Zasada działania dwufunkcyjnego kotła gazowego i cechy jego podłączenia

Wszystkie kwestie organizacji autonomicznego ogrzewania i przygotowania ciepłej wody są rozwiązywane przez zakup jednego kotła, który jest w stanie obsłużyć oba systemy. Nie znając zasady działania dwufunkcyjnego gazowego kotła grzewczego, nielogiczne byłoby nie tylko dokonanie zakupu, ale także eksploatacja urządzenia. Czy zgadza się Pan/Pani?

Opowiemy o schemacie pracy urządzenia grzewczego, omówimy wszystkie jego słabe i mocne strony. Rozumiejąc podstawę działania urządzenia, można bez trudu korzystać ze wszystkich jego zalet. A w razie potrzeby będzie można na czas wykryć awarie w działaniu, zrozumieć i usunąć przyczyny ich powstawania.

Budowa kotła do obsługi dwóch obwodów

Dwufunkcyjny gazowy generator ciepła różni się od jednoobwodowego odpowiednika tym, że zamiast jednego wymiennika ciepła ma dwa, nazywane w terminologii technicznej pierwotnym i wtórnym.

Pierwszy, tj. pierwotny wymiennik ciepła, znajduje się bezpośrednio w strefie spalania płomienia. Jego zadaniem jest podgrzewanie czynnika grzewczego do funkcjonowania sieci grzewczej. Wtórny wymiennik ciepła odpowiada za pracę ciepłej wody użytkowej.

Stabilna praca urządzenia grzewczego jest możliwa przy skoordynowanej pracy wszystkich jego części składowych. Informacja o głównych funkcjonalnych modułach pomoże zrozumieć zasadę działania urządzenia.

W konstrukcję każdego dwufunkcyjnego agregatu wchodzą następujące standardowe elementy:

• Komora spalania z blokiem palnikowym;
• Wymienniki ciepła;
• Urządzenia sterowania i zabezpieczenia urządzenia.

Aby zrozumieć specyfikę budowy gazowych kotłów typu dwufunkcyjnego, zatrzymamy się szczegółowo nad każdym z jego elementów konstrukcyjnych.

Rodzaje palników gazowych do kotłów dwufunkcyjnych

Palnik gazowego kotła odpowiada za uzyskanie wystarczającej ilości ciepła niezbędnego do funkcjonowania ogrzewania i obwodu dostarczania ciepłej wody. Energia cieplna jest uzyskiwana poprzez spalanie paliwa. Palnik umieszcza się w komorze spalania, do której oprócz gazu wtłaczane jest powietrze. Jest ono potrzebne do procesu spalania.

W zależności od trybów pracy palniki można sklasyfikować według następujących rodzajów:

• Jednostopniowy palnik. Urządzenie z takim palnikiem może pracować tylko w dwóch trybach – „Stop” i „Start”. Takie kotły, mimo niskiej wydajności i skróconej żywotności, cieszą się popularnością ze względu na prostą konstrukcję i niski koszt.
• Dwustopniowy palnik. Urządzenie grzewcze z takim palnikiem może pracować z pełną i połową mocy. Jego zalety są odczuwalne w ciepłe dni, gdy do podgrzewania niezbyt zimnej wody nie ma potrzeby używania urządzenia z pełną mocą.
• Palnik modulowany. Inteligentny system kotła z takim palnikiem umożliwia regulację i dostosowanie mocy. Taki kocioł charakteryzuje się długą żywotnością i oszczędnością, ale jest też znacznie droższy od urządzeń z jednostopniowymi i dwustopniowymi palnikami.

Palniki dzielą się na konstrukcje otwarte i zamknięte. W przypadku otwartego palnika powietrze potrzebne do spalania paliwa pochodzi bezpośrednio z pomieszczenia, w którym znajduje się kocioł. Do odprowadzania produktów spalania wymagany jest komin, który musi zapewniać wystarczający ciąg naturalny.

Atmosferyczne urządzenia grzewcze są zwykle wyposażone w zwykłą metalową rurę, turbinowane – w komin koncentryczny. W zależności od warunków technicznych pomieszczenia kanał spalinowy jest montowany pionowo lub pod kątem. Warianty kątowe są wyprowadzane przez ścianę na zewnątrz lub podłączane do wspólnego szybu kominowego.

