Первично вторичные кольца отопительных систем: Первично-вторичные кольца отопительных систем – Все о ремонте и строительстве

Первично-вторичные кольца отопительных систем – Все о ремонте и строительстве

Сравнительно недавно наметился новый подход к монтажу сложных систем отопления с большим количеством потребителей тепла. Сразу за котлом в пределах этажа создается короткое первичное замкнутое кольцо (рис. 43), куда насосом подается теплоноситель. Циркуляционный насос котла перекачивает теплоноситель только по первичному кольцу. В нем делают отводы для питания ветвей с потребителями тепла: поэтажные ветки с радиаторами, «теплые полы» и т. п. — это вторичные кольца. Каждое вторичное кольцо снабжено своим насосом. Отбор воды и ее возврат должен быть расположен рядом, не далее 300 мм друг от друга.

рис. 43. Пример схемы отопления с первично-вторичными кольцами

Вторичные кольца могут быть выполнены как самостоятельные системы отопления по любой из ранее приведенных на сайте схем и по любому способу соединения труб: тройниковому или коллекторному. Иными словами, возле котла делается циркуляционное кольцо, которое как бы работает само на себя, а к нему присоединяются другие совершенно самостоятельные кольца, в которых первичное кольцо выступает в роли генератора тепла (котла).

Причем вместо расширительных бачков для вторичных колец выступает первичное кольцо.

Рассмотрим принцип действия этой системы. Из правил дорожного движения многим, наверняка, знакома кольцевая транспортная развязка. Все автомобили, заезжая на эту развязку, движутся по кольцу в одном направлении. Перестраиваясь в правый ряд, автомобили могут свернуть на любую из дорог, примыкающих к кольцу, но если они продолжают движение по кольцу, то они должны уступить дорогу автомобилям, въезжающим на кольцо. Все просто и логично (рис. 44).

рис. 44. Автомобильная транспортная развязка «круговое движение»

В первичном кольце отопительной системы установлен циркуляционный насос, гоняющий воду по кругу (рис. 45, а). Теплоносителю попросту некуда деться, подгоняемый насосом, он совершает бесконечное круговое движение, не производя никакой полезной работы, совсем как «чертово колесо» в парке детских аттракционов. Кабинки бесконечно поднимаются вверх, но сколько бы их ни поднялось, ровно такое же количество кабинок опускается вниз — теплоноситель только циркулирует по первичному кольцу, без подъема высоты воды.

рис. 45. Принципиальная схема устройства первично–вторичных колец

Присоединим к первичному кольцу еще одно кольцо (рис. 45, б). Очевидно, что вода тут же заполнит его и остановится. Вторичное кольцо имеет большую протяженность, чем участок трубопровода (между точками А и Б) первичного кольца между отводами на кольцо вторичное. Следовательно, гидравлическое сопротивление вторичного кольца значительно превышает гидравлическое сопротивление на участке А–Б. Теплоноситель всегда течет в ту сторону, где наименьшее гидравлическое сопротивление, то есть циркуляция в первичном кольце будет продолжаться, а во вторичном она прекратится. В общем, все автомобили, заехавшие на второе кольцо, не могут с него выехать. Наш теплоноситель никто правилам дорожного движения не обучал, поэтому он правил не знает и дорогу «помехе справа» не уступает. Все автомобили стремятся побыстрее проехать транспортную развязку по кольцу, а те, что столпились на боковой дороге, их нисколько не беспокоят.

В данной схеме отопления мы этого и добиваемся. Нам нужно, чтобы общее кольцо было всегда в рабочем состоянии, а вторичные в нерабочем. Мы будем задействовать их по необходимости. В самом деле, наверное глупо гонять всю сложную систему отопления, если в данный момент нам не нужна, например, система подогрева полов в бассейне. Еще раз повторимся, что система отопления с первично-вторичными кольцами главным образом направлена для сложных отопительных систем с большим количеством потребителей, использующих разные температурные режимы, но работающая от одного генератора тепла (котла). Для того чтобы вторичное кольцо находилось в нерабочем состоянии, нужно чтобы гидравлическое сопротивление в точках А и Б было примерно одинаковым. Для этого максимальная длина этого участка делается не больше четырех диаметров трубы (4d). Обычно для труб диаметром от 1,5 до 3 дюймов это расстояние не превышает предел, соответственно, от 6 до 12 дюймов (150–300 мм). Это нужно для того, чтобы сопротивление участка между точками А и Б было чрезвычайно мало. Зачем теплоносителю затекать во вторичное кольцо, преодолевать гидравлическое сопротивление и циркулировать? Он преспокойненько протечет участок А–Б, где гидравлическое сопротивление практически приближается к нулю.

Диаметр труб первичного кольца определяется, исходя из общего расхода теплоносителя по всем вторичным контурам (табл. 1). Обычно он равен диаметру патрубков отопительного котла, который в свою очередь подбирается по площади отапливаемых помещений. Циркуляционный насос первичного кольца подбирается, исходя из гидравлического сопротивления этого кольца. Поскольку в первичном кольце нет большого количества тройников и углов поворотов, то, как правило, требуется довольно слабый насос, устанавливаемый без фундамента непосредственно в трубопровод.

Для включения вторичного кольца в процесс отопления дома возможны три варианта (рис. 46). Установить на участке А–Б трубу меньшего сечения — байпас. Если опять перейти к примеру с транспортным кольцом, то установка на участке А–Б трубы меньшего проходного сечения образует на этом участке пробку и часть автомобилей попытаются ее объехать по вторичному кольцу. Установить в точке Б трехходовой кран, своеобразный шлагбаум, который будет частично или полностью перенаправлять тепловой поток во вторичное кольцо. Оба способа требуют достаточно точного теплотехнического расчета, а вариант с трехходовым краном еще и ручного или автоматического управления краном.

рис. 46. Варианты включения циркуляции во вторичном кольце отопления

Поэтому проще всего установить на вторичном кольце свой циркуляционный насос, включение которого приводит теплоноситель в движение, а выключение останавливает циркуляцию и отключает вторичное кольцо от системы отопления. Следует заметить, что современные циркуляционные насосы изготавливаются с управляемыми скоростными режимами, они бывают двух- и трехскоростными. Задавая насосу скорость работы, мы можем управлять скоростью циркуляции, а следовательно, и температурным режимом. Остановкой насоса мы можем выключить все вторичное циркуляционное кольцо, а первичное кольцо будет работать в прежнем режиме. И еще раз повторимся, схема отопления во вторичном кольце может быть выполнена по любой из схем насосной циркуляции, приведенных на предыдущих страницах сайта, с единственной разницей, что место котла здесь занимает первичное кольцо, а место расширителя — общий участок колец А–Б.

Циркуляционный насос для вторичного кольца подбирается, исходя из гидравлического сопротивления этого кольца, то есть первичное кольцо как бы не берется во внимание и насос подбирается для вторичного кольца, как для самостоятельной отопительной системы. Вот такая хитрая схема: много вторичных колец присоединяется к кольцу первичному и все они рассматриваются как самостоятельные тепловые системы со своими потребителями и насосами и при этом отключение и включение вторичных колец никак не сказывается на других вторичных кольцах.

Но что будет происходить в первичном кольце если, на вторичных кольцах будут установлены циркуляционные насосы большей или меньшей мощности, чем насос на первичном кольце? Попробуем разобрать эту ситуацию на примерах (рис. 47).

