Бытовое газоиспользующее оборудование, устанавливаемое в квартирах многоквартирных жилых зданий, предназначается для приготовления пищи, горячего водоснабжения и отопления.
Для приготовления пищи предусматриваются бытовые газовые плиты, варочные поверхности, духовые шкафы работающие на природном газе.
Газовая плита - наиболее распространённый бытовой газовый прибор. Самое широкое распространение получили напольные газовые плиты с духовым шкафом. Стационарно устанавливаемые плиты содержат от 2 до 4 горелок стола атмосферного типа и горелку духового шкафа. Основные параметры плит по ГОСТ Р 50696 - 94 должны соответствовать следующим величинам:
1. Рекомендуемая номинальная тепловая мощность горелок стола, кВт (предельное отклонение ± 5%):
- пониженная 0,21 – 1,05
- нормальная 1,05 – 2,09
- повышенная 2,09 – 3,14
- большая свыше 3,14.
2. КПД горелок стола с номинальной мощностью:
- 1,05 кВт и более, не менее 58 %.
3. Содержание окиси углерода, не более 0,01% по объёму или 125 мг/м3.
4. Содержание оксидов азота в продуктах сгорания, не более 200 мг/м3.
Кроме того, горелки должны обеспечивать устойчивое горение без проскока и отрыва пламени в диапазоне рабочего регулирования номинальной тепловой мощности. Для плит, предназначенных для работы на природном газе установлено номинальное давление газа 130 и 200 даПа, а для плит, работающих на сжиженном газе - 300 даПа.
Устройство газовой плиты показано на рисунке 29.
Рис.29 Устройство газовой плиты
Современные газовые плиты в соответствии с требованиями ГОСТ оснащаются автоматикой безопасности – система наличия контроля пламени. Каждая конфорка оснащена горелкой и датчиком пламени. Основные элементы датчика – термопара, клапан электромагнитного действия и провод. При нагревании элемента до определенного уровня на другом конце термопары возникает электрический сигнал, который подается на электромагнитный клапан. Термопару устанавливают так, чтобы сплавленный конец (нагревательный элемент) всегда находился на границе пламени.
Схема устройства газ-контроля представлена на рис.30. Клапан электромагнитного действия, в свою очередь, отвечает за подачу топлива. Он соединен с термопарой и краном газового механизма конфорки. При наличии сигнала с термопары клапан давит на кран конфорки и держит его открытым. При погасании пламени нагревательный элемент термопары остывает, сигнал не вырабатывается, клапан перекрывает газовый кран и подача топлива приостанавливается. После срабатывания механизма контроля газа необходимо заново производить розжиг плиты. Для нагрева элемента термопары требуется время. В зависимости от модели плиты на процесс розжига может уходить от 1-5 до 10-20 секунд.
Рис. 30 Схема устройства газ-контроля
Газовые проточные водонагреватели ("колонки") подразделяются:
1. по типу устройства камеры сгорания: с открытой камерой сгорания (атмосферные), с закрытой камерой сгорания (турбированные);
2. по конструкции и способу приготовления горячей воды: проточные и емкостные;
0 %.
3. по возможности регулировки мощности пламени (расхода газа): ступенчатая регулировка, плавная регулировка, автоматическая регулировка (модуляция пламени).
Водонагреватели с открытой камерой сгорания используют воздух для горения, подаваемый из помещения, где они установлены. При этом обязательно наличие разряжения в дымоходе.
Принцип работы простейшей газовой колонки показан на рис. 31. После того как откроют кран 1, вода начинает поступать в водяную арматуру колонки 2. Затем пользователь вручную открывает клапан подачи газа 3 и одновременно нажимает кнопку пьезоэлемента 4. Электрическая искра зажигает запальник 5 и основную горелку 6. Поднимаясь вверх, продукты горения проходят через теплообменник 7 и отдают тепло воде, которая сразу после этого подается в кран горячей воды. Через вытяжной колпак 8 продукты горения выводятся в дымоход.
Мощность большинства выпускаемых сегодня газовых колонок составляет от 17 до 24,4 кВт. Модели мощностью 17-19 кВт способны эффективно подавать горячую воду на одну не очень емкую (например, мойку или душ) точку водоразбора, мощностью 24,4 кВт - на две таких точки. Существуют колонки мощностью до 29 кВт, способные одновременно обслужить до трех точек - мойку, душ и ванну. Есть и газовые водонагреватели с мощностью, не превышающей 10 кВт.