Palnik gazowy jest głównym elementem dwufunkcyjnego kotła gazowego, odpowiada za spalanie paliwa i pozyskiwanie energii cieplnej w wymaganej ilości

Kotły turbinowane są wyposażone w zamknięte komory spalania, do których powietrze nie może dostać się samoczynnie. Są bezpieczniejsze i bardziej niezawodne w eksploatacji, ale droższe i bardziej skomplikowane w działaniu. Kotły z zamkniętymi palnikami oprócz odprowadzania spalin potrzebują kanału, przez który do komory doprowadzany jest tlen potrzebny do spalania.

Dlatego kotły turbinowane wyposaża się w rury koncentryczne, ponieważ oprócz odprowadzania dymu zasysają one również świeże powietrze z zewnątrz. Zdarza się, że do zamkniętej komory spalania podłącza się dwa koncentryczne przewody kominowe. Dodatkowo całą konstrukcję uzupełnia rura do doprowadzania powietrza.

Wszystkie tego typu modele kotłów są wyposażone w wentylatory zapewniające ruch spalin, wielopoziomowe systemy zabezpieczeń oraz automatykę. Do pracy wymienionych urządzeń i systemów potrzebna jest energia elektryczna. Ich wadą jest zależność od zasilania, co zwiększa koszty eksploatacji.

Odmiany wymienników ciepła w urządzeniach gazowych

Jeśli palnik służy do spalania paliwa w celu uzyskania ciepła, to wymiennik ciepła zapewnia pozyskanie tego ciepła do dalszego przekazania wodzie. Jak już wspomniano, w konstrukcji kotła dwufunkcyjnego występują wymiennik pierwotny i wtórny.

Pierwotny wymiennik ciepła znajduje się bezpośrednio nad palnikiem i ma postać żebrowanej rurki wygiętej w kształt węża. Pod wpływem płomienia woda w wymienniku nagrzewa się i przepływa przez zawór trójdrogowy dalej do instalacji systemu grzewczego.

Wtórny wymiennik ciepła stanowi system falistych płyt, które są zebrane w jeden blok z dwiema parami otworów. Każdej parze otworów przypisane są własne funkcje.

Przez jedną z par przepływa woda z wodociągu, a przez drugą płynie czynnik grzewczy, który trafia do obiegu grzewczego. Taki układ złożony z płytowego i rurowego wymiennika ciepła nazywany jest podwójnym.

Pierwotny i wtórny wymiennik ciepła są połączone w jeden system, którego poprawność pracy zapewnia specjalny zawór trójdrogowy.

Istnieją urządzenia grzewcze, w których zamiast układu podwójnego stosuje się bitermiczny wymiennik ciepła o złożonej konfiguracji. Taki wymiennik wykonany jest z miedzi, stanowi parę rurek umieszczonych jedna w drugiej. Po zewnętrznej rurce płynie czynnik grzewczy, a po wewnętrznej – woda do zasilania układu CWU.

Bitermiczny wymiennik ciepła nagrzewnicy czynnika grzewczego i wody różni się złożoną konfiguracją, gdy rurka jednego obiegu umieszczona jest w rurce drugiego obiegu.

Kotły z bitermicznym wymiennikiem ciepła są bardziej skomplikowane w eksploatacji, ponieważ oba wymienniki stanowią jeden blok, co utrudnia ich czyszczenie z kamienia. Jednak takie urządzenia grzewcze cieszą się popytem, ponieważ wyróżniają się małymi gabarytami i dużą szybkością nagrzewania wody.

Automatyka lub panel sterowania kotła

Automatyka kotła odpowiada za bezpieczną i stabilną pracę. Prowadzi kontrolę temperatury wody w elementach CWU, utrzymuje temperaturę czynnika grzewczego w liniach zasilania ciepłem. Automatyka kotła gazowego nie dopuszcza do pracy urządzenia grzewczego w przypadku niebezpiecznych sytuacji.

Urządzenie przerywa pracę lub nie włącza się w takich przypadkach:

• Obniżone ciśnienie w systemie gazowym;
• Brak ciągu;
• Brak lub krytyczne przegrzanie czynnika grzewczego.

Moduł sterowania, kontrolujący pracę urządzeń zabezpieczających i automatyzacji procesu, jest reprezentowany przez zestaw przełączników, układów scalonych lub ich kombinację. Oprócz zapewnienia bezpieczeństwa i kontroli temperatury, nadzoruje on pracę pompy obiegowej i wentylatora.

Nowoczesne kotły gazowe wyróżniają się posiadaniem inteligentnego sterowania, w którego oprogramowaniu dostępne są różne tryby eksploatacji.

Zasada działania i specyfika

Wielu właścicieli urządzeń gazowych nawet nie zastanawia się, jak naprawdę działa kocioł gazowy dwufunkcyjny. Błędnie sądzą, że ogrzewanie wody i obiegu grzewczego odbywa się jednocześnie. W rzeczywistości wszystko wygląda nie tak różowo.

