Бытовые отопительные котлы - Сборник статей

Заметим, что ряд производителей, выпускающих пеллетные котлы, предлагают также комбинированные аппараты, которые могут работать как на древесных гранулах, так и на других видах топлива. Например, котел EKO-CK Pellet Plus-Unit (Wirbel) состоит из двух раздельных камер сгорания, одна из которых предназначена для сжигания дров, а другая – для сжигания пеллет.

Существуют и другие варианты комбинаций. Например, уже упоминавшаяся компания Solarfocus имеет в своем «арсенале» модуль octoplus, объединяющий в себе пеллетный котел и гелиотермическую установку. Эта система состоит из бака-накопителя емкостью 500 л со встроенными гладкотрубным змеевиком контура солнечных коллекторов и теплообменными трубами, по которым движутся продукты сгорания. Панель управления координирует работу гелиоконтура, пеллетной горелки, систем отопления и ГВС. При этом в первую очередь используется солнечное тепло; котел включается только тогда, когда этой энергии недостаточно.

7. Вакуумные котлы

Основной идеей, заложенной в конструкцию вакуумного котла, является совмещение известной схемы жаротрубного парового котла с трубчатым теплообменным аппаратом.

Котел представляет собой единый котельный блок, состоящий из цилиндрической нижней и прямоугольной верхней частей (рис. 22). В нижней части находится топочная камера со встроенными подъемными трубами, а в верхней вакуумной камере располагаются (в зависимости от производителя) либо U-образные трубы теплообменников отопления и ГВС (вертикальные ваккумные котлы), либо трубный пучок водоподогревателя (горизонтальные вакуумные котлы).

Рис. 22. Принцип работы вакуумного котла Booster

Перед началом работы в вакуумную камеру котла единственный раз заливается очищенная и химически подготовленная вода и создается вакуум.

Сгорая в топочной камере и проходя через конвективный пучок, продукты сгорания отдают тепло промежуточному теплоносителю – воде. Она кипит под разрежением при температуре 80–90 °С и превращается в пар, который отдает тепло, конденсируясь на поверхностях теплообмена трубчатых теплообменников. По ним в этот момент проходит вода, предназначенная для отопления или горячего водоснабжения. Образующийся конденсат стекает обратно в зону кипения. Нагретая вода отводится в систему теплоснабжения или ГВС. Таким образом, теплообменник нагревается не пламенем горелки, а косвенно – вакуумным паром.

Особенности конструкции вакуумных котлов обуславливают их преимущества:

– передача тепла через промежуточный теплоноситель (пар) без кипения. Вакуумный пар имеет температуру ниже кипения нагреваемой среды, поэтому даже при остановке сетевого насоса сетевая вода, находящаяся в трубках теплообменника при давлении выше атмосферного не закипит и не сможет создать твердых отложений;

– благодаря двум раздельным контурам внутрикотловая вода не сообщается с водой контуров отопления и горячего водоснабжения, препятствуя заносу примесей и образованию накипи;

– не требуется питательных устройств на котле и мероприятий по водоподготовке, так как вода циркулирует по замкнутому контуру;

– отсутствие кислорода в котле продлевает срок службы аппарата;

– первый пуск из холодного состояния до достижения номинальных параметров занимает не более 5 минут;

– вакуумные котлы имеют естественную циркуляцию, что позволяет экономить электроэнергию;

– безопасность в эксплуатации – при соблюдении правил монтажа благодаря вакууму в котле исключена возможность взрыва.

8. Электрические котлы

Один из вариантов решения проблем автономного теплоснабжения и горячего водоснабжения – применение электрических котлов. У них масса преимуществ по сравнению с любыми котлами на органическом топливе. Электрические котлы характеризуют сравнительная простота конструкции и компактность. Они не требуют специально оборудованного места для их установки. В отличие от любых котлов на газообразном, жидком или твердом топливе электрокотлы не нуждаются в дымоходах и подводе воздуха, их работа не сопровождается вредными выбросами в атмосферу.

Всему этому противостоит только один недостаток – высокая стоимость электроэнергии как основного ресурса. Впрочем, имеются большие регионы (например, вблизи крупных гидроэлектростанций и при значительном удалении от газовых магистралей), в которых электрокотлы оказываются вполне конкурентоспособными. А при двухтарифной системе оплаты электроэнергии можно сравнительно дешево решить проблемы отопления и ГВС, используя различные способы аккумулирования тепла.