рис. 47. Примеры установки в первичное и вторичное кольца отопления циркуляционных насосов различной мощности

1. Допустим, мы подобрали как первичный, так и вторичный насосы производительностью 10 литров в минуту. Когда вторичный насос не работает, расход, развиваемый первичным насосом, то есть 10 литров в минуту, будет циркулировать между точками Б и А. Во вторичном кольце никакой циркуляции не будет. При включении вторичного насоса весь расход воды будет отбираться в точке Б из первичного кольца во вторичное. Расход воды через общий участок трубопровода А–Б будет нулевым. Помните? Вся вода, входящая в тройник, должна из него выйти. В данном случае у воды есть два пути выхода из тройника: продолжить путь по первичному кольцу или завернуть во вторичное. И каким путем она пойдет, полностью зависит от того включен вторичный насос или нет. При включенном вторичном насосе мощностью равном мощности первичного насоса на участке А–Б циркуляция останавливается, но она полностью возобновляется сразу же после точки А, то есть включение вторичного насоса никак не влияет на циркуляцию (в целом) в первичном кольце.
2. Давайте теперь немного изменим условия. Допустим, производительность первичного насоса 10 литров в минуту, а вторичного насоса — 5 литров в минуту. Когда вторичный насос не работает, весь поток в 10 литров в минуту от первичного насоса будет проходить через общий участок трубопровода А–Б. Включение вторичного насоса будет отбирать 5 литров в минуту через тройник в точке Б. Остальные 5 литров пройдут через общий участок, а в точке А к ним вновь присоединятся те самые 5 литров в минуту, которые прошли по вторичному кольцу. Включением вторичного насоса мы разделили имеющийся поток на два направления, но после прохождения общего участка А–Б он вновь соединился и на циркуляцию теплоносителя в первичном кольце в целом это опять ни как ни повлияло.
3. Опять изменим условия. Установим насос производительностью 10 литров в минуту на первичном кольце, а более мощный насос производительностью 15 литров в минуту на вторичном. Когда вторичный насос выключен, через участок А–Б будет, как и положено, проходить поток жидкости объемом 10 литров в минуту. Однако при включении вторичного насоса, он начинает требовать от первичного кольца 15 литров в минуту, но где же он возьмет недостающие 5 литров, если со стороны котла к точке Б первичный насос за одну минуту поставляет только 10 литров? А все очень просто, недостающие 5 литров вторичный насос вытянет с противоположной стороны тройника с участка А–Б. А другими словами, насос втянет воду, которую сам же и вытолкнул в точке А, то есть на тройнике в точке А теплоноситель раздваивается пополам: одна часть поступает через участок А–Б обратно во вторичное кольцо, а другая продолжает движение по первичному кольцу. Как видим на циркуляцию теплоносителя в первичном кольце в целом установка мощного насоса на вторичном кольце опять никак не повлияла.

Отсюда следует сделать вывод, что на первичном кольце можно устанавливать насосы мощностью, рассчитанной на преодоление гидравлического сопротивления только первичного кольца.

Но не все так просто. На вторичном кольце с мощным насосом произошло подмешивание охлажденной воды к воде горячей, а это сказывается на температурном режиме всего вторичного кольца. И там, где инженер-теплотехник только радостно потрет руки, так как у него появилась возможность изменением мощности циркуляционного насоса менять температуру теплоносителя, у простого человека руки опустятся. Не владея основами теплотехники, вы не сможете рассчитать систему отопления. Поэтому, такой в общем-то не слабый шанс качественной регулировки системы отопления, не специалисту придется упустить. При использовании системы отопления с первично-вторичными кольцами вам на первичное кольцо нужно устанавливать насосы, равные или превосходящие самый мощный насос на вторичном кольце.

рис. 48 Регулирование вторичного кольца включением (выключением) циркуляционного насоса

Самый простой способ устройства регулирования температуры теплоносителя во вторичных кольцах, это установить на вторичные насосы двухпозиционные выключатели (вкл/выкл), подчиняющиеся комнатному регулятору (рис. 48). Например, если установить на регуляторе температуру 21°С, он будет отдавать команду на включение циркуляционного насоса при понижении или на выключение при повышении температуры воздуха. Другими словами, если в доме холодно, то датчик включает насос и он будет работать до тех пор, пока температура воздуха помещения не достигнет 21°С, затем последует команда на отключение насоса. Таким образом, последовательное включение и отключение вторичного насоса выровняет температуру до требуемого значения. Если на улице вдруг похолодает, то тут же возрастут теплопотери здания и насос, подчиняясь команде комнатного контроллера, обычно расположенного на наружной стене, тут же перейдет в рабочий режим. В общем, отопительная система работает, как обычный бытовой холодильник, стоящий на нашей кухне: сам по себе включается, сам выключается.

 

Сложные системы отопления – компания Аквагарант

Появились вопросы после прочтения нашей статьи “Сложные системы отопления”? Позвоните по номеру +7(473)251-64-10 или воспользуйтесь формой расчета стоимости.

Компания “Аквагарант” осуществляет услуги по монтажу энергосберегающих систем отопления коттеджей в Воронеже. Мы смонтируем автоматизированную котельную, установим в каждой комнате термостат, с помощью которого Вы зададите нужную температуру. Соберём такую котельную, в которую не нужно постоянно “бегать”, чтобы прибавить или убавить что-либо. Мы гуру в системах отопления коттеджей.

  

Что является сложной системой отопления ?

 

Если Вы хотите у себя дома иметь помимо радиаторов, отопление тёплым полом, а так же два санузла, в каждом из которых будет своя ванна и раковина (в такой ситуации уже нужно устанавливать бойлер минимум 150 литров, работающий от котла), то такую систему отопления уже можно назвать сложной. Подобные системы отопления правильно делать по принципу первично-вторичных колец. 

Система отопления с первично-вторичными кольцами главным образом направлена для сложных отопительных систем с большим количеством потребителей, использующих разные температурные режимы, но работающая от одного генератора тепла – котла/котлов. Теплоноситель насосом подается в первичное замкнутое кольцо, расположенное сразу за котлом 

Поэтому циркуляционный насос котла отопления перекачивает теплоноситель только по первичному кольцу. Вторичные кольца возникают в результате создания отводов для питания ветвей с потребителями тепла: бойлер, теплые полы, радиаторы, и т. д. На каждое вторичное кольцо ставится насос. Всё компонуется очень плотно: отбор воды и ее возврат должен быть расположен рядом, не далее 300 мм друг от друга.

 

схема первично-вторичных колец системы отопления

 

 

1. котел отопления
2. мембранный расширительный бак
3. сепаратор воздуха
4. циркуляционный насос первичного кольца
5. коллекторы
6. циркуляционные насосы вторичных колец
7. радиаторная система отопления первого этажа
8. система отопления теплый пол
9. радиаторная система отопления второго этажа 
10. система горячего водоснабжения с накопительным водонагревателем

     

Любое вторичное кольцо может быть выполнено как самостоятельная система отопления. Таким образом возле котла отопления делается циркуляционное кольцо, которое как бы работает само на себя, а к нему присоединяются другие совершенно самостоятельные кольца, в которых первичное кольцо выступает в роли генератора тепла (котла). 

Рассмотрим принцип действия этой системы. В качестве примера рассмотрим кольцевую транспортную развязку из правил дорожного движения. 