Мощность современной колонки может регулироваться - ступенчато или плавно. Количество ступеней варьируется от 2 до 10. При плавной регулировке мощность может принимать любое значение - от минимального до максимального. Системы плавной регулировки стоят дороже, но они гораздо удобнее и, как правило, оборудованные ими колонки служат дольше.
Устройства розжига пламени современных газовых колонок можно разделить на пьезоэлектрические и электрические. Самые доступные по цене - приборы с пьезоэлектрическими системами, но они не очень удобны. Для того чтобы запустить такую колонку, пользователю нужно одновременно открыть клапан подачи газа и нажать кнопку розжига. При этом ему придется продержать клапан в открытом состоянии 10-15 с и, возможно, несколько раз подать на запальник искру. Электрический розжиг гораздо удобнее и экономичнее. Сразу после появления потока воды электронная система автоматически открывает газовый клапан запальника и, одновременно, создает разряд, поджигающий газ. После загорания основной горелки термопара сигнализирует об успешном розжиге, и блок управления автоматически гасит запальник. Таким образом, для включения колонки достаточно будет открыть кран с водой.
В газовых водонагревателях, оборудованных электрической системой розжига, нет необходимости в постоянно горящем запальнике, что позволяет потребителю экономить до 25 % газа. Стоят такие колонки дороже: их цена может превышать цену аналогичных по мощности моделей с пьезоэлектрическим розжигом на 50-60 у.е. Для работы электрической системы розжига нужны батарейки, которые необходимо будет пусть и не очень часто, но все же регулярно менять. Необходимость в этом отпадает, если на колонке установлена система розжига Hydro Power,Junkers (Bosch). Большинство используемых в настоящее время газовых колонок оснащено камерами сгорания открытого типа. Воздух, необходимый для горения газа, они берут прямо из помещения. Поэтому их нельзя устанавливать в плохо проветриваемых помещениях.
Газовые колонки с закрытой камерой сгорания (рис.32). В этих моделях камера сгорания полностью изолирована от помещения - забор воздуха для горения и выброс продуктов сгорания производится с помощью вентилятора через коаксиальную трубу, выходящую сквозь стену помещения наружу. Это особенно важно, если в кухне установлены герметичные окна, т.к. при этом не используется воздух из помещения.
В многоквартирном доме воздух для горения может поступать к такому прибору либо из приточного коллективного воздуховода, коаксиально совмещенного с дымоходом, либо непосредственно с улицы. Продукты сгорания по специальной трубе должны выводиться за пределы здания в дымоход или (если речь идет о небольшом отдельно стоящем доме) через стену.
Рис. 31. Принципиальная схема простейшего газового водонагревателя с пьезоэлектрической системой зажигания: 1 - горячий кран;
2 - водяная арматура; 3 – клапан подачи газа; 4 - пьезоэлемент; 5 - запальник;
6 – основная горелка; 7 - теплообменник; 8 - вытяжной колпак
Рис. 32. Водонагреватель с закрытой
камерой сгорания:
1 - закрытая камера сгорания; 2 - вентилятор; 3 - коаксиальная
труба.
Наиболее удобны и экономичны газовые колонки, оборудованные моду-лируемыми горелками. Они автоматически изменяют величину пламени, в зависимости от количества протекающей через колонку воды. Поэтому, сколько бы ни подавалось воды на водозаборную точку, ее температура всегда будет постоянной. Владелец такой колонки может вручную выставить нужную ему температуру, после чего аппарат будет автоматически поддерживать ее, независимо от расхода и изменения давления воды.
Все современные газовые колонки оборудуются системами безопасности и автоматического регулирования:
- датчик ионизации - обеспечивает мгновенное перекрытие подачи газа при затухании пламени;
- датчик горения (термопара) - перекроет подачу газа в случае затухания пламени даже при отказе датчика ионизации;
- датчик перегрева - защищает теплообменник от перегрева и образования накипи, а человека - от ошпаривания;
- датчик потока - колонка включится, только если открыт кран, при закрытии его - автоматически выключится;
- датчик тяги - не позволит включить или потушит колонку при отсутствии тяги;
- датчики температуры холодной и горячей воды - для корректировки мощности пламени;
- предохранительный сбросной клапан - предотвращает разрыв теплообменника при повышенном давлении воды;
- защита от пониженного давления воды - не даст включиться колонке, если напор недостаточен для безопасной эксплуатации.
