При неплотной застройке жилых районов одно-двухэтажными зданиями применяют системы 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 м . Водонагреватель (рис. 1) состоит из внешнего цилиндра (кожуха), внутреннего бака из стального оцинкованного листа толщиной 3 мм, основной и запальной газовых горелок и газо-отводящего устройства. В центре бака расположена жаровая теплообменная труба. Холодная вода поступает в бак снизу и, постепенно нагреваясь, поднимается к выходному патрубку в верхней его части. В нижней части аппарата расположены основная и запальная горелки. Основная горелка - эжекционная, где происходит частичное предварительное смешивание газа с воздухом. Первичный воздух (в количестве 55 % теоретически необходимого для полного сжигания) поступает из помещения в горелку, эжектируясь струей газа. Газо-воздушная смесь, выходя из огневых отверстий чугунной головки горелки, поджигается пламенем запальной горелки. Вторичный воздух поступает к пламени уже в самой топке.
Рис.1. 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 - терморегулятор; 10 - тепловая изоляция; 11 - запальная горелка; 12 - термопара; 13 - основная
горелка
При работе основной горелки вода нагревается до требуемой температуры (80...90 °С), после чего терморегулятор автоматически прекращает доступ газа к основной горелке. Запальная горелка работает постоянно, и при понижении температуры воды воспламеняет газо-воздушную смесь, вновь выходящую из основной горелки. Подача газа в аппарат автоматически прекращается при недопустимом снижении давления газа, а также при уменьшении разрежения в дымоходе.
Для водяного отопления используют также комбинированные аппараты с водяным контуром типа АКГВ (тепловая мощность 20 кВт, температура нагретой воды 50...90 °С, КПД около 83 %) с двумя отдельными теплообменниками для горячего водоснабжения и отопления.
Применяют также компактные отопительные газовые аппараты с водяным контуром типа АОГВ (тепловая мощность 11...29 кВт, площадь отапливаемых помещений 80...200 м ), предназначенные для работы на природном и сжиженном газе.
На рис. 2 показан отопительный аппарат типа АОГВ, представляющий собой напольный шкаф из листовой стали. В конструкцию нагревателя входят теплообменник, горел очные устройства с эжекционной горелкой, блоки автоматики. Теплообменник выполнен в виде сварного штампованного радиатора, размещенного горизонтально и имеющего со стороны задней стенки аппарата трубы входа и выхода воды. Перед патрубком дымоотвода создана специальная полость - короб, служащий для стабилизации тяги в камере сгорания.
Рис. 2. Газовый отопительный аппарат с водяным контуром типа АОГВ: 1 - газовый кран; 2 - газопровод; 3 - блок автоматики регулирования; 4 - блок автоматики безопасности; 5 - датчик тяги; б - датчик температуры воды; 7 - термометр; 8 - основная горелка; 9 -патрубок входа; 10 - змеевик теплообменника; 11 - выход горячей воды; 12 - короб дымоотвода; 13 - патрубок дымоотвода; 14 -запальная горелка; 15 -регулятор первичного воздуха 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 системе 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 низкого КПД.
За последние годы в российских городских предместьях отмечается значительный рост индивидуального жилищного строительства. Как правило, современный жилой дом представляет собой капитальное строение с постоянным проживанием людей, имеющее несколько этажей с большим количеством разнофункциональных помещений. Строительство подобного дома сопровождается повышенными требованиями заказчика к комфорту проживания в нем. Помимо традиционных инженерных систем (отопление и горячее водоснабжение), в доме часто предусмотрены и другие теплопотребляющие системы: обогреваемые полы в отдельных помещениях, бассейн, приточная вентиляция, кондиционирование воздуха.
Также необходимо отметить, что в настоящее время в условиях интенсивной городской застройки часто наблюдается отказ от традиционного для России централизованного теплоснабжения. По различным причинам (прежде всего, загруженность и ветхость существующих городских тепловых сетей) все чаще вновь возводимые здания оснащаются децентрализованной системой теплоснабжения с собственной встроенной, пристроенной или крышной котельной.
