моделях (например, компаний Wolf, Hansa, Buderus, Sieger) используется теплообменник, который выполнен в виде спирали из оребренной трубки, окружающей «премиксную» горелку. Расширяясь и сжимаясь при нагреве–охлаждении, теплообменник самопроизвольно очищается. Котел такой конструкции показан на рис. 5.
 
Рост цен на энергоносители заставляет западных производителей использовать любые способы, для того чтобы повысить экономичность своих котлов. Так, в некоторых моделях «настенников» поступающая в котел вода нагревается в корпусе горелки, заодно охлаждая ее. С той же целью некоторые газовые котлы оборудуются камерами сгорания со встроенными в их стенки теплообменными трубками.

Еще одним техническим устройством, повышающим КПД котла, являются так называемые системы постциркуляции. С их помощью обеспечивается циркуляция воды в контуре после погасания пламени, что позволяет рекуперировать тепло, накопившееся в теплообменнике за счет тепловой инерции. Такими системами оборудованы, например, котлы DOMIcompact фирмы Ferroli.

Обычно «настенники» используются не только для отопления, но и для организации горячего водоснабжения. Котел, одновременно отапливающий помещение и нагревающий хозяйственную воду, – более дешевое и экономичное (как с точки зрения потребления газа, так и с точки зрения занимаемого пространства) решение, чем сочетание отдельных котла и водонагревателя.

Котлы со встроенной функцией ГВС называются двухконтурными. В некоторых из таких аппаратов нагрев горячей воды происходит в первичном, используемом для отопления теплообменнике. Эти теплообменники называются битермальными. В других случаях приготовление горячей хозяйственной воды происходит в отдельном первичном или вторичном теплообменнике. В последнем – холодная вода нагревается теплоносителем системы отопления.

Необходимо подчеркнуть, что мощность большинства моделей газовых настенных котлов, используемых в быту, не превышает 30 кВт. Этого достаточно для обогрева стандартной квартиры и для нагрева в проточном режиме до температуры 25 °С примерно 10–15 л воды в мин. Для увеличения производительности в настенные газовые котлы встраивают накопительные бойлеры емкостью 40–60 л. Правда, такие модели стоят значительно дороже обычных. Кроме того, они отличаются большими габаритами и менее экономичны, поскольку некоторое количество газа расходуется на подогрев накопленной в бойлере воды. Если в квартире или коттедже находится несколько точек водозабора, для нормальной работы которых необходимо большое количество горячей воды, одно- или двухконтурный котел целесообразно подключить к внешнему бойлеру емкостью до 200 л.

На рис. 6 показана конструкция двухконтурного котла фирмы Remeha со вторичным пластинчатым теплообменником, встроенным бойлером и «премиксной» горелкой. Корпус его основного теплообменника – секционированный, выполненный из специального алюминиевого сплава.

Существуют модели бойлеров специально приспособленные для работы с той или иной моделью котла. Часто это позволяет сэкономить место в помещении, облегчает установку и подключение системы и уменьшает потери тепла, возникающие при перетекании воды из котла в бойлер. А возможность установить «настенник» прямо на бойлер позволяет значительно сэкономить место. Одной из новинок этого сезона стали модули из настенного котла и слоевого накопительного бойлера (Vitodens 343 – Viessman, Cerasmart Modul – Junkers).

Принцип работы стандартного двухконтурного газового котла с электронным розжигом, закрытой камерой сгорания и битермальным теплообменником можно представить следующим образом (рис. 7). При включении котла циркуляционный насос 1 начинает подавать холодную воду со входа системы отопления в котел, а автоматика панели управления 2 открывает газовый клапан 3 и подает напряжение на электроды системы ионизационного розжига 4. Горелка котла 5 зажигается, и продукты сгорания начинают поступать в верхнюю часть камеры сгорания 6, где находится битермальный теплообменник 7. Здесь происходит нагрев воды как для системы отопления, так и для ГВС. После этого теплая вода поступает в систему отопления. В верхней части камеры сгорания находится вентилятор 8, создающий принудительную тягу, с помощью которой продукты сгорания выводятся в дымоход 9. Таким же путем происходит нагрев воды для ГВС. Только включение горелки происходит после того, как пользователь открывает водопроводный кран, и на панель управления поступает сигнал от датчика потока. Система отопления подсоединена к расширительному баку 10, который компенсирует перепады давления в контуре.
 