Водонагреватели накопительного типа.
Существующие сегодня газовые водонагреватели накопительного типа делятся на настенные (объемом бака - от 10 до 100 л) и напольные (от 120 до 2000 л).
Первые хорошо подходят для ГВС городских квартир или дач, в которых одновременно проживают до 4 человек, вторые - для загородных домов или небольших предприятий, например, кафе. Как правило, в водонагревателях накопительного типа используется природный газ низкого давления, но большинство моделей достаточно легко можно перенастроить на сжиженный газ.
В настоящий момент газовые водонагреватели накопительного типа пользуются у потребителей значительно меньшим спросом, чем газовые колонки. Прежде всего это обусловлено их высокой ценой и довольно большими габаритами. Нагреватели данного типа менее экономичны: газ в них расходуется не только на то, чтобы нагреть воду до определенной температуры, но и чтобы некоторое время поддерживать ее температуру. Кроме того, такие водонагреватели отличает достаточно большая инерция, т.е. получить горячую воду потребитель сможет только через некоторое время (от 30 мин до нескольких часов) после включения водонагревателя. С другой стороны, газовые водонагреватели накопительного типа обладают достоинствами, которых нет у колонок.
Во-первых, такие нагреватели в гораздо меньшей степени зависят от давления воды или газа. Дело в том, что в бытовых украинских газовых сетях давление газа составляет 13 мбар или менее. Не адаптированные к этому колонки при работе будут терять до 20-30 % мощности и не смогут подавать воду на расчетное количество точек водоразбора. Водонагреватели накопительного типа способны работать при пониженном давлении газа, и на объеме воды, который они смогут нагреть до необходимой температуры, это никак не скажется. Снижение давления воды тоже существенно уменьшает производительность газовых колонок. Ряд моделей при низком давлении просто не сможет работать. А накопительный водонагреватель на протяжении некоторого времени сможет бесперебойно обеспечивать пользователя водой нужной температуры.
Во-вторых, накопительные водонагреватели могут одновременно обслуживать несколько точек водоразбора, требующих большого количества воды, например, две ванны. Мощности газовых колонок для этого недостаточно.
В-третьих, в трубках теплообменников газовых «проточников» оседает большое количество накипи. Особенно интенсивно этот происходит там, где используется жесткая вода. В результате КПД теплообменника снижается, произ-водительность колонки падает и возникает необходимость в очистке трубопровода теплообменника, являющейся достаточно трудоемкой операцией. Для нормальной работы водонагревателя накопительного типа нужно будет только периодически очищать его горелку от нагара.
Добавим, что мощные газовые водонагреватели накопительного типа (300 л и более) при необходимости могут работать как проточные.
Упрощенно работу газового нагревателя накопительного типа (рис. 32) можно представить следующим образом. После того как холодная вода заполнила на-копительный резервуар 1, пользователь с помощью системы пьезоэлектрического розжига 2 и запальника 3, поджигает основную горелку 4. Продукты горения поднимаются вверх по трубе отвода дыма и нагревают воду в резервуаре. В трубе установлен турбулятор 9, который закручивает продукты сгорания и тем самым улучшает теплообмен бака. После этого продукты сгорания, через вытяжной колпак, выводятся в дымоход. Когда вода нагрелась до нужной температуры, установленная в резервуаре термопара 7 через электромагнитный газовый клапан 8 прекращает подачу газа на основную горелку.
Рис. 32. Принципиальная схема
газового водонагревателя накопительного типа
с пьезоэлектрической системой зажигания:
1 - накопительный резервуар; 2 - пьезоэлектрический розжиг;
3 - запальник; 4 - основная горелка;
5 - труба отвода дыма; 6 - вытяжной колпак; 7 - термопара;
8 - электромагнитный газовый клапан; 9 – турбулятор
При этом запальник продолжает гореть. Если находящаяся в накопительном резервуаре вода остыла, термопара включает подачу газа на основную горелку, и вода опять нагревается до нужной температуры. Для уменьшения потерь тепла накопительные резервуары изолируют от окружающей среды различными синтетическими материалами, обладающими низкой теплопроводностью, например, твердым пенополиуретаном. Поскольку химическая активность растворенных в воде веществ при нагревании увеличивается, для защиты от коррозии на металлические стенки бака наносят специальные покрытия (керамику, стекло-фарфор, мелкодисперсионную эмаль и др.). Так, внутренняя поверхность бака водона-гревателей фирмы Bradford White (США) покрывается слоем эластичной, высокотемпературной керамики Vitaglas, которая не только защищает их от коррозии, но и не разрушается при температурных деформациях бака. Для защиты от коррозии в резервуар помещают также один или несколько магниевых анодов. Поскольку в процессе работы эти элементы активно разрушаются, их необходимо периодически заменять на новые. Чтобы защитить поверхность накопительного резервуара от известковых отложений, некоторые модели оснащают антиизвестковыми стержнями или системами подачи воды, создающими турбулентные потоки, замедляющие выпадение твердого осадка и увеличивающие производительность нагревателя.
