Большинство новых индивидуальных домов и коттеджей, которые строятся в наше время, обладают площадью около 300 квадратных метров, которую нужно каким-то образом отапливать. Если в дом подведен газ, то решить проблему отопления можно при помощи настенного газового котла. При этом попутно есть возможность оборудовать систему горячего водоснабжения от газового котла. Ниже мы рассмотрим различные варианты организации горячего водоснабжения в системах отопления с настенным котлом, их преимущества, недостатки и особенности проектирования и подбора оборудования.

В первом примере рассмотрим двухконтурные газовые котлы с битермическим теплообменником. Би-термический теплообменник состоит из двух теплообменников, размещенных над пламенем газовой горелки. Выглядит это как две коаксиальные, расположенные одна внутри другой медные трубки, которые образуют два канала: внутренний, предназначенный для подогрева санитарной воды и внешний, для нагрева теплоносителя отопительного контура. Подобные котлы – наиболее компактное и экономичное решение проблем отопления и горячего водоснабжения. Как же распределяется теплота сгорания газа в одной горелке между двумя контурами? На рисунке 1 изображено общепринятое техническое решение, которое заключается в том, что котел одновременно греет или санитарную воду или теплоноситель отопительного контура. Приготовление горячей воды имеет приоритет, при запросе на тепло для горячего водоснабжения отопительный контур выключается. Любое открывание крана горячей воды и возникновение расхода воды в контуре ГВС воспринимается как запрос на тепло для контура ГВС. Система управления производит остановку циркуляционного насоса отопительного контура и регулирует мощность горелки по температуре горячей воды на выходе теплообменника. Возможно применение в контуре ГВС вместо датчика протока самый простой ротационный расходомер. При небольшом потреблении тепла контуром горячего водоснабжения мощности котла достаточно для одновременной работы обоих устройств. Но при превышении установленной величины расхода горячей воды (эта величина соответствует одной четвертой части мощности горелки) происходит прекращение циркуляции через контур отопления, котел начинает работать только на систему горячего водоснабжения.

Существенным недостатком котлов с битермическим теплообменником является образование накипи внутри той части теплообменника, где происходит подогрев санитарной воды. Накипь – это кристаллизовавшиеся на поверхности трубы карбонаты кальция и магния, которые образуются при высокой температуре из бикарбонатов – солей жесткости, растворенных в любой воде, добытой из-под земли или естественного водоема. Рост накипи заметен при температуры воды 70 градусов и выше, и скорость роста накипи увеличивается в 2-4 раза при росте температуры на каждые 10 К. Температура дымовых газов, которые обтекают теплообменник настенного котла находится на уровне 300-500 градусов Цельсия. Теплообменник сделан из меди, обладающей высокой теплопроводностью, что приводит к повышению температуры на поверхности теплообменника и воды до 100 С и выше. При таких условиях накипь образуется с высокой скоростью. Растущий слой накипи ухудшает теплопередачу от металла к воды, достижение заданной температуры достигается путем увеличения мощности горели и дальнейшее повышение температуры теплообменника, что приводит к перегреву котла и его аварийному выключению. Решение проблемы возможно путем установки дополнительной функции ограничения температуры в теплообменниках. Тем не менее, битермические теплообменники зарастают накипью не взирая на попытки решения этой проблемы. Возможно ограничение температуры на греющей стороне теплообменника с горячей водой. Такая возможность есть в котлах с вторичным теплообменником пластинчатого типа, который предназначен только для приготовления санитарной горячей воды, стоимость такого котла гораздо выше, чем битермического. В котлах со вторичным теплообменником ГВС в любой промежуток времени может работать только один контур – отопительный или горячей воды. Это показано на рисунке 2. С началом разбора воды в системе горячего водоснабжения, трехходовой вентиль перенаправляет нагретый в основном теплообменнике теплоноситель вместо отопительной системы во вторичный теплообменник, где происходит отдача теплоносителем тепла санитарной воде. Так как расход теплоносителя в греющей части теплообменника остается неизменной, заданная температура санитарной воды поддерживается путем изменения температуры теплоносителя, которая определяется текущей мощностью горелки.

В системах горячего водоснабжения разных производителей температура воды ограничивается 55-65 С, а температура подачи теплоносителя – 80-85 С. При подобных значениях температуры рост накипи происходит медленнее, чем в битермическом теплообменнике, но все равно накипь образуется и ее нужно регулярно удалять, чтобы растущие навстречу друг другу слои накипи не закрыли зазоры между пластинами, что может привести к бесповоротному отказу теплообменника. Для удаления накипи можно использовать специальные жидкости, но удаление накипи из вторичного теплообменника может быть затруднено в связи с невозможностью определения интервала обслуживания для своевременной очистки и большой трудоемкостью очистки вторичного теплообменника, по стоимости сравнимо с заменой теплообменника на новый. Стоимость нового теплообменника ГВС составляет 7,5 – 10% от стоимости самого котла, плюс работы по замене обойдутся раз в год или два года около 17-22 % суммы, отданной за котел. Итак, ждать образования накипи, а потом ее удалять, это неразумное и неэкономичное решение.

