Если такое жилье газифицировано, то обогревать его удобно с использованием настенного газового котла. Но как при этом решается проблема горячего водоснабжения (ГВС)? Рассмотрим основные варианты организации ГВС в отопительных системах с настенным котлом - их достоинства и недостатки, а также особенности, которые надо иметь в виду при проектировании системы и подборе оборудования.
Начнем с двухконтурных газовых котлов с битермическим теплообменником. Как можно догадаться из названия, би-термический теплообменник -это, по сути, два теплообменника, размещенные над пламенем газовой горелки. Физически это выглядит как две коаксиальные (одна внутри другой) медные трубки, образующие два канала: внутренний, для нагрева санитарной воды, и внешний, в котором греется теплоноситель контура отопления. Котлы такого типа - самое компактное и недорогое решение сразу двух задач: отопления и ГВС. Однако зададимся вопросом: а как распределяется теплота сгорания газа в одной горелке между двумя контурами? Как показано на рис. 1, общепринятое техническое решение состоит в том, что котел одновременно греет либо санитарную воду, либо теплоноситель контура отопления. При этом приготовление горя чей воды имеет приоритет, то есть при запросе на тепло для ГВС контур отопления выключается, и никак не наоборот. Как запрос на тепло для ГВС системой управления котла воспринимается любое открывание крана горячей воды и возникновение расхода через контур ГВС, о чем сигнализирует датчик протока в котле. Система управления тогда останавливает циркуляционный насос контура отопления и начинает регулировать мощность горелки по температуре горячей воды на выходе теплообменника (датчик температуры в документации многих зарубежных изготовителей снабжается аббревиатурой NTC, означающей, что это -термистор с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления, Negative Temperature Coefficient).
В этой схеме возможны нюансы. Например, такой: вместо датчика протока в контуре ГВС имеется простейший ротационный расходомер. Пока потребление тепла контуром ГВС невелико и мощности котла хватает на оба контура, они могут работать одновременно. Как только расход горячей воды превышает некую предустановленную величину, соответствующую четверти номинальной мощности горелки, циркуляция через контур отопления прекращается, и котел начинает работать только на контур ГВС.
Основная проблема котлов с битермическим теплообменником - образование накипи внутри той части теплообменника, где греется санитарная вода. Как известно, накипь -это кристаллизовавшиеся на поверхности трубы или сосуда карбонаты кальция и магния, которые, в свою очередь, образуются при высокой температуре из соответствующих бикарбонатов - так называемых солей жесткости, растворенных в любой воде, добытой из-под земли или взятой из естественного водоема. Процесс роста накипи становится заметным при температуре воды выше 70 °С, и, согласно правилу Вант-Гоффа, его скорость возрастает в 2-4 раза при увеличении температуры на каждые 10 К. Температура дымовых газов, обтекающих теплообменник настенного котла, составляет 300-500 °С.Теплообменник выполнен из меди - материала с высокой теплопроводностью, поэтому температура на границе металла теплообменника и воды при работающей горелке может достигать и даже превышать 100 °С - идеальные условия для образования накипи! Ее растущий слой ухудшает передачу тепла от металла к воде, заданная температура горячей воды достигается при более высокой мощности горелки, и это влечет за собой дальнейшее увеличение температуры теплообменника, а в итоге -перегрев котла и его аварийное выключение. В попытках нарушить этот печальный ход событий изготовители закладывают в алгоритм управления котлов функцию ограничения температуры в теплообменнике, причем в обоих его контурах: как отопительном, в котором -напомним - в моменты разбора воды теплоноситель стоит, так и ГВС. Например, в котле Baxi Main в режиме ГВС горелка отключается всякий раз, как только температура в контуре отопления превышает 95 °С, при этом заданное значение температуры в контуре ГВС понижается на 3 °С, пока не достигнет 42 °С. Если температура в контуре отопления дважды превышает указанный предел, на панели управления котла загорается индикатор, сигнализирующий о необходимости чистки теплообменника. В котле Ariston Egis, ныне снятом с производства,горелка отключается по достижении температуры 88 °С в контуре отопления и 65 или 62 °С (в зависимости от заданной температуры нагрева) в контуре ГВС. Перезапуск происходит, когда температура снижается, соответственно, до 84 или 64/61 °С. Но битермические теплообменники зарастают накипью, несмотря на все ухищрения. До некоторой степени выходом из положения может стать ограничение температуры на греющей стороне теплообменника, в котором готовится горячая вода. Возможность такого контроля имеется в котлах с так называемым вторичным теплообменником пластинчатого типа, предназначенным для приготовления только санитарной горячей воды (стоят такие котлы обычно на 20-25 % больше, чем котлы с битермическим теплообменником).
В котлах со вторичным теплообменником ГВС в каждый момент времени может работать лишь один контур - отопительный или ГВС (рис. 2).