 

кольцевое движение

 

 

Все автомобили, заезжая на эту развязку, движутся по кольцу в одном направлении. Перестраиваясь в правый ряд, автомобили могут свернуть на любую из дорог, примыкающих к кольцу. В случае если они продолжают движение по кольцу, то ни должны уступить дорогу автомобилям, въезжающим на кольцо. 
В первичном кольце отопительной системы установлен циркуляционный насос, гоняющий воду по кругу (рис.2а)

 

котловой контур – кольцо

 

Теплоноситель совершает бесконечное круговое движение (без подъема воды на высоту) не производя никакой полезной работы. 
Если к первичному кольцу присоединить еще одно кольцо (рис. 2б), то без сомнений вода тут же заполнит его и остановится. Гидравлическое сопротивление вторичного кольца значительно превышает гидравлическое сопротивление на участке А–Б. т.к. участок трубопровода (между точками А и Б) первичного кольца гораздо меньше протяженности вторичного кольца. Теплоноситель всегда течет в ту сторону, где наименьшее гидравлическое сопротивление. Поэтому циркуляция будет продолжаться только в первичном кольце. Наша цель добиться, чтобы общее кольцо было всегда в рабочем состоянии, а вторичные мы будем задействовать по необходимости. Вывод прост: если в данный момент нам не нужна, например, система подогрева полов в зимнем саду, то зачем запускать циркуляцию всей сложной системы отопления. Если мы добьемся, чтобы гидравлическое сопротивление в точках А и Б было примерно одинаковым, то вторичное кольцо будет находится в нерабочем состоянии. Для этого максимальная длина этого участка делается не больше четырех диаметров трубы (4 d). Обычно для труб диаметром от 1,5 до 3 дюймов это расстояние не превышает предел, соответственно, от 6 до 12 дюймов (150–300 мм). Гидравлическое сопротивление на участке А–Б практически приближается к нулю и теплоноситель пройдет мимо вторичного кольца. Диаметр труб первичного кольца определяется, исходя из общего расхода теплоносителя по всем вторичным контурам, а расход в свою очередь определяется диаметром труб и их протяжённостью. При подборе циркуляционного насоса первичного кольца ориентируемся на гидравлическое сопротивление этого кольца. Сюда достаточно поставить довольно слабый насос, поскольку на данном отрезке нет сложных ответвлений и поворотов. 

Для включения вторичного кольца в процесс отопления дома возможны три варианта (рис. 3). 

   1) Установить на участке А–Б трубу меньшего сечения — байпас. Если опять перейти к примеру с транспортным кольцом, то установка на участке А–Б трубы меньшего проходного сечения образует на этом участке пробку и часть автомобилей попытаются ее объехать по вторичному кольцу. 

 

работа вторичного контура

 

   2) Установить в точке Б трехходовой кран, своеобразный шлагбаум, который будет частично или полностью перенаправлять тепловой поток во вторичное кольцо. Оба способа требуют достаточно точного теплотехнического расчета, а вариант с трехходовым краном еще и ручного   или автоматического управления краном. 

   3) Наиболее эффективно будет установить свой циркуляционный насос на вторичном кольце. Включение насоса приводит теплоноситель в движение, а выключение останавливает циркуляцию и отключает вторичное кольцо от системы отопления. Для простоты использования современные циркуляционные насосы изготавливаются с управляемыми скоростными режимами, они бывают двух- и трех скоростными. Мы можем управлять скоростью циркуляции, а следовательно, и температурным режимом. 

Циркуляционный насос для вторичного кольца подбирается как для самостоятельной отопительной системы и исходя из гидравлического сопротивления этого кольца. Вывод: много вторичных колец присоединяется к кольцу первичному и все они рассматриваются как самостоятельные тепловые системы со своими потребителями и насосами и при этом отключение и включение вторичных колец никак не сказывается на других вторичных кольцах.  
Теперь рассмотрим несколько вариантов работы системы, если на вторичных кольцах будут установлены циркуляционные насосы большей или меньшей мощности, чем насос на первичном кольце (рис. 4). 

   4) Примеры установки в первичное и вторичное кольца отопления циркуляционных насосов различной мощности. 

•  Установим насосы равной производительности, допустим 10 литров в минуту, на оба кольца. Отключен вторичный насос ( в нем никакой циркуляции не происходит). Циркуляция в первичным кольце, то есть 10 литров в минуту, будет происходить между точками Б и А. При включении вторичного насоса весь расход воды будет отбираться в точке Б из первичного кольца во вторичное. Через участок трубопровода А–Б расход воды будет нулевым, но она полностью возобновляется сразу же после точки А. Поэтому включение вторичного насоса никак не влияет на циркуляцию (в целом) в первичном кольце. 
• Теперь установим первичный насос производительностью 10 литров в минуту, а вторичный — 5 литров в минуту. Отключен вторичный насос. Весь поток будет проходить через общий участок трубопровода А–Б с расходом 10 литров в минуту. При включении вторичного насоса через тройник в точке Б будет отбирать 5 литров в минуту. Остальные 5 литров пройдут через А–Б, а в точке А в русло вольются 5 литров в минуту, которые прошли по вторичному кольцу. Включяя вторичный насос мы разделяем данный поток на два направления, однако после прохождения участка А–Б он вновь соединился. Следовательно на циркуляцию теплоносителя в первичном кольце в целом это опять ни как ни повлияло. 
• Установим на первичном кольце насос производительностью 10 литров в минуту , а на вторичном 15 литров в минуту. Начало такое же. Вторичный насос отключен, следовательно через участок А–Б будет проходить циркуляция 10 литров в минуту. Однако при включении вторичного насоса, он начинает требовать от первичного кольца 15 литров в минуту, но где же он возьмет недостающие 5 литров, если со стороны котла к точке Б первичный насос за одну минуту поставляет только 10 литров? Недостающие 5 литров вторичный насос вытянет с противоположной стороны тройника с участка А–Б. На тройнике в точке А теплоноситель раздваивается пополам: одна часть поступает через участок А–Б обратно во вторичное кольцо, а другая продолжает движение по первичному кольцу. Насос втянет воду, которую сам же и вытолкнул в точке А. Вывод: на циркуляцию теплоносителя в первичном кольце установка мощного насоса на вторичном кольце в целом никак не повлияла. 

 

 К какому выводу мы пришли? На первичном кольце можно устанавливать насосы мощностью, рассчитанной на преодоление гидравлического сопротивления только первичного кольца. Однако возникла проблема. У нас изменился температурный режим всего вторичного кольца. На вторичном кольце с мощным насосом произошло подмешивание охлажденной воды к воде горячей. Не владея основами теплотехники, вы не сможете рассчитать систему отопления. Грамотным подбором мощности циркуляционных насосов получить качественную регулировку температуры теплоносителя могут лишь люди, обладающие достаточными профессиональными навыками. Вот один из примеров, как это можно сделать.  

 Самый простой способ устройства регулирования температуры теплоносителя во вторичных кольцах, это установить на вторичные насосы двухпозиционные выключатели (вкл/выкл), подчиняющиеся комнатному регулятору Устанавливаем на регуляторе определенную температуру, допустим комфортную для нас 23°С. Регулятор отдает команду на включение циркуляционного насоса при понижении или на выключение при повышении температуры воздуха. Если температура в комнате упала, то датчик включает насос. Он будет работать до тех пор, пока температура воздуха помещения не достигнет 23°С, после чего последует команда на отключение насоса. Выравнивание температуры до требуемого значения происходит путем последовательного включения и отключения вторичного насоса . Если на улице температура упала? Возрастут теплопотери здания и насос тут же перейдет в рабочий режим (комнатного контроллера, обычно расположенного на наружной стене). 