Правильнее будет перед установкой котла сделать анализ воды, предназначенной для использования в качестве санитарной. При превышении значения жесткости в 4 мг-экв/л производится установка на входе воды в котел дозатор полифосфатов. При жесткости исходной воды 9 мг-экв/л и больше для ее смягчения необходимо использовать ионообменный фильтр. Полифосфаты присутствуют в любом стиральном порошке или мыле, их присутствие делает воду непригодной для пищевых потребностей, несмотря на их малую токсичность. Добавление полифосфатов в воду превращает ее из карбонатной в некарбонатную, а не удаляет из воды соли жесткости, и предотвращает появление накипи в теплообменнике. Фильтр-дозатор со сменными картриджами, которые содержат полифосфат натрия по затратам составит 18% стоимости наиболее дешевого котла. Радикально удаляет соли жесткости из воды особый фильтр-умягчитель, где вода протекает через сосуд с гранулами катионообменнйо смолы. При этом ионы щелочноземельных металлов замещаются ионами щелочных металлов и вода теряет свою жесткость. Умягчающая способность смолы восстанавливается при помощи раствора поваренной соли, который вводится вручную или автоматически. Установка для смягчения воды – довольно дорогое удовольствие: отечественный фильтр с минимальной производительностью (0,6 куб.м/час) в минимальной комплектации стоит столько же, сколько недорогой настенный котел. Поскольку настенными котлами оборудуют дома площадью 200-250 квадратных метров, то для владельца основным достоинством такого котла является его невысокая цена, и платить вдвойне за работу без накипи потребители не готовы.

В соответствии с потребностями владельцев котлов, на рынке появились недорогие магнитные и электромагнитные ингибиторы накипи. После обработки воды постоянным или переменным магнитным полем карбонаты кальция и магния не кристаллизируются на стенках труб, а просто выпадают в осадок, который в виде взвеси уносится потоком воды. Правда, это невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть.

Не все котлы подвержены образованию накипи. Котлы со встроенным баком-водонагревателем, который изображен на рисунке 3, практически не встречаются с проблемой накипи. Объем подобного бака 60 литров или меньше, выполнен из нержавеющей стали или из обычной стали с эмалевым покрытием, оборудован магниевым анодом, защищающим от коррозии. Котел из стали с эмалевым покрытием стоит на 70-80% дороже котла с битермическим теплообменником. Преимуществом настенного котла с бойлером является возможность покрытия кратковременных пиковых нагрузок ГВС. Но еше одним неоспоримым достоинством такого котла является тот факт, что образующаяся накипь работе котла не приносит вреда. Что касается пикового разбора воды, то бойлер с баком 48 литров и температурой воды 60С – это на треть заполненная ванна или два душа средней интенсивности, примерно 6 литров в минуту, которые работают одновременно в течение 8 минут. Для наполнения ванны на 2/3 объем бака должен составлять не менее 100 литров. Котел применяется одноконтурный со встроенным трехходовым вентилем с электроприводом для переключения циркуляции теплоносителя . Практически все одноконтурные котлы удовлетворяют этому требованию, правда, для отдельных моделей трехходовый вентиль не входит в комплект поставки. Котлы с бойлером должны содержать в системе управления возможность кратковременного нагрева воды до температуры 80 С с целью дезинфекции. Если бойлер не входит в комплектацию котла, то при его выборе стоит обратить внимание на то, чтобы теплообменник обладал мощностью, равной мощности котла или большей. Затраты на покупку одноконтурного котла с эмалированным бойлером объемом 120 литров на 75-85% больше затрат на покупку котла с битермическим теплообменником.

Каково же время ожидания горячей воды во всех вышерассмотренных системах ГВС? Котлы с битермическим теплообменником во время отопительного сезона постоянно поддерживают нагретой санитарную воду. Если диаметр трубы с горячей водой составляет ½’’ и открытие крана происходит на расстоянии L метров, то вода станет горячей через 1,36*L секунд. Вне отопительного сезона нагрев происходит на несколько секунд позже, которые нужны для розжига горелки и выхода ее на режим работы и прогрев теплообменника.

Котлы с вторичным теплообменником горячего водоснабжения работают в противоположном режиме. Летом время ожидания горячей воды меньше, чем во время сезона отопления на 6-7 секунд, которые необходимы для переключения трехходового клапана.

В моделях, где клапан запускается при помощи мембранного дифференциального прессостата, его переключение происходит только при начале забора воды в системе ГВС, что приводит к увеличению скорости его работы. Для снижения времени ожидания горячей воды на промежуток времени, затрачиваемый на прогрев вторичного теплообменника ГВС, большинство моделей котлов оснащаются опцией периодического прогрева теплообменника и в отсутствие запросов горячей воды.

Вторым по скорости нагрева воды можно назвать котел со встроенным бойлером – в такой модели время подачи горячей воды зависит только от длины трубы, которая соединяет котел и точку водоразбора. Для постоянного заполнения этой трубы горячей водой и сокращения времени ожидания потребителем, организована рециркуляция воды в системе горячего водоснабжения, что возможно в конфигурации одноконтурный котел-внешний бойлер.

Итак, использование настенного газового котла для систем отопления и горячего водоснабжения возможно с минимальными затратами и полностью удовлетворяя запросы потребителей.