Накопительные водонагреватели, как и проточные, могут выполняться с открытыми или закрытыми камерами сгорания. Закрытыми камерами сгорания чаще всего оборудуют настенные водонагреватели. Большинство газовых нагревателей накопительного типа оборудуют сразу несколькими системами безопасности. Защита от перегрева обязательна: если вода нагрелась до определенной температуры, а основной термостат по какой-либо причине не отключил горелку, это сделает дополнительный датчик. Избыточное давление в накопительном резервуаре может вызвать его деформацию, а отсутствие воды приведет к высыханию. Чтобы этого не произошло, накопительные нагреватели оборудуют клапаном, который не допускает превышения давления.
Накопительные водонагреватели, как и проточные, оснащают системами, отключающими газ, если на основной горелке погасло пламя или отсутствует тяга в дымоходе.
Газовые настенные теплогенераторы (котлы).
Современные газовые котлы имеют множество разнообразных конструктивных решений – их можно классифицировать по следующим признакам:
1. По виду используемого газа: природный (СН4), сжиженный углеводородный газ(С3Н8,С4Н10).
2. По мощности: 10, 35, 60, 75 кВт.
3. По количеству контуров: одноконтурные устройства обеспечивают объект теплом, а двухконтурные – теплом и горячей водой.
4. По типу камеры сгорания: с открытой (рис.33) и с закрытой (рис.34) камерой сгорания. При открытой камере сгорания воздух на горение забирается из помещения, где установлен котел. Количество поступающего воздуха зависит от тяги. Часть воздуха поступает в горелку за счет инжекции, а вторичный воздух, необходимый для полного сгорания газа поступает в топку.
5.По способу отвода продуктов горения: с естественной и с принудительной тягой. Газовые котлы с естественной тягой имеют открытую камеру сгорания, их применяют в частных домах и коттеджах с площадью до 300 кв.м. Устройства с принудительной тягой имеют закрытую камеру сгорания: воздухозабор и отвод продуктов горения (дымовых газов) происходит по специальной коаксиальной трубе со встроенным вентилятором. В многоэтажных домах разрешены только котлы с принудительной тягой.
6. По типу горелки: с обычной и модуляционной горелкой. За счет модуляционной горелки можно регулировать мощность в автоматическом режиме в зависимости от тепловой потребности, а также температуры горячей воды, которую можно удерживать на одном уровне;
7. По виду розжига: электронный и пьезорозжиг. Пьезорозжиг имеет некоторые недостатки: постоянно горящий фитиль и необходимость повторного включения при перебоях с электричеством. То есть, если в отсутствие владельца дома временно отсутствовало электричество, котел с электронным розжигом включится повторно с его появлением, в отличие от котла с электро-розжигом;
8. По регулированию мощности горелки: одноступенчатые и двухступенчатые, модуляционные. Одноступенчатая горелка не позволяет регулировать мощность потребления энергоресурса в зависимости от потребности в тепле, мощность является неизменно максимальной (хотя потребность в максимальной мощности составляет около 20% от общего времени эксплуатации котла). Двухступенчатые – экономически более выгодны, так как имеют два уровня мощности.
9. По устройству автоматики безопасности:
- Датчик наличия пламени (при пропадании пламени отключает подачу газа).
- Блокировочный термостат (при аварийном повышении температуры котловой воды отключает котел).
- Устройство отключения котла при пропадании электропитания.
- Устройство блокировки котла при отключении газа.
- Датчик контроля тяги.
- Устройство отключения котла при снижении объема теплоносителя ниже нормы.