Dwufunkcyjny kocioł gazowy nie może jednocześnie pracować w dwóch trybach, zapewniając działanie systemów grzewczych i CWU. Potwierdza to obecność w jego konstrukcji zaworu trójdrogowego.

W normalnym trybie kocioł pracuje stale tylko do podgrzewania czynnika grzewczego krążącego w systemie. Częstotliwość załączania oraz intensywność spalania płomienia są kontrolowane przez czujnik temperatury. Równocześnie z palnikiem uruchamiana jest pompa obiegowa, jeśli działanie systemu grzewczego nie opiera się na naturalnej cyrkulacji czynnika grzewczego.

Przestrzeń w dolnej części kotła wiszącego przeznaczona jest do doprowadzenia gazu, podłączenia zimnej wody, a także odpływów systemu CWU i obiegu grzewczego.

Zasadniczo, gdy temperatura czynnika grzewczego osiągnie zadaną wartość, czujnik wysyła sygnał o zmniejszeniu aktywności palnika. Dopóki temperatura nie spadnie do zadanej wartości, kocioł będzie w trybie pasywnym. Potem ponownie następuje polecenie z czujnika do automatyki w celu aktywacji zaworu dopływu paliwa.

Schemat działania kotła dwufunkcyjnego

Obecność systemu CWU nieco komplikuje schemat działania gazowego kotła dwufunkcyjnego. Ogrzany przez palnik czynnik grzewczy, przepływając przez wymiennik ciepła, zapewnia nagrzewanie płytowego wymiennika ciepła, przez który przepływa woda z wodociągu.

Schemat konstrukcyjny dwufunkcyjnego kotła gazowego z wymiennikiem bitermicznym i dwoma zwykłymi wymiennikami ciepła. W pierwszym wariancie nie ma potrzeby stosowania dwóch wymienników ciepła.

Jednoczesne użytkowanie modelu dwufunkcyjnego w trybie ogrzewania i ciepłej wody użytkowej jest niemożliwe. Po otwarciu kranu ciepłej wody, dzięki trójdrogowemu zaworowi termostatycznemu, zatrzymuje się cyrkulacja czynnika grzewczego w obiegu grzewczym. Kocioł przechodzi w tryb przepływu wody przez obwód z płytowym wymiennikiem ciepła, który podgrzewa wodę na potrzeby bytowe.

Przy znacznym poborze ciepłej wody przez dłuższy czas może zostać sparaliżowana praca kotła nastawionego na ogrzewanie. Problem można rozwiązać na dwa sposoby – przewidzieć instalację mocniejszego urządzenia grzewczego lub włączyć do układu bojler pośredniego ogrzewania.

Przy aktywnym korzystaniu z systemu CWU możliwa jest instalacja kotła dwufunkcyjnego z wbudowanym bojlerem. W tym przypadku nieco wzrasta zużycie paliwa, ponieważ w przerwie między cyklami pracy systemu grzewczego energia palnika jest wykorzystywana do utrzymywania temperatury wody w dodatkowym gazowym podgrzewaczu wody.

Zgromadzony zapas ciepłej wody we wbudowanym bojlerze pozwala na korzystanie z systemu CWU bez odłączania obiegu grzewczego. W rezultacie oba systemy działają naprzemiennie, co eliminuje ryzyko przegrzania płynu i wydłuża żywotność wymiennika ciepła.

Kocioł z wbudowanym standardowym bojlerem nie tylko zapewnia wystarczającą rezerwę ciepłej wody, ale także pomaga uniknąć długotrwałego wyłączania obiegu grzewczego.

Wbudowany standardowy bojler umożliwia uzyskanie ciepłej wody o żądanej temperaturze w dowolnym momencie, a jej zapas jest zapewniany automatycznie. Natomiast przepływowy system CWU potrzebuje kilku minut, aby podgrzać wodę do wymaganej temperatury.

Typy wykonania gazowych kotłów na dwa obwody

Cechy działania urządzeń gazowych w dużej mierze zależą od wariantu wykonania urządzenia grzewczego. Nowoczesne kotły są produkowane w dwóch formatach – stojące i wiszące.

Przy wyborze wariantu wykonania należy kierować się wielkością ogrzewanej powierzchni oraz aktywnością korzystania z systemu CWU. Należy mieć świadomość, że kotły wiszące są bardziej kompaktowe, ale jednocześnie mają znacznie mniejszą moc.

