Как работает бойлер косвенного нагрева — устройство и конструкция

Бойлер косвенного нагрева отличается хорошими теплотехническими характеристиками. Несмотря на высокую стоимость, водонагреватель незаменим в системах, подключаемым к твердотопливным котлам, солнечным коллекторам и тепловым насосам.

Если внимательно изучить принцип работы бойлера косвенного нагрева, а также рассмотреть существующие преимущества и недостатки, можно увидеть все достоинства и слабые стороны применения ёмкостного накопителя для ГВС.

Косвенный нагрев — что это, принцип нагрева

Существует всего два способа передачи тепла:

Первый, отличающийся высоким КПД и отдачей прямой принцип нагрева. Этот способ используется в отопительных котлах для нагрева теплоносителя. Змеевик с циркулирующей жидкостью находится непосредственно над горелкой или топочной камерой. Подобным образом нагревают воду электрические бойлеры, твердотопливные и газовые котлы, проточные газовые водонагреватели.

Косвенный способ нагрева заключается в использовании энергии от уже разогретого теплоносителя системы отопления, для нужд ГВС. Происходит вторичная теплоотдача.
Принципиальная схема работы подразумевает следующую цепочку передачи энергии: источник тепла > теплоноситель > горячее водоснабжение . Именно такой принцип работы отличает бойлер косвенного нагрева (БКН). Водонагреватель подключается к системе отопления и обеспечивает нужды ГВС используя энергию теплоносителя.

Для чего нужен бойлер, где и как используется

Главное предназначение БКН обеспечение потребностей частного загородного дома в горячем водоснабжении. Водонагреватель можно установить и в квартире, имеющей автономное отопление. В многоквартирном доме сделать это сложнее за счет ограниченной полезной площади. Для ГВС подбирают нагреватель, вместительностью 60-100 л.

Бойлер косвенного нагрева нужен для обеспечения горячего водоснабжения от системы отопления в которой изначально не был заложен подогрев воды. БКН эффективен в следующих случаях:

для гелиосистем — солнечных коллекторов.

В интернете можно встретить рекомендации подключения БКН к системе теплых полов. Цель такого решения зачастую заключается в снижении температуры нагрева теплоносителя. БКН выступает как буферная емкость, регулирующая температуру. На самом деле в системе тёплых полов не нужен бойлер. Для нивелирования нагрева устанавливают узел подмеса и гребёнку.

Устройство водонагревателя косвенного нагрева

Конструкция БКН напоминает обычный емкостный накопитель. Внутреннее устройство бойлера для нагрева воды состоит из следующих элементов:

Утепленный кожух — необходим для сохранения тепла нагретой воды. От качества теплоизоляции во многом зависит КПД водонагревателя и его экономичность.

Внутренний бак — изготавливается из нержавеющей и черной стали, покрытой эмалью или стеклополимером.

Нагревательный элемент — устройство и принцип работы бойлера косвенного нагрева может несколько отличаться в зависимости от того, какое решение используется для передачи тепловой энергии. В конструкции БКН может применяться один или несколько змеевиков, конструкция бак в баке. Выпускаются комбинированные модели с ТЭНом, работающие летом от электричества.

Несмотря на определенные отличия основное внутреннее устройство емкостных водонагревателей косвенного нагрева и принцип их работы остается неизменным:

Горячий теплоноситель поступает в БКН, увеличивает температуру поверхности змеевика или другого нагревательного элемента, контактирующего с водой для ГВС.

Происходит передача тепла.

Горячая вода подается потребителю.

Остатки невостребованной жидкости аккумулируются в баке, имеющем теплоизолирующий слой, предотвращающий теплопотери. Время от времени вода заново подогревается. Поддерживается одинаковая температура.

Основной принцип работы остается неизменен. При выборе следует учитывать особенности, связанные с отличиями в конструкции. Разновидности бойлеров классифицируются по:

баку и внешнему устройству;

особенностям нагревательного элемента;

системой регуляции температуры теплоносителя;

наличием защиты от перегрева и накипи.

При выборе БКН, перечисленные 5 критериев будут иметь решающее значение.

Виды бойлеров

Перед выбором БКН следует оценить технические условия помещения: наличие свободного места для установки, необходимый объем воды, достаточный для потребления. Полученные данные будут влиять на выбор конструкции накопительного водонагревателя косвенного нагрева. Можно условно разделить БКН на две группы:

По типу установки — существуют напольные и навесные бойлеры:
Напольные не ограничены объемом нагреваемой воды, но занимают полезную площадь. Напольные водонагреватели косвенного нагрева выпускаются с вместительностью до 1000 л., чего достаточно для промышленного применения.