Современный газовый настенный котел представляет собой достаточно сложное техническое устройство с большим количеством электроники, которая делает его весьма удобным в эксплуатации, надежным и безопасным. Одной из основных функций любого котла является поддержание нужной пользователю температуры в помещении. При этом наиболее простые системы могут поддерживать постоянную температуру воды, а электроника наиболее совершенных моделей может, с помощью подключенного термостата, измерять температуру окружающего воздуха и самостоятельно определять режим работы котла с учетом времени года («лето/зима»). Некоторые «настенники» можно программировать таким образом, чтобы они изменяли температуру в помещении на протяжении нескольких (до недели) суток. Причем это можно делать дистанционно, используя специальные пульты управления, подсоединенный к Интернету компьютер, мобильный телефон или другие средства связи.

Также электроника может диагностировать исправность отдельных блоков котла и контролировать их работу: препятствовать выпадению осадков на стенках теплообменника, изменять обороты циркуляционного насоса, вентиляторов принудительной тяги или предварительного смешения и т.д. В некоторых котлах есть электронные системы, которые собирают и архивируют сведения о работе всех наиболее важных устройств. Технический специалист может с помощью компьютера получить эту информацию и с ее помощью установить возникшую неисправность или спрогнозировать появление тех или иных сбоев в работе котла.

Современные газовые котлы оборудуются большим количеством устройств безопасности, защищающих их от различных повреждений, а пользователей – от аварий и несчастных случаев, вызванных утечкой газа, перегревом воды и т.д. Практически во всех моделях газовых котлов существует система контроля наличия пламени. В моделях с пьезоэлектрической системой зажигания на горелке устанавливается термопара, перекрывающая подачу газа в случае погасания пламени. В моделях с ионизационной системой розжига используется совмещенная с ним система ионизационного контроля пламени.

Также во всех без исключения газовых котлах предусмотрены системы, которые следят за тем, чтобы температура и давление воды в системах отопления и ГВС не превышали определенных значений. Обычно такие системы дублируются дополнительной термопарой или аварийным клапаном, стравливающим воду, когда ее давление превышает заданную величину. В подавляющем большинстве котлов в системе отвода продуктов сгорания устанавливают датчики тяги. В некоторых моделях «настенников» предусмотрены датчики, контролирующие отсутствие в помещении продуктов сгорания.

Кроме того, во многих моделях настенных котлов предусмотрены системы, которые сохраняют работоспособность котла в то время, когда он не работает. Например, система защиты циркуляционного насоса от блокировки, включающая его каждые 24 ч, или система защиты котла от замерзания, которая, в случае падения температуры теплоносителя ниже +5 °C, самостоятельно разжигает котел и отключает его только после того, как температура достигает +15 °C.

При создании новых моделей котлов производители стараются сделать их как можно более гибкими, с точки зрения цены и возможностей. Многие «настенники», в соответствии с пожеланиями и возможностями заказчика, могут быть оборудованы открытой или закрытой камерами сгорания, пьезоэлектрической или электронной системой розжига, электронными устройствами различной степени сложности и т.д. Причем некоторые модели можно переоборудовать непосредственно перед продажей. Так, у настенных котлов компании Viessmann относительно недорогую панель управления можно заменить на панель сложной погодозависимой автоматики, даже не снимая защитный кожух.

Добавим, что в последнее время все больше фирм включают в свою программу «настенники» в исполнении для наружной установки или встраивания в стену. В частности, на европейском рынке такие решения предлагают Immergas, Sime, Lamborghini.