Отопительный котёл

Котёл отопительный — устройство на основе закрытого сосуда, в котором теплоноситель (чаще всего вода или пар (паровой котёл)) нагревается до заданной температуры и служит для обеспечения потребителей теплом и (или) горячей водой. Нагретая или испаренная жидкость выходит из котла для использования в различных процессах или системах отопления, включая нагрев воды, центральное отопление, производство электроэнергии на основе парового котла, приготовление пищи и санитарию.

По виду используемого топлива котлы отопления делятся на:

• твердотопливные (пеллетные, дровяные, угольные) ,
• жидкотопливные (жидкое топливо: дизельные (см. дизель), мазутные),
• газовые
• электрические
• комбинированные

• Номинальная мощность;
• Коэффициент полезного действия;
• Используемый теплоноситель;
• Рабочий диапазон температуры теплоносителя;
• Рабочее давление теплоносителя;
• Гидравлическое сопротивление котла;

Котлы водогрейные (жаротрубные), гранульные (твердотопливные) работают исключительно на древесных топливных гранулах (пеллетах). В топочной камере гранульного котла снимается примерно 30 % мощности, а в конвективной примерно 70 % мощности. Выпускаются также и адаптированные для сжигания гранул универсальные водогрейные котлы (котлы «утилизаторы») с КПД менее 80 %.

Котлы водогрейные (жаротрубные), работают на обычных дровах, мусоре, листьях и прочих твердых органических отходах. Применяются для сжигания прессованной соломы. Диапазон мощностей существующих котлов от 30 КВт до 2 МВт, но КПД невысокий в связи с тем, что в сжигается топливо с различными параметрами.

Газовые котлы отопления работают на природном газе или, при конструктивных возможностях, на сжиженном газе.

Газовые котлы — самый распространенный тип котлов как в России, так и во всем мире. Примерно половина всех продаваемых котлов — газовые котлы. В этом нет ничего странного, ведь газ — это самое удобное топливо для отопительных котлов.

По месту монтажа различают два вида котлов — настенные газовые котлы и напольные.

Все напольные газовые котлы можно разделить на две основные группы: с атмосферными и с наддувными (иногда их называют сменными, вентиляторными, навесными) горелками. Атмосферные горелки — проще по конструкции и дешевле, работают тише. Котлы с наддувными горелками обладают большим КПД и стоят при этом значительно дороже. Котлы для работы с наддувными горелками позволяют установить горелку, работающую как на газе, так и на жидком топливе.

Настенные газовые котлы — это, как правило, довольно компактные и, соответственно, малые по мощности (до 30 кВт), но с довольно высоким КПД газовые котлы. Настенные котлы отопления, также как и напольные, бывают с естественной тягой (котлы с открытой камерой сгорания), а также с принудительным отводом продуктов сгорания (котлы с закрытой камерой сгорания). В последние годы появилось много моделей настенных котлов конденсационного типа, которые имеют более высокий КПД, чем традиционные котлы, при сохранении небольших габаритов.

Напольные и настенные газовые котлы принято различать на следующие основные виды:

• Одноконтурные газовые котлы;
• Двухконтурные газовые котлы;

Одноконтурные газовые котлы используют только для отопления помещений. Двухконтурные котлы, кроме этого, также для отопления и организации горячего водоснабжения.

Двухконтурный газовый котел выполняет две функции, нагрев проточной воды и нагрев системы отопления. Для обеспечения горения газа нужен воздух, в газовом котле с закрытой камерой горения воздух подается с улицы по коаксиальной трубе. Это безопасно, не сжигается кислород с помещения и увеличивает КПД котла, воздух с улицы нагревается с помощью выходящих дымовых газов, что обеспечивает минимальные потери тепла на данный процесс. Двухконтурный газовый котел — это конструктивно модульное устройство, которое включает в себя группу безопасности и управления, циркуляционный насос, расширительный бак, теплообменник, газовую горелку, вентилятор для дымовых газов.