Wiszący gazowy kocioł dwufunkcyjny wyróżnia się kompaktowymi rozmiarami i nowoczesnym designem, ale jest efektywny tylko przy ogrzewaniu pomieszczeń o niewielkiej powierzchni i umiarkowanym zużyciu ciepłej wody.

Wybór wiszącego kotła dwufunkcyjnego może być uzasadniony, jeśli ogrzewana powierzchnia nie przekracza 200 m², a łączna wydajność systemu CWU nie przekracza 14 l/min.

Niewielkie rozmiary kotła wiszącego, choć wydają się zaletą, w rzeczywistości kryją wiele wad. Kompaktowość osiąga się poprzez zastosowanie cieńszych rurek wymiennika ciepła. Oprócz tego, że mają one krótszą żywotność, istnieje ryzyko ich zapchania.

W instalacjach stojących stosuje się bardziej masywne i niezawodne żeliwne wymienniki ciepła. To nie tylko zwiększa niezawodność działania urządzenia grzewczego, ale także wydłuża jego żywotność.

Zalety i wady urządzeń dwufunkcyjnych

Zalety dwufunkcyjnego agregatu grzewczego są następujące:

• Ekonomiczne zużycie paliwa. Punktem porównawczym jest zastosowanie kotła dwufunkcyjnego lub jednofunkcyjnego z bojlerem ogrzewania pośredniego.
• Kompaktowe rozmiary. Zdecydowana większość kotłów dwufunkcyjnych to urządzenia wiszące. Łatwo je umieścić zarówno w pomieszczeniach gospodarczych, jak i w małej kuchni.
• Uniwersalność. Nie ma potrzeby zakupu dodatkowego wyposażenia i rozwiązywania kwestii jego kompatybilności z kotłem.

W jednym urządzeniu z powodzeniem połączono w jedną zautomatyzowaną systemową grzałkę przepływową, urządzenie grzewcze i pompę obiegową.

Oczywiście, oprócz zalet, występują również pewne wady:

• Brak możliwości jednoczesnego działania ogrzewania i obiegu CWU. W związku z tym znaczne zużycie ciepłej wody może spowodować obniżenie temperatury w domu.
• Ograniczenia mocy modeli wiszących. Kompaktowe kotły wiszące ze względu na minimalne rozmiary palnika nie są w stanie zapewnić wymaganego reżimu temperaturowego przy maksymalnym ciśnieniu. Podobna wada występuje przy oddalonym umiejscowieniu punktów poboru wody.
• Wrażliwość na jakość wody. Wtórny wymiennik płytowy jest wymagający co do jakości pobieranej wody. Obecność zanieczyszczeń powoduje konieczność stosowania środków zmiękczających oraz oczyszczania czynnika grzewczego.

Kolejnym kryterium oceny kotła dwufunkcyjnego jest jego koszt. Cena grzejnika dwufunkcyjnego jest wyższa niż cena odpowiednika jednofunkcyjnego.

Jeśli jednak rozpatrywać obecność systemu CWU i sposoby rozwiązania problemu w przypadku instalacji kotła jednofunkcyjnego, to przy włączeniu do schematu montażu zasobnika ciepłej wody z wężownicą, cena kotła dwufunkcyjnego będzie niższa.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Z elementami konstrukcyjnymi i zasadą działania gazowego urządzenia grzewczego zapozna następujący film:

Wiązanie (instalację podłączeniową) dwufunkcyjnego kotła gazowego przedstawi autor filmu:

Szczegółowe zapoznanie się ze specyfiką i zasadą działania dwufunkcyjnych kotłów gazowych pozwala określić zalety ich eksploatacji. Zakup takich grzejników pomoże zaoszczędzić na zakupie dodatkowego wyposażenia niezbędnego do organizacji systemu CWU.

W przypadku awarii jednego z obiegów możliwa jest eksploatacja drugiego, a wymiana obiegu zawsze będzie tańsza niż naprawa oddzielnego urządzenia grzewczego. Kocioł dwufunkcyjny można używać również w ciepłej porze roku, eksploatując go tylko w trybie podgrzewu wody do celów bytowych, na czym polega wygoda i ekonomiczność w porównaniu z zakupem oddzielnych urządzeń.

Proszę opowiedzieć, jak wybierali Państwo dwufunkcyjny kocioł gazowy do wyposażenia własnego domu/mieszkania/daczy. Co było dla Państwa decydującym kryterium przy wyborze? Proszę dzielić się przydatnymi informacjami na ten temat, zdjęciami w bloku poniżej, zadawać pytania.