управление насосом с помощью регулятора

 

 Гидравлическая независимость вторичных колец упрощает проектные расчеты и позволяет выбирать варианты управляющей электроники: от простых и недорогих термостатов до сложных погодозависимых контроллеров.  

Высоко и низкотемпературные системы отопления вторичных колец

 

смесительный клапан для отопления

 

 

1. котел
2. мембранный расширительный бак
3. сепаратор воздуха
4. циркуляционный насос первичного кольца
5. гидроколлекторы (распределительные гребенки)
6. циркуляционные насосы вторичных колец
7. радиаторная система отопления первого этажа
8. система отопления тёплый пол
9. радиаторная система отопления второго этажа
10. бойлер для горячего водоснабжения
11. трёхходовой смеситель
12. четырёхходовой смеситель

     

При подсоединении вторичных колец отопления к гидроколлектору необходимо соблюдать некоторую последовательность. Отопительные кольца, которым вы хотите отдать приоритет, необходимо присоединять ближе к котлу. Например, это будут высокотемпературные системы отопления, а низкотемпературные можно переместить в конец первичного кольца. Чем дальше потребитель от начала кольца, тем холоднее воду он получает, т. к. каждое вторичное кольцо отдает в систему охлажденную воду. 

Проектирование комбинированной системы – это не самое сложное. Гораздо труднее развести трубопроводы в реальном доме не запутавшись в трубах. Для облегчения этой задачи некоторые изготовители теплотехнического оборудования производят готовые узлы гидроколлекторов. Их нужно просто соединить с котлом и потребителями. Обычно в комплекте с гидроколлекторами поставляются регулирующие трех- и четырехходовые краны вместе с автоматикой. Все оборудование компактно размещается в помещении котельной, а к потребителям тепла идут только трубы. 
 

коллектор отопления гидролого

 

 

 

Как определить, что мой теплообменник треснул? [С иллюстрациями]

Треснувший теплообменник – большая проблема для домовладельцев! Это не то, с чем вы хотите иметь дело самостоятельно, и если это останется нерешенным, последствия могут быть катастрофическими. Вот некоторые важные вещи, которые нужно знать о трещинах в теплообменниках и о том, как лучше всего их устранять, когда они возникают. Давайте погрузимся в это!

Кроме того, имейте в виду, что трещина в теплообменнике — это одна из нескольких проблем, по поводу которых вам, возможно, придется обратиться к специалисту. Если вы хотите узнать больше об этих проблемах, ознакомьтесь с нашим блогом, посвященным обычному ремонту печей.

Будьте в безопасности с ремонтом печи superTech

Что такое теплообменник?

Теплообменник

Для начала, что такое теплообменник? Каждая газовая печь имеет как минимум один теплообменник. Теплообменник представляет собой набор металлических змеевиков в топке, который нагревается непосредственно дымовыми газами и огнем. Он используется для передачи тепла от выхлопных газов / дымовых газов в ваш дом, не пропуская вредные материалы для вашего дыхания!

Первичный теплообменник

Если эффективность вашей печи составляет 70-80%, то у вас есть только один теплообменник. Печи с высоким КПД (90% и выше) содержат первичный и вторичный теплообменники. Первичный теплообменник расположен за горелкой и имеет самые горячие дымовые газы.

Вторичный теплообменник

Во вторичном теплообменнике дымовые газы подвергаются дальнейшему теплообмену и образованию водяного пара. После выхода из первичного теплообменника горючий газ поступает во вторичный теплообменник. Когда вода превращается из пара в жидкость, она выделяет больше тепла во вторичном теплообменнике. Это делает печь еще более эффективной.

Теперь вам может быть интересно, что такого страшного в небольшой трещине в теплообменнике вашей печи. Что ж, давайте приступим к делу, чтобы вы могли понять, почему.

Опасен ли треснувший теплообменник?

Вы, вероятно, задаетесь вопросом, опасна ли простая трещина теплообменника или можно игнорировать этот вопрос? Хорошо. треснувший теплообменник на самом деле является тихой смертельной ловушкой. Если есть трещина в теплообменнике, это может привести к утечке угарного газа (CO) из вашей газовой печи. Представьте себе: вот вы сидите в своей гостиной, а через мгновение вокруг отключается электричество! Все из-за этого маленького кусочка, оставленного без присмотра. Если его не заменят в ближайшее время, то будьте готовы попрощаться с жизнью, какой вы ее знаете, — без всякого предупреждения! Итог: этот природный газ ядовит и может быть смертельным. Отравление угарным газом проявляется необъяснимыми головными болями, головокружением, тошнотой, одышкой, странными обмороками, потерей сознания. усталость и проблемы со зрением.

Как узнать, что у меня треснул теплообменник?

Удивительно, но одна из самых пугающих вещей заключается в том, что вы не узнаете, если у вас треснул теплообменник. Когда возникает трещина, обычно нет никаких ранних предупредительных признаков, пока она не станет почти смертельной. Ваша печь может перестать работать, если вам повезет, но чаще всего она будет продолжать работать даже с трещиной, позволяя угарному газу просачиваться в ваш дом. Единственными признаками того, что у вас поврежден теплообменник, является отсутствие тепла зимой, повторяющиеся симптомы гриппа или звуковой сигнал детектора угарного газа. Но не всем повезло получить предупреждающий знак.

Детектор угарного газа ВЫКЛЮЧАЕТСЯ

Вы можете услышать срабатывание датчика угарного газа (СО). Вы должны знать, что если ваш детектор угарного газа срабатывает, ваше устройство не только протекает; возможно, он выделяет довольно много угарного газа. Обычно детекторы угарного газа подают сигнал тревоги на высокой громкости. Серьезно, не игнорируйте сигнал тревоги вашего детектора угарного газа! Большинство детекторов CO имеют высокий предел перед срабатыванием, а многие вообще не срабатывают. Детекторы угарного газа имеют срок годности, поэтому, если вашему детектору больше пяти лет, его следует заменить.

Члены семьи испытывают симптомы гриппа

В худшем случае из вашего треснувшего теплообменника может вытекать угарный газ, а ваши детекторы не смогут его обнаружить. Обратите внимание, если у кого-то в вашем доме появляются головные боли или гриппоподобные симптомы без ясной причины. Воздействие угарного газа вызывает головные боли, сонливость, головокружение, тошноту и одышку, а также коллапс, потерю сознания и проблемы со зрением. Пожилые люди, маленькие дети и домашние животные особенно уязвимы к отравлению угарным газом. Мы рекомендуем домохозяйствам с домашними животными, маленькими детьми или пожилыми людьми использовать два детектора угарного газа.

Ваша печь не производит тепла

Посмотрите на это так, если ваша печь перестала работать из-за трещины в теплообменнике, считайте себя счастливчиком! Неудобство сломанной печи ничто по сравнению с опасностью утечки СО. Утечка воздуха в теплообменнике вашей печи может помешать огню разгореться в топке и задуть его в камеру горелки. В зависимости от вашей печи, она может отключиться, как только пламя вырвется из камеры горелки, благодаря датчику безопасности, называемому выкатыванием пламени. Важно отметить, что это происходит не в каждом случае с треснутыми теплообменниками. Это только второй вариант наилучшего сценария; первый лучший вариант — ежегодно проводить техническое обслуживание печи на вашем устройстве, чтобы ваш техник выявлял трещины до того, как могут возникнуть какие-либо проблемы. Если ваша печь перестала работать, изучите эти распространенные причины, по которым она не включается.

