В предыдущей статье мы рассмотрели теплогенераторы, использующие природные источники тепловой энергии, жидкое и твердое топливо. В этой статье мы продолжим тему теплогенераторов и рассмотрим теплогенераторы, использующие в качестве топлива газ и электричество, а также рассмотрим первые принципы в энергосбережении самим оборудованием.
В 21 веке электрическая энергия стала неотъемлемой частью в быту. Благодаря доступности данного вида энергии электрические теплогенераторы получили наибольшее распространение. Конструкции таких генераторов тепла просты и не требуют отдельных котельных, нормативов в установке и др. условий. Такой генератор тепла принято называть "Электрический ТЭН". В виду широкой сферы применения устройств с ТЭНом, разновидностей таких генераторов тепла множество. Среди часто используемых можно отметить: электрические плиты, водонагреватели накопительные или проточные, электрические котлы, конвекторы, тепловые пушки, кипятильники и прочие изобретения, использующие закон Ома.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОТЛЫ
Электрические котлы - представитель теплогенераторов, использующий для генерации тепла электрический ток. Такие генераторы удобны в эксплуатации, занимают мало места, и не требуют жестких условий СНИП при эксплуатации. Однако, котлы большой мощности необходимо обязательно заземлять. В котлах данного вида теплоноситель всегда контактирует с поверхностью ТЭНа в малом объеме. Конструкции теплогенераторов с ТЭНом могут применяться, как в самотечной системе отопления, так и с принудительной циркуляцией. В добавок, систему отопления с электрическим котлом можно эксплуатировать с теплоносителем, не боясь, что где-то потечет. Все ТЭНы, в большинстве вариантов исполнения, изготавливаются из нержавеющей стали и предназначены сразу для ступенчатого регулирования нагрева. Например, ТЭН мощностью 3 кВт содержит в своей конструкции посадочное седло в виде гайки и три ТЭНа мощностью по 1 кВт каждый.
Помимо конструкций "Электрических котлов с ТЭНом" существуют электрические котлы, работающие без ТЭНа!!! Такие котлы называются "Электродные котлы", конструкция электродных котлов предусматривает, в замен ТЭНа, коррозиестойкий электрод из специального сплава. Нагревательным элементом в таких котлах служит сам теплоноситель. Помните кипятильник из двух бритвенных лезвий? Принцип действия такого котла аналогичен. Электрод определенного диаметра располагается на расстоянии от другого электрода или корпуса котла. У таких котлов обязательно корпус заземляют или подключают к нему ноль отдельным проводом. Благодаря изменению свойств электропроводимости жидкости при постепенном нагреве достигается экономия энергетических затрат на 30%. Например, производители электродных котлов "ГАЛАН" смело утверждают, что благодаря их котлам Вы потратите на 10кВт меньше электрической энергии. И как говорится "Мал золотник, да дорог" - стоимость таких котлов соответственно немного дороже привычных нам электрических котлов, но такой котел реально окупает потраченные деньги. Так в чем же секрет? Давайте разберемся:
· ТЭН заменил коррозиестойкий Электрод
· Служба электрода примерно 5 лет гарантирована
· Экономичный нагрев - от точки в +40 гр Цельсия КПД достигается 105%
· Высокий КПД - котел на 3 кВт может отопить площадь до 40 кв.м.
· Завоздушенность в котле не выведет его из строя - Пожарная безопасность
· Малые габаритные размеры
Получив картину из перечисленных параметров видно, что электродный котел действительно имеет преимущества. Наконец и до бытового использования добрались военные технологии. Но все выглядит прекрасно, если только не парочка минусов таких котлов:
· При установке в уже имеющуюся систему отопления необходимо сделать полную ее чистку и обработку специальным кондиционером "Ингибитор коррозии ГАЛАН"
· Не рекомендуется для установки в системы с теплыми полами (Большое количество холодного теплоносителя может привести к тому, что котел не выйдет в рабочий режим +30 гр. Цельсия) - необходимо учитывать выбор котла от объема теплоносителя и тепловых потерь.
