Часи, коли в холодну пору року людині для обігріву доводилося самостійно контролювати джерело тепла та підтримувати його роботу, на щастя, вже залишилися в минулому. Вже близько ста років котли оснащуються автоматикою – компонентами, які контролюють більшість процесів під час вироблення тепла. Тепер можна придбати опалювальне обладнання, що працює на різних видах палива, створюються нові технології, і разом з цим розвивається й автоматика для котла. Розглянемо, як працює автоматика котла, які функції вона виконує.
Для чого використовувати автоматику безпеки котла
Багато хто вважає, що автоматика необхідна котлу опалення лише для того, щоб підтримувати задану температуру, тобто щоб було комфортно. І це завдання даний компонент дійсно вирішує. Однак це далеко не єдина функція автоматики та не найголовніша. Автоматика потрібна для:
- підтримки температури, комфорту;
- безпеки;
- економії палива.
Безпека – основне призначення автоматики. Вона визначає такі небезпечні явища:
- Перегрів. Перегрів теплоносія може виникнути в котлі на будь-якому паливі. Це призводить до того, що тиск у трубопроводі перевищує допустиму норму, і виникають витоки. Перегрітий теплоносій витікатиме з системи, порушуватиме її герметичність і становитиме загрозу для користувачів. Якщо автоматика визначає наближення температури до критичної, вона припиняє нагрівання.
- Відсутність полум’я. Автоматика газових котлів визначає момент, коли полум’я зникає. Це відбувається через перебої в подачі палива. Якщо подача палива припиняється, то полум’я газового котла гасне. Коли газ подається знову, полум’я вже не з’являється, і тоді паливо заповнює приміщення, створюючи потенційно небезпечну ситуацію. Автоматика припиняє подачу палива, коли немає газу.
- Відсутність тяги. Газові та котли на твердому паливі повинні бути захищені від втрати тяги та зворотної тяги. Втрата тяги призводить до припинення горіння, а зворотна – до небезпечної ситуації, потрапляння вихлопних газів у приміщення. Якщо автоматика визначає втрату тяги та її неправильний напрямок, то вона припиняє роботу обладнання.
Третє призначення автоматики – економія палива. Економія досягається двома способами:
- по-перше, завдяки терморегуляції – першого призначення автоматики;
- по-друге, завдяки застосуванню деяких технологій горіння та використання тепла.
Залежно від котла можуть застосовуватися різні технології для економії. Наприклад, як у конденсаційному газовому котлі, який використовує тепло вихлопних газів, або в піролізному твердопаливному котлі, що отримує додаткове тепло з горючих газів, які утворилися в результаті звичайного згоряння палива.
Як працює система безпеки котла
Принцип роботи будь-якої автоматики котла полягає у спільній роботі датчиків та виконавчих компонентів. Автоматика оснащується такими датчиками:
- Полум’я – визначає наявність полум’я. Найчастіше застосовується в газових котлах, може використовуватися й у твердопаливних.
- Тяга – визначає наявність тяги та її нормальний напрямок. Використовується у твердопаливних і газових котлах як із природною, так і з примусовою тягою.
- Температури – визначає температуру. Використовуються в будь-яких типах котлів. Можуть вимірювати температуру теплоносія, середовища в приміщенні або навіть повітря на вулиці.
Датчики подають сигнали про стан середовища, в якому вони працюють, на виконавчі пристрої. Залежно від цього вони виконують певну дію. До виконавчих пристроїв автоматики належать:
- клапани – відкривають, перекривають подачу газу, теплоносія;
- заслінки – відкривають, перекривають подачу повітря для згоряння палива;
- реле, контактори – застосовуються лише для електрокотлів для опалення та керують ТЕНом;
- вентилятори – керують подачею повітря для горіння, застосовуються переважно у твердопаливних котлах;
- циркуляційні насоси, електричні приводи та інше обладнання для обв'язки котельні.
Види автоматики для котлів за типом палива
Автоматику для котлів можна розділити на види за двома категоріями – типом використовуваного палива та поколінням. Розглянемо детальніше.
Автоматика для твердопаливного котла
Твердопаливний котел спалює дрова, вугілля, пелети та інші види палива. Залежно від палива та технології горіння автоматика вирішує різні завдання. Наприклад:
- У дров'яному котлі автоматика контролює фази горіння, запобігає утворенню конденсату та смоли.
- Вугільний котел працює при дуже високій температурі, тому й автоматика в ньому розрахована на це.
- У котлі шахтного типу автоматика підтримує ефективне горіння саме нижнього шару палива.
- У котлах тривалого горіння завдання автоматики – забезпечити повільне спалювання палива при незначному надходженні кисню, при цьому температура опалення не повинна коливатися.
- У піролізних котлах використовується найсучасніша автоматика. До її завдань входить подача палива за допомогою шнека, забезпечення горіння палива в першій камері, забезпечення піролізного горіння в другій камері. Все це під контролем температури та подачі необхідної кількості кисню.
Окрім цих особливостей, у всіх видах твердопаливних котлів автоматика контролює температуру згоряння палива, подачу повітря для горіння, тягу, температуру середовища (теплоносія, повітря в приміщенні або на вулиці).