Как специалисты по HVAC узнают, что у меня треснул теплообменник?

Детектор угарного газа профессионального уровня

Теперь вам может быть интересно, чем технический детектор угарного газа отличается от вашего дома.

Несмотря на то, что во многих домах есть датчики угарного газа, большинство из них не срабатывают до тех пор, пока не будет выпущен опасный уровень угарного газа. К сожалению, купленный в магазине детектор угарного газа недостаточно чувствителен для обнаружения хронического низкоуровневого воздействия. ПОМНИТЕ, CO при хронически низких уровнях все еще вреден! Профессиональный детектор угарного газа улавливает незначительные следы CO до того, как они накапливаются до более болезненных и смертельных уровней.

Анализатор горения  

Как вы знаете, потенциальных источников CO множество. То, что вы можете обнаружить утечку CO, не означает, что она исходит из вашей печи — источником может быть водонагреватель или плита! Вот почему так важен анализатор горения.

Проблема со сгоранием в вашей печи является признаком того, что ваш теплообменник треснул. Анализатор сгорания определяет эффективность устройств, работающих на топливе, путем расчета температуры и уровней кислорода и CO. Его можно использовать на котлах, нагревателях, печах, печах и двигателях. Если анализатор горения определяет, что ваш прибор не соответствует указанному производителем уровню эффективности, значит, у вас проблемы со сгоранием. Проблема со сгоранием в вашей печи является признаком того, что у вас треснул теплообменник.

Почему? Давайте разберем это:

Проблемы со сгоранием возникают из-за проблем с потоком воздуха. Недостаточный поток воздуха может привести к неполному сгоранию. Ограниченный поток воздуха может быть вызван засорением воздушных фильтров, блокировкой вентиляционных отверстий и скоплением грязи. Это заставляет горелки работать горячее и дольше. В свою очередь, избыточное тепло приводит к растрескиванию теплообменника. Кроме того, существующие трещины в вашем теплообменнике также могут создавать дополнительный воздух в зоне сгорания, что может привести к выбросу дополнительного количества CO. Обе эти проблемы с воздушным потоком вызывают неполное сгорание и являются индикаторами трещин в теплообменнике.

Инфракрасная камера

HVAC Pro обнаруживает ржавчину на теплообменнике во время настройки печи

Видеоконтроль выполняется с помощью инфракрасной камеры высокого разрешения, которая перемещается внутри печи. С помощью этой технологии техник может увидеть дыры, трещины или коррозионные повреждения внутри печи. Без камеры идентификация трещин или отверстий на основе визуального наблюдения техника менее надежна.

Доверьтесь superTech при ремонте печи

Что вызывает трещины в теплообменниках

Давайте углубимся в детали: что вызывает трещины в теплообменниках? Проще говоря, теплообменник циклически нагревается и охлаждается. Этот предполагаемый цикл заставляет металл компонента постоянно расширяться и сжиматься. Со временем это изнашивает теплообменник. В конце концов, металл растрескивается в результате напряжения и усталости. Даже если ваша печь находится в хорошем состоянии, трещины неизбежны после многих лет естественного износа.

Если вы будете правильно ухаживать за своей печью на протяжении всего срока ее службы, вы сможете предотвратить появление этих трещин в течение более длительного периода времени. Трещины в теплообменнике могут развиваться намного быстрее, если ваша печь плохо обслуживается или неправильно установлена. Теперь давайте более подробно рассмотрим, что вызывает трещину теплообменника.

Возраст

Ржавый и треснувший теплообменник

Во-первых, важным фактором является возраст оборудования. Годовой износ вашей печи, естественно, со временем приведет к трещинам. Если ваша печь стареет, вам может быть полезно проверить возраст ее теплообменника. Теплообменники служат 15-18 лет, поэтому, если ваш теплообменник стареет, возможно, пришло время его заменить. Отремонтировать треснувший теплообменник невозможно. Единственное решение — замена теплообменника (что очень дорого) или замена всей печи.

AC Утечка воды

Вода вытекает из основного дренажного поддона испарителя

Как вы знаете, неожиданное появление воды никогда не является хорошим признаком. В тот момент, когда вы заметите, что из вашей печи или кондиционера вытекает вода, вам следует немедленно вызвать специалиста по ОВКВ. Игнорирование протекающей печи или кондиционера приведет к повреждению внутреннего оборудования. Поскольку внутренний блок кондиционирования воздуха обычно располагается над печью, утечка приводит к просачиванию воды внутрь печи и образованию ржавчины. Ржавчина, образовавшаяся из-за капающей воды, в будущем приведет к растрескиванию теплообменника. Ваш кондиционер может протекать по нескольким причинам — ознакомьтесь с нашим блогом об утечках воды из кондиционера, чтобы понять, почему!

Грязь и износ

ржавый и треснувший теплообменник

Реальность такова, что если ваша система HVAC не обслуживается должным образом, грязь, пыль, коррозия и ржавчина будут появляться на многих компонентах, включая теплообменник. Со временем естественный распад разъедает металл, хотя износ ускоряется, если пренебрегать надлежащей очисткой. По мере накопления грязи и отложений воздушный фильтр, вентилятор и змеевик забиваются. В результате воздух не может проходить для нагревания. Из-за этого горелки продолжают излучать тепло, и ничто не может его поглотить. Когда это происходит, сам теплообменник начинает трескаться и давать осколки.

В дополнение к чистоте и обслуживанию, техническое обслуживание печи важно для обеспечения правильной работы каждой детали. К сожалению, клапаны, которые регулируют теплообменник, также могут изнашиваться, что приводит к растрескиванию. Из-за этого теплообменник не может выдерживать такое большое давление. Чтобы убедиться, что теплообменник остается в надлежащем состоянии и его можно безопасно использовать осенью, специалисты по HVAC советуют проводить ежегодное техническое обслуживание печи. Узнайте больше о том, что включает в себя техническое обслуживание печи, в нашем руководстве по настройке отопления.

Неправильный/плохой поток воздуха

Поток воздуха жизненно важен для исправной работы вашей системы HVAC. Когда в вашу печь поступает недостаточно воздуха, она перегревается. Кроме того, это вызывает перенапряжение металла в теплообменнике, что приводит к образованию трещин. Это может произойти, если ваши воздушные фильтры загрязнены или ваши регистры заблокированы.

Чтобы предотвратить это, держите их в чистоте, выполняя техническое обслуживание и ежеквартально меняя воздушный фильтр.

Ваша печь имеет неправильный размер

Возможно, неудивительно, что если у вас печь неподходящего размера, ваш теплообменник выйдет из строя гораздо быстрее, чем печь правильного размера.

Печь меньшего размера

Слишком маленькая печь вызывает проблемы с потоком воздуха, что приводит к перегреву. Когда ваша печь перегревается, это приводит к тому, что ваш теплообменник выходит из строя намного быстрее, чем если бы он был правильно подобран для вашего дома.

Крупногабаритная печь

Как вы знаете, мощность печи должна соответствовать размерам вашего дома. Но когда печь имеет слишком большой размер, она проходит частые циклы включения и выключения, из-за чего ваш теплообменник расширяется и сжимается чаще, чем должен. В результате постоянные колебания изнашивают ваш теплообменник раньше времени.

Еще одна проблема, связанная с печью слишком больших размеров, — это конденсат. При использовании топки подходящего размера при первом включении внутри теплообменника образуется конденсат, который через несколько минут испаряется. Однако, поскольку слишком большая печь будет включаться и выключаться слишком часто, она не дает достаточно времени для испарения конденсата. Со временем этот конденсат может привести к коррозии стенок вашего теплообменника. Ржавчина и коррозия ухудшают работу теплообменника, что приводит к появлению трещин и отверстий.

