Как устроены водогрейные котлы и принцип работы?

Невозможность подключения к центральной отопительной системе и горячем водоснабжению приводит к тому, что все больше жителей коттеджей, городских квартир используют автономные схемы отопления с водогрейным котлом. Существует большое количество моделей нагревателей, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

Предназначение водогрейных котлов.

Жители многих частных домов, не имеющие доступа к центральному отоплению, используют для обогрева автономные системы, основной частью которых являются водонагревательные отопительные котлы. От того, какой тип оборудования установлен, соответствует ли его мощность отапливаемому помещению, зависит, насколько тепло будет в помещении.

Приборы различаются по используемому топливу, способу установки, конструкционным особенностям. В котлах двухконтурного типа нагрев воды производится для обогрева и горячего водоснабжения, одноконтурных – только для обогрева. Принцип их действия основан на том, что в специальной камере при сжигании топлива вырабатывается тепло. В результате происходит нагрев воды, которая поступает в радиаторы и трубы.

Бытовые и промышленные.

Котлы для нагрева воды используются в частных домах и на предприятиях. Различаются они по мощности. Для отопления жилых помещений используются агрегаты малой и средней мощности. В промышленных целях применяются устройства, производящие до 40 мегаватт.

В домашних условиях в качестве теплоносителя используют воду, незамерзающую жидкость. На предприятиях применяют пар, а потому вместо водогрейных промышленные котлы часто называют паровыми.

Еще одна особенность огромных мегаваттных агрегатов  – необходимость постоянного отслеживания их работы. Делает это оператор, который не только следит за показателями, режимами функционирования системы, переключает их, но и, при необходимости, производит ремонтные работы.

Виды котлов водяного отопления по способу установки.

В домах, квартирах устанавливаются настенные и напольные нагревательные устройства. Настенные обычно имеют относительно низкую мощность, небольшой объем. Они подходят для отопления небольших помещений. Их главный недостаток в том, что для уменьшения массы и цены теплообменник изготавливают из стали. Под воздействием конденсата он разрушается. Предпочтительнее выбирать модели с медными теплообменниками – такие изделия служат намного дольше. Однако это изменение увеличивает цену.

Напольные устройства обычно массивнее, их вес достигает 100 кг. По сравнению с настенными они обладают большей мощностью. Для установки таких моделей требуется соблюдение норм безопасности, которые определяют высоту помещения, размеры бетонного основания, необходимость постоянного поступления воздуха.

Способы нагрева теплоносителя.

Бытовые водогрейные котлы различаются по способу нагрева теплоносителя. Существуют модели с накопительным баком и проточные.

В моделях с накопительными баками вода в определенном объеме согревается до установленной температуры и в дальнейшем поддерживается на этом же уровне. Используются такие водогрейные котлы для отопительных целей и горячего водоснабжения. Бывают модели с одним мощным ТЭНом и несколькими. Первые – более экономичны, но стоят дороже. Недостаток таких агрегатов заключается в том, что они занимают много места.

В проточных нагрев происходит при прохождении воды под воздействием положительно и отрицательно заряженных ионов, притягиваемых к электродам. Такие модели не подходят для отопления, используются для горячего водоснабжения на дачах и в домах. Мощность обычно составляет 5 кВт. Рассчитаны устройства для подогрева около 3 л воды. Для работы требуется отдельное подключение к электросчетчику и стабильная подача электричества.

Проточные котлы для нагрева горячей воды работают бесшумно, имеют компактные размеры, не требуют постоянного контроля. Преимущество таких изделий в том, что они позволяют регулировать температуру воды плавно, по мере ее поступления. Для установки не требуется вытяжка и дымоход. Недостаток заключается в высоких эксплуатационных расходах, связанных с ценой на электричество.

Классификация по типу топлива.

Водогрейные котлы работают на различных типах топлива. На выбор влияет экономическая целесообразность, в основе которой – цена энергоносители. Существуют:

электрические;

газовые отопительные котлы нагрева воды;

твердотопливные;

дизельные;

комбинированные;

геотермальные.

Электрические водонагревательные котлы.

