§ 3.3. Теплогенераторы для местной системы водяного отопления

При неплотной застройке жилых районов одно-двухэтажными зданиями применяют си-стемы квартирного водяного отопления. Источником теплоты в такой системе может быть газовый водонагреватель.

Автоматический газовый водонагреватель типа АГВ (тепловая мощность 1... 14 кВт, КПД около 80 %) используют для отопления помещений зданий площадью 50…100 м². Водо-нагреватель (рис. 3.6) состоит из внешнего цилиндра (кожуха), внутреннего бака из сталь-ного оцинкованного листа толщиной 3 мм, основной и запальной газовых горелок и газо-отводящего устройства. В центре бака расположена жаровая теплообменная труба. Хо-

52

лодная вода поступает в бак снизу и, постепенно нагреваясь, поднимается к выходному патрубку в верхней его части. В нижней части аппарата расположены основная и запаль-ная горелки. Основная горелка - эжекционная, где происходит частичное предварительное смешивание газа с воздухом. Первичный воздух (в количестве 55 % теоретически необхо-димого для полного сжигания) поступает из помещения в горелку, эжектируясь струей га-за. Газо-воздушная смесь, выходя из огневых отверстий чугунной головки горелки, под-жигается пламенем запальной горелки. Вторичный воздух поступает к пламени уже в са-мой топке.

Рис. 3.6. Газовый емкостной водонагреватель типа АГВ: 1 - регулятор первичного воздуха основной горелки; 2 - электромагнитный клапан; 3 - газовый фильтр; 4 -блок автоматики безопасности; 5 - тягопрерыватель; 6 - кожух; 7 - резервуар; 8 - жаровая труба; 9 - термо-регулятор; 10 - тепловая изоляция; 11 - запальная горелка; 12 - термопара; 13 - основная горелка

При работе основной горелки вода нагревается до требуемой температуры (80...90 °С), по-сле чего терморегулятор автоматически прекращает доступ газа к основной горелке. За-пальная горелка работает постоянно, и при понижении температуры воды воспламеняет газо-воздушную смесь, вновь выходящую из основной горелки. Подача газа в аппарат ав-томатически прекращается при недопустимом снижении давления газа, а также при уменьшении разрежения в дымоходе.

Для водяного отопления используют также комбинированные аппараты с водяным конту-ром типа АКГВ (тепловая мощность 20 кВт, температура нагретой воды 50...90 °С, КПД

53

около 83 %) с двумя отдельными теплообменниками для горячего водоснабжения и отоп-ления.

Применяют также компактные отопительные газовые аппараты с водяным контуром типа АОГВ (тепловая мощность 11...29 кВт, площадь отапливаемых помещений 80...200 м²), предназначенные для работы на природном и сжиженном газе.

На рис. 3.7 показан отопительный аппарат типа АОГВ, представляющий собой напольный шкаф из листовой стали. В конструкцию нагревателя входят теплообменник, горелочные устройства с эжекционной горелкой, блоки автоматики. Теплообменник выполнен в виде сварного штампованного радиатора, размещенного горизонтально и имеющего со сторо-ны задней стенки аппарата трубы входа и выхода воды. Перед патрубком дымоотвода со-здана специальная полость - короб, служащий для стабилизации тяги в камере сгорания.

Рис. 3.7. Газовый отопительный аппарат с водяным контуром типа АОГВ: 1 - газовый кран; 2 - газопровод; 3 - блок автоматики регулирования; 4 - блок автоматики безопасно-сти; 5 - датчик тяги; б - датчик температуры воды; 7 - термометр; 8 - основная горелка; 9 - патрубок входа; 10 - змеевик теплообменника; 11 - выход горячей воды; 12 - короб дымо-отвода; 13 - патрубок дымоотвода; 14 - запальная горелка; 15 -регулятор первичного воз-духа основной горелки

Рассмотренные выше газовые водонагреватели сыграли значительную роль в переходе, особенно в сельской местности, от примитивного печного отопления малоэтажных зданий к современному и более комфортному квартирному водяному отоплению. Этому, прежде всего, способствовало важное их достоинство: при подключении к гравитационной систе-ме отопления не требовалось использования электроэнергии. Однако подобные аппараты имеют ряд существенных недостатков: маломощность, низкий уровень автоматизации, наличие постоянно действующего запального устройства, перерасход топлива из-за низ-кого КПД.