Сколько стоит ремонт или замена поврежденного теплообменника?

Хорошо, я знаю, о чем вы думаете: “Какие у меня есть варианты? И сколько это будет стоить мне?” К сожалению, залатать или заделать трещины в теплообменнике невозможно; поэтому ремонт не вариант. Замена детали может стоить несколько тысяч долларов и рекомендуется только в том случае, если ваша система HVAC новее с действующей гарантией на теплообменник. Вы должны знать, что вы можете ожидать довольно высоких трудозатрат при замене этого элемента, даже если на него распространяется первоначальная гарантия. Почему это? Так как теплообменник расположен в середине топки, для замены теплообменника необходимо разобрать весь блок. В свете высокой стоимости мы советуем заменить печь, особенно если вашей нынешней печи десять или более лет.

Как предотвратить трещину в теплообменнике?

Основной способ избежать проблем с теплообменником или другими компонентами ОВКВ — ежегодная проверка и обслуживание квалифицированным специалистом. Во время ежегодной настройки печи HVAC pro проверит наличие трещин в вашей системе, прежде чем они станут смертельными. Помните, что индикаторы треснутых теплообменников редко появляются, пока не стало слишком поздно! Вы также обнаружите, что эти проверки помогают предотвратить традиционные причины, приводящие к поломке теплообменника, такие как забитые фильтры и воздуходувки.

Специалист по ОВиК осматривает теплообменник во время настройки печи.

Ежегодный осмотр нашими опытными специалистами – лучший способ предотвратить проблемы с теплообменником нагревателя или любой другой частью вашей сложной системы отопления. Это прекрасная возможность подтвердить или исправить состояние вашей системы HVAC.

И если вы переезжаете в новый дом, важно пройти инспекцию ОВК, прежде чем обсуждать условия контракта. Несмотря на то, что стандартный осмотр дома важен, домашний инспектор не является профессионалом в области HVAC и не сможет сказать вам, есть ли у вас треснувший теплообменник, до того, как вы въедете. Много раз, когда у вас есть треснувший теплообменник, это дороже. эффективен для замены всей вашей системы HVAC.

Защитите свой дом и семью сегодня

В вашей системе отопления может произойти множество неполадок, но поломка теплообменника — это худшая из них. Трещина в этом жизненно важном элементе оборудования приведет к его неисправности и может привести к отравлению угарным газом или даже к смерти. Но не ждите, пока не станет слишком поздно, чтобы готовиться к худшему! С некоторыми превентивными мерами, такими как ежегодное техническое обслуживание вашей системы отопления от SuperTech HVAC — лучшего подрядчика по отоплению в Балтиморе — мы можем помочь предотвратить любые трещины или другие повреждения до того, как они произойдут. Не приветствуйте вредные газы в вашем доме. Свяжитесь с нами сегодня, если у вас есть вопросы о треснувшем теплообменнике или если вам просто нужна дополнительная информация о том, как обеспечить безопасность и здоровье вашего дома. Мы предлагаем ремонт печей, техническое обслуживание печей и услуги по установке печей.

Оптимизация систем горячего водоснабжения с конденсационными котлами | Консультации

Цели обучения

1. Понимание различий между конденсационными и неконденсационными котлами
2. Понимание финансовых последствий первоначальных капиталовложений в котлы для различных конфигураций котлов
3. Ознакомьтесь с основными советами по проектированию системы горячего водоснабжения с конденсационными котлами.

---

Водяные системы водяного отопления обеспечивают циркуляцию горячей воды по всему зданию для обогрева воздуха и бывают различных форм, размеров и конфигураций. Выбор котла

и традиционные системы горячего водоснабжения были разработаны для поддержания высокой температуры горячей воды, но изменения в технологии котлов позволяют повысить эффективность за счет использования более низких температур воды и конденсационных котлов.

Традиционные конструкции котельных систем предусматривают некоторый способ нагрева воды от условий окружающей среды до температуры, подходящей для кондиционирования воздуха в здании. В этих старых традиционных системах стандартная конструкция заключалась в поддержании температуры подачи горячей воды от 180 до 200 F с возвратом горячей воды всегда выше 140 F для предотвращения конденсации в теплообменниках. Точно так же обычные неконденсационные котлы были сконструированы таким образом, что переменный расход через теплообменник был неприемлем. Следовательно, для поддержания желаемого расхода через теплообменник котла использовались первично-вторичные насосные конфигурации, в то же время изменяя расход во вторичном контуре в зависимости от потребностей здания.

Сегодня конструкция котельной полностью изменилась. Температура горячей воды снижается, и конденсационные котлы являются отличным выбором для систем, в которых используется более низкая температура горячей воды по мере повышения эффективности. Конденсационные котлы хороши для систем, которые включают в себя системы напольного лучистого отопления, водяные тепловые насосы и стандартные системы горячего водоснабжения, специально разработанные для более низких температур подачи горячей воды.

Сжигание для повышения эффективности  

В большинстве котлов в качестве основного топлива для нагрева воды используется природный газ, хотя возможны и другие варианты. При использовании природного газа происходит процесс горения, представляющий собой химическую реакцию, когда природный газ и воздух для горения объединяются с выделением тепла, которое используется для повышения температуры воды: 

CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2 H ₂ O 

В этом процессе образуются побочные продукты воды и двуокиси углерода, а также NO, NO ₂ и NO ₃ (оксиды азота, NO _x ), поскольку азот в воздухе соединяется с избытком воздуха. Этот процесс является общим для всех котлов, а побочный продукт воды является ключевым фактором эффективности котла, который обрабатывается по-разному в зависимости от типа котла.

В неконденсационных котлах вода остается в парообразном состоянии (пар) и удаляется из котла через дымовые газы, выходящие из здания. В конденсационном котле пар конденсируется и превращается в жидкость по мере того, как вода охлаждается ниже точки росы, восстанавливая скрытую теплоту парообразования и удаляя примерно 1000 БТЕ/фунт воды. Эта тонкая форма рекуперации энергии позволяет преобразовывать скрытое тепло в повышение эффективности вместо того, чтобы тратить энергию впустую из здания. Точка росы водяного пара в дымовых газах зависит от процентного содержания водорода в природном газе и избытка воздуха в дымовых газах, но начинает конденсироваться, когда температура обратной горячей воды составляет от 130 до 140 F, как указано в ASHRAE 9.0237 Справочник по системам и оборудованию HVAC . Хотя в этой статье в первую очередь обсуждается природный газ, важно отметить, что некоторые нормы могут требовать двойного топлива для котлов. В настоящее время только один производитель котлов предлагает конденсационные котлы, которые могут работать на двух видах топлива, что может ограничивать использование конденсационных котлов в некоторых случаях.

Теплообменники 

Теплообменники для неконденсационных котлов обычно изготавливаются из меди, чугуна или стали и не предназначены для обработки агрессивного конденсата, образующегося при смешивании водяного пара с CO ₂ создание угольной кислоты. Со временем кислота в конденсате разрушит металл теплообменника. Из-за этого для конденсационных котлов требуются более прочные теплообменники, чтобы выдерживать кислотный конденсат и тепловой удар из-за пониженной температуры возврата горячей воды. Теплообменники изготавливаются из нескольких различных металлов и конфигураций, в зависимости от допустимой степени конденсации внутри котла.