Серед твердопаливних котлів існують також варіанти, які можна експлуатувати без автоматики – наприклад, буржуйки та бурелʼяни. Це єдині типи котлів, які можна використовувати таким чином. Але процесом горіння палива доводиться керувати вручну – це вимагає від користувача постійного спостереження за приладом, а також призводить до неекономічної витрати. Тому навіть для такого простого приладу рекомендується купити автоматику для систем опалення, наприклад, механічну, яка за допомогою заслінки регулює приплив повітря. Особливо це необхідно під час тривалої експлуатації.
Як працює автоматика газового котла
Автоматика для газового котла представлена в найширшому асортименті. Вона доступна в різних поколіннях і з різним функціоналом. Завдання газової автоматики такі:
- забезпечити подачу газу лише в ті моменти, коли він горить, і припинити її при зникненні полум’я;
- забезпечити нормальне відведення чадного газу через димохід і припинити горіння палива у разі порушення тяги;
- забезпечити нагрівання теплоносія та припинити його в потрібні моменти для підтримання комфортної температури.
Окрема категорія – конденсаційні газові котли, винахід яких дозволив зменшити споживання газу. У них автоматика, окрім описаних завдань, також контролює температуру вихлопних газів і забезпечує передачу тепла від них теплоносію в систему опалення. Таким чином підвищується економія палива. При цьому також забезпечується відведення вихлопних газів, тільки вже менш гарячих.
Перевірка автоматики є обов’язковим етапом здачі роботи після встановлення газового котла у Києві або інших населених пунктах.
Система керування електричним котлом
Електрокотел має найпростішу автоматику, оскільки їй не потрібно контролювати полум’я та відведення вихлопних газів. До її завдань входить забезпечення нагрівання теплоносія до комфортної температури та підтримання її, а також запобігання перегріванню та закипанню.
Автоматика складається з термодатчика, що контролює температуру теплоносія, та контактора – реле, яке керує потужним навантаженням, ТЕНом. Коли це необхідно, термодатчик подає сигнал на контактор, і той відключає живлення нагрівача.
Деякі котли оснащуються термодатчиком для повітря в приміщенні або на вулиці. У цьому випадку для терморегулювання враховуються його показання. А термодатчик теплоносія застосовується для запобігання закипанню.
Які існують покоління автоматики
Існує чотири типи автоматики, що мають свої плюси та мінуси – механічна, електронна, модуляційна, інтелектуальна. Оцінюючи цей параметр, не можна говорити про те, яке покоління краще чи гірше, оскільки всі вони досі застосовуються в сучасних умовах навіть на нових котлах, оскільки мають значні унікальні переваги.
Механічна (термомеханічна) автоматика
Головна перевага механічної автоматики полягає в тому, що вона повністю автономна від електрики. Тому котел функціонує навіть під час відключень електроенергії. Але обирати її має сенс лише в тому разі, якщо в системі опалення відсутні інші компоненти, що працюють від електрики, наприклад, насоси для циркуляції теплоносія.
Механічна автоматика здатна контролювати лише полум’я за температурою в камері згоряння та температуру теплоносія, рідше – температуру повітря. До її недоліків належать:
- Не контролює тягу.
- У більшості випадків забезпечує ступеневе регулювання температури, і перепади температури можуть досягати 5 °C.
- Втрачає головну перевагу в сучасних великих системах опалення, де є насоси та інші компоненти, що потребують електроенергії.
- Не застосовується до електричного котла – він і так працює від електрики, механіка там недоцільна.
Попри недоліки, такий спосіб все ще використовується, головним чином завдяки простоті та автономності. Яскравим прикладом є газова автоматика «Полум'я» – принцип роботи заснований на термопарі. А серед сучасних моделей можна назвати аналог – Eurosit.
Електронна автоматика
Електронна автоматика потребує електроенергії. А вимірювання контрольованих показників здійснюється за допомогою електричних датчиків. Це забезпечує такі переваги:
- висока точність вимірювань, чутливість, на відміну від механічних датчиків;
- висока швидкість спрацьовування;
Основна перевага електронних датчиків полягає в тому, що вони досконаліші та забезпечують:
- Визначення наявності полум’я в газових і твердопаливних котлах не тільки за температурою, а й за ступенем електропровідності (іонізаційні) або колірним спектром (фотоелектричні). Це забезпечує більшу швидкість роботи та чутливість.
- Точний контроль температури не тільки теплоносія, але й повітря в приміщенні або навіть на вулиці. При цьому реакція на зміни відбувається швидше.
- Контроль тяги різними способами – за температурою або різницею тиску.
Але при цьому електронна автоматика, як і раніше, працює ступенево і лише вмикає та вимикає нагрів для терморегулювання. Однак точність датчиків забезпечує менший температурний перепад – до 3 °C.
Крім того, електронна автоматика може містити програматор для котла. Завдяки йому можна налаштувати його роботу залежно від свого режиму дня та уподобань. А в простому варіанті це може бути просто добовий або тижневий таймер.
