Времена, когда в холодное время года человеку для обогрева приходилось самостоятельно контролировать источник тепла и поддерживать его работу, к счастью, уже остались в прошлом. Уже около ста лет котлы оснащаются автоматикой – компонентами, которые контролируют большинство процессов при выработке тепла. Теперь можно купить отопительное оборудование, работающее на различных видах топлива, создаются новые технологии, и вместе с этим развивается и автоматика для котла. Рассмотрим, как работает автоматика котла, какие функции она выполняет.
Для чего пользоваться автоматикой безопасности котла
Многие считают, что автоматика необходима котлу отопления лишь для того, чтобы поддерживать заданную температуру, то есть чтобы было комфортно. И эту задачу данный компонент действительно решает. Однако это далеко не единственная функция автоматики и не самая главная. Автоматика нужна для:
- поддержания температуры, комфорта;
- безопасности;
- экономии топлива.
Безопасность – основное назначение автоматики. Она определяет следующие опасные явления:
- Перегрев. Перегрев теплоносителя может возникнуть в котле на любом топливе. Это приводит к тому, что давление в трубопроводе превышает допустимую норму, и возникают протечки. Перегретый теплоноситель будет вытекать из системы, нарушать ее герметичность и представлять угрозу для пользователей. Если автоматика определяет приближение температуры к критической, она прекращает нагрев.
- Отсутствие пламени. Автоматика газовых котлов определяет момент, когда пламя исчезает. Это происходит из-за перебоев в подаче топлива. Если подача топлива прекращается, то пламя газового котла гаснет. Когда газ подается снова, пламя уже не появляется, и тогда топливо заполняет помещение, создавая потенциально опасную ситуацию. Автоматика прекращает подачу топлива, когда нет газа.
- Отсутствие тяги. Газовые и котлы на твердом топливе должны быть защищены от потери тяги и обратной тяги. Потеря тяги приводит к прекращению горения, а обратная – к опасной ситуации, попаданию выхлопных газов в помещение. Если автоматика определяет потерю тяги и ее неправильное направление, то она прекращает работу оборудования.
Третье назначение автоматики – экономия топлива. Экономия достигается двумя способами:
- во-первых, за счет терморегуляции – первого назначения автоматики;
- во-вторых, благодаря применению некоторых технологий горения и использования тепла.
В зависимости от котла могут применяться различные технологии для экономии. Например, как в конденсационном газовом котле, который использует тепло выхлопных газов, или в пиролизном твердотопливном котле, получающем дополнительное тепло из горючих газов, образовавшихся в результате обычного сгорания топлива.
Как работает автоматика безопасности на котел
Принцип работы любой автоматики котла заключается в совместной работе датчиков и исполнительных компонентов. Автоматика оснащается следующими датчиками:
- Пламя – определяет наличие пламени. Чаще всего применяется в газовых котлах, может использоваться и в твердотопливных.
- Тяги – определяет наличие тяги и ее нормальное направление. Используется в твердотопливных и газовых котлах как с естественной, так и с принудительной тягой.
- Температуры – определяет температуру. Используются в любых типах котлов. Могут измерять температуру теплоносителя, среды в помещении или даже воздуха на улице.
Датчики подают сигналы о состоянии среды, в которой они работают, на исполнительные устройства. В зависимости от этого они выполняют определенное действие. К исполнительным устройствам автоматики относятся:
- клапаны – открывают, перекрывают подачу газа, теплоносителя;
- заслонки – открывают, перекрывают подачу воздуха для сгорания топлива;
- реле, контакторы – применяются только для электрокотлов для отопления и управляют ТЭНом;
- вентиляторы – управляют подачей воздуха для горения, применяются преимущественно в твердотопливных котлах;
- циркуляционные насосы, электрические приводы и другое оборудование для обвязки котельной.
Виды автоматики для котлов по типу топлива
Автоматику для котлов можно разделить на виды по двум категориям – типу используемого топлива и поколению. Рассмотрим подробнее.
Автоматика для твердотопливного котла
Твердотопливный котел сжигает дрова, уголь, пеллеты и другие виды топлива. В зависимости от топлива и технологии горения автоматика решает различные задачи. Например:
- В дровяном котле автоматика контролирует фазы горения, предотвращает образование конденсата и смолы.
- Угольный котел работает при очень высокой температуре, поэтому и автоматика в нем рассчитана на это.
- В котле шахтного типа автоматика поддерживает эффективное горение именно нижнего слоя топлива.
- В котлах длительного горения задача автоматики – обеспечить медленное сжигание топлива при малом поступлении кислорода, при этом температура отопления не должна колебаться.
- В пиролизных котлах используется самая технологичная автоматика. В ее задачи входит подача топлива с помощью шнека, обеспечение горения топлива в первой камере, обеспечение пиролизного горения во второй камере. Все это под контролем температуры и подачи необходимого количества кислорода.
