Принцип работы бойлеров косвенного нагрева

Как выбрать бойлер косвенного нагрева

Сделать правильный выбор подходящей модели бойлера косвенного нагрева – дело сложное для новичка. Однако непосильного здесь ничего нет, надо лишь учесть несколько важных нюансов:

Выбирая для квартиры или частного дома водонагреватель с косвенным нагревом, первым делом необходимо определить оптимальный объем накопительного бака. Чтобы горячей воды хватило всем членам семьи, рассчитывают с учетом примерного расхода 100 л за сутки одним человеком.
Экономически выгоден косвенный бойлер нагрева воды для семьи из четырех и более человек

При таком количестве людей примерный расход ГВС составляет 1,5 л/мин.
Обращая внимание на объем бака, учитывают время нагрева. Большая емкость дольше будет нагреваться. Возможно, стоит отдать предпочтение модели с двумя теплообменниками или с системой «бак в баке».
От состава теплоизоляции зависит, как долго вода останется горячей после выключения котла

Дешевые водонагреватели идут с поролоном. Пористый материал слабо удерживает тепло и быстро разлагается. Оптимальной теплоизоляцией служит минвата или вспененный полиэтилен.
Чтобы сделать правильный выбор, надо сопоставить мощность косвенного водонагревателя и отопительного котла. Если последний характеризуется слабыми параметрами, бойлер станет непосильной нагрузкой.
Покупая любую модель, обязательно обращают внимание на наличие термостата, клапана и других элементов защиты.

Возможно, стоит отдать предпочтение модели с двумя теплообменниками или с системой «бак в баке».
От состава теплоизоляции зависит, как долго вода останется горячей после выключения котла. Дешевые водонагреватели идут с поролоном. Пористый материал слабо удерживает тепло и быстро разлагается. Оптимальной теплоизоляцией служит минвата или вспененный полиэтилен.
Чтобы сделать правильный выбор, надо сопоставить мощность косвенного водонагревателя и отопительного котла

Если последний характеризуется слабыми параметрами, бойлер станет непосильной нагрузкой.
Покупая любую модель, обязательно обращают внимание на наличие термостата, клапана и других элементов защиты.

Когда со всеми важными нюансами вопрос решен, можно уделить внимание форме, дизайну, производителю и прочим мелочам

Расчет объема накопительного бака

Чтобы сделать примерный расчет объема накопительного бака, можно воспользоваться простым снятием показаний водяного счетчика. Когда в доме постоянно прибывает одинаковое количество людей, суточный расход будет иметь одни и те же данные.

Более точный расчет объема основан на подсчитывании водоразборных точек с учетом их предназначения и количества проживающих членов семьи. Чтобы не вдаваться в сложные формулы, расход горячей воды берут из таблицы.

Схемы подключения к отопительной системе

При выборе схемы подключения косвенного бойлера для нагрева воды учитывают месторасположение прибора в доме, а также особенности разводки системы отопления.

Простая и часто используемая схема основана на подсоединении косвенного прибора через трехходовой клапан. В итоге образуется два контура нагрева: отопительный и водогрейный. После котла перед клапаном врезается циркуляционный насос.

Если потребность в горячей воде небольшая, подходит схема системы с двумя насосами. Косвенный водогрейный прибор и отопительный котел образуют два параллельных контура нагрева. На каждой линии установлен свой насос. Схема подходит для загородных домов, где горячей водой редко пользуются.

Сложнее получается схема подключения, если в доме вместе с радиаторами установлена система «теплый пол». Для распределения давления по всем линиям, а вместе с косвенным бойлером их получатся три, устанавливают гидравлический распределитель. Узел нормализует циркуляцию воды через «теплый пол», водонагреватель и радиаторы. Без распределителя насосное оборудование выйдет из строя.

У косвенных водогрейных приборов с рециркуляцией из корпуса выходит три патрубка. Традиционно два выхода служат для подключения к системе отопления. От третьего патрубка ведут закольцованный контур.