· Хорошая питающая электрическая линия и отдельный автомат или УЗО.
· Рекомендуется использовать только "теплоноситель ГАЛАН -30 гр. С" или специально подготовленную воду с добавлением катализатора (соль). Пропорции соответственно указаны в инструкции.
· Желательно использовать теплоноситель без органических примесей (например 'Люкс Вода').
Как и все электрические котлы, представители ТЭНовых и Электродных котлов выполняются в исполнении 220В и 380В. В плане температурного контроля оба представителя могут содержать отдельно или иметь в конструкции систему температурного контроля, как ручного, так и автоматического типа. Помимо всего существуют модели автоматики котлов, которые могут управлять циркуляционным насосом, регулировать потребляемую мощность включением ТЭНов, корректировать кривую автоматики от уличной температуры, контролировать температуру бойлера косвенного нагрева (приоритет бойлера) и д.р.
Все эти полезности, в итоге, влияют и на стоимость оборудования котлов.
Например "умный" электрический котел Protherm Скат 6К производства Словакия - будет служить долго и усердно. Такой котел содержит умную автоматику и в процессе эксплуатации сэкономит на потреблении электрической энергии. Этот котел уже в своей конструкции содержит управляемый циркуляционный насос, управление ступенями нагрева, а также может контролировать температуру системы отопления при подключении комнатного недельного термостата (приобретается отдельно). К тому же автоматика котла защитит встроенный насос от заклинивания в летний период. К плюсам такого котла также можно отнести встроенный расширительный бак на 7 литров и защиту от замерзания системы отопления. Одним словом Protherm Скат 6К готовая станция для организации системы отопления в помещении площадью до 60 кв.м.. Установив такой котел, понадобятся только радиаторы отопления и труба!!!
Не многим отличается конкурентный представитель "умных" электрических котлов от Российского производителя ЭВАН Warmos Комфорт RX 6 функционально не отличаясь от котлов Protherm Скат и как любой, уважающий себя производитель, имеет свои особенности в области энергосбережения. Котлы Бренда "ЭВАН" являются новинкой на Российском рынке. Данные котлы содержат в конструкции циркуляционный насос, рассчитаны на Российские электрические сети и способны функционировать при просадках до 160 Вольт. Дополнительными особенностями котлов Warmos RX "Комфорт" можно считать: ступенчатое регулирование мощности с шагом 20%, слежение за напряжением электрической сети, дистанционный контроль температуры в доме с помощью дополнительного GSM модуля ЭВАН . Что же касается одинаковых особенностей с котлом Protherm Скат, то это подключение комнатного термостата, и плавное включение ТЭНов, для минимизации влияния котла на электрическую сеть дома. Ну и конечно же Protherm - это европейская сборка и гарантийные сервис центры класса А.
Итак, на первый взгляд котлы ЭВАН имеют преимущество в категории цена-функционал, но на самом деле котлы Protherm хоть и стоят дороже, их функционал легко расширяется. Например у котлов Protherm имеется специальный вход для дистанционного контроля, о котором не указывается информация в характеристиках. Связано это с тем, что компания Protherm считает такие функции стандартным набором. Достаточно убрать специальную перемычку и можно дистанционно управлять котлом как по GSM, так и другими устройствами, имеющими в своей конструкции "сухой" нормально разомкнутый (открытый) контакт.
Такую (скрытую) информацию характеристик котлов всегда можно найти в руководстве по эксплуатации.