За последние годы в российских городских предместьях отмечается значительный рост индивидуального жилищного строительства. Как правило, современный жилой дом пред-ставляет собой капитальное строение с постоянным проживанием людей, имеющее не-

54

сколько этажей с большим количеством разнофункциональных помещений. Строитель-ство подобного дома сопровождается повышенными требованиями заказчика к комфорту проживания в нем. Помимо традиционных инженерных систем (отопление и горячее во-доснабжение), в доме часто предусмотрены и другие теплопотребляющие системы: обо-греваемые полы в отдельных помещениях, бассейн, приточная вентиляция, кондициони-рование воздуха.

Также необходимо отметить, что в настоящее время в условиях интенсивной городской застройки часто наблюдается отказ от традиционного для России централизованного теп-лоснабжения. По различным причинам (прежде всего, загруженность и ветхость суще-ствующих городских тепловых сетей) все чаще вновь возводимые здания оснащаются де-централизованной системой теплоснабжения с собственной встроенной, пристроенной или крышной котельной.

Российский рынок очень быстро отреагировал на возросший спрос по современному обо-рудованию для подобных систем и, в том числе по теплогенераторам. В настоящее время многочисленные зарубежные фирмы предлагают сертифицированное в России котельное оборудование, отличающееся своими техническими возможностями. Отечественная про-мышленность пока не может удовлетворить резко возросший спрос на подобную технику и предложить российскому потребителю высококачественное и многофункциональное теплогенерирующее оборудование.

Конструктивные особенности современного теплогенератора определяются, прежде всего, видом используемого в нем топлива. Наиболее доступным и дешевым в настоящее время является природный газ. Газовые водогрейные котлы оборудуются либо встроенной атмо-сферной горелкой (поступление воздуха для горения газа за счет естественной тяги в ды-мовой трубе, рис. 3.8, а), либо выносной горелкой (принудительное создание газовоздуш-ной смеси, рис. 3.8, б). Разница в конструкции котла при этом существенная, что связано с технологическим принципом устройства топочной камеры. Котлы устанавливаются непо-средственно на пол котельной или на невысокий (200...300 мм) фундамент.

Рис. 3.8. Напольный водогрейный котел: а - с газовой атмосферной горелкой; б - с вынос-ной газовой или дизельной горелкой с принудительным наддувом

Принципиально различаются теплогенераторы с емкостью для нагрева воды цельносталь-ной или набранной из отдельных, как правило, чугунных секций. Последние более корро-зионностойкие, что важно, так как качество водопроводной воды, которой заполняются

55

инженерные системы дома, часто отличается от требуемого. Секционные котлы, которые могут поставляться на объект в разобранном виде, удобны при монтаже в стесненных условиях стройплощадки. Еще одно их преимущество - возможность быстрой аварийной замены в процессе эксплуатации вышедшей по какой-либо причине из строя секции. Стальной котел в этом случае придется менять целиком.

В особую группу необходимо выделить настенные газовые котлы мощностью 15...30 кВт (рис. 3.9), которые имеют очень широкое распространение на Западе. Настенный генера-тор теплоты имеет много преимуществ. Он компактен, удобен в монтаже и эксплуатации, универсален в выборе места его размещения в доме. Котел оснащен уже встроенным в не-го необходимым оборудованием: циркуляционным насосом, расширительным мембран-ным баком, воздухоотводчиком, предохранительной и запорной арматурой. Определен-ный тип данного котла позволяет отказаться от традиционной дымовой трубы и отводить продукты сгорания через наружную стену с помощью специальной конструкции "труба в трубе". Настенные котлы выпускаются двух типов: одноконтурные и двухконтурные. По-следние осуществляют как функцию отопления, так и горячего водоснабжения.

