Устройство газовых котлов отопления

 

Устройство газового котла отопления и принцип работы

Как известно, основным нагревательным элементом в большинстве современных отопительных систем выступает котел. Именно благодаря ему топливо преобразуется в тепловую энергию, которая передается теплоносителю и поступает в нагревательные приборы, такие как радиаторы. Важно понимать устройство газового котла отопления, изучить принцип его работы.

 

Принцип работы газового котла отопления, как становится понятно из его названия, основан на использовании газа как основного источника топлива. При этом идеальное устройство газовых котлов отопления должно быть таким, чтобы функционирование оборудование проходило с минимальными затратами, а вмешательство человека было минимальным.

О том, как работает газовый котел отопления и из каких элементов он состоит, далее и пойдет речь.

Разновидности и устройство газового котла

Перед тем как говорить непосредственно обо всех составляющих газового котла, требуется рассмотреть то, какие существует варианты этих отопительных устройств. Безусловно, все они имеют схожее строение, но, тем не менее, некоторые модели оснащены индивидуальными, характерными лишь для них особенностями.

Классификация котлов, функционирующих с помощью газа, является следующей:

• образцы напольного и настенного типа. Если говорить об удобстве, то более приемлемым будет настенное оборудование, которое более характерно для частных построек. Основное достоинство напольного агрегата заключается в его гораздо большей мощности, вследствие чего с его помощью можно обогреть помещение с весьма существенной площадью. Такие модели очень часто эксплуатируются на производстве;
• газовые котлы атмосферного и турбированного типа. Чтобы понять, как работает газовое отопление с атмосферным котлом, можно вспомнить принцип функционирования стандартной печи, где воздух из помещения поступает в специально предназначенный дымоход благодаря естественной тяге. Турбированные аппараты оснащены вентилятором, который входит в конструкцию, а камера сгорания топлива является полностью закрытой, поэтому все необходимое количество воздуха поступает с улицы;
• механизмы с одним и двумя контурами. Устройство газового котла с одним контуром рассчитано так, чтобы это оборудование использовалось исключительно для обогрева комнат, в то время как приборы с двумя контурами способны также играть важную роль в системе водоснабжения, обеспечивая помещение горячей водой;
• котлы, оснащенные обычной горелкой или горелкой модулируемой. Во втором случае мощность работающего оборудования регулируется автоматическим образом, благодаря чему можно значительно уменьшить расходы на топливо;
• устройства, имеющие электронный или пьезокерамический поджиг. Первый вариант является более удобным, так как зажечь топливо в камере сгорания можно и без непосредственного участия хозяев, а во втором случае обязательно нужно при каждом запуске включать аппарат, нажимая определенную кнопку.

 

Конструкция и принцип работы газового котла отопления

Как уже говорилось выше, по образу устройства большинство нагревательных котлов схожи между собой. Но для того чтобы понять, как пользоваться газовым котлом правильно, требуется, конечно же, знать, из каких структурных частей состоит это оборудование.

Основу стандартного котла на газу составляют следующие элементы:

• прямоугольная газовая горелка. Эта конструкция включает в себя форсунки, которые и служат местом проведения газа внутрь камеры сгорания. Благодаря этим элементам пламя распределяется равномерно, что делает сгорание теплоносителя внутри системы наиболее эффективным;
• теплообменник. Это устройство представляет собой короб из металла, оборудованный встроенной батареей. Внутри этого короба проходят трубы, по которым циркулирует теплоноситель. Нагрев воды происходит из-за того, что теплообменник, нагреваясь от сгорающего внутри камеры газа, передает ей тепло. Если в котле одноконтурного типа теплообменник может быть только один, то в двухконтурных аппаратах их может быть и два (первичный и вторичный);
• циркуляционный насос. С помощью этого устройства регулируется давление, возникающее в системе с циркуляцией, работающей по принудительному принципу. Далеко не все котлы оснащены подобной деталью;
• расширительный бак. Основное назначение данного элемента – временный отвод теплоносителя, что необходимо в случае нагрева и расширения воды. Такой бачок оснащен специальной емкостью, которая сможет подойти для любого котла на газу. Если планируется использовать отопительное оборудование на больших участках, то можно смонтировать еще один расширительный бак;
• прибор, отвечающий за отвод продуктов сгорания топлива. В котлах атмосферного типа этот элемент присоединяется к отдельной дымовой трубе, имеющей естественную циркуляцию, а в турбированных механизмах в наличии уже есть двойная труба отвода коаксиального типа, вывод продуктов горения в которой осуществляется посредством вмонтированного вентилятора;
• автоматическая система, которая служит центром управления котлом. Основным его элементом является электронная схема, позволяющая установить желаемый режим работы котла исходя из данных, отображаемых на установленных датчиках.