Схема автоматики газового котла вимагає якісного електроживлення. Тому бажано використовувати стабілізатор, якщо електроенергія береться з мережі.
Модуляційна автоматика
Модуляційна автоматика – це також електронна система, але з усуненням одного недоліку. У ній регулювання нагріву здійснюється не ступенево, а плавно. Переважно такою автоматикою оснащується котел газовий для опалення. Іноді вона використовується й у сучасних твердопаливних котлах.
У газовому котлі клапан подачі може не тільки закриватися й відкриватися повністю, а й займати будь-яке проміжне положення, змінюючи інтенсивність горіння. У твердопаливних котлах цю роль відіграє повітряна заслінка або вентилятор, що забезпечує приплив повітря для горіння. Заслінка відкривається частково, а у вентилятора регулюється швидкість обертання.
Переваги модулюючого регулювання полум’я полягають у наступному:
- зменшуються перепади температур під час терморегулювання;
- знижується витрата палива.
Інтелектуальна автоматика
Інтелектуальна автоматика котла – це також різновид електронної модуляційної системи, з тією різницею, що вона має можливість дистанційного керування та/або підключення до системи розумного будинку. Для цього електроніка оснащується модулем для бездротового підключення, найчастіше Wi-Fi. Завдяки цьому котел підключається до Інтернету та розумного будинку.
Така функціональність відкриває можливість дистанційного керування через Інтернет. Наприклад, перебуваючи на роботі, за годину до повернення додому можна увімкнути котел і прогріти будинок, щоб стало тепло. Або, перебуваючи у відпустці, увімкнути слабке опалення, якщо настали морози, щоб не допустити замерзання теплоносія та не витрачати даремно ресурси на повноцінне опалення.
Працюючи в складі системи розумного будинку, автоматика може підлаштовуватися під користувачів. Наприклад, обігрівати лише те приміщення, в якому перебувають люди, посилювати опалення під час похолодання на вулиці, але з урахуванням присутності людей у приміщенні та їх кількості тощо.
Які датчики використовує автоматика котла
Як ми вже з’ясували, автоматика обов’язково контролює наявність полум’я, температуру теплоносія, повітря в приміщенні та на вулиці, а також нормальну тягу. Розглянемо, як працюють ці датчики.
Полум’я
Обов’язково повинен бути оснащений системою контролю полум’я газовий котел, два контури чи один, оскільки його зникнення призводить до витоку палива та небезпечних ситуацій. Часто датчики полум’я використовуються й у твердопаливних котлах. В електричних котлах вони не потрібні.
Датчики полум’я поділяються на три види:
- Термопари. Єдиний повністю автономний датчик, що визначає полум’я за температурою. Коли полум’я гасне, термопара ще деякий час залишається гарячою, тому спрацьовує з невеликою затримкою.
- Іонізаційні датчики. Коли горить полум’я, утворюються іони, що пропускають електрику. Коли полум’я згасає, електрика теж не проходить. Датчик фіксує це явище й спрацьовує миттєво.
- Фотоелектричні датчики. Вловлюють інфрачервоне випромінювання полум’я, яке припиняється, коли вогонь згасає. Датчик також спрацьовує миттєво.
Тяга
Принцип роботи датчика тяги газової автоматики або твердопаливного котла може ґрунтуватися на температурі або тиску. Термопара – єдиний спосіб, що не залежить від електроенергії, визначити наявність тяги. Вона вимірює температуру всередині димоходу, і коли вона підвищується, то «розуміє», що дим повертається назад, тобто утворюється зворотна тяга. У цей момент спрацьовує клапан, і подача газу припиняється. Недолік, як і у випадку з термопарою для полум’я, – інерція: він не нагрівається й не охолоджується миттєво.
Пресостат працює інакше. Він визначає тиск у димоході. Якщо тиск зникає, це свідчить про втрату тяги. Тоді горіння палива припиняється. Пресостат потребує електроживлення.
Температура
Датчик температури обов’язково присутній у будь-якому типі котла. За його допомогою визначається не тільки параметр температури, але, як ми вже з’ясували, наявність і полум’я, і тяги.
Датчик температури може бути автономним – термопара. Працює без електрики, але є інертним і має значну затримку при визначенні даних. Термопари можуть використовуватися лише для контролю температури полум’я, вихлопних газів і теплоносія.
Вони дуже рідко використовуються для вимірювання температури повітря. Для таких цілей частіше використовуються напівпровідникові термодатчики. Вони відрізняються більшою чутливістю та швидкістю спрацьовування. Можуть вимірювати температуру повітря як усередині приміщення, так і на вулиці. Наявність погодозалежного термодатчика на вулиці дозволяє системі опалення заздалегідь підлаштовувати роботу котла під зміни погоди, що значно зменшує температурні перепади в приміщенні. Напівпровідникові термодатчики потребують електроживлення.
Ми розглянули, як працює автоматика газових котелень, котлів на твердому паливі та електриці. Дізналися, які параметри вона контролює, які види автоматики та датчиків існують, у чому їхні переваги та недоліки.