Российский рынок очень быстро отреагировал на возросший спрос по современному оборудованию 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 промышленность пока не может удовлетворить резко возросший спрос на подобную технику и предложить российскому потребителю высококачественное и многофункциональное те-плогенерирующее 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 атмосферной горелкой (поступление воздуха для горения газа за счет естественной тяги в дымовой трубе, рис. 3, а), либо выносной горелкой (принудительное создание газовоздушной смеси, рис. 3, б). Разница в конструкции котла при этом существенная, что связано с технологическим принципом устройства топочной камеры. Котлы устанавливаются непосредственно на пол котельной или на невысокий (200...300 мм) фундамент.
А) В)
Рис. 3. Напольный водогрейный котел: а - с газовой атмосферной горелкой; б - с выносной газовой или дизельной горелкой с принудительным наддувом
Принципиально различаются теплогенераторы с емкостью для нагрева воды цельностальной или набранной из отдельных, как правило, чугунных секций. Последние более корро-зионностойкие, что важно, так как качество водопроводной воды, которой заполняются 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. 4), которые имеют очень широкое распространение на Западе. Настенный генератор теплоты имеет много преимуществ. Он компактен, удобен в монтаже и эксплуатации, универсален в выборе места его размещения в доме. Котел оснащен уже встроенным в него необходимым оборудованием: циркуляционным насосом, расширительным мембранным баком, воздухоотводчиком, предохранительной и запорной арматурой. Определенный 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. Последние осуществляют как функцию отопления, так и горячего водоснабжения.
Рис. 4. Настенный двухконтурный газовый водогрейный котел
При отсутствии газа следующим по значимости является более дорогое дизельное топливо. 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 генератором теплоты.
Как правило, конструкция подобного котла универсальна (см. рис. 3, б), и переход на использование в нем природного газа осуществляется простой и быстрой заменой выносной дизельной горелки на газовую с последующей ее наладкой. Котел продолжает работать с той же автоматикой, каких-либо переделок в тепловой схеме котельной при этом не требуется. Ряд стран предлагают на нашем рынке и комбинированные горелки, работающие на двух видах топлива, в которых переход на другое топливо осуществляется простым 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 всего 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 применения в России комбинированные водогрейные котлы, конструкция которых позволяет использовать для его работы несколько, иногда до 4-х, видов топлива (природный газ, дизельное топливо, электричество, дрова или уголь). Наличие в котле дополнительного встроенного оборудования, не относящегося непосредственно к функционированию самого 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 изменять его мощность в зависимости от постоянно изменяющейся теплопотребности подключенных к нему систем. Это в значительной мере повысит устойчивость работы котельного оборудования в процессе эксплуатации.
Особенностью всех современных теплогенераторов является то, что они комплектуются собственными средствами автоматизации, которые обеспечивают регулирование и управление процессами функционирования не только самого котла, но и всех подключенных к нему теплопотребляющих систем. А они, в свою очередь, различаются как температурными и гидравлическими параметрами работы, так и временем и продолжительностью действия.
Система отопления, в частности, потребляет теплоту только в холодный и переходный периоды года. Изменение теплоподачи в них осуществляется путем изменения температуры воды от котла по задаваемому на его блоке управления графику качественного регулирования в зависимости от текущей температуры наружного воздуха. В более простом варианте изменение теплоподачи в систему отопления осуществляется с помощью регулятора температуры внутреннего воздуха, установленного в контрольном помещении дома. Система напольного отопления рассчитывается с более низкими, чем в традиционной системе отопления, температурными параметрами воды и имеет в схеме котельной самостоятельный узел регулирования и управления. Действует она, как правило, круглый год и в зависимости от назначения имеет переменный или постоянный режим работы.