Недавно появился новый тип газовых котлов — конденсационные котлы. Своим названием это оборудование обязано способности отбирать из продуктов сгорания <скрытую> теплоту, получаемую конденсацией содержащихся в них водяных паров. Использование этой, обычно уходящей вместе с дымовыми газами, теплоты позволяет котлу достигать среднего за отопительный период условного КПД 107—109 %.

Процесс нагрева теплоносителя в электроводонагревателе электродного типа происходит за счет омического нагрева, то есть процесс нагрева теплоносителя идет напрямую, без «посредника» (например, ТЭНа). При этом явления электролиза не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой электрической сети.

Достоинства электродных котлов:

• Отсутствие воды в котле во включённом состоянии (сухой ход) не приводит к каким либо последствиям и выходу его из строя в виду отсутствия нагрева воды.
• Отложение накипи на электродах котла всего лишь снижает его мощность и не приводит к разрушению электродов.
• Электродные котлы обычно более компактные, чем ТЭНовые.
• Практически бесшумны.

Недостатки электродных котлов:

• Электрический ток пропускается непосредственно через теплоноситель, что значительно повышает риск поражения током, а вследствие огромных токов утечки делает невозможным применение совместно с таким котлом УЗО (устройство защитного отключения).
• Требуется тщательная водоподготовка теплоносителя по электропроводности.
• Мощность электрокотла не постоянна и сильно зависит от температуры теплоносителя в системе, причём с ростом температуры теплоносителя — растёт его электропроводность и потребляемая мощность, таким образом при первоначальном пуске системы в холодное время года — мощности котла для прогрева может не хватить. Увеличение электропроводности теплоносителя до необходимого уровня при низких температурах может привести к тому, что после прогрева системы она может возрасти на столько, что приведёт к значительной перегрузке и аварии в питающей электросети, а также выходу из строя управляющей котлом силовой аппаратуы.
• Этот же эффект (повышение электропроводности теплоносителя с ростом температуры) иногда приводит к электродуговому пробою межэлектродного расстояния (фактически КЗ) с огромным броском тока в питающей сети и как следствие — множественным выходом из строя различной аппаратуры, включенной в эту сеть.
• Непригодны для использования обычных тосолов, антифризов и неочищенной воды в качестве теплоносителя.
• При использовании для горячего водоснабжения понадобится еще один контур.
• Требуют квалифицированного монтажа и специфических знаний по электропроводности воды для выполнения пусконаладки.
• Незамерзающий теплоноситель для электродных котлов дорог, так как в его состав входят присадки с низким содержанием солей.

Работа этих котлов основана на передаче тепловой энергии от электрического ТЭНа (Трубчатый ЭлектроНагреватель) теплоносителю (вода).

Достоинства ТЭНовых котлов:

• Тэны в котле не имеют электрической связи с теплоносителем, в связи с этим он гораздо более электробезопасен, практически отсутствуют токи утечки, что позволяет совместно с котлом устанавливать УЗО (устройство защитного отключения).
• Мощность всегда постоянна и не зависит от используемого теплоносителя и его температуры. Она может меняться только в пределах изменения напряжения в питающей электросети.
• Можно осуществлять ступенчатое (при наличии нескольких ТЭНов) или плавное регулирование мощности, что позволяет минимизировать броски напряжения в питающей сети при включении и выключении котла.
• Котлы могут работать на обычном тосоле, антифризе, воде.
• Выход из строя одного ТЭНа обычно не влечет за собой остановки всего котла.
• Могут быть использованы для горячего водоснабжения по одноконтурной схеме.
• Котлы могут работать на перегретой воде, при этом температура перегретой воды определяется только давлением, на которое рассчитан корпус котла.
• Обслуживание ТЭНовых котлов не требует специфических знаний по электропроводности воды.