Если косвенный прибор нагрева воды не имеет третьего патрубка, а рециркуляцию надо сделать, то контур возвратной линии подсоединяют к трубе ХВС и дополнительно врезают рециркуляционный насос.

Рециркуляция позволяет получить на выходе из крана горячую воду еще до полного нагрева жидкости в накопительном баке бойлера.

Устройство

Принцип работы бойлера косвенного нагрева в большинстве случаев подразумевает размещение вводного патрубка в нижней части аппарата. Но есть модели, в которых такой блок располагается наверху, и тогда жидкость движется в направлении самой низкой точки. Насос, развивая выталкивающую силу, гонит теплоноситель по контуру. При этом, оказываясь среди более холодной воды, он сам отдает тепло. Обычно змеевик работает с одной порцией жидкости в несколько приемов.

Обнаружив, что температура змеевика совпадает с температурой внутри нагревательного блока, реле разобщает электрическую цепь, питающую насос. В момент, когда датчик зарегистрирует охлаждение воды до заданного значения, подача тока восстанавливается, и это позволяет насосу прокачивать горячую воду из котла в бак. Верхнее подключение змеевика к источнику теплоносителя считается наиболее выгодным в энергетическом отношении.

Преимуществом бойлеров косвенного нагрева перед другими моделями оказываются:

• заметно меньшие энергозатраты;
• повышенная генерируемая мощность;
• связанная с ней возможность подать теплую воду сразу нескольким потребителям;
• легкость монтажа и скорость прогрева жидкости.

Главный недостаток тоже связан с принципом работы устройства: оно накрепко привязано к реальному источнику тепла. Если таким источником сделали отопление, то в летние месяцы система будет неработоспособна. Компенсировать этот изъян могут встроенные ТЭНы, которые присутствуют практически в каждом бойлере. Аппараты с косвенным нагревом немного дороже, чем их простые электрические аналоги. Кроме того, увеличение длины магистрали и добавление дополнительного звена влечёт усиленный расход энергии.

Некоторые варианты расстановки даже позволяют ставить бойлеры КН и обычные газовые или электрические рядом, друг над другом, чтобы сократить занимаемое место. Теплообменник в аппарате делается из стали либо из латуни, конструкторы стараются максимально нарастить его поверхность. В дополнение к теплозащите изолирующими материалами иногда ставится кожух. Существуют модели с парой теплообменников, которые нагревают жидкость заметно быстрее обычных конструкций.

Системы с рециркуляцией имеют более сложное устройство. Они позволяют получать горячую воду немедленно при открытии кранов, а не через несколько минут после этого. В дополнение к стандартному набору компонентов потребуются:

• расширяющий бачок;
• выпускающий клапан;
• клапан обратного хода;
• предохранительное устройство.

Требуется тщательно продумать, где будет располагаться точка рециркуляции. Подводить холодную воду нужно будет в нижнее отверстие, а выброс горячей будет производиться сверху. Там же подсоединяется ведущая вниз труба теплоносителя. Подключение всех труб между собой достигается за счет переходников, а также кранов и клапанов

Важно: стоит сразу продумать всю систему отопления. Только при этом условии удастся обеспечить качественную рециркуляцию

Применение рециркуляции обеспечивает повышенную эффективность обогрева дома, КПД бойлера сразу вырастает на 30—35%. Для обвязки рекомендуется использовать высококачественные изделия, изготовленные из наиболее крепких материалов. Специалисты считают, что неприемлемо применение шлангов из гофрированной резиной и любых материалов, полученных методами порошковой металлургии. Опасаться шума не стоит: в системе используют насосы небольшой величины, которые работают без лишних звуков. Самая частая схема организации — с разделенными контурами на обогрев и на горячее водоснабжение.