Используются для отопления и горячей воды. Они не оказывают негативного воздействия на экологию, не требуют постоянного контроля, не нуждаются в постоянном обслуживании. В отличие от газовых, эксплуатация их не связана с риском взрыва. Все это ведет к широкому распространению оборудования такого типа во всем мире. Порой его используют даже там, где доступно централизованное снабжение горячей водой.

Электрические водонагревательные котлы используются с целью отопления и снабжения домов горячей водой. Выпускаются российскими и зарубежными производителями.

Конструкция – достаточно проста. В бак вмонтированы нагревательные элементы, под воздействием которых происходит нагрев воды.

Электрические нагреватели, работающие на ТЭНах.

Электрические водогрейные котлы различаются по типам нагревателя. Наиболее известны устройства, работающие на ТЭНах. Существуют также модели, которые действуют от двух электродов и на основе индукции.

Конструкция с ТЭНами обычно включает один или несколько нагревательных элементов. В первом случае нагреватель способствует только достижению определенной температуры. При выходе ТЭНа из строя устройство становится неработоспособным.

В моделях с несколькими элементами для нагрева используется каждый из них. Однако при необходимости поддержания заданной температуры достаточно работы нескольких. Управление изделием осуществляется через контрольный узел. Преимущество такого устройства в том, что при поломке одного из ТЭНов, агрегат продолжает работать, пусть и с меньшей мощностью. Также такие модели достаточно дешевы в эксплуатации по сравнению с другими электрическими нагревателями. Работают они на воде, в том числе дистиллированной, антифризе, масле. Устройство достаточно простое. Опыт эксплуатации таких приборов доказал их эффективность и надежность.

Недостатки моделей с ТЭНами заключаются в следующем:

- при нагревании воды в них образуется накипь. Отмечается, что при формировании отложения высотой до 3 мм эффективность работы нагревателя снижается на треть. При закрытой системе риск образования налета снижается;

- существует риск сгорания ТЭНов. Единственный способ исправить ситуацию – замена, подчас дорогостоящая. В холодное время года такая поломка может привести в разморозке всей отопительной системы.

Электродные водогрейные котлы.

Ионные или электродные устройства используются для отопления и снабжения горячей воды. Жидкость нагревается за счет движения ионов. В конструкцию включено два электрода, различающиеся полярностью. При образовании переменного тока начинается движение ионизированных молекул. Выделяется тепло, в результате чего вода нагревается. К преимуществам таких приборов относятся:

• работают они только при наличии воды, поэтому нет необходимости все время отслеживать ее уровень;

• быстро нагревают энергоноситель;

• мгновенное включаются и выключаются;

• продолжают функционировать при перепадах и снижении напряжения. При этом несколько уменьшается скорость нагрева.

Однако и такие водяные котлы не идеальны для отопления дома. Для их работы нужно иметь контур заземления. Устройство не работает без циркуляционного насоса. Под его воздействием образуется высокое давление, способствующее движению нагретой воды.

Недостаток таких изделий в том, что используемые электроды истончаются, а потому может потребоваться их замена. Для снижения риска повреждения рекомендуется фильтровать воду перед ее использованием.

Дополнительная информация: котлы для отопительных систем дома.

Сравнение котлов для систем отопления частного дома.

Монтаж котельного оборудования для отопления дома.

Индукционные водогрейные котлы.

Эксплуатация таких приборов при правильной их установке может длиться десятилетиями без какого-либо обслуживания или ремонта. В основе их действия – индукционный ток. Нагрев воды производится при прохождении через ферро-магнитный лабиринт, который служит источником тепла.

Устройства этого типа – достаточно дорогие. Некоторые модели производят много шума. Использоваться они могут вместе с пластиковыми трубами. В случае, если в отопительной системе отсутствует вода, нагреватель начинает работать впустую и, если такая ситуация длится долго, начинает плавиться корпус. Среди преимуществ:

• высокая надежность. Обусловлено это свойство тем, что нагреватели не перегреваются;

• небольшие размеры. Устройство представляет собой кусок трубы;

• не требуется отдельный контур заземления;

• не образуется накипь на нагревательном элементе.

Газовые водогрейные котлы.

Все чаще в частных домах, таунхаузах используются водонагревательные устройства, работающие на газовом топливе. Применяется природный и сжиженный газ. Установка таких моделей требуется серьезной подготовительной работы – копки котлованов, траншеи. Необходимы и расходы на дополнительное оборудование, в частности, газгольдеры, газопроводы.