Как только открывается разбор воды в системе ГВС, трехходовой вентиль в котле перенаправляет нагретый в основном теплообменнике теплоноситель вместо системы отопления во вторичный теплообменник, где теплоноситель отдает тепло санитарной воде. Поскольку расход теплоносителя в греющей части теплообменника не изменяется, поддержание заданной температуры санитарной горячей воды происходит за счет изменения температуры теплоносителя, которая, в свою очередь, определяется текущей мощностью горелки. Задаваемая пользователем температура воды в системе ГВС у разных изготовителей ограничена значением 55-65 °С, а температура подачи теплоносителя в режиме ГВС - 80-85 °С. При такой температуре накипь образуется в несколько раз медленнее, чем в битермическом теплообменнике. Тем не менее она образуется, и ее необходимо регулярно удалять, поскольку зазоры между пластинами составляют около 3 мм, и слои накипи, растущие навстречу друг другу, могут сомкнуться, что будет означать окончательный и бесповоротный отказ теплоомбенника. Удаление накипи из теплообменников -достаточно проработанная технология, и некоторые изготовители настенных котлов даже дают рекомендации по применению специальных жидкостей (впрочем, большинство фирм в своих инструкциях обходит этот вопрос стороной). С удалением накипи из вторичного теплообменника, однако не всё так просто: во-первых, невозможно определить технически обоснованный интервал обслуживания, чтобы, с одной стороны, не чистить теплообменник слишком часто, а с другой - не приниматься за это слишком поздно. Во-вторых, сама процедура настолько трудоемка, что по стоимости сравнима с заменой теплообменника на новый, на чем обычно и настаивают специалисты по техническому обслуживанию. Затраты на новый теплообменник ГВС -это 7,5-10 % стоимости котла, а вместе со стоимостью работ по замене пользователю придется выложить раз в год (в лучшем случае - раз в два года) 17-22 % той суммы, которую он отдал за котел. Нет, всё-таки ждать, пока образуется накипь, а потом удалять ее (иногда - вместе с теплообменником) - это именно такое решение проблемы, о котором сказал мудрец: простое, всем понятное и совершенно неправильное. Правильное решение нам подсказывает, например, инструкция по эксплуатации настенного котла Beretta: перед установкой котла необходимо сделать анализ воды, которую предполагается использовать в качестве санитарной. Если ее жесткость превышает 4 мг-экв/л, рекомендуется установить на входе воды в котел дозатор полифосфатов. Если же жесткость исходной воды превышает 9 мг-экв/л, для ее умягчения необходимо использовать ионообменный фильтр.
Полифосфаты - группа соединений, присутствующих в любом стиральном порошке или мыле. Они малотоксичны, но их применение делает воду непригодной для питья. Строго говоря, добавление в воду полифосфатов не устраняет из воды соли жесткости, а переводит их из карбонатной формы в некарбонатную. Образование накипи в теплообменнике ГВС при этом предотвращается. Фильтр-дозатор с четырьмя сменными картриджами, содержащими чаще всего полифосфат натрия, обойдется приблизительно в 18 % стоимости самого дешевого настенного котла. Наиболее радикальному удалению солей жесткости из воды способствует специальный фильтр-умягчитель, в котором вода проходит через сосуд, заполненный гранулами катионообменной смолы. В результате содержащиеся в воде ионы щелочноземельных металлов замещаются ионами металлов щелочных, и вода перестает быть жесткой. Время от времени умягчающая способность смолы должна восстанавливаться с помощью раствора поваренной соли. Этот процесс может запускаться вручную либо автоматически. Такая установка для умягчения воды -устройство недешевое: фильтр отечественного изготовления минимальной - 0,6 м3/ч -производительности в самой скромной комплектации стоит, как сам настенный котел (правда, из недорогих). Настенным котлом обычно оборудуют жилье площадью не больше 200-250 м2, относящееся чаще всего к категории недорогого. Соответственно владельца такого жилья он привлекает, в первую очередь, своей низкой стоимостью при максимальной укомплектованности, поэтому платить двойную цену за то, чтобы котел работал без проблем с накипью,потребитель чаще всего не готов. Однако, как говорится, голь на выдумку хитра - и вот уже рынок радует нас широким ассортиментом недорогих магнитных и электромагнитных ингибиторов накипи. Утверждается, что в результате обработки воды постоянным или переменным магнитным полем карбонаты кальция и магния не кристаллизуются на стенках труб, а просто выпадают в осадок, который в виде взвеси уносит поток воды. Как любят говорить пресс-атташе спецслужб, ни подтвердить, ни опровергнуть эти утверждения мы не можем (см. «Аква-Терм», 2009, № 5, с. 38), но зато любой владелец настенного котла может испытать на нем простейший «магнитный преобразователь воды», который установлен на трубу без вмешательства слесаря и стоит 10-15 % стоимости котла. Впрочем,для тех, кто собирается приобрести настенный котел, всё не так грустно, ибо есть такие модели, для которых проблема накипи практически не существует.