10. По устройству автоматики регулирования. Блок с устройствами для регулирования температуры в последнее время практически всегда представляет собой сложную электронную схему управления котлом и горелкой, связанную с соответствующими элементами и датчиками, с ЖК- дисплеем. Даже если котёл не используется, но подключён, электроника берёт на себя все основные обязанности по поддержанию его работоспособности: обеспечивает защиту от замерзания, (подогрев системы отопления, если температура котловой воды упала ниже 5 °С), защиту циркуляционного насоса и трёхходового клапана (периодическое включение, чтобы не «закисли»), отключение при аварийных ситуациях. В простом случае блок управления поддерживает заданную температуру. При установке соответствующих датчиков и приборов он работает в погодозависимом режиме, с усложнением схемы может быть запрограммирован на различные режимы работы, каскадное подключение и управление различными элементами системы и т.д.
11. По степени использования энергии все котлы делятся на конвекционные и конденсационные. В обычном котле используется низшая теплота сгорания, т.е. исключительно то тепло, которое получает теплоноситель конвективным способом при сжигании топлива. КПД подобных современных котлов превышает 90 %, скрытая же теплота, затраченная на парообразование молекул воды, образованных в ходе химической реакции горения газа, улетает «в трубу» вместе с горячими дымовыми газами. Температура дымовых газов на выходе из таких котлов составляет в среднем 150 °С (в старых моделях и более), в низкотемпературных конвекционных — порядка 100 °С Понятно, что чем холоднее выходящие газы, тем более полно будет использовано тепло, и каждый лишний, процент прибавки КПД в конечном счёте за много лет эксплуатации оправдает себя. Но усложнять конструкцию теплообменника котла, пытаясь выгадать «лишний градус», тоже не всегда оправданно. К тому же надо учесть то, что при температуре порядка 53 - 57°С водяной пар, содержащийся в газе, начинает конденсироваться в жидкость. Этот конденсат способен разрушить кирпичную кладку обычного дымохода буквально за год. То есть при расчёте надо учесть, что дымовые газы должны быть достаточно горячими, чтобы конденсация не происходила в дымоходе, или делать дымоход из кислотостойких материалов с учётом выпадения конденсата и необходимости его отвода.
Принцип действия конденсационных котлов заключается в том, что при выпадении конденсата выделяется дополнительное количество тепла. Если его собрать и использовать, теоретически возможно получить коэффициент использования котла в 111%, принимая за 100% ожидание теплового эффекта от технологии, не учитывающей скрытую теплоту сгорания газа.
12. По наличию запаса горячей воды: с проточным нагревом воды без бойлера, со встроенным бойлером и отдельно стоящим бойлером. Более комфортные условия горячего водоснабжения можно получить, установив котел со встроенным бойлером. Его основные плюсы это 45-60 литров (в зависимости от модели) горячей воды постоянно готовых к использованию. Кроме того, бойлер позволяет иметь на некоторое время запас горячей воды при отключении газа. Но обычно за комфорт приходится платить, и некоторые минусы у котлов со встроенным бойлером тоже присутствуют - это значительные габариты и вес, а так же незначительное увеличение расхода газа, для поддержания воды в бойлере постоянно нагретой.
13. По системе циркуляции воды: с естественной циркуляцией или с циркуляционным насосом. Насос предназначен для циркуляции жидкости по системе отопления. В отличие от систем с естественной циркуляцией, позволяет устанавливать котёл в любой точке системы, а не только в самой нижней. К тому же с его помощью перераспределение температуры происходит гораздо быстрее.
14. По наличию встроенного расширительного бака: расширительный бак предназначен для компенсации расширения жидкости в системе при её нагреве. Для закрытой (полностью герметичной) системы отопления используются закрытые баки, которые находятся или в корпусе котла, или неподалёку от него. Открытые, связанные с атмосферой баки ставят в верхней точке гидросистемы и только в системах с естественной циркуляцией.
15. По наличию пластинчатого теплообменника для горячего водоснабжения.
16. По давлению газа перед горелкой: 13 - 20 мбар, 17-25 мбар.
17. По давлению воды перед котлом: не менее 0,02 МПа (0,2 бар) и не более 1 МПа (10 бар).
На рисунках 33, 34 приведены конструктивные схемы автоматизированных теплогенераторов.
Рисунок 33 – Схема конструкции настенного автоматизированного газового теплогенератора с открытой камерой сгорания
Рисунок 34 – Схема конструкции настенного автоматизированного газового теплогенератора с закрытой камерой сгорания