Многие российские владельцы загородных домов для отопления и горячего водоснабжения используют напольные газовые котлы. Выбор этих агрегатов объясняется не только экономическими факторами (по стоимости владения котлы на природном газе лишь немного уступают угольным), но и удобством пользования, отсутствием забот о завозе и хранении топлива и многими другими достоинствами газовых котлов.
Напольные газовые котлы отличаются друг от друга по типу горелки и камеры сгорания, материалу и конструкции теплообменника, режиму эксплуатации, наличию и отсутствию функции приготовления горячей воды, зависимости или независимости от внешнего источника электропитания и ряду других признаков. Понимание этих особенностей поможет лучше ориентироваться в многообразии газовых аппаратов.
Из разных поколений
Разделение отопительных котлов на высоко-, низкотемпературные и конденсационные возникло относительно недавно, с появлением теплогенераторов двух последних видов. Изначально котлы конструировались для эксплуатации в температурном режиме 90/70°С (температура в линиях подачи и «обратки»). Это отвечает условиям работы радиаторных систем отопления и долговечности котлов (исключается преждевременное разрушение теплообменника из-за образования конденсата и неравномерного нагрева), но ограничивает максимальный КПД теплогенератора значением примерно 90%.
Конструкция «низкотемпературников» снижает ограничение по минимальной температуре воды на входе в котел вплоть до 30–40°С или вообще исключает его. Благодаря этому можно, применив более высокоэффективный теплообменник, повысить КПД котла до 94–96%.
Кроме того, такой источник тепла проще использовать для обогрева домов, обладающих хорошей тепло-изоляцией и оснащенных низкотемпературными системами отопления. Отсутствие необходимости поддерживать высокую температуру на входе котла дает возможность меньше расходовать топлива на нагрев теплоносителя в целом. Это обуславливает и меньшие тепловые потери.
Концепция конденсационных котлов подразумевает охлаждение теплообменника до так называемой точки росы (при сжигании природного газа — 55–57°С), при которой происходит конденсация содержащегося в продуктах сгорания водяного пара. Это обеспечивает возврат того тепла, которое уходит на испарение содержащейся в газе влаги, происходящего во время сжигания топлива. Конденсационные котлы — самые высокоэффективные. Конденсационный режим позволяет поднять их КПД до 109–111% (в расчете по низшей теплоте сгорания).
Выбирая газовый котел, нужно ориентироваться не только на его цену, эффективность и функциональность, но и на вид системы отопления и уровень теплозащиты объекта, где будет установлен теплогенератор. Одно дело, если вы подбираете котел на замену отработавшего свой срок АОГВ в небольшой дом с радиаторной системой без циркуляционного насоса, другое — если нужен источник тепла для современной установки с контурами напольного отопления, независимым друг от друга обогревом отдельных помещений и т.д. Использовать в новом коттедже устаревший котел по крайней мере недальновидно. А оснащать «конденсационником» не слишком хорошо утепленную постройку с высокотемпературным отоплением на основе радиаторов — напрасная трата денег.
Немного материаловедения
Традиционно используемые в производстве газовых котлов материалы — углеродистая сталь и чугун. Стальные котлы — недорогие, компактные, удобные для транспортировки и монтажа, но они больше подвержены коррозии, чем чугунные, и имеют меньший срок службы.
Классический пример стального котла — АОГВ. Этот «ветеран» российского теплоснабжения и сегодня широко выпускается отечественным предприятиями. Он представляет собой цилиндрическую водяную емкость с пучком встроенных вертикальных труб, по которым продукты сгорания газа отводятся от камеры сгорания, расположенной в нижней части котла, в дымоход. Такая прямоточная конструкция обеспечивает невысокий по сегодняшним меркам КПД теплогенератора — около 82%. Правда, за счет использования турбуляторов — закрученных винтообразно стальных пластин, встроенных в дымогарные трубы, производителям АОГВ удалось повысить его КПД примерно до 86%.
Свойства стали позволяют создавать более сложные и эффективные конструкции теплообменников — двух- и трехходовые. Но обычно это котлы с вентиляторными горелками, способными развить требуемый для преодоления газового тракта напор продуктов сгорания.
Теплообменники с двумя и более проходами дымовых газов имеют и чугунные котлы с дутьевыми горелками. А в атмосферных «чугунниках» увеличение поверхности теплообмена достигается за счет множества выступов на обтекаемых газами сторонах секций. Благодаря чему КПД низкотемпературных котлов данного типа достигает порядка 92% при в общем-то прямоточной конструкции теплообменника.
Основным материалом, позволяющим реализовать конденсационную технологию, является нержавеющая сталь. Из нее изготавливают или весь котельный блок, или теплообменник, на котором происходит выпадение конденсата.
Устойчивостью к кислотной коррозии обладает также силумин — сплав алюминия и кремния. Это качество, а также хорошая теплопроводность, пластичность и технологичность данного материала (из него легко изготовить изделие нужной конфигурации) обусловили его использование в производстве конденсационных котлов.
Еще один распространенный в котлостроении материал — медь. Она не обладает стойкостью к воздействию таких химически агрессивных сред, как конденсат из дымовых газов, но другие ее свойства идеальны для теплотехники. Обычно из меди делают водотрубные теплообменники для котлов с атмосферными горелками.
Существуют также различные варианты композиционных теплообменников, используемые в низкотемпературных котлах. Техника сжигания Чтобы сжечь газ, его требуется смешать с определенным количеством воздуха. По принципу организации этого смешения различают вентиляторные и атмосферные горелки. Работа первых из них, называемых также дутьевыми или наддувными, основана на принудительной подаче воздуха — с помощью встроенного вентилятора. Такие горелки устанавливают на котлах с закрытой камерой сгорания.