БКН навесного типа монтируются на стену. Обычно ограничены вместимостью 160 л. Устанавливаются исключительно на стены из плотных строительных материалов. Не подходят для монтажа на пенобетон и газобетон. Настенные вертикальные емкости удобны в эксплуатации, не занимают большого количества полезной площади. Навесной бойлер подойдет для нужд семьи из 4-5 человек.

По особенностям конструкции — присутствуют вертикальные и горизонтальные бойлеры косвенного нагрева. Первые предназначены для напольной и настенной установки. Внешним видом такие водонагреватели напоминают классический бойлер.
Модели с горизонтальным расположением в основном устанавливаются на пол и отличаются большой вместительностью. Под установку бака требуется отдельное помещение.

При выборе подходящего БКН учитывают особенности и технические условия помещения, используемого под нужды котельной. Большое значение придается объему воды, необходимой для удовлетворения потребностей В ГВС. Практика показывает, что для небольшой семьи удобно использовать навесной бойлер на 100-160 л. Чтобы удовлетворить промышленные запросы ставят напольный горизонтальный бак, с емкостью до 1000 л.

Бак и внешнее устройство БКН

Водонагреватель в разрезе имеет несколько слоев:

Корпус — изготавливается из металла с нанесением порошковой краски. В БКН премиум класса оформление может быть выполнено под отшлифованный металл или изготовлен из нержавеющей стали.

Теплоизоляция — от этого слоя зависит сохранение температуры нагретой воды. Оптимальным считается применение пенополиуретана с толщиной не менее 100 мм. Параметры сведут к минимуму теплопотери и обеспечат высокий КПД водонагревателя.

Внутренний бак — основу всегда составляет металл. Черная конструкционная сталь под воздействием постоянно меняющейся температуры быстро ржавеет. Чтобы не допустить коррозии поверхность бака покрывают эмалью или стеклокерамикой, полностью из нержавеющей стали. У каждого решения свои преимущества:

Эмалированное покрытие — наиболее популярный вид бака. Изначально в устройстве баков использовалось такое же напыление, как и у ванн. Эмаль от постоянного перепада температур растрескивалась и быстро выходила из строя.
Со временем в эмаль стали добавлять порошок титана, что существенно улучшило эксплуатационные характеристики. В современных БКН, часто используется производное эмалированному покрытию: стеклокерамика.

Конструкция с баком из нержавейки — несмотря на длительную эксплуатацию и срок службы БКН не пользуется популярностью. Баки из нержавейки выпускает всего несколько европейских производителей. Стоимость на бойлеры из нержавейки высокая.
Если сравнивать БКН с баком из стеклокерамики, то срок службы последних ненамного меньше, чем у емкостей из стали. Кроме бака, из нержавейки делается змеевик и корпус. Слабые места конструкции: сварочные швы, лопающиеся от постоянного перепада температур.

Не каждый тип нержавеющей стали подходит для бытовых потребностей. Технический металл — сильный токсин, вызывающий аллергию и отравления. Перед покупкой бойлера из нержавейки следует убедиться в качестве материалов и соответствию БКН санитарным стандартам.

Как нагревается вода в БКН

Бойлеры косвенного нагрева отличаются по внутреннему устройству. Хотя принцип подогрева остается прежним, несколько отличается конструкция и тип нагревательного элемента. Присутствуют три принципиальных способа приготовления горячей воды:

С одним теплообменником — классический вид бойлера косвенного нагрева. Змеевик расположен внизу бака, рядом с впускными патрубками для ХВС. Вода поступает в емкость и постепенно нагреваясь поднимается вверх.
Главный критерий выбора: площадь теплообменника (или длина змеевика, умноженная на диаметр). Параметр влияет на скорость нагрева воды и мощность накопителя. БКН с одним теплообменником работают только в зимнее время года (если система отопления отключается в тёплое время года), оптимально подходят для подключения к одноконтурным котлам, независимо от типа топлива.

С двумя теплообменниками — серия БКН предназначенная для одновременного подключения к двум источникам тепла. Основной объем энергии все также получают от котла. Вода поступает в емкость, где происходит первичный нагрев. Вверху бака установлен дополнительный змеевик, подключенный к солнечным коллекторам или любому другому источнику тепла. Устройство отличается более высокой производительностью и экономичностью.

Бак в баке — в этом случае вместо змеевика вода из системы отопления поступает в емкость, расположенную внутри бойлера. Конструкция оптимально подходит для быстрого и равномерного смешивания воды. БКН бак в баке имеют хорошую производительность и теплоотдачу, а также длительный срок службы.