Помимо этих особенностей, во всех видах твердотопливных котлов автоматика контролирует температуру сгорания топлива, подачу воздуха для горения, тягу, температуру среды (теплоносителя, воздуха в помещении или на улице).
Среди твердотопливных котлов существуют также варианты, которые можно эксплуатировать без автоматики – например, буржуйки и бурельяны. Это единственные типы котлов, которые можно использовать таким образом. Но процессом горения топлива приходится управлять вручную – это требует от пользователя постоянного наблюдения за прибором, а также приводит к неэкономичному расходу. Поэтому даже для такого простого прибора рекомендуется купить автоматику для систем отопления, например, механическую, которая с помощью заслонки регулирует приток воздуха. Особенно это необходимо при длительной эксплуатации.
Как работает автоматика газового котла
Автоматика для газового котла представлена в самом широком ассортименте. Она доступна в различных поколениях и с разным функционалом. Задачи газовой автоматики следующие:
- обеспечить подачу газа только в те моменты, когда он горит, и прекратить ее при исчезновении пламени;
- обеспечить нормальный отвод угарного газа через дымоход и прекратить горение топлива в случае нарушения тяги;
- обеспечить нагрев теплоносителя и прекратить его в нужные моменты для поддержания комфортной температуры.
Отдельная категория – конденсационные газовые котлы, изобретение которых позволило использовать меньше газа. В них автоматика, помимо описанных задач, также контролирует температуру выхлопных газов и обеспечивает передачу тепла от них теплоносителю в систему отопления. Таким образом повышается экономия топлива. При этом отвод выхлопных газов также обеспечивается, только уже менее горячих.
Проверка автоматики является обязательным этапом сдачи работы после установки газового котла в Киеве или других населенных пунктах.
Система управления электрическим котлом
Электрокотел имеет простейшую автоматику, поскольку ей не нужно контролировать пламя и отвод выхлопных газов. В ее задачи входит обеспечение нагрева теплоносителя до комфортной температуры и поддержание ее, а также предотвращение перегрева и закипания.
Автоматика состоит из термодатчика, контролирующего температуру теплоносителя, и контактора – реле, управляющего мощной нагрузкой, ТЭНом. Когда это необходимо, термодатчик подает сигнал на контактор, и тот отключает питание нагревателя.
Некоторые котлы оснащаются термодатчиком для воздуха в помещении или на улице. В этом случае для терморегулирования учитываются его показания. А термодатчик теплоносителя применяется для предотвращения закипания.
Какие существуют поколения автоматики
Существует четыре типа автоматики, имеющие свои плюсы и минусы – механическая, электронная, модуляционная, интеллектуальная. Оценивая этот параметр, нельзя говорить о том, какое поколение лучше или хуже, поскольку все они до сих пор применяются в современных условиях даже на новых котлах, так как обладают значительными уникальными преимуществами.
Механическая (термомеханическая) автоматика
Главное преимущество механической автоматики заключается в том, что она полностью автономна от электричества. Поэтому котел функционирует даже во время отключений электроэнергии. Но выбирать ее имеет смысл только в том случае, если в системе отопления отсутствуют другие компоненты, работающие от электричества, например, насосы для циркуляции теплоносителя.
Механическая автоматика способна контролировать только пламя по температуре в камере сгорания и температуру теплоносителя, реже – температуру воздуха. К ее недостаткам относятся:
- Не контролирует тягу.
- В большинстве случаев обеспечивает ступенчатое регулирование температуры, и перепады температуры могут достигать 5 °C.
- Теряет главное преимущество в современных крупных системах отопления, где имеются насосы и другие компоненты, требующие электроэнергии.
- Не применяется к электрическому котлу – он и так работает от электричества, механика там нецелесообразна.
Несмотря на недостатки, такой способ все еще используется, главным образом благодаря простоте и автономности. Ярким примером является газовая автоматика “Пламя” – принцип работы основан на термопаре. А среди современных моделей можно назвать аналог – Eurosit.
Электронная автоматика
Электронная автоматика требует электроэнергии. А измерение контролируемых показателей осуществляется с помощью электрических датчиков. Это обеспечивает следующие преимущества:
- высокая точность измерений, чувствительность, в отличие от механических датчиков;
- высокая скорость срабатывания;
Основное преимущество электронных датчиков заключается в том, что они более совершенны и обеспечивают:
- Определение наличия пламени в газовых и твердотопливных котлах не только по температуре, а по степени электропроводности (ионизационные) или цветовому спектру (фотоэлектрические). Это дает большую скорость работы и чувствительность.
- Точный контроль температуры не только теплоносителя, но и воздуха в помещении или даже на улице. При этом реакция на изменения происходит быстрее.
- Контроль тяги различными способами – по температуре или разнице давления.
Но при этом электронная автоматика по-прежнему работает ступенчато и лишь включает и выключает нагрев для терморегулирования. Однако точность датчиков обеспечивает меньший температурный перепад – до 3 °C.