Недостатки ТЭНовых котлов:

• ТЭН имеет ограниченный ресурс и может перегореть, поэтому при выборе котла следует обращать внимание на возможность замены ТЭНов.
• Отложение накипи на ТЭНах значительно ухудшает их охлаждение и приводит к преждевременному выходу их из строя.
• В случае работы без воды (сухой ход) мгновенно происходит выход из строя ТЭНов, в отличие от электродного котла.
• Цена на ТЭНовые котлы выше, чем на электродные.

Принцип индукционного нагрева основан на явлении электромагнитной индукции — создание индуцированного тока переменным магнитным полем. Установка индукционного нагрева имеет конструкцию сходную с трансформатором, состоящем из двух контуров. Первичный контур — магнитная система, вторичный контур — теплообменное устройство или ТВЭЛ (тепловыделяющий элемент). Под воздействием переменного магнитного поля, создаваемого магнитной системой, в металле теплообменного устройства индуцируются токи, вызывающие его нагрев. Тепло от нагретых поверхностей теплообменного устройства передается нагреваемой среде.

Достоинства индукционных котлов:

• Принципиальное отсутствие нагревательных элементов, что исключает возможность выхода из строя самого котла.
• Полное отсутствие разъёмных соединений в конструкции, что исключает вероятность возникновения течи.
• Значительное снижение склонности к образованию накипи.
• Высокая электробезопасность.
• Возможность изготовления котла практически на любые температуры и давления, что особенно важно для технологических применений.
• Возможность работы практически с любыми теплоносителями.

Недостатки индукционных котлов:

• Высокая стоимость, сравнительно с ТЭНовыми и электродными (из-за ВЧ преобразователя, требующего применения очень мощных и дорогих IGBT-транзисторов)
• Большие габариты и огромный вес.
• Затруднённая плавная регулировка мощности.
• Шумная работа - для охлаждения преобразователя используется вентилятор, поскольку он сам является мощным источником теплоты.

Комбинированные котлы могут работать более чем на одном виде энергоносителя (обычно на двух). Это даёт дополнительную энергонезависимость. Например, в случае прекращения подачи газа такой котёл может работать на твёрдом топливе.

• Водотрубный котёл
• Газотрубный котёл
• Пиролизный котёл

• Сканави А. Н. Отопление. Учебник для вузов. — М.: АСВ, 2008. С. 576. ISBN 978-5-93093-161-7
• Отопление. Часть 1. Под редакцией канд.техн.наук И. Г. Староверова и инж. Ю. И. Шиллера. — М.: Стройиздат, 1990. С. 344.
• Щёкин Р. В., Кореневский С. М., Бем Г. Е. и др. Отопление и теплоснабжение. — Киев: Будівельник, 1976. С. 416.
• Справочник проектировщика. Проектирование тепловых сетей. Под редакцией Николаева А. А.. — М.: Издательство литературы по строительству, 1965. С. 360.
• Ионин А. А. Газоснабжение. 4-е издание, переработанное и дополненное. — М.: Стройиздат, 1989. С. 439.
• Стырикович М. А., Катковская К. Я., Серов Е. П. Котельные агрегаты. — М.: Государственное энергетическое издательство, 1959. С. 487.
• Щеголев М. М. Топливо, топки и котельные установки. — М.: Государственное издательство литературы по архитектуре и строительству, 1953. С. 544.
• Скафтымов Н. А. Основы газоснабжения. — Л.: Недра, 1975. С. 343.
• Киселёв Н. А. Котельные установки. 2-издание, переработанное и дополненное. — М.: Высшая школа, 1979. С. 270.
• Козин В. Е., Левина Т. А., Марков А. П. и др. Теплоснабжение. — М.: Высшая школа, 1980. С. 408.
• Журавлёв Б. А. Справочник мастера-сантехника. 5-издание, переработанное и дополненное. — М.: Стройиздат, 1981. С. 432.