Сервопривод в такой системе автоматически отключает подогрев отопительного контура, когда открыт водопроводный кран. Как только там вода достигнет заданной температуры, отопительная вода начинает прогреваться опять. В другом варианте ставятся два насоса: один обеспечивает рециркуляцию в греющем контуре, а другой — по периметру бойлера. Таким образом приоритет отдается нормализации температуры в нагревателе, и только затем автоматика занимается подогревом радиаторов. Нормальная работа подобной системы обеспечивается только при наличии термостата и устройства, переключающего режимы.

Устройство

Бойлер косвенного нагрева – это большой бак в форме цилиндра. Его конструкция состоит из следующих элементов:

• корпус;
• теплоизоляция;
• бак из нержавейки;
• теплообменник;
• магниевый анод;
• термометр.

Теплоизоляция прокладывается между корпусом и баком бойлера, чтобы минимизировать теплопотери до 3-4 градусов в сутки. Теплообменник – это изогнутая спиральная трубка из стали или латуни, которую еще называют змеевик. Сам змеевик — наиболее важная часть бойлера и чем больше завитков он имеет, тем эффективнее теплообмен. Обычно он имеет весьма сложное устройство и располагается ближе к нижней части, что дает возможность равномерно прогревать весь объем воды.

Магниевый анод, который используется и в обычных электрических водонагревателях, предназначен для борьбы с коррозией бака, вызванной гальваническими процессами. Анод будет забирать на себя все электрохимические реакции, оставляя нетронутыми другие металлические детали системы

Особенно важно защитить от разрушения сварочные швы, поэтому периодически нужно будет производить замену изношенного магниевого анода на новый

Современные модели бойлеров комбинируют несколько источников тепла. Они могут работать и после отопительного сезона, используя для подогрева электричество, газ, а некоторые модели греют воду даже за счет солнца. Такие модификации имеют сразу два трубчатых теплообменника, один для воды из системы отопления, другой – для альтернативного источника.

Выбираем косвенный бойлер

Чтобы правильно подобрать резервуар косвенного нагрева для частного дома или квартиры, выясните следующие моменты:

1. Число постоянно проживающих людей и режим водоразбора. Цель – рассчитать общий расход санитарной горячей воды.
2. Производительность водонагревателя ограничена мощностью котла и солнечного коллектора. Если источник тепла еще не установлен, подбирайте отопительное оборудование с учетом запаса мощности 50—100% на загрузку бойлера.
3. Отведите место под размещение аппарата и продумайте способ монтажа – настенный либо напольный.
4. Определитесь с функционалом нагревателя – нужен ли ТЭН, второй теплообменник.

Расчет потребления воды из системы ГВС мы предлагаем вести по минимальным показателям. В сутки 1 человеку требуется 20 л теплой воды на помывку (душ) и 12 литров – для хозяйственных нужд, всего – 32 л. Значит, семье из 2 чел. понадобится бойлер полезным объемом 50…80 л, для троих жильцов – минимум 100 литров. Если хочется наполнять ванну, выбираем танк на 120 л и более. Упрощенный алгоритм подбора отражен в таблице:

Скорость нагрева бака сильно зависит от мощности теплогенератора. Если здание отапливается котлом 10—15 кВт, ставить накопитель на 200 л бессмысленно – пока вода нагреется, дом успеет остыть. Дело в том, что приоритет загрузки бойлера выше, нежели отопление. Упрощенно: пока бочка не прогреется до нужной температуры, радиаторная сеть не получит требуемое количество тепла.

Приведем пример расчета мощности котла:

1. Исходные данные: объем бойлера составляет 200 литров, температура в системе ХВС – плюс 10 °С, ГВС – 50 градусов.
2. Для нагрева 1 кг воды на 1 градус потребно 1.16 Вт тепловой энергии. Считаем расход теплоты за 1 час: 1.16 х 200 х (50 — 10) = 9.28 кВт.
3. Чтобы сократить время загрузки вчетверо (до 15 мин), нужно подать в 4 раза больше энергии – 9.28 х 4 = 37.12 кВт. Результат: мощность отопительного агрегата в максимальном режиме – 40 кВт, иначе бойлер станет нагреваться дольше.