В полностью конденсационном котле используется один теплообменник, изготовленный либо из нержавеющей стали, либо из литого алюминия. Алюминиевые теплообменники обычно дешевле и используют более толстые металлы, но они более чувствительны к условиям воды, таким как pH, щелочность и химические вещества, тогда как теплообменники из нержавеющей стали очень устойчивы к коррозии и гораздо более терпимы к различным условиям воды. Оба материала специально разработаны, чтобы выдерживать воздействие конденсата и рассчитаны на долгие годы эксплуатации. Обратите внимание, что pH воды в системе с замкнутым контуром останется таким же, как и в неконденсационном котле. Оптимальное значение рН конденсата в конденсационных котлах составляет от 3 до 4.

Вторичная альтернатива, парциальный конденсационный котел, использует первичные и вторичные поверхности теплообменника, где первичный теплообменник никогда не подвергается температуре конденсации и всегда работает в диапазоне температур без конденсации. Двойные теплообменники позволяют изготавливать первичный теплообменник стандартной конструкции, как правило, из меди, тогда как вторичный теплообменник изготавливается из более прочного материала, такого как алюминий или нержавеющая сталь. Когда дымовые газы выходят из первичного теплообменника, они направляются во вторичный теплообменник, где происходит конденсация дымовых газов. Для этого типа конфигурации теплообменника котла обычно требуется внутренний насос и/или смесительные клапаны для защиты первичного теплообменника для работы в безопасном диапазоне температур, как показано на рис. 1. 

Другой альтернативой является система с конденсационным и неконденсационным котлами, работающими вместе как гибридная система. В этих системах проектировщик должен учитывать, какой котел работает, чтобы защитить теплообменники, как обсуждалось выше. Как правило, конденсационные котлы инициируются как первые котлы, которые будут работать в контуре, чтобы попытаться максимизировать эффективность.

Однако бывают периоды года, когда использование конденсационных котлов может обеспечить минимальный прирост эффективности по сравнению с использованием неконденсационных котлов в зависимости от конструкции системы и температуры воды, используемой в проекте. За счет работы конденсационных и неконденсационных котлов в опережающей последовательности в зависимости от температуры наружного воздуха и температуры горячей воды гибридная система обеспечивает совокупное преимущество работы с максимальной эффективностью системы с использованием конденсационных котлов, при этом значительно снижая первоначальные инвестиции в полностью конденсационные котлы. котельная установка.

Дымоходы котлов 

Выхлопные газы конденсационного котла всегда будут иметь более низкую температуру, чем у неконденсационных котлов, поскольку водяной пар в дымовых газах конденсируется, при условии, что конденсационный котел работает в режиме конденсации. Температура дымовых газов для конденсационных котлов обычно составляет около 100 F, в отличие от 250–300 F для неконденсационных котлов.

Хотя необходимо соблюдать требования каждого производителя, с конденсационными котлами можно использовать выхлопные трубы, подходящие для пониженной температуры, такие как поливинилхлорид (ПВХ), хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ) и полипропилен. В тех случаях, когда не используются пластмассы, может быть разрешен коррозионностойкий дымоход, такой как нержавеющая сталь или алюминий, но ни при каких обстоятельствах нельзя использовать другие металлические дымоходы из-за коррозионной активности дымовых газов. Опять же, если конденсационный котел не находится в режиме конденсации, дымовые газы будут аналогичны дымовым газам неконденсирующего котла, и дымовая труба должна быть рассчитана на такие высокие рабочие температуры.

Такие материалы, как ПВХ и ХПВХ, при перегреве выделяют токсичные пары, поэтому предпочтительными материалами являются полипропилен или устойчивые к коррозии металлические вентиляционные отверстия. В дополнение к материалам дымохода производители предъявляют особые требования к допустимой эквивалентной длине вентиляции. В любом случае, вся вентиляция должна быть направлена ​​назад к котлу для надлежащего слива всего конденсата в системе. На рисунке 2 показан пример трех конденсационных котлов закрытого типа с забором воздуха из соседнего колодца и дымовыми трубами, выведенными на крышу.

Конденсатоуловители и нейтрализация кислоты 

При использовании конденсационных котлов необходимо решить две новые проблемы: управление конденсатом и нейтрализация. Для разделения конденсата и пара производителем котла предусмотрена ловушка для конденсата, которая отделяет дымовые газы от выпуска обратно в здание (рис. 2). По мере того как вода конденсируется и смешивается с CO ₂ , pH падает примерно до 3–4, поэтому требуется надлежащая утилизация конденсата.

Конденсат также должен направляться через ловушку для нейтрализации кислоты из мрамора, известняка или щелочной крошки, которая нейтрализует конденсат до более приемлемых пределов. Кроме того, важно согласовать дренажные трубы для слива конденсата с инженером-сантехником по проекту, поскольку дренажные трубы должны быть из ПВХ или чугуна для защиты канализационной системы здания, а не из меди или стали, которые быстро подвергаются коррозии. через некоторое время. Неконденсационные котлы не имеют конденсата и не требуют дренажа.

Эффективность системы горячего водоснабжения

При проектировании системы горячего водоснабжения важно убедиться, что система предназначена для конденсации. Если система не предназначена для конденсации и температура обратной горячей воды никогда не падает ниже 140 F, был приобретен более дорогой котел без получения преимуществ конденсационного котла, поскольку водяной пар в дымовых газах не будет конденсироваться. Это ограничит максимальный тепловой КПД до уровня стандартного неконденсирующего котла на уровне 88%. И наоборот, если температура возврата горячей воды упадет ниже 140 F, а котел неконденсационный, теплообменник не сможет противостоять воздействию кислых водяных паров и выйдет из строя раньше, чем истечет срок его службы.

Для конденсационных котлов эффективность котла зависит от нагрузки котла и температуры обратной горячей воды. Спроектировав температуру подачи горячей воды и обратной воды ниже, чем в обычных конструкциях, можно повысить эффективность котла, поскольку больше водяного пара конденсируется из более низких температур обратной горячей воды и рекуперируется больше энергии, которая в противном случае уходила бы в дымоход. обеспечивая повышение эффективности примерно на 10-12% по сравнению с неконденсирующими котлами.

Не менее важным, чем температура обратной воды в котел, является количество работающих котлов. В отличие от неконденсационных котлов, эффективность конденсационных котлов также увеличивается по мере снижения нагрузки на котел. Большинство конденсационных котлов оснащены высокомодулируемой газовой горелкой, способной модулировать соотношение до 20:1, что намного более эффективно, чем ступенчатое или ступенчатое регулирование с неконденсационными котлами. Горелки котлов должны контролироваться системой управления котлами, чтобы регулировать мощность горелок непосредственно в соответствии с требованиями нагрузки здания и максимизировать эффективность системы за счет работы соответствующего количества котлов.

Способность горелки работать при низких нагрузках позволяет дымовым газам дольше оставаться в контакте с теплообменником и, в свою очередь, обеспечивает большую передачу энергии и более точное согласование нагрузки. По этой причине для конденсационных котлов типично использовать несколько котлов при низких нагрузках для повышения эффективности. Точно так же конденсационные котлы могут модулировать выходную температуру ниже по мере снижения потребности в отоплении, тогда как неконденсационные котлы всегда будут иметь ограничения по температуре, чтобы избежать образования конденсата. Все это приводит к способности котла оставаться включенным при низких нагрузках и избегать циклов и всех связанных с этим потерь при пост-продувке, предварительной продувке и подогреве теплообменника до температуры, чтобы максимизировать эффективность системы.