Все довольно прекрасно, когда целесообразно устанавливать "умный" котел. А что если Вам нет потребности в установке такого котла? Вы захотели обогреть гараж и "умный" котел там лишнее приобретение, тогда подойдет обычный ТЭНовый или Электродный котел на нужную тепловую мощность. Из простых котлов с ТЭНом можно встретить на рынке котлы от производителя г.Миасс "Макси-Быт" с простым названием "ЭВПМ-4,5кВт". В этих котлах установлено три ТЭНа мощностью по 1,5кВт, которые можно вручную включить отдельно, помимо этого имеется терморегулятор по температуре теплоносителя. Диаметр патрубков у большинства изготовлен на 1" (Ду25).
Однако, у всех брендов есть конкуренты, и в этот раз они находятся в одном городе. Как Вы уже догадались этот город Миасс, а бренд производителя "ДЭЛСОТ". Котлы маркируются простой аббревиатурой "ЭВП-4,5кВт", как и предыдущие экземпляры, также содержат в конструкции три ТЭНа, терморегулятор по температуре теплоносителя, ступенчатое регулирование нагрева с шагом 1,5 кВт. Но, отличие этих котлов в том, что мощностью до 9кВт эти котлы идут с расчетом на самотечную систему и диаметры патрубков котла составляют 2" (Ду50), а свыше 9кВт (включая) отводящие патрубки выполнены диаметром 1" (Ду25).
Проанализировав теплогенераторы, использующие электрический ток, видно, что необходимо всегда учитывать некоторые факторы:
· Качественное электроснабжение
· Мощность котла свыше 6 кВт (58-60 кв.м.) требует наличие 3х фазной линии (380В)
· Планируя отопление электрическим теплогенератором предпочтительно на стадии планирования заложить заземление.
· Выбирая мощность котла необходимо учесть запас мощности 25%, в связи с падением напряжения в час пик.
· Нужно учитывать, что котел в 10кВт сможет отдать 9,5кВт тепловой нагрузки
· Конструкционные особенности
· Цель назначения - основной теплогенератор или резервный
Газовые котлы
Параллельно с электрическими теплогенераторами развивались теплогенераторы использующие в качестве топлива природный газ. Ввиду малой стоимости месячной эксплуатации, газовые теплогенераторы имеют более приоритетное предпочтение при обогреве помещений. Среди разнообразия устройств с бытовым применением, работающих на "голубом топливе" можно отметить: газовые колонки (они же газовые проточные водонагреватели), газовые накопительные водонагреватели (газовый бойлер), газовые котлы, газовые плиты и д.р.
Однако, задумав установку газового оборудования в доме или на стадии проектирования, необходимо учесть конструкционные особенности. Например, для установки настенного газового турбированного котла по СНИП практически никаких ограничений к помещению нет. Связано это с тем, что такие котлы имеют закрытую камеру сгорания и наиболее пожаробезопасны, компактны и не используют воздух внутри помещения в процессе горения. Модели таких газовых котлов используют так называемые "коаксиальные дымоходы" (труба в трубе). Все дело в том, что в процессе работы котла, образовавшиеся продукты сгорания газа, принудительно удаляются вентилятором через внутреннюю часть коаксиального дымохода. Образовавшееся разряжение в свою очередь по внешней трубе дымохода, втягивает в камеру сгорания уже подогретый воздух с улицы. Таким образом в камере сгорания всегда присутствует необходимая концентрация воздушно-газовой смеси. А установленные в таких котлах системы: авторозжига, контроля пламени, контроля СО2, контроля наличия газа - всегда защитят котел от утечки газа внутрь помещения и аварийных ситуаций.
Помимо традиционных турбированных котлов, на рынке присутствуют так называемые "конденсационные котлы". Тип этих котлов конструктивно аналогичен предыдущему виду, но имеет дополнительный теплообменник, который используется для подогрева входящего в котел теплоносителя с "обратки". Процесс подогрева происходит почти остывшими продуктами сгорания газа, а производительность таких котлов очень высока и КПД может достигать 100-110%. Конечно же у таких котлов имеются ограничения. Одним из таких требований является разность температур в 10-20 градусов Цельсия между подающей и обратной линиями, а также необходим специалист для настройки котла и ввода его в эксплуатацию. Так как без подготовки такой котел будет работать, как традиционный турбированный котел и его КПД не превысит 90-93%, или откажется работать по ошибке. Также используя коаксиальный дымоход или конденсационный котел необходимо учитывать, что в процессе эксплуатации образуется конденсат. Например, в среднем, конденсационный котел в час вырабатывает от 1 литра конденсата, который необходимо утилизировать. При эксплуатации коаксиального дымохода большой длинны для утилизации конденсата используют специальные конденсатоуловители, которые собирают и удаляют конденсат в канализацию.