Что касается принципиального устройства, то большинство моделей электрокотлов можно разделить на две группы: ТЭНовые и электродные. Последние обеспечивают нагрев воды за счет пропуска через нее электрического тока. Напряжение, прилагаемое к помещенным в воду электродам, ионизирует ее, однако явление электролиза не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами в зависимости от частоты электрической сети. Количество выделяющегося при этом тепла пропорционально силе тока и сопротивлению котловой воды.

Вода в электродных котлах – одновременно и теплоноситель, и элемент электрической сети. Поэтому дистиллированную воду вследствие ее малой проводимости в электродных котлах использовать нельзя. Некоторые компании-производители предлагают для электродных котлов специальные составы.

Значительно чаще в системах автономного теплоснабжения встречаются ТЭНовые электрокотлы. Для нагрева теплоносителя в них используются трубчатые электронагреватели (ТЭНы), конструктивно представляющие собой прочную металлическую оболочку из стали, алюминия или титана с размещенной внутри нихромовой спиралью и контактными стержнями. От оболочки спираль отделена спрессованным диэлектрическим наполнителем: периклазом – оксидом магния (MgО) или кварцевым песком, обладающим хорошей теплопроводностью. Для предохранения от попадания внутрь ТЭНов влаги их концы герметизируются.

В электрических котлах, как правило, используют патронные ТЭНы, т. е. одноконцевые, с контактными выводами, расположенными по одну сторону нагревателя. Реже встречаются двухконцевые ТЭНы, у которых контактные выводы расположены с двух сторон.

В качестве примера приведем устройство ТЭНового котла словацкой фирмы Protherm (рис. 23). Внутри емкости теплообменника размещаются один или несколько ТЭНов. Как правило, в качестве материала для емкости производители используют обычную углеродистую сталь, но некоторые предпочитают медь, нержавеющую сталь или другие материалы, обладающие повышенной коррозионной стойкостью.

Рис. 23. Устройство ТЭНового котла (Protherm)

Как теплоноситель (особенно в условиях России с ее суровыми зимами и нестабильностью источников энергии) предпочтительнее использовать не воду, а специальные незамерзающие жидкости (бытовой антифриз и др.). Снаружи емкость покрыта теплоизолирующими материалами.

ТЭНовые электрокотлы для бытовых целей выпускаются мощностью от 4 до 50 кВт. Приборы мощностью до 10 кВт могут быть одно– или трехфазными. При более высокой мощности, как правило, производители предлагают трехфазные модели.

На рынке присутствуют и котлы с иными типами нагревательных элементов. Например, в котлах «Галакс» фирмы «Галан» используются пленочные нагреватели, изготовленные по технологии трафаретной печати, применявшейся в электронной промышленности. По эффективности, простоте монтажа, ремонта, стоимости отопления 1 м2 помещения, материалоемкости на 1 кВт мощности котла и т. п. пленочные аппараты аналогичны электродным, но имеют ряд преимуществ, в частности, не требуют подготовки воды и работают на любых теплоносителях, предназначенных для отопительных систем. Отсутствие теплового барьера между нагревательным слоем и основанием из нержавеющей стали позволяет оптимизировать эксплуатационные характеристики (управляемость, КПД, скорость разогрева теплоносителя) при одновременном снижении номинальной потребляемой мощности на 15–25 %. В этих котлах тепловыделяющий элемент, равномерно распределенный по всей поверхности цилиндрического нагревателя, не контактирует с теплоносителем, не создает ему гидравлического сопротивления. Пленочный нагреватель обеспечивает высокий КПД, котел имеет малую тепловую инерционность, его мощность легко регулировать, в том числе плавно.

В котле «Сапфир» фирмы «РусНИТ» применен нагревательный элемент ПЭНМ, выполненный в виде медной трубы, на которую нанесен изоляционный слой, а на него – спиралевидный резистивный из вольфрама. Электрический ток нагревает его, медную трубу (проточную емкость) и теплоноситель в ней. Применение ПЭНМ позволяет значительно упростить конструкцию и уменьшить габариты электрокотлов. В них предусмотрено плавное регулирование температуры теплоносителя от 35 до 85 °С в пределах каждой ступени мощности (33, 66, 100 %)