Принцип работы бойлеров косвенного нагрева: схема устройства, преимущества и недостатки

Бойлер косвенного нагрева – это устройство, предназначенное для нагрева горячей воды с использованием теплоты от другой системы, например, от системы отопления. Оно состоит из следующих основных компонентов:

1. Бак — емкость для хранения горячей воды.Изготавливается из стали или нержавейки.
2. Теплообменник —  передает тепло от источника (например, системы отопления) к горячей воде в баке. Он может быть спиральный и пластинчатый.
3. Изоляция для минимизации потерь тепла и поддержания горячей воды в баке.
4. Входы и выходы для подключения к системе отопления и водопроводной сети. Входы для подачи теплоносителя, который нагревается в теплообменнике, а выходы предоставляют доступ к горячей воде для использования в системе ГВС.
5. Контрольные элементы: термостаты, датчики температуры и давления, а также системы безопасности.

Бойлер косвенного нагрева обладает высокой энергоэффективностью и может быть внедрен в различные системы отопления, такие как котлы на газе, масле или дровах.

Из статьи вы узнаете как выглядит БКН в разрезе, из чего состоит, его разновидности и  4 схемы подключения к отопительной системе. Расскажем о сильных и слабых сторонах бака косвенного нагрева.

Из чего состоит водонагреватель косвенного нагрева

Бойлер косвенного нагрева — это устройство, которое нагревает воду за счет тепла, передаваемого от другого источника, например, от отопительного котла. Он состоит из следующих основных элементов:

• Бак для воды: Бак изготавливается из металла или пластика и служит для хранения нагретой воды.
• Теплообменник: Теплообменник представляет собой змеевик, который расположен внутри бака. По нему циркулирует теплоноситель (обычно вода или антифриз), который нагревается от отопительного котла.
• Изоляция: Бак и теплообменник покрыты слоем изоляции, которая предотвращает потери тепла.
• Термостат: Термостат контролирует температуру воды в баке и включает или выключает теплообменник по мере необходимости.
• Предохранительный клапан: Предохранительный клапан защищает бак от избыточного давления.
• Магниевый анод: Магниевый анод защищает бак от коррозии.

Разновидности бойлера косвенного нагрева

По месту размещения:

• Настенный – обычно, это прибор небольшого размера, объемом до 200 л. Крепится с помощью специальных кронштейнов,  достаточно крепкую поверхность. Она должна выдержать вес полностью заполненного резервуара (гипсокартонные перегородки однозначно не подойдут). Он может быть расположен достаточно высоко и не занимать полезную площадь комнаты.
• Напольный – вместительный бойлер, рассчитанный на большое количество потребителей. Для прибора емкостью свыше 1.000 л, рекомендуется выделить отдельное помещение.Такую систему обычно устанавливают для обслуживания больших коттеджей, предприятий, отелей и прочих учреждений. Для семейного пользования достаточно 250-300 л.

Производители устанавливают 2 типа теплообменников. По этому признаку модели бойлеров подразделяют на:

• Водонагреватель со змеевиком;
• С системой нагрева «бак в баке».

Бойлер со спиралевидным теплообменником

Этот вид косвенного нагревателя устроен так:

• Внутри термоизолированного корпуса помещён объемный бак для санитарной волы. В его полости установлен теплообменник, имеющий форму змеевика.
• Через патрубки производится циркуляция теплоносителя: горячей технической воды, получаемой от одноконтурного котла. Тепло передается санитарной воде, поступление которой осуществляется в нижнюю часть емкости через входной патрубок.
• Отвод нагретой санитарной воды осуществляется в верхней части бака через патрубок.

Змеевик в некоторых моделях расположен ближе к нижней части емкости, куда опускается холодная вода,  в других — равномерно распределен по всему баку, что позволяет быстрее нагреть весь объем жидкости.

В конструкцию включены 2 трубки теплообменника:

• Для теплоносителя нагретого котлом;
• Для альтернативных источников тепла. Например, солнечных водонагревателей.

Схема «бак в баке»

Существуют бойлеры косвенного нагрева без змеевика, конструкцию которых называют «бак в баке» из-за наличия внутри бака такого бойлера еще одного бака. Санитарная вода в таком приборе нагревается во внутреннем баке, а теплоноситель перемещается между стенками внутреннего бака и внешними стенками.

В некоторых моделях бойлеров данного типа может присутствовать патрубок рециркуляции. Обязательными элементами всех таких приборов являются магниевый анод и группа безопасности, а также термодатчик. В крупных бойлерах емкостью свыше 150 л предусматривается ревизионное окно.

Принцип работы бойлера косвенного нагрева

Бойлер косвенного нагрева работает следующим образом:

1. Теплоноситель нагревается в отопительном котле.
2. Нагретый теплоноситель циркулирует по теплообменнику, расположенному внутри бака бойлера.
3. Тепло от теплоносителя передается воде в баке.
4. Вода в баке нагревается до заданной температуры.
5. Когда температура воды в баке достигает заданного значения, термостат выключает теплообменник.
6. Нагретая вода хранится в баке до тех пор, пока она не будет использована.

Принцип работы водонагревателя исключает необходимость устройства ТЭНов – в змеевике циркулирует тот же теплоноситель, который задаёт температуру в системе отопления. При эксплуатации достигается экономия энергоресурсов, так как данный прибор выполняет роль бака-аккумулятора, сохраняя избыточную тепловую энергию.

На рынке представлены несколько вариантов устройства водонагревателя данного типа. Для возможности комбинированной работы в тёплое и холодное время года, некоторые модели снабжены электрическими ТЭНами. При отключении котла бойлер начинает работать как обычный накопительный водонагреватель.

Прочесть как устроен накопительный электрический бак вы можете в  обзоре Накопительный бойлер для воды . Как альтернатива объемным бойлерам мы на нашем сайте рассказывали о  Проточных электрических бойлерах .

Типовая схема обвязки бойлера косвенного нагрева

Материалы:

• Бойлер косвенного нагрева;
• Насос;
• Обратный клапан;
• Предохранительный клапан;
• Расширительный бак;
• Трубы и фитинги.

Инструменты:

• Гаечные ключи;
• Разводной ключ;
• Труборез;
• Паяльник для труб;
• Уровень;
• Рулетка.

Этапы монтажