Газовые напольные отопительные водонагреватели

Напольные отопительные водонагреватели характеризуют следующие основные параметры:

• тепловая мощность;
• тепловая производительность;
• коэффициент полезного действия;
• отапливаемая площадь;
• номинальное давление газа;
• разрежение в дымоходе;
• максимальная температура нагрева воды;
• максимальное давление воды в системе отопления.

Тепловая мощность – это количество тепла, получаемое при сжигании газа горелкой. Комбинированные котлы могут сжигать не только газ, но и жидкое или твердое топливо. При оснащении котла газовой или жидкотопливной горелкой его тепловая мощность определяется характеристиками горелки. Тепловая производительность это количество тепла, получаемое водой и переносимое ею к отопительным приборам системы отопления. Чем больше тепла удается отобрать у продуктов сгорания и использовать для отопления, тем более экономично котел использует топливо. Коэффициент полезного действия – отношение тепловой производительности к тепловой мощности. Для современных котлов он составляет более 90%.

Отапливаемая площадь зависит от тепловой производительности котла, а также характеристик отапливаемых помещений. Более точным является отапливаемый объем, так как с увеличением высоты помещения возрастают затраты тепла на поддержание необходимой температуры. Самым объективным показателем являются теплопотери помещения, которые зависят не только от объема, но и состояния ограждающих конструкций: стен, полов, покрытия, а также окон и дверей. Обычно для Европейской части России при хорошей тепловой изоляции помещений применяется установленное опытным путем соотношение: 1 кВт мощности котла хватает на 10 м² отапливаемой площади. При выборе аппарата с ГВС необходимо учитывать, что при нагреве воды для санитарных нужд используется до 85% мощности газоиспользующего оборудования, на отопление остается всего 15%. Кроме того, в периоды значительных похолоданий давления газа понижается, у большинства аппаратов снижается тепловая мощность относительно характеристик, заявленных в заводской документации.

Номинальное давление газа зависит от характеристик горелки, при этом давлении происходит наиболее качественное сжигание газа. Обычно для отопительных котлов, применяемых в России, номинальное давление составляет 130 даПа или 200 даПа. Разрежение в дымоходе позволяет обеспечить нормальное удаление продуктов сгорания при естественной тяге. Для большинства отопительных водонагревателей разрежение составляет от 0,3 до 3 даПа.

Максимальная температура нагрева и давление воды являются показателями, характеризующими безопасность использования газового водонагревателя. Отопительные приборы, установленные в жилых помещениях, обычно не нагреваются выше 70 – 80 °С, при большей температуре возможны ожоги при прикосновении к отопительным приборам и трубопроводам системы отопления. Кроме того, при высоких температурах на поверхности радиаторов происходит разложение органической пыли, что вредно для человека. Температура нагрева отслеживается автоматикой безопасности, при достижении максимального значения прекращается подача газа на горелку. Для бытовых отопительных аппаратов максимальная температура теплоносителя составляет 90 – 95 °С.

Максимальное давление воды определяется прочностными характеристиками аппарата и системы отопления. Давление выше установленного может привести к течи воды (негерметичности) и даже повреждению аппарата. Этот показатель важен для отопительных водонагревателей, работающих в закрытых системах отопления с искусственной циркуляцией. Для предотвращения нежелательных последствий такие системы оборудуют предохранительными сбросными клапанами и манометрами для контроля давления воды.

Напольные отопительные водонагреватели в зависимости от назначения и конструкции подразделяют следующим образом:

• АГВ – автоматические газовые водонагреватели;
• АОГВ – автоматические отопительные газовые водонагреватели;
• АКГВ – автоматические комбинированные газовые водонагреватели, которые кроме отопления могут использоваться для горячего водоснабжения;
• КС – котлы стальные;
• КЧ – котлы чугунные.

Основными узлами отопительных водонагревателей являются:

• система отвода продуктов сгорания – газоотвод;
• теплообменник;
• основная горелка;
• устройства управления и защиты.

1 – передняя секция; 2 – средняя секция; 3 – задняя секция; 4 – стяжная шпилька; 5 – ниппель; 6 – передняя панель; 7 – нижняя изоляционная вставка; 8 – верхняя изоляционная вставка; 9 – отверстие для установки горелки; 10 – смотровое отверстие

Газоотвод служит для подачи продуктов сгорания в дымоотводящий патрубок. Основу котла составляет теплообменник, в котором вода нагревается продуктами сгорания. Он изготавливается из чугуна или стали. Чугунные теплообменники имеют больший в сравнении со стальными срок службы, так как чугун подвержен низкотемпературной коррозии меньше, нежели сталь.

Теплообменник может иметь форму бака или собираться из секций, как это делается в секционных котлах. Чугунный секционный котел собирают из отдельных секций, которые соединяются между собой стяжными шпильками. Между секциями устанавливаются ниппели, которые обеспечивают герметичность соединения секций между собой. Теплообменник котла покрывается тепловой минераловатной изоляцией, которая уменьшает потери тепла и защищает потребителя от ожогов. Сверху крепится металлический кожух. Использование секций приводит к увеличению площади поверхности, на которой происходит теплопередача. На фронте котла устанавливается горелка с принудительной подачей воздуха. Такие горелки не часто используются на бытовых котлах, в большинстве случаев применяют инжекционные горелки низкого давления (атмосферные).

Стальные теплообменники могут выполняться из секций, но в большинстве случаев их делают цельносварными. Стальной котел имеет топку, в которой возможно сжигание твердого топлива (угля, дров) или размещение газогорелочного устройства. Теплообменник котла представляет собой сварную конструкцию, окружающую топку и образующую над ней конвективный дымоход. От внешней среды теплообменник отделяет тепловая изоляция, закрытая стальным кожухом. Теплообменник заполнен водой, которая поступает из системы отопления в патрубок обратной воды, нагревается и выходит из котла через подающий патрубок.

Нагрев воды в топке происходит в основном за счет излучения, в конвективном дымоходе тепло воде отдают дымовые газы. Движение продуктов сгорания из топки в патрубок дымовых газов по конвективному дымоходу изображено на рисунке (а). В результате дымовые газы делают несколько поворотов, омывают большую по площади поверхность теплообмена, что увеличивает коэффициент полезного действия котла.

Возможна более простая конструкция конвективного дымохода, применяемая на отечественных котлах КС (б). Дымовые газы проходят параллельными потоками по каналам в теплообменнике. В ряде случаев на пути движения продуктов сгорания устанавливают турбулизаторы для увеличения теплоотдачи.

Автоматический комбинированный отопительный газовый водонагреватель (АКГВ) является специализированным аппаратом, предназначенным для сжигания только газового топлива. Чаше всего теплообменник АКГВ представляет собой бак, который имеет круглую форму. Под баком расположена топка, в которой размещается газовая горелка. В баке расположены вертикальные каналы, по которым дымовые газы поднимаются к дымоотводящему патрубку аппарата. В каналы вставлены турбулизаторы, которые служат для повышения коэффициента полезного действия аппарата.

Турбулизаторы представляют собой стальные пластины, свернутые спиралью. Турбулентный поток характеризуется хаотичным движением газов, они замедляются, перемешиваются, в результате возрастает скорость передачи тепла, теплообменник нагревается более равномерно. В отдельных аппаратах возможно применение пластин иной конструкции.

В баке АКГВ расположен теплообменник для получения горячей воды для санитарных нужд. Он представляет собой свернутую медную трубку («змеевик»), внутри которой протекает проточная вода, нагреваемая теплом воды, имеющейся в баке и поступающей в систему отопления.

Разрез АОГВ

Использование для горячего водоснабжения накопительных водонагревателей с дополнительным теплообменником (АКГВ, стальные котлы) имеет ряд особенностей. В этом случае по окончании зимнего периода систему отопления необходимо отключить, закрыв отключающее устройство на обратном трубопроводе. Для получения достаточного объема нагретой воды температурой 40 – 45 °С при длительном использовании (ванна, душ) необходимо установить терморегулятор аппарата на температуру 90 °С. На стабильный режим работы в режиме горячего водоснабжения в летний период АОГВ выходит через несколько минут после включения, так как сначала нагревается вода в баке, от которой тепло передается проточной воде горячего водоснабжения. При одновременной работе аппарата на отопление и ГВС вода на горячее водоснабжение не должна подаваться слишком долго во избежание нарушения температурного режима системы отопления.

Конструкция горелок отопительных водонагревателей может быть самой разнообразной, например, горелки круглой формы используются в АГВ-80, в котлах КС применяют горелки, изготовленные из стальных труб, заглушённых с одной стороны. В более современных аппаратах используют многосопловые горелки, обеспечивающие повышенное качество сжигания газового топлива.

Устройства управления и защиты котла (автоматика) обеспечивают розжиг аппарата, регулирование режимов работы и отключение в случаях, когда параметры работы превышают аварийные значения. Розжиг напольных водонагревателей может производиться вручную открытым пламенем (спичкой) либо искрой, получаемой от пьезоэлемента. При использовании энергозависимых автоматик розжиг происходит от искры, подаваемой на электрод розжига с электронного блока управления, например, от трансформатора розжига.

Автоматика безопасности напольного отопительного водонагревателя контролирует следующие параметры:

• пламя запальника или основной горелки;
• тягу;
• повышение температуры нагрева воды сверх установленной.

При погасании запальника или нарушении тяги в дымоходе прекращается подача газа на основную горелку и запальник. Для контроля пламени чаще всего применяют термоэлектрическую автоматику состоящую из термопары и электромагнитного клапана, возможно использование биметаллических пластин или электродов ионизации. При нагреве воды сверх установленной температуры прекращается подача газа на основную горелку, запальник же продолжает гореть. Кроме того, на отопительных водонагревателях имеется автоматика, которая поддерживает температуру воды в заданных пределах, регулируя подачу газа на основную горелку. При увеличении температуры воды подача газа уменьшается, при остывании – увеличивается.