Вентиляторные горелки легко интегрируются в современные схемы управления отопительными установками. Как правило, они уже укомплектованы всей необходимой газовой арматурой, автоматикой розжига и безопасности. По виду регулирования мощности различают одно-, двух-, трехступенчатые и модуляционные (с плавным регулированием) горелки.
Классические вентиляторные горелки предусматривают смешение газа и воздуха непосредственно в зоне горения. Используемые при этом конструкторские решения позволяют достичь достаточно чистого и полного сжигания. Но наилучшие результаты показывают относительно новые горелки с полным предварительным смешением топлива, называемые также премиксными (premix).
Обычно вентиляторные горелки представляют собой самостоятельное — в отдельном корпусе — оборудование, монтируемое на котельный модуль (отсюда еще одно их название — навесные). При необходимости такая газовая горелка может быть заменена жидкотопливной или, наоборот, установлена вместо нее. Атмосферные горелки не требуют дутьевого вентилятора. Они представляют собой набор полых стержней, в которые через эжектор подается газообразное топливо. При этом струя газа вовлекает в поток воздух из окружающего пространства, что обеспечивает предварительное смешение компонентов горючей смеси, поступающей затем в камеру сгорания через отверстия в верхней поверхности стержней горелки. Сжигание топлива происходит во множестве небольших факелов (как в духовке газовой плиты) с относительно низкой температурой. Причем огонь не воздействует на стержни горелки, и они служат достаточно долго.
Розжиг атмосферной горелки котла с электропитанием производится с помощью разряда от специальных электродов. В энергонезависимых котлах кроме основной необходима запальная (пилотная) горелка. Она разжигается вручную или с помощью пьезоэлектрического устройства и должна находиться во включенном состоянии все время, пока включен котел, независимо от того, работает в данный момент основная горелка или нет.
Многие производители котлов, в том числе российские, используют атмосферные горелки, изготовленные специализированными фирмами. Как наиболее популярную и качественную можно отметить продукцию заводов Polidoro, Bray, Worgas.
Для атмосферных горелок предусматривают одно- или двухступенчатое регулирование мощности. Хотя среди оснащенных ими котлов есть аппараты с КПД 94% и более, эффективность теплогенераторов этого типа ограничена способностью горелки создавать напор, достаточный для прохождения дымовыми газами теплообменника котла.
Подавляющее большинство атмосферных котлов имеют открытую камеру сгорания (с забором воздуха для горения из помещения, где он установлен), но есть и модели с закрытой камерой сгорания (например, в серии Slim фирмы Baxi). Такие котлы называют турбированными, т.к. они оснащены вытяжным вентилятором.
Полезно знать об автоматике
Назначение котельной автоматики — управление, регулирование работы газового аппарата, обеспечение безопасного пользования им. Минимально необходимый набор ее функций включает пуск и остановку аппарата, исключение подачи газа на горелку при погасании пламени или отсутствии тяги в дымоходе, стабилизацию давления газа при его перепадах в сети, поддержание заданной температуры нагрева теплоносителя.
Подачей газа на горелку управляет газовый клапан, получающий сигналы от системы управления котла или от датчиков-реле, контролирующих работу газового аппарата.
Управление клапаном может не требовать внешнего питания: необходимая электрическая энергия вырабатывается термопарой, один из электродов которой нагревается пламенем запальной горелки. При пропадании нагрева ток исчезает, и клапан закрывается. В эту же электрическую цепь включают контакты датчиков-реле тяги, срабатывающих при превышении температуры в дымоходе, и кнопки аварийного отключения котла. Прекращение подачи газа или уменьшение его давления ниже допустимого значения также приводят к закрытию клапана. Такую систему управления называют термоэлектрической. Ею оснащают большинство энергонезависимых котлов.
В простейшем случае газовая автоматика реализует двухпозиционное регулирование, открывая и перекрывая подачу газа к горелке. Следующее по сложности решение — двухстадийное включение горелки с предварительной подачей на нее «пускового» расхода газа. Трехстадийные клапаны имеют еще одно промежуточное положение, которое обеспечивает двухступенчатое регулирование мощности котла. И наконец, для плавного регулирования мощности применяют модуляционные клапаны. Ступенчатое управление горелкой осуществляют также с помощью набора одностадийных клапанов. Система подачи газа к горелке включает в себя и другие устройства: фильтр, стабилизатор давления, регулятор температуры теплоносителя и др. Для розжига горелки необходим электрический или пьезоэлектрический модуль. Обычно все эти элементы объединяют в компактные мультиблоки.
Энергонезависимая автоматика решает проблему надежной работы котла при ненадежном электроснабжении, но лишает владельца отопительной установки возможности пользоваться достижениями современной электроники. Оказываются недоступными такие функции, как программирование работы котла, регулирование по температуре наружного воздуха, диагностика неисправности и многие другие. Расход газа запальной горелкой тоже снижает экономичность установки. При этом энергонезависимость автоматики имеет смысл лишь при отсутствии в схеме теплоснабжения насоса.
Если положение с электросетями в вашем районе совсем плохое и вам не хочется тратиться на источник бесперебойного питания, можно использовать электрозависимый котел, автоматика которого способна работать и без внешнего электроснабжения — в режиме ограниченной функциональности или от батареек. Производители теплогенераторов оговаривают такую возможность в документации на котел. При этом сама система отопления должна допускать работу без циркуляционного насоса.
