Структура и классификация водяной системы отопления

Твердотопливный котел – это теплогенератор, использующий в качестве топлива дрова, бурый или черный уголь, кокс, щепу, тырсу, прессованные топливные брикеты, пеллеты, отходы переработки различных продуктов растениеводства. Существуют модели, которые могут работать на всех видах топлива, или такие, которые работают лишь на одном, но дают больший КПД.

Раньше такие котлы были довольно примитивными и почти не имели автоматики. Значительная часть современных котлов может автоматически поддерживать заданную температуру воды. Это достигается за счет опускания и поднимания заслонки, которая замедляет или ускоряет горение.

Обычно такой котел требует правильно организованного дымохода для отведения продуктов сгорания. Тяга зависит, в первую очередь, от высоты дымохода. Для работы котла требуется регулярная загрузка топлива, иногда и до нескольких раз в день, а также периодическая очистка зольника от образующейся в результате сгорания топлива золы. Поэтому, хотя твердотопливный котел и более экономичен, чем газовый (в регионах, где имеется в избытке твердое топливо), он не получил широкого распространения как основной источник тепла.

Пиролизный котел (газогенераторный котел) - твердотопливный котел, в основу работы которого положен принцип пиролизного сжигания (или сухой перегонки) топлива, суть которого заключается в том, что под действием высокой температуры и в условиях недостатка кислорода сухая древесина разлагается на летучую часть - так называемый пиролизный газ и твердый остаток - древесный уголь (кокс).

Пиролиз древесины осуществляется при температуре 1100°С. Причем процесс этот экзотермический, то есть идущий с выделением тепла, за счет чего улучшается прогрев и подсушивание топлива в котле, и происходит подогрев поступающего в зону горения воздуха. Смешение кислорода с выделившимся пиролизным газом при высокой температуре вызывает процесс горения последнего, который используется в дальнейшем для получения тепловой энергии. При этом следует отметить, что пиролизный газ в процессе сгорания взаимодействует с активным углеродом, в результате чего дымовые газы на выходе из котла практически не содержат вредных примесей, являясь, по большей части, смесью углекислого газа и водяного пара. И даже СО2 такой котел будет выбрасывать в атмосферу до 3-х раз меньше, чем обычный дровяной и, тем более, угольный котел.

Газовый котел предназначен для сжигания газа (природного, сжиженного, биогаза) и передачи тепловой энергии от продуктов сгорания теплоносителю, который прокачивается встроенным насосом через первичный теплообменник.

Газовый котел может быть одноконтурным - работает только на отопление, двухконтурным (или комбинированным) - работает на отопление и на приготовление горячей воды, конденсационным или неконденсационным, с закрытой камерой сгорания (турбокотел) или с естественной тягой.

Газовый котел состоит из горелки с газовой арматурой, первичного теплообменника, циркуляционного насоса, расширительного бака, автоматики управления и устройств безопасности, и контура приготовления горячей воды (для двухконутрного котла). Современные навесные котлы имеют модуляцию мощности, что позволяет им плавно изменять количество генерируемого тепла в зависимости от текущих потребностей системы отопления.

Жидкотопливный котел - это котел максимально оптимизированный производителем для работы на дизельном топливе. Такие котлы поставляются с определенной моделью дизельной горелки (уже заранее установленной и настроенной самим производителем) и рассматривается в данном случае, как единое целое вместе с вентиляторной горелкой.

По принципу своей работы жидкотопливные котлы напоминают напольные газовые. По топливным насосам в камеру сгорания подается солярка, распыленная через форсунку при прохождении горелки. Затем ставшее туманообразным топливо смешивается с воздухом, нагнетаемым вентилятором, подается в зону горения и воспламеняется. В результате этого процесса в теплообменнике нагревается жидкость, которая потом переходит в трубы. Горячие батареи в помещении способствуют прогреванию воздуха.

Практически все устройства оснащаются электронным розжигом, который зажигает пламя, когда необходимо нагреть теплообменник. Так, расход топлива получается достаточно экономичным. Когда теплоноситель нагрет, функционирование приостанавливается.

Электрический котёл (электрокотел) — прибор, предназначенный для нагрева электрическим током теплоносителя в момент протекания через него. Нагретый теплоноситель поступает в систему отопления, где постепенно остывает в трубах и радиаторах, излучая тепло и нагревая помещение.

По своему устройству электрический котел для отопления значительно проще моделей работающих, например, на твердом или жидком топливе. Кроме того, они экологически безвредны и безопасны. Установить такой котел довольно просто практически в любое помещение. Теплоносителем может выступать обычная вода или незамерзающая жидкость (антифриз) определенной, рекомендованной производителем марки. Регулярную циркуляцию теплоносителя обеспечивает циркуляционный насос.

Электрические котлы подходят для отопления любых помещений: индивидуальных домов, коттеджей, дач, магазинов, складов, гаражей, АЗС и т.п. в качестве основного или резервного источника теплоснабжения.