Для того чтобы срок службы газового котла был максимально долгим, важно, чтобы каждый его элемент функционировал надежно и исправно (прочитайте также: «Какой газовый котел самый надежный «). Добиться этого можно, лишь изучив особенности работы и строения каждой из основных функциональных частей котла.

 

Устройство газовой горелки

Исходя из вида конкретного котла, конструкция горелки может быть атмосферного или надувного типа. Первый вариант горелки работает с меньшим шумом, однако, и эффективность их более низкая по сравнению с надувным оборудованием.

Эти образцы, в свою очередь, имеют существенную мощность и делятся на следующие разновидности:

• с одной ступеней;
• с двумя ступенями;
• модулированные надувные горелки.

 

Как работает теплообменник

Основной показатель, влияющий на качество работы этого функционального элемента газового котла – материал, из которого он произведен.

Наиболее долговечными считаются чугунные теплообменники. Кроме того, этот материал хорошо сохраняет тепло и может быть смонтирован как на одноконтурной, так и на двухконтурной системе. Среди отрицательных сторон чугуна – его большая масса и вместе с тем низкая устойчивость к механическим повреждениям.
Сегодня популярностью пользуются теплообменники, изготавливаемые из стали. Этот материал не подвержен частым поломкам, он стойко переносит высокие температуры и перепады давления. Современные модели, где применяется сталь высокого качества, могут составить достоянную конкуренцию чугунным агрегатам в плане срока службы. Порой, чтобы увеличить этот показатель, изнутри на стальной теплообменник наносится слой меди, а сверху – устойчивая к высокой температуре краска.

Работа циркуляционного насоса

То, какими будут показатели функционирования циркуляционного насоса, зависит, в первую очередь, от мощности, при которой работает котел, а на саму работу всей системы большого влияния этот прибор не оказывает. Очень важно, чтобы трубы, по которым циркулирует теплоноситель, были изготовлены из качественного материала, например, из стали или хорошего пластика.

 

Принцип работы расширительного бака

Это устройство оказывает существенно более серьезное влияние на работу газового котла. Предназначен этот прибор для того, чтобы в случае избытка теплоносителя в системе, который обычно возникает вследствие перегрева теплоносителя, лишняя вода сохранялась и впоследствии использовалась вновь. Примерные расчеты показывают, что общий объем такого бака должен составлять около 10% от всей воды в отопительной системе, поэтому для монтажа такого оборудования важно иметь данные касательно длины труб и вместимости системы теплоснабжения.

Чтобы подробнее разобраться с особенностями монтажа газового котла, всегда можно изучить дополнительные фото всех его структурных частей и посмотреть видео по их установке, которые всегда можно найти у специалистов, занимающихся подключением такого оборудования.

Видео об устройстве газового котла отопления:

Устройство газового котла

Отопление загородного дома или дачи — один из самых главных компонентов, который позволяет человеку получить максимальный уют и тепло в доме, а вместе с этим и комфортное времяпрепровождение. Газовый котел, как устройство для получения тепловой энергии для обогрева дома и его комнат, используется повсеместно и является наиболее популярным среди всех типов теплогенераторов. В настоящее время, природный газ является самым выгодным в плане использования его для обогрева помещений. Максимум выгоды достигается за счет того, что метан или пропан-бутан, используемый, как топливо, весьма экономичен, сравнительно дешев, легок в использовании и доступен.

Разобраться в многообразии газового отопительного оборудования подчас очень сложно. Но зная основные характеристики и параметры газовых котлов, можно составить свое мнение о том, какое оборудование для обогрева дома предпочтительнее.

Газовый котел — принцип работы

Принцип работы газового котла, в независимости от его разновидности, практически одинаков, и с точки зрения специалистов, довольно-таки прост.

• При помощи датчиков и терморегуляторов контроллер управления фиксирует установленную температуру, анализирует потребность в тепле, и после этого открывает запорную газовую арматуру, при помощи которой происходит подача газа к горелке.
• В подсоединенном к газовому снабжению котле срабатывает пьезо- или электророзжиг.
• После включения горелки, вода в теплообменнике нагревается до нужной температуры, и с помощью циркуляционного насоса подается в систему отопления.
• Теплообменник и теплоноситель будет нагреваться до тех пор, пока не достигнет предела температуры, заданного термостатом.
• После этого автоматика отключит горелку.

Котел, работающий по данному принципу, является одноконтурным. Чтобы одноконтурный котел мог нагревать еще и воду для бытовых нужд, придется дополнительно приобрести газовую колонку или электрический бойлер.

Но можно поступить проще, а именно, приобрести двухконтурный газовый котел. который будет служить, и для обогрева помещения, и для подачи горячей воды. Несмотря на то, что данный тип котла имеет контур для нагрева воды, он не сможет работать одновременно в двух направлениях, то есть обогревать помещение и обеспечивать подачу горячей воды. После включения горячей воды, подача тепла будет прекращена, но для среднестатистического жилого дома с небольшой площадью и малым забором воды, это будет не очень заметно. Существует два типа двухконтурных котлов — проточный, и с дополнительно встроенным бойлером. Первый тип хорош для тех, кто не расходует больше 14 литров воды за раз, второй подходит для обеспечения водой в более крупных масштабах.

