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.

Виды котлов

По виду используемого топлива котлы отопления делятся на:

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

Основные технические параметры котлов

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

Котлы твердотопливные

Котлы водогрейные гранульные

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.

Котлы отопления газовые

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 %.

Котлы электрические

Электродные котлы

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.

ТЭНовые котлы

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.

Индукционные котлы

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.

Котлы комбинированные

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.

См. также

Литература

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.