ТЭН (Трубчатый Электрический Нагреватель) - представляет собой металлическую трубку, заполненную порошкообразным теплопроводящим электроизоляционным материалом, внутри которого находится спираль из сплава с высоким электрическим сопротивлением. С торцов выводятся резьбовые шпильки-контакты для подключения питающего напряжения. На оболочке ТЭНа отсутствует напряжение, поэтому их можно эксплуатировать при непосредственном контакте с нагреваемой средой. На концах этой трубки часто устанавливают резьбовой фланец для крепления ТЭНа.

Наиболее удобные в эксплуатации - это блок-ТЭНы. Они состоят из 3х ТЭНов, впаянных в общую латунную гайку. Такое крепление ТЭНов значительно надежнее и удобнее фланцевого соединения.

Для нагрева теплоносителя в электрокотлах ТЭНов может быть несколько. Мощность котла при этом является суммарной мощностью ТЭНов. Устанавливаются ТЭНы в специальном баке, называемом теплообменником. Имеется также блок управления с регулированием. 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 российской фирмы «Невский». 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. Мощность регулируется ступенчато, включением одного или нескольких ТЭНовых нагревателей. Пользователь при необходимости может принудительно задать максимальную мощность, в пределах которой котел может динамически менять потребление.

В электродных котлах вода нагревается не с помощью ТЭНа, а с помощью электродов. Эта деталь передает электричество воде, а она, в свою очередь, нагревается собственным сопротивлением при прохождении по ней тока. Напряжение, прилагаемое к помещенным в воду электродам, ионизирует ее, однако явление электролиза не наблюдается, так как катод и анод постоянно меняются местами с частотой 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. Эта вода должна обладать рядом свойств, важнейшим из которых является достаточное электрическое сопротивление, потому как, например, попытки нагреть дистиллированную воду не будут иметь успеха. Поэтому многие компании, выпускающие электродные котлы, также предлагают к нему специальный свой теплоноситель, представляющий из себя просто солевой раствор. Подготовить теплоноситель можно и самим в домашних условиях из обычной воды.

Принцип их работы основан на электромагнитной индукции. Вокруг трубы из диэлектрика намотана обмотка из изолированной проволоки. Протекающий по ней ток генерирует электромагнитное поле, которое, в свою очередь, вызывает нагрев любого ферромагнетика внутри трубы. Его катушка индуктивности расположена в отдельном герметичном отсеке. Это означает, что контакт с теплоносителем, циркулирующим в контуре аппарата, полностью исключен.

Комбинированные котлы - это котлы, которые предназначены для теплоснабжения жилых домов топливом для которых может служить либо твердое топливо (уголь, дрова и т.п.), либо природный газ низкого давления при установленной газовой автоматики (для комбинированного газового котла), либо жидкое топливо, а также электричество.

При переходе котла на другой вид топлива, одна горелка демонтируется и монтируется другая горелка. Осуществляется это очень просто. На фронтальной части корпуса комбинированного котла имеется входное фланцевое отверстие для сопла горелки, на крепежный фланец которого и монтируется (в зависимости от того, какое топливо предполагается в данный момент использовать) вентиляторная горелка, соответствующая тепловой мощности котла.

Монтаж горелки в комбинированный котел не представляет труда. Сопло горелки вставляется в отверстие, настраивается на глубину топочной камеры, и затем корпус горелки закрепляется винтами на фланце. Газовая (или жидкотопливная) линия присоединяется к горелке.

Плоский коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение (абсорбер), прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Абсорбер связан с теплопроводящей системой. Он покрывается чёрной краской либо специальным селективным покрытием (обычно чёрный никель) для повышения эффективности. Прозрачный элемент обычно выполняется из закалённого стекла с пониженным содержанием металлов, либо особого рифлёного поликарбоната. Задняя часть панели покрыта теплоизоляционным материалом (например, полиизоцианурит). Трубки, по которым распространяется теплоноситель, изготавливаются из сшитого полиэтилена либо меди. Сама панель является воздухонепроницаемой, для чего отверстия в ней заделываются силиконовым герметиком. При отсутствии забора тепла (застое) плоские коллекторы способны нагреть воду до 190—200 °C.

Возможно повышение температур теплоносителя вплоть до 250—300 °C в режиме ограничения отбора тепла. Добиться этого можно за счёт уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания в коллекторах вакуума.

Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высокоселективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянной трубкой находится вакуум. Именно вакуумная прослойка даёт возможность сохранить около 95 % улавливаемой тепловой энергии.

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой к теплоносителю с более высокой температурой. Геотермическое отопление дома – это своего рода инновационный способ отопить свой дом, который, однако, существует уже относительно давно.

В доме устанавливают тепловой насос, который превращает энергию грунта, воздуха, воды в тепло, требуемого для подогрева воды системы отопления дома.

Сам геотермальный тепловой насос включен в два контура. Внутри здания находится первый кольцевой контур. Под землей находится второй контур – теплообменник. Для организации второго контура под землей (глубина от двух метров) прокладывают трубы (шланг). На дне рек или озер закладывается скважина глубиной от 30м до 100м. Длина контура может составлять от нескольких сотен до нескольких десятков метров. Внутри контура циркулирует жидкость (вода либо вода, в которую добавлен антифриз).