Рис. 3.9. Настенный двухконтурный газовый водогрейный котел

При отсутствии газа следующим по значимости является более дорогое дизельное топли-во. Его использование для работы теплогенератора заметно повышает стоимость самой котельной за счет появления в ее схеме дополнительного оборудования (топливных баков, системы топливоподачи), а также эксплуатационную стоимость вырабатываемой генера-тором теплоты.

Как правило, конструкция подобного котла универсальна (см. рис. 3.8, б), и переход на использование в нем природного газа осуществляется простой и быстрой заменой вынос-ной дизельной горелки на газовую с последующей ее наладкой. Котел продолжает рабо-тать с той же автоматикой, каких-либо переделок в тепловой схеме котельной при этом не требуется. Ряд стран предлагают на нашем рынке и комбинированные горелки, работаю-щие на двух видах топлива, в которых переход на другое топливо осуществляется про-

56

стым поворотом крана. Но подобные горелки достаточно сложны в устройстве, наладке и эксплуатации.

Электрические теплогенераторы не находят широкого применения в России, в основном, из-за высокого тарифа стоимости электроэнергии при ее использовании на отопительные нужды, а также из-за часто ограниченного лимита расчетной электрической мощности, выделяемого для строящегося здания. Подобные котлы с мощностью до 20 кВт чаще все-го используются для отопления и горячего водоснабжения жилых или вспомогательных зданий с небольшой площадью (до 100 м²).

Опыт эксплуатации котельного оборудования показывает, что при выборе даже дорогого теплогенератора следует стремиться к его максимальной конструктивной простоте, что является залогом его надежности. Абсолютно оправданно не находят широкого примене-ния в России комбинированные водогрейные котлы, конструкция которых позволяет ис-пользовать для его работы несколько, иногда до 4-х, видов топлива (природный газ, ди-зельное топливо, электричество, дрова или уголь). Наличие в котле дополнительного встроенного оборудования, не относящегося непосредственно к функционированию само-го котла (циркуляционный насос, расширительный бак, нагреватель для горячей воды, предохранительная и иная арматура) несколько упростит и ускорит монтаж котельной. Но при этом, опять же, снизится надежность теплогенератора, усложнятся его дальнейшая эксплуатация, а также обслуживание и ремонт указанного выше оборудования, которое лучше при проектировании вынести за пределы котла. От чего не следует отказываться, так это от наличия в конструкции горелки котла возможности плавно или ступенчато из-менять его мощность в зависимости от постоянно изменяющейся теплопотребности под-ключенных к нему систем. Это в значительной мере повысит устойчивость работы ко-тельного оборудования в процессе эксплуатации.

Особенностью всех современных теплогенераторов является то, что они комплектуются собственными средствами автоматизации, которые обеспечивают регулирование и управ-ление процессами функционирования не только самого котла, но и всех подключенных к нему теплопотребляющих систем. А они, в свою очередь, различаются как температурны-ми и гидравлическими параметрами работы, так и временем и продолжительностью дей-ствия.

Система отопления, в частности, потребляет теплоту только в холодный и переходный пе-риоды года. Изменение теплоподачи в них осуществляется путем изменения температуры воды от котла по задаваемому на его блоке управления графику качественного регулиро-вания в зависимости от текущей температуры наружного воздуха. В более простом вари-анте изменение теплоподачи в систему отопления осуществляется с помощью регулятора температуры внутреннего воздуха, установленного в контрольном помещении дома. Си-стема напольного отопления рассчитывается с более низкими, чем в традиционной систе-ме отопления, температурными параметрами воды и имеет в схеме котельной самостоя-тельный узел регулирования и управления. Действует она, как правило, круглый год и в зависимости от назначения имеет переменный или постоянный режим работы.