Помимо котлов с закрытой камерой сгорания (турбированые котлы), существуют котлы с открытой камерой сгорания (атмосферные). Исполнение таких котлов обычно выполнено в виде напольных установок. Среди тепловой мощности диапазон таких котлов уже варьируется от 10кВт и даже выше 500кВт. Установка таких котлов уже требует определенных условий в эксплуатации СНИП, а также накладываются ограничения на помещения с газовым оборудованием. Например, для напольных котлов накладываются требования газовых служб, в которые входят :
· Объем помещения
· Наличие запасного выхода
· Наличие приточной вентиляции
· Наличие извещателей утечки газа и пожарной сигнализации
· Наличие окна для проветривания помещения и поглощения взрыва в случае утечки.
· Наличие газового предохранителя
Применение требований варьируется от мощности котла и назначения отапливаемого помещения. К примеру, для домашнего использования котла с мощностью в 12 кВт, необходимо наличие помещения в 9 кв.м. с проветриваемой входной группой, высотой от пола до потолка 2,2м и наличием окна. Связано это с тем, что при отсутствии притока воздуха в определенный момент возникает нехватка воздуха и пламя может погаснуть. Прекрасно, если автоматика работает исправно, тогда в такой ситуации сработает защита и перекроет газ. Еще одним фактором может стать наличие человека в таком помещении (что можно встретить почти в каждом поселке). Результатом такого воздействия может стать удушье и потеря сознания, в связи с этим применяется ограничение на помещение и принудительное наличие проветриваемого окна или проходной дверной группы. В такой ситуации за день помещение, в процессе жизнедеятельности человека, будет проветриваться. А при отдыхе ночью, нехватка воздуха будет практически исключена, так как работа котла в объеме 9 кв.м. рассчитана на непрерывную работу в максимальном режиме примерно на 3 часа. А так как котел выбирают на 30% больше необходимой мощности, да плюс к тому максимальный режим котел включает только при "разгоне" до комфортной установленной температуры в помещении. В результате, работы котла на площади в 9 кв.м. хватит примерно на 24 часа.
Конструкция напольных газовых котлов выполнена из корпуса, в котором расположен теплообменник с камерой сгорания закрытого или открытого типа. В закрытом исполнении теплопередача нагреваемому теплоносителю происходит больше, а пламя горит внутри камеры теплообменника. В открытом исполнении пламя горит под теплообменником или вынесено за теплообменник. Теплообменники выпускаются из разных материалов. На сегодняшний день можно встретить котлы со стальным и чугунным теплообменником. Каждый из них отличается своими свойствами. Так, стальной теплообменник прост в изготовлении и мал в цене, но зато притязателен к системе отопления, ее загрязненности, типу теплоносителя. Выполняется в виде цельной конструкции и не критичен к холодным температурным ударам. А вот чугунный теплообменник совсем наоборот: не критичен к чистоте системы отопления, зато дорог в цене, но является сборной конструкцией (выполняется из секций). Перепад температур в 50 градусов Цельсия приведет к тому, что теплообменник лопнет. Однако динамичность нагрева такого теплообменника наиболее плавна, что дает преимущество в эксплуатации и длительности пауз между включениями. Также секционная конструкция позволяет заменять неисправные секции, а вот стальной теплообменник подлежит полной замене.