Комбинированный БКН — в устройстве присутствует 1 или 2 теплообменника и дополнительный ТЭН. Трубчатый нагревательный элемент используется в летнее время года, после отключения системы отопления.
Если бойлер подключен к солнечным коллекторам принцип работы в летнее время несколько отличается. Солнечная энергия все также остается основным источником тепла. ТЭН включается только при необходимости, в автоматическом режиме, если тепла недостаточно, чтобы нагреть ГВС до нужной температуры.

Выбор бойлера косвенного нагрева во многом зависит от того какая система обогрева используется, а также планируется ли подогревать воду в летнее время года. В ряде решений в летнее время для ГВС используют электрический котёл или водонагреватель.

Как регулируется температура в бойлере

Управление БКН осуществляется как установленными регуляторами, предусмотренными в самом водонагревателе, так и дополнительным оборудованием, присутствующим в обвязке. Поддержание комфортной температуры выполняется:

С помощью погружного термостата или датчика температуры — устанавливается в БКН с объемом свыше 200 л. Ставится на разрыв с насосом, отвечающим за циркуляцию жидкости в БКН. С помощью изменения скорости движения контролируется температура нагрева горячей воды. Погружной термостат присутствует только в бойлерах с производительностью от 200 л и выше.

Регулирование температуры при помощи обвязки — в бытовых моделях управлять нагревом ГВС можно с помощью трёхходового крана. Принцип работы модуля связан с реагированием на изменение температуры через открытие или закрытие подпитки теплоносителя. После достижения верхних установленных границ нагрева, трёхходовой кран ограничивает подачу, что приводит к падению температуры ГВС.
Практика показывает, что при подключении БКН лучше установить трехходовой клапан с сервоприводом. Термостатический смеситель выполняет автоматическую подкачку воды в бойлер и обеспечивает точный и равномерный контроль нагрева.

Система рециркуляции — после закрытия крана водоснабжения нагретая вода остается в трубах и постепенно остывает. При вторичном открытии крана приходится долго ждать пока не сойдет остывшая вода. По самым скромным подсчетам при условии активного использования, расход всего по одной точке водоразбора удаленной от БКН, составит не менее 70 л.
Суть системы рециркуляции в том, что после закрытия крана через патрубок забора горячей воды жидкость поступает обратно в бойлер где подогревается до необходимой температуры. При этом сравнительно небольшие затраты на обвязку полностью оправдываются комфортом эксплуатации. Из крана сразу идёт горячая вода.

Системы защиты БКН

Горячая вода по своему химическому составу намного агрессивней, чем теплоноситель системы отопления. Чтобы продлить срок эксплуатации оборудования производители используют встроенные системы, предотвращающие образование накипи и преждевременную коррозию ёмкости. При обвязке бойлера косвенного нагрева устанавливают группу безопасности, предотвращающую перегрев воды.

Обязательные системы защиты БКН:

Устройство группы безопасности — в систему врезают расширительный мембранный бак. Одновременно устанавливается манометр, сбросовый и воздушный клапан. Группа безопасности обязательна при подключении к твердотопливному отопительному котлу.

Автоматическое защитное устройство и заземление — необходимы при установке комбинированного БКН, подключаемого к электросети. Бойлер подсоединяют напрямую через автомат к счетчику.

Защита от накипи — входит в базовую комплектацию БКН, предлагаемых европейскими производителями. Магниевый анод в бойлере косвенного нагрева устанавливается в основном в бюджетные версии водонагревателей. Рекомендуется проверять анод каждый год, при выполнении обслуживания.
Стержни с титановым анодом практически вечные. Главное преимущество — автоматическое изменение интенсивности защиты с учетом повреждений эмали. Магниевый и титановый аноды нужны для предотвращения и остановки коррозии металла бака.

Ревизионный люк — необходим для планового ежегодного осмотра, технического обслуживания водонагревателя и чистки.

Преимущества и недостатки бака косвенного нагрева

Главные минусы — относительно высокая стоимость и необходимость в использовании специальной запорно-регулирующей арматуры. Для подключения потребуется привлечение профессиональных сантехников.

Преимущества БКН — их несколько:

Возможность использования нескольких источников тепла. БКН можно одновременно подключить к электросети, солнечным коллекторам, геотермальному насосу, газовому одноконтурному или твердотопливному котлу.

Достаточное количество горячей воды подаваемой пользователю. В ассортименте присутствуют компактные бойлеры на 80-100 л., также есть промышленные накопители с вместимостью до 1000 л.

Экономия — первоначальные вложения окупаются за счет небольших затрат на нагрев воды. Бойлер косвенного нагрева в эксплуатации обходится дешевле чем проточный водонагреватель.

Накопительный бак эффективен в связке с одноконтурным газовым или твердотопливным котлом, гелиосистемой или теплонасосом.