Первоначальная стоимость системы горячего водоснабжения  

Нет сомнений в том, что конденсационные котлы дороже традиционных неконденсационных котлов, но увеличение первоначальных затрат зависит от конструкции теплообменника, конфигурации и производителей. Чтобы проиллюстрировать разницу в стоимости между котлами без конденсации, котлами с частичной конденсацией и котлами с полной конденсацией, было проведено сравнение стоимости котлов от трех производителей модульных котлов на основе цен подрядчиков для Milwaukee. Предоставляется сводка характеристик котла, которая показывает сводку данных о затратах для каждого котла при пяти одинаковых входных мощностях котла. На основе этого анализа было определено, что стоимость полностью конденсационного котла и частично конденсационного котла относительно одинакова, в то время как полностью конденсационный котел примерно на 25-30% дороже при сравнении котлов одинакового размера.

Первоначальный рост затрат на систему конденсационного водогрейного котла не обязательно останавливается на котле, поскольку выбор оборудования отличается в зависимости от использования более низких температур подачи и возврата горячей воды. Наиболее распространенным изменением является физический размер и связанная с этим стоимость змеевиков горячей воды в системе. Для змеевиков с горячей водой потребуются более глубокие змеевики с большей площадью поверхности теплопередачи, чтобы выдерживать более низкую температуру подачи горячей воды, что увеличивает начальную стоимость оборудования и, возможно, эксплуатационные расходы, если проектировщик не будет осторожен. Более высокие эксплуатационные расходы возникают, когда выбираются традиционные нагревательные змеевики с более низкой температурой подачи горячей воды, что приводит к более высоким перепадам давления воздуха и воды.

Змеевики с горячей водой в вентиляционных установках, как правило, не являются проблемой, так как более глубокие змеевики в вентиляционных установках могут быть легко приспособлены с различными вариантами змеевиков, но некоторые производители блоков с переменным объемом воздуха (VAV) не могут предоставить низкотемпературные нагревательные змеевики, установленные на заводе. на коробках VAV, чтобы в достаточной степени решить эту проблему. Чтобы решить эту проблему, инженер должен выбрать свободные змеевики, чтобы обеспечить желаемую производительность, с низким перепадом давления воздуха и достаточной температурой приточного воздуха, вместо использования стандартных заводских змеевиков VAV. Это позволяет гибко получать змеевики любого размера и с достаточно низким перепадом давления воздуха, чтобы не использовать чрезмерную энергию вентилятора.

Использование незакрепленных змеевиков приведет к увеличению трудозатрат и, возможно, затрат на воздуховоды из-за необходимости перехода от выхода коробки VAV к размеру незакрепленного змеевика и обратно к размеру воздуховода, требуемому системой. Однако, если целью является эффективность системы, инженер должен обратить внимание на окончательные перепады давления при выборе оборудования.

Советы по проектированию системы 

Системы с полностью конденсационными котлами проще в проектировании, чем частичные и обычные системы без конденсации. Некоторые системы конденсационных котлов могут быть настроены в конфигурации с переменным первичным потоком (VPF) с клапаном управления байпасом минимального расхода для поддержания минимального расхода котла, чтобы обеспечить конфигурацию трубопроводов и насосов, которая сводит к минимуму количество насосов и максимизирует ΔT системы. В системе VPF поток меняется по всей системе, в том числе через бойлеры, что является отходом от прежнего мнения, согласно которому бойлеры всегда требуют постоянного потока. Эти системы устраняют необходимость во вторичных распределительных насосах и используют несколько насосов параллельно для обслуживания всей системы горячего водоснабжения. Полностью конденсационные котлы также не подвержены тепловому удару, поэтому нет необходимости в смесительных клапанах, первично-вторичной перекачке или высоких температурах обратной воды.

В системах VPF всегда будет меньше насосов по сравнению с системой «первичный-вторичный», что сэкономит первоначальные затраты за счет меньшего количества трубопроводов и клапанов, меньшего количества электрических соединений, меньшего количества средств управления и устранения виброизоляции на дополнительных насосах. Точно так же один комплект насосов сэкономит пространство в помещении для механического оборудования.

Единственное, что необходимо решить, — это более сложные средства управления промежуточными этапами и обеспечение минимального потока в системе в любое время, но это по-прежнему будет поддерживать общую чистую экономию первоначальных затрат. Что касается эксплуатационных расходов, то системы VPF всегда будут иметь более низкие эксплуатационные расходы, так как в системе меньше перепадов давления из-за меньшего количества насосов и принадлежностей к насосам, а также потому, что насосы будут более эффективными насосами. Насосы VPF позволяют проектировщику выбирать более крупные насосы с более высокой мощностью вместо циркуляционных насосов меньшего размера с постоянным объемом и низким КПД, которые обычно используются на первичной стороне первично-вторичной системы. Кроме того, использование переменной скорости во всей системе позволит изменять скорость потока всей системы, что обеспечит экономию эксплуатационных расходов, поскольку энергия будет изменяться приблизительно в зависимости от кубической мощности скорости потока.

Единственным исключением при использовании насосных систем VPF является то, что в системах котлов с частичной конденсацией, в которых для конденсации дымовых газов используется вторичный теплообменник, требуется постоянный поток через теплообменник. Для этого используется первично-вторичная система с двумя комплектами насосов, каждый из которых предназначен для системы горячего водоснабжения. Первичные насосы служат производственными насосами и обслуживают только котлы в системе.

Эти насосы, как правило, представляют собой высокопроизводительные насосы с постоянным расходом и низким напором, включенные вместе с бойлером для подачи горячей воды к вторичным насосам. Вторичные насосы обслуживают только змеевики горячей воды в системе, которые оснащены двухходовыми регулирующими клапанами и представляют собой высокопроизводительные насосы с регулируемой скоростью и высоким напором, которые изменяют расход системы в зависимости от нагрузки. Первичный и вторичный контуры соединены общей трубой или разъединителем, который является общей частью контура трубопровода в каждом контуре и гидравлически разделяет два контура, поэтому поток в одном контуре не влияет на поток в другом контуре.

Однако недостатком этой конфигурации является то, что будет происходить смешивание, либо смешивание избыточной первичной горячей воды с вторичной обратной водой и увеличение возврата горячей воды в котлы (что снижает эффективность), либо смешивание избыточной вторичной воды с горячей первичной подачей воды и сокращение подачи горячей воды в здание. В любом случае, частично конденсационные котлы все же более эффективны, чем неконденсационные котлы, и не должны быть основанием для игнорирования преимуществ конденсации дымовых газов.

Системы отопления и горячего водоснабжения являются щадящими системами, если они спроектированы с учетом ограничений используемого оборудования. Конденсационные котлы могут обеспечить повышение эффективности по сравнению с неконденсационными котлами, но если не уделить должного внимания типу используемого котла, может произойти преждевременный выход из строя оборудования и увеличение эксплуатационных расходов. Понимание различий между котлами с полной конденсацией, частичной конденсацией и без конденсации, а также гибридными системами будет полезно для максимизации общей эффективности системы, а также конкретных требований, которые каждый производитель должен учитывать при проектировании.

---

Дэвид Грассл — инженер-механик в Ring & DuChateau, консалтинговой инженерной фирме, базирующейся в Милуоки, и адъюнкт-профессор кафедры гражданского и архитектурного проектирования и управления строительством Инженерной школы Милуоки.