Помимо теплообменника напольные теплогенераторы также могут содержать разную автоматику управления котлом. Тут разнообразие чуть больше и помимо электронной автоматики, можно встретить экземпляры с энергонезависимой автоматикой. Вид данной автоматики не требует наличие электрического напряжения. Розжиг такого котла происходит один раз, а затем все происходит автоматически. Для запуска котла используется пьезоэлемент, который при нажатии, вырабатывает заряд образующий искру и поджигающий "запальник".
Запальник - это маленькая горелка, которая горит постоянно, даже когда котел в режиме ожидания. Потребление газа очень мало и по этому его расход не учитывается.
Однако, когда температура теплоносителя падает ниже установленной, специальный клапан открывает подачу газа и поджигает основную горелку от пламени запальника. Если же в течение 15 секунд пламя не разгорелось - газ перекрывается. А если погаснет пламя запальника - сработает защита и подача газа полностью перекроется.
Среди газовых котлов можно встретить разные горелки:
· диффузионные, в которых процесс смешивания газа и кислорода осуществляется в ходе горения;
· инжекционные, где еще до поступления газа в топочную камеру, его обогащают кислородом;
· атмосферные, которые по принципу работы напоминают инжекционные, однако кислород в них подается в меньшей степени;
· рекуперативные, где специальное устройство — рекуператор — разогревает газ, прежде чем смешать его с воздухом;
· регенеративные — похожи на рекуперативные, но разогрев до нужной степени осуществляется другим узлом — регенератором, который вначале разогревает газ и кислород, а уже затем подает его в топочную камеру;
· надувные, где воздух нагнетается в топочную камеру с помощью вентилятора;
· с предварительным полным смешиванием, где кислород добавляется рядом с выходным отверстием;
· с неполным предварительным смешиванием.
Сущность работы газовых горелок состоит в обеспечении стабильного и непрерывного сжигания топлива в топочной камере котла. Классифицирование оборудования производится на основе четырех главных функций устройства, таких как:
· поступление газа и воздуха в пропорциях, которые обеспечивают оптимальное соотношение в смеси;
· непосредственное перемешивание газа и кислорода;
· создание стабильного горения;
· обеспечение равномерного возгорания и избежание взрыва при воспламенении.
К отдельному классу причисляется модулируемое оборудование. Отличительной особенностью таких приборов является возможность автоматической настройки на текущие потребности помещения и способность изменять мощность горения в зависимости от температурного режима внутри здания и за его пределами. Ввиду таких возможностей, данный вид оборудования отличается повышенной экономичностью.
В бытовом газовом оборудовании используют обычно горелки трех видов: регулируемая ступенчато, регулируемая плавно, модулируемая горелка.
Регулируемые ступенчато горелки выполняются на конкретную мощность и не могут изменять тепловую мощность пламя. Регулирование мощности котла таким способом менее экономично, но автоматика таких котлов дешевле. Принцип таких горелок заключается в разделении площади горения. Такие горелки могут варьировать свой нагрев в трех режимах 1/3, 2/3 и полная мощность (работают обе горелки).
Регулируемые плавно горелки применяются для большей экономичности. Отличие котлов с такими горелками - наличие регулятора подачи газа. Такой котел позволяет производить плавное регулирование пламени горелки. Без ступенчатых переключений. Такая автоматика обычно используется в энергонезависимых котлах. Что касается стоимости, то котлы с такими горелками практически занимают одинаковую ценовую нишу.
Модулируемые газовые горелки являются самыми экономичными устройствами среди горелок. Вид таких горелок является гибридом регулируемых ступенчато и регулируемых плавно горелок. Ввиду сложности такой горелки ее стоимость на порядок выше приведенных выше, но затраты на такой котел стоят своих денег. Мощность котла с такой горелкой можно варьировать от 10% до 100%. Такой режим работы избавляет котел от частых включений (розжигов). Горелка работает всегда! Расход газа и мощность горелки изменяется в зависимости от потребности тепловой производительности котла. Результат такого гибрида - это малая производительность 1/3 части горелки и регулировка пламени, что дает оптимальную температуру горения. Это позволяет не только регулировать мощность в пределах 1/3, 2/3, полной мощности, но еще и производить регулирование мощности пламени от 30 до 100% для каждой части горелки.