Это котлы со встроенным баком-водонагревателем (рис. 3), или, как его еще называют, бойлером.
Емкость такого бака, как правило, не превышает 60 л, изготовлен он чаще всего из нержавеющей стали, но есть и модели из обычной стали с эмалевым покрытием, оснащенные для защиты от коррозии магниевым анодом. Котел с баком второго типа стоит на 70-80 % дороже котла с битермическим теплообменником. Наиболее часто звучащий аргумент в пользу настенного котла со встроенным бойлером - возможность покрытия кратковременных пиковых нагрузок ГВС. Однако не менее, если не более сильным аргументом может быть то, что образование накипи на теплообменнике бойлера, если и происходит, то работе практически не вредит. Что же до пикового разбора горячей воды, то бойлер емкостью 48 л, нагретый до температуры 60 °С - это ванна, заполненная на треть водой температурой 36 °С, или два душа средней интенсивности (6 л/мин) с такой же водой, работающих одновременно в течение восьми минут - в общем, негусто. Чтобы наполнить ванну хотя бы на две трети, нужен внешний бак-водонагреватель емкостью не менее 100 л, хотя увлекаться и выбирать слишком большой бак не стоит - не будем забывать, что система управления котла всегда отдает приоритет ГВС, поэтому нагрев 120 л воды температурой 10 °С до 60 °С котлом мощностью 28 кВт будет сопровождаться перерывом в отоплении на 15 мин. Много это или мало - зависит от того, какая температура на улице и насколько утеплен дом. Важно, что котел в такой конфигурации нужен одноконтурный, но в нем должен быть встроен трехходовой вентиль с электроприводом для переключения циркуляции теплоносителя. Хорошая новость: подавляющее большинство одноконтурных котлов удовлетворяют данному требованию, за исключением, быть может, наличия электропривода трехходового вентиля, который для некоторых моделей нужно приобретать отдельно. Еще одно требование к котлу, укомплектованному баком-водонагревателем, состоит в том, чтобы в его системе управления была предусмотрена возможность кратковременного нагрева воды в баке до высокой (обычно 80 °С) температуры с целью дезинфекции. Это связано с возможностью размножения в баке бактерий Legionella, весьма опасных для здоровья человека. При подборе бойлера, не входящего в программу комплектования уже выбранного котла, необходимо также обращать внимание на то, чтобы теплообменник бойлера обладал мощностью не меньшей, чем сам котел. Стоимость комбинации «одноконтурный котел плюс эмалированный бойлер емкостью 120 л» на 75-85 %
выше стоимости котла с битер-мическим теплообменником. Сравним теперь все рассмотренные варианты сточки зрения такой важной характеристики системы ГВС, как готовность, или время ожидания горячей воды. В котле с битермическим теплообменником часть последнего, ответственная за нагрев санитарной воды, во время отопительного сезона находится в горячем состоянии постоянно. Пусть диаметр труб ГВС равен 1/2", тогда при открывании крана, до которого от котла L метров трубы, текущая из него вода станет горячей минимум через t = 1,36 ■ L секунд. Вне отопительного сезона к этому времени добавляется еще несколько секунд, необходимых на розжиг горелки и выход ее на рабочий режим, а также прогрев теплообменника. В котлах с вторичным теплообменником ГВС - напротив: летом время ожидания горячей воды меньше, чем в отопительный сезон, на 6-7 с, необходимых для переключения трехходового клапана (когда котел находится в режиме ожидания, то есть не работает на отопление, трехходовой клапан обычно переключен в положение, соответствующее ГВС). Заметим, что сказанное выше относится только к моделям котлов с электроприводом трехходового клапана. В тех же моделях, где клапан приводится в движение мембраной дифференциального прессостата, его переключение происходит только при возникновении водоразбора в системе ГВС, но зато и быстродействие такого привода в два-три раза выше, чем у электрического. Чтобы уменьшить интервал ожидания горячей воды на время, необходимое для прогрева вторичного теплообменника ГВС, многие модели котлов снабжают опцией периодического прогрева этого теплообменника даже в отсутствие запроса горячей воды.Второе место в «соревновании» на самую быструю подачу горячей воды занимает котел со встроенным баком-водонагревателем - здесь всё зависит только от длины трубы, соединяющей котел сточкой водоразбора. Для того чтобы и эта труба всегда была заполнена горячей водой, а потребителю не приходилось ждать ни секунды и не сливать чистую воду в канализацию, необходимо организовать рециркуляцию в системе ГВС. Однако такая возможность предоставляется только в случае применения конфигурации «одноконтурный котел - внешний бак-водонагреватель». Хочется надеяться, что нам удалось наглядно показать: применяя настенный газовый котел, можно при минимальных затратах, в придачу к системе отопления, создать и систему горячего водоснабжения, достаточно полно удовлетворяющую разумные запросы потребителей.
Статья из журнала "АкваТерм"