Кроме того, электронная автоматика может включать в себя программатор для котла. Благодаря ему можно настроить его работу в зависимости от своего режима дня и предпочтений. А в простом варианте это может быть просто суточный или недельный таймер.
Схема автоматики газового котла требует качественного электропитания. Поэтому желательно использовать стабилизатор, если электроэнергия берется из сети.
Модуляционная автоматика
Модуляционная автоматика – это также электронная система, но с устранением одного недостатка. В ней регулировка нагрева осуществляется не ступенчато, а плавно. Преимущественно такой автоматикой оснащается котел газовый для отопления. Иногда она используется и в современных твердотопливных котлах.
В газовом котле клапан подачи может не только закрываться и открываться полностью, но и занимать любое промежуточное положение, изменяя интенсивность горения. В твердотопливных котлах эту роль играет воздушная заслонка или вентилятор, обеспечивающий приток воздуха для горения. Заслонка открывается частично, а у вентилятора регулируется скорость вращения.
Преимущества модулирующего регулирования пламени заключаются в следующем:
- уменьшаются перепады температур при терморегулировании;
- снижается расход топлива.
Интеллектуальная автоматика
Интеллектуальная автоматика котла – это также разновидность электронной модуляционной системы, с той разницей, что она имеет возможность дистанционного управления и/или подключения к системе умного дома. Для этого электроника оснащается модулем для беспроводного подключения, чаще всего Wi-fi. Благодаря этому котел подключается к интернету и умному дому.
Такая функциональность открывает возможность дистанционного управления через Интернет. Например, находясь на работе, за час до возвращения домой можно включить котел и прогреть дом, чтобы стало тепло. Или, находясь в отпуске, включить слабое отопление, если наступили морозы, чтобы не допустить замерзания теплоносителя и не тратить зря ресурсы на полноценное отопление.
Работая в составе системы умного дома, автоматика может подстраиваться под пользователей. Например, обогревать только то помещение, в котором находятся люди, усиливать отопление во время похолодания на улице, но с учетом присутствия людей в помещении и их количества и т. д.
Какие датчики использует автоматика котла
Как мы уже выяснили, автоматика обязательно контролирует наличие пламени, температуру теплоносителя, воздуха в помещении и на улице, а также нормальной тяги. Рассмотрим, как работают эти датчики.
Пламя
Контролем пламени обязательно должен обладать газовый котел, два контура или один, так как его потеря приводит к утечке топлива и опасным ситуациям. Часто датчики пламени используются и в твердотопливных котлах. В электрических котлах они не нужны.
Датчики пламени делятся на три вида:
- Термопары. Единственный полностью автономный датчик, определяющий пламя по температуре. Когда пламя гаснет, термопара еще некоторое время остается горячей, поэтому срабатывает с небольшой задержкой.
- Ионизационные датчики. Когда горит пламя, образуются ионы, пропускающие электричество. Когда пламя исчезает, электричество тоже не проходит. Датчик фиксирует это явление и срабатывает мгновенно.
- Фотоэлектрические датчики. Улавливают инфракрасное излучение пламени, которое прекращается при угасании огня. Датчик также срабатывает мгновенно.
Тяга
Принцип работы датчика тяги газовой автоматики или твердотопа может основываться на температуре или давлении. Термопара – единственный способ, не зависящий от электроэнергии, определить наличие тяги. Она измеряет температуру внутри дымохода, и когда она повышается, то «понимает», что дым возвращается назад, то есть образуется обратная тяга. В этот момент срабатывает клапан, и подача газа прекращается. Недостаток, как и в случае с термопарой для пламени, – инерция: он не нагревается и не остывает мгновенно.
Прессостат работает иначе. Он определяет давление в дымоходе. Если давление пропадает, это свидетельствует о потере тяги. Тогда горение топлива прекращается. Прессостат требует электропитания.
Температура
Датчик температуры обязательно присутствует в любом типе котла. С его помощью определяется не только параметр температуры, но, как мы уже выяснили, наличие и пламени, и тяги.
Датчик температуры может быть автономным – термопара. Работает без электричества, но является инертным и имеет значительную задержку при определении данных. Термопары могут использоваться только для контроля температуры пламени, выхлопных газов и теплоносителя.
Они очень редко используются для измерения температуры воздуха. Для таких целей чаще используются полупроводниковые термодатчики. Они отличаются большей чувствительностью и скоростью срабатывания. Могут измерять температуру воздуха как внутри помещения, так и на улице. Наличие погодозависимого термодатчика на улице позволяет системе отопления заранее подстраивать работу котла под изменения погоды, что значительно уменьшает температурные перепады в помещении. Полупроводниковые термодатчики требуют электропитания.
Мы рассмотрели, как работает автоматика газовых котельных, котлов на твердом топливе и электричестве. Узнали, какие параметры она контролирует, какие виды автоматики и датчиков существуют, в чем их преимущества и недостатки.