Принцип работы модулированной горелки:
Дополнительным преимуществом у газовых теплогенераторов является наличие у некоторых моделей "двух контуров". Что это означает? Весь секрет в том, что мощность газовых теплогенераторов, в связи с высокой теплоемкостью газового пламени, позволяет практически моментально нагреть холодную воду до температуры 60 градусов Цельсия, что позволяет осуществить функцию проточного водонагревателя.
Таким функционалом могут похвастаться как настенные, так и напольные газовые котлы. Существует несколько модификаций:
· с комбинированным теплообменником (Битермический теплообменник)
· с отдельным теплообменником, отбирающим тепло с малого контура котла
· без теплообменника с приоритетом "бойлера косвенного нагрева"
Чем же отличаются эти варианты исполнения подготовки ГВС?
Бойлер косвенного нагрева - это теплоизолированная емкость, наполненная холодной питьевой водой, и имеющая в конструкции один или несколько змеевиков. В этих змеевиках циркулирует теплоноситель из системы отопления, который в свою очередь подогревает питьевую воду до необходимой температуры. Как только температура в бойлере падает ниже необходимой, котел переключает специальный трехходовой клапан и перепускает теплоноситель на бойлер. В это время система отопления работает по замкнутому кругу практически без подогрева котлом. Длится это несколько минут (на полный нагрев бойлера с 5 градусов до 60 градусов Цельсия в 100л достаточно 15 минут). А так как объем в 100л может одновременно обслуживать не один кран, то система отопления работает без падения температуры даже в 3 градуса. Мощности котла хватает быстро поддерживать необходимую температуру периодически переключаясь с отопления на ГВС. Такой вид системы подготовки ГВС самый экономичный и надежный.
Между прочим, реализация такой системы ГВС осуществляется и с применением одноконтурных котлов в паре с дополнительным котельным оборудованием.
Системы с отдельным теплообменником также более надежны и экономичны. Такие котлы выгодно использовать, если нет нужды в большой производительности горячей воды. Конструкция подготовки ГВС выполняется в виде двух контуров отопления и двух теплообменников. Первый теплообменник основной и греется продуктами сгорания, через этот теплообменник циркулирует теплоноситель системы отопления. Второй теплообменник предназначен для нагрева холодной питьевой воды. Работает автоматика очень просто, когда появляется необходимость в нагреве контура ГВС, в котле перепускается трехходовым клапаном теплоноситель с системы отопления и начинается нагрев теплообменника ГВС. В таком режиме котел отключает систему отопления и работает только на горячую воду (используется малый контур "основной теплообменник-теплообменник ГВС-насос"). Плюс такого котла в увеличенном сроке эксплуатации теплообменника ГВС, а минус в том, что пока котел готовит горячую воду - дом остывает.
Котлы с Битермическим теплообменником лишены минуса остывания дома. Система ГВС работает практически аналогично, но оба теплообменника объединены в один - основной теплообменник, подогреваемый продуктами сгорания. В таких котлах нет трехходовых клапанов с переключающимися контурами. Приготовление горячей воды происходит без остановки подогрева системы отопления, а котел в режиме ГВС включается на максимальную производительность. Это является одним из плюсов битермических котлов, также, как и более дешевая стоимость. Однако, лучше доплатить и взять котел в следующей ценовой нише. Весь нюанс в том, что без подготовки воды перед котлом, такой теплообменник быстро выйдет из строя и котел эксплуатировать не получится. А вот другие два вида систем подготовки ГВС позволят эксплуатировать котел для обогрева дома, даже, если Вам пришлось вывести линию ГВС в ремонт.