В этом и есть основное различие одноконтурных и двухконтурных газовых котлов отопления. Все зависит от площади помещения и от количества потребляемой жильцами воды.

Основные элементы газового котла

Газовый котел сродни мини-котельной на дому, потому как имеет в своем арсенале защиту, обладает самодиагностикой и элементами управления, включая расширительный бачок. теплообменник, предохранительный клапан и встроенный насос, обеспечивающий циркуляцию воды в системе.

Как и принцип работы котла, его основные элементы практически одинаковы. В оснащение входит;

• Газовая горелка — через форсунки, которыми она оснащена, в камеру сгорания подается газ. Сами форсунки играют немаловажную роль в равномерном распределении газа по всей горелке, тем самым обеспечивая и равномерное нагревание теплоносителя.
• Теплообменник — за счет энергии, которую выделяет сгорающий газ, происходит его нагревание, тепло от которого передается жидкости.
• Циркуляционный насос — присутствует не во всех систем, но общая его задача состоит в обеспечении давления, если магистраль газового отопления имеет принудительную циркуляцию.
• Расширительный бачок — обеспечивает отвод теплоносителя при длительном перегреве, емкости которого хватает для оптимальных условий работы обычного котла.
• Устройство для отвода продуктов горения — система дымоудаления может быть как с естественной тягой, так и с принудительной.
• Автоматика — блок управления системой отопления, который задает режим функционирования.
• Самодиагностика — система диагностирует неполадки, анализируя при этом все элементы газового котла, в случае необходимости оповещая специальными кодами ошибок, отображаемых на табло.

Кроме всего перечисленного, газовые котлы имеют встроенные температурные датчики, встроенную систему защиты при выключении электропитания, а в некоторых присутствует и защита от замерзания, когда котел работает в энергосберегающем режиме.

Разновидность котлов — напольные и настенные

Основное преимущество настенного газового котла — это его цена, которая по сравнению с напольным оборудованием, намного ниже. Его дополнительное преимущество — простота установки, за счет чего стоимость монтажа ниже. Нельзя упускать из виду и способность вписаться в любой интерьер дома. В дополнение ко всему можно отметить и компактность газового настенного котла.

Что касается напольного газового оборудования, то среди преимуществ такого рода котлов можно, в первую очередь, отметить большую мощность. Используя напольный газовый котел можно обогреть загородный дом, или же достаточно большое здание.

Среди отличий двух видов газовых котлов находиться не только конструктивная составляющая, но и некоторые технические параметры.

• Напольный котел более долговечен в эксплуатации за счет того, что в некоторых его конструкциях теплообменник сделан из чугуна, а чугун, как известно, толще и намного меньше подвержен коррозии. Более легкие, стальные котлы больше подвержены повреждениям при транспортировке, что заметно сказывается на их работе.
• Напольный котел оснащен несколькими видами горелок. Наиболее предпочтительнее атмосферные горелки, так как котлы, оснащенные именно ими, дешевле, более простые по конструкции и практически бесшумны. Вентиляторные (наддувные, сменные, навесные) горелки, которыми оснащен газовый котел, дают большую мощность. до нескольких тысяч кВт, но и более дорогие по цене.

В общее различие между настенными и напольными газовыми котлами можно отнести еще один, но немаловажный параметр. Настенное оборудование требует подключение к электроэнергии, а напольные котлы, как были, так и останутся традиционными, автономными видами оборудования для обогрева дома. Не меняясь кардинально со временем, они только улучшают свои технические характеристики, которые добавляют им мощности, но в то же время, и экономичности.

Устройство газового котла и классификация оборудования

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%.

Классификация газовых котлов

Такие приборы подразделяются на несколько групп по следующим признакам:

По способу установки

Доступны два варианта:

1. 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.
2. 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

1. Одноконтурными. Это отопители в чистом виде — в их задачу входит только нагрев теплоносителя СО.
2. 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:

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

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

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.

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).

• низкая стоимость;
• простота конструкции;
• бесшумная работа.

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

Принцип работы атмосферной горелки

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:

1. 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.
2. 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.
3. 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:

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

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

Теплообменник

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

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.

• 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.

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.

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.

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.

Системы автоматики

Современные газовые котлы оснащаются автоматикой двух видов:

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.

Видео на тему

Источники: http://teplospec.com/gazovoe-otoplenie/ustroystvo-gazovogo-kotla-otopleniya-i-printsip-raboty.html, http://teplo.guru/kotly/gazovye/ustroistvo-gazovogo-kotla.html, http://microklimat.pro/otopitelnoe-oborudovanie/kotly/ustrojstvo-gazovogo-kotla.html

Как вам статья?