Однако низкая стоимость эксплуатационных расходов способствует эффективному использованию и широкому распространению газовых нагревателей.

Оборудование, работающее на жидком топливе.

Работа водогрейных котлов на жидком топливе регулируется ГОСТом. Это связано с тем, что используемые в качестве энергоносителя солярка, машинное масло взрывоопасны. Энергоресурс – дорогой, применять его для отопления экономически нецелесообразно. Другой недостаток заключается в негативном воздействии жидкого топлива на окружающую среду.

Тем не менее, модели жидкотопливных нагревателей активно используются для обогрева жилых помещений, хозяйственных построек.

Твердотопливное котельное оборудование.

Водонагревательные устройства могут работать и на основе твердого топлива. Для этого используется уголь, дрова, пеллеты. Эти материалы обладают сравнительно низкой удельной теплотой. Среди других недостатков – большой размер, поэтому при использовании твердотопливных нагревателей необходимо большое помещение, в том числе и для хранения угля и древесины.

Комбинированные нагревательные устройства.

В последнее время все чаще используются аппараты, для работы которых может использоваться комбинированное топливо. Нагреватели с ТЭНами действуют на основе газа, твердого топлива, электричества. Возможно переключение от одного источника к другому.

Устройство водогрейного оборудования.

Различные типы котлов отопления с водяным контуром имеют принципиально схожую конструктивную схему. Она включает:

корпус, защищающий от контакта с частями, через которые проходит ток;

расширительная емкость;

насос;

нагревательные элементы;

панель управления.

Важную роль в конструкции играет автоматика – она обеспечивает бесперебойную работу оборудования. Манометр контролирует давление. Клапан предохранения в случае необходимости снижает в системе давление. Воздухоотвод способствует выводу воздушных масс. Термометр позволяет контролировать температуру. В настенных конструкциях используется преимущественно встроенная автоматика, в напольных – подвесная.

Выделяют жаротрубные и водотрубные модели. Жаротрубные устройства работают на основе воды или пара. По техническим характеристикам такие водогрейные котлы достаточно безопасны, обладают высокой мощностью, просты в исполнении. Представляют собой размещаемый горизонтально цилиндр, на переднем торце которого находится горелка. В ней сжигается жидкое топливо или газ. Недостатки таких моделей:

• взрывоопасность;

• склонность к образованию накипи и, как следствие, высокая вероятность перегрева теплообменника.

В водотрубных используются кипятильные трубки, нагреваемые под воздействием сжигаемого топлива. Они способствуют перемещению теплоносителя и его быстрому нагреву. В водогрейном отопительном оборудовании подобного типа есть системы регулирования температуры. Преимущество таких изделий – безопасность в эксплуатации.

Монтаж водогрейного котла.

Процесс установки зависит от типа выбранного оборудования. В любом случае доверить монтаж лучше профессионалам. Для газовых, твердотопливных моделей предварительно подготавливается отдельное помещение, соответствующее нормам безопасности. Так, газовое оборудование ставят на цокольном, первом этаже и чердаке. Водогрейные котлы мощностью до 35 кВт допустимо ставить на кухне, при условии, что высота потолка в ней не менее 2,5 м, есть окно, двери, вентиляция. Электрические устройства отдельных помещений не требуют. Их устанавливают в ванной, кухонных помещениях.

Для установки напольных моделей заранее готовят бетонное основание. Как правило, такие приборы имеют вертикальную форму и не требуют дополнительного крепежа. Крепление настенных моделей должно обеспечивать надежность и безопасность использования системы.

Если используется водогрейный котел на твердом топливе, заранее делается дымоход или проверяется его работоспособность. Для газового устанавливается вытяжка.

Следующий этап монтажа – подключение. Подводятся коммуникации, отслеживается, чтобы все соединения были герметичными. При использовании электрических термогенераторов обеспечивается заземление. После установки и подключения проводится тестирование работы оборудования.

Условия эксплуатации котельного оборудования в частных домах зависит от используемого топлива, особенностей конструкции. Правильное определение потребностей, точный расчет мощности нагревателя помогает контролировать расходы, связанные с отоплением и горячим водоснабжением.