Общие рекомендации по выбору «косвенника»:

если позволяет бюджет, лучше купить нагреватель типа «емкость в емкости» — аппарат более эффективен в работе, обслуживание – только ежегодная промывка;
всегда выясняйте полезную вместительность резервуара – она меньше заявленных габаритов на 10—30% из-за объема, занимаемого теплообменником;

накопитель большой емкости лучше брать в напольном исполнении;
для жилища в многоквартирном доме подойдет горизонтальный бойлер, подвешиваемый ближе к потолку;
при отсутствии солнечных коллекторов стоит обратить внимание на комбинированные модели, обеспечивающие работу ГВС в течение теплого периода;
минимальная толщина стенок эмалированного бака должна составлять 2 мм.

Железные танки, покрытые термостойкой пластичной эмалью с добавлением циркония, практически не уступают нержавеющим в надежности, зато обходятся гораздо дешевле. Слабое место нержавейки – сварные швы, успешно корродирующие в случае полной выработки магниевого анода. Кстати, лучше выбирать изделие с титановым электродом – он служит втрое дольше.

Устройство бойлера косвенного нагрева

В состав конструкции бойлера входят следующие основные элементы:

1. Емкость;
2. Змеевик или встроенная емкость;
3. Слой тепловой изоляции;
4. Наружный кожух;
5. Штуцеры (патрубки) для подключения;
6. Магниевый анод;
7. ТЭН (не всегда);
8. Термодатчик;
9. Система управления температурой;

Емкости для бойлеров обычно имеют цилиндрическую форму, реже – прямоугольную. Производятся они из углеродистой (обычной) или высоколегированной (нержавеющей) стали. В случае использования обычных марок стали внутренняя поверхность емкости покрывается слоем специальной эмали или стеклокерамики, во всех случаях устанавливается магниевый (или титановый) анод.

Магниевый анод является расходным материалом, по мере использования требуется его регулярная замена. Скорость коррозии материала основного резервуара благодаря аноду снижается в несколько раз.

Основной модификацией БКН является емкость со встроенным спиральным змеевиком, при больших объемах устройство может быть оборудовано несколькими змеевиками, причем подключаться они могут к различным теплогенерирующим источникам – котлу, тепловому насосу, солнечному коллектору.

Спиральный теплообменник бойлера из нержавеющей стали

Материалом змеевика обычно служит медь, реже – обычная или нержавеющая сталь. Концы змеевика оборудуются резьбами для подключения запорной арматуры и трубопроводов.

Вторая разновидность бойлеров КН – агрегаты со встроенной емкостью. Емкость также имеет слои защитного покрытия или производится из нержавеющей стали, оборудована патрубками, выходящими за пределы основной емкости.

Для снижения тепловых потерь емкость качественно утепляется – для этого используется полиуретан и другие материалы тепловой изоляции. Изолированная емкость заключена в декоративно-защитный кожух – он выполняется из стали или высокопрочного пластика.

Многие модели БКН оборудуются съемными ТЭНами. Они предназначены для повышения производительности бойлера или выполняют роль основного нагревательного элемента (в теплое время года, в отсутствии отопления).

Емкости оборудуются люками для внутреннего осмотра и чистки оборудования. Агрегаты со встроенными резервуарами оснащаются системами самоочистки и люков обычно не имеют.

Вместимость БКН варьируется от 50 до 1500 литров. По способу размещения устройства делят на 2 вида:

1. Настенные – до 200 литров;
2. Напольные.

Отдельная разновидность БКН – встроенные. Они размещаются непосредственно в одном корпусе с котлом, управляются его системой автоматики. Встроенные нагреватели имеют ограничения по объему – это вызвано наличием общих габаритных характеристик с котлом.

Следует отметить, что настенное размещение подразумевает наличие капитальной стены или сооружения усиливающих конструкций. По ориентации бака бойлеры делятся на вертикальные и горизонтальные.

Основным управляющим элементом БКН является термодатчик, он устанавливается в средней зоне емкости в специальную гильзу. Системой управления задается необходимая температура горячей воды, датчик при изменении (нагреве или охлаждении) температуры воды подает соответствующие команды на выключение исполнительных устройств – насоса или трехходового клапана.

В верхней части бойлера имеется патрубок для подключения воздухоотводчика или группы безопасности. Чаще всего здесь устанавливается группа безопасности, при этом давление срабатывания предохранительно клапана составляет 6,0 кгс/см2. Кроме ГБ, в обвязку БКН обязательно интегрируется расширительный бак мембранного типа – объем его подбирается из расчета 10 % от вместимости бойлера.

В нижней части БКН имеется резьбовой штуцер для слива воды с устройства. Подача холодной воды осуществляется в нижнюю часть устройства, отбор горячей воды – из верхней части. Большинство моделей БКН оснащаются патрубком для организации контура рециркуляции, он располагается в средней части устройства.

Как выбрать?

Но прежде чем подключать бойлер, нужно обязательно учесть, каким он должен быть. Для бытовых нужд хватает емкости от 100 до 300 л; если планируется подавать воду в гостинице, общежитии, автомастерской и так далее, тут уже необходим резервуар на 1000 л как минимум.

При использовании косвенного бойлера следует разграничивать суммарную и полезную мощность. Так, если общая сила нагрева по документам составляет 24 кВт, то реальный эффект от обогрева будет составлять только 15 кВт, прочая часть тепла окажется израсходована на сам водонагреватель. Это обстоятельство нельзя забывать при планировании разворачиваемой системы.

100 л считаются достаточным показателем, чтобы три человека могли спокойно удовлетворить свои нужды, включая не слишком активное мытье в душевой кабине. Для редко используемых дач достаточным показателем считается даже 80 л. Но если дачный домик хотя бы в будущем может стать основным, тут уже скупиться не стоит. Поскольку бойлер косвенного нагрева не может дать тепла сам по себе, нужно подумать о механизме, который выполнит эту функцию. Одним людям удобнее применять твердое топливо, другие предпочитают жечь природный газ; электрические же котлы могут работать круглогодично.

При прочих равных параметрах, чем крупнее теплообменник (змеевик), тем скорее окажется прогрев воды. Если его площадь достигает 1 кв. м., согреть 120 л воды комнатной температуры до 75 градусов получится всего за ½ часа. Медные и латунные змеевики лучше стальных по уровню теплоотдачи. Такой показатель, как прочность, определяющий доминирование стальных изделий, тут практически неактуален. Что касается самого резервуара, наилучшим выбором инженеры считают изделия из нержавеющей стали, дополнительно усиленные керамической или стеклокерамической защитой от коррозии.

Большинство качественных версий косвенных водонагревателей оборудуется теплозащитой на основе поролона. Если использован для этой цели полиуретан, значит, модель действительно новая и высокотехнологичная.

Перед покупкой рекомендуется уточнить не только гарантийный срок, но и те моменты, когда он аннулируется. Полезно выяснить, где конкретно расположены сервисные центры и удобно ли будет до них добираться. Нелишней окажется заблаговременная консультация с электриками и сантехниками по поводу систем, установленных в доме. Или, по крайней мере, самостоятельный учет присоединительных размеров необходимого напряжения. Нельзя забывать еще и о том, что под водонагреватель должно быть отведено определенное место, и это не должно создавать неудобства для пользователя

Делаем бойлер своими руками

Водонагреватели с косвенным нагревом могут иметь самую различную конструкцию и конфигурацию. Главное они должны быть выполнены точно по расчетам, с использованием высококачественных материалов и в соответствии с установленной технологией обработки, для того чтобы получить изделие, способное работать в условиях высоких температур и под давлением. Процесс производства разбит на несколько важных этапов.

Подготовка бойлерной емкости

Выбирая конструкцию бака, нужно обратить внимание, как будет заводиться в корпус змеевик. Если в корпусе имеется монтажная крышка, то проблем для мастера с обвязкой теплообменника не будет

В том случае когда емкость целостная, то потребуется выполнить крышку самостоятельно, отрезав верхнюю часть и закрепить ее на болтовом соединении по всей длине окружности с предварительной установкой резиновой прокладки. Самым удобным вариантом для монтажа считается конструкция, которая имеет две крышки — верхнюю и нижнюю.

Далее на корпусе высверливают два отверстия для концевых участков змеевика. Диаметр отверстий обязан согласоваться с диаметром резьбы фитингов плюс 1-2 мм. Фитинги пропускают в технологические отверстия, с предварительной установкой уплотнительных колец.

Дальше с наружной стороны корпуса поворачивают встречные фитинги и сильно затягивают их. Такое соединение дает устойчивость конструкции змеевика, которую дополнительно усиливают опорами внутри корпуса, чтобы предотвратить вибрацию и шум во время циркуляции теплообменника.

В корпусе емкости запрессовывают патрубки для входа/выхода нагреваемой среды и линии дренажа, на которых устанавливается запорно-предохранительная арматура. На корпусе определяют место врезки для стрелочного термометра.

Изготовление и обработка змеевика

Сделать теплообменную спираль собственными силами опытному мастеру не сложно. В данном способе главное условие — произвести высококачественную намотку.

Выполнять ее желательно из труб, обладающих хорошей теплопередачей и антикоррозионными свойствами: медь и нержавеющая сталь. Хотя последний вариант трудно согнуть и придать нужную форму.

Готовый змеевик

Преимущественной для этих целей является медная трубка, которая гнется без предварительного нагрева горелкой. Под намотку применяют барабан из нужного материала с меньшим диаметром рабочей емкости водонагревателя на 8-12%. После выполнения намотки, витки труб раздвигают между собой до 5 мм.

Изготовление и обвязка БКН

Прежде всего самостоятельно изготовленный бойлер косвенного нагрева подсоединяют к внешнему источнику нагрева: трубы центральное отопление или в самостоятельный контур котлоагрегата автономного отопления.

Изготовленную спираль помещают внутрь корпуса и обвязывают с подающим теплоносителем. До того как закрыть корпус крышкой опрессовывают греющий контур. Для этого запускают циркуляцию теплоносителя путем открытия вентиля на подаче и обратке и внимательно осматривают змеевик на предмет утечек.

Схема обвязки БКН

Далее по схеме обвязывают конструкцию с линией ГВС через запорно-регулирующую арматуру. По схеме бак связывают с подачей холодной воды, выход ГВС с внутридомовым трубопроводом горячей воды идущем на смесители и дренажной линий, для слива воды при ремонте и обслуживании. На выходе из БНС монтируется термометр и манометр, чтобы можно было контролировать параметры нагретой воды.

Если бак имеет систему автоматического регулирования и защиты, устанавливают первичные датчики по температуре и давлению для защиты БКН от высоких параметров нагрева.

Теплоизоляция

Для того чтобы уменьшить тепловые потери от БКН и обеспечить его аккумулирующими тепловыми свойствами, выполняют наружную теплоизоляцию конструкции.

Теплоизолятор фиксируют с применением монтажного клея, стяжки проволокой либо иным образом. Имеет большое значение, чтобы корпус был защищен полностью, так как от качества термоизоляции будет зависеть КПД работы системы, и как долго бак сможет сохранять горячую воду.

Очень часто на практике термоизоляцию выполняют с применением второго бака большего диаметра, в который вставляется рабочая емкость, а пространство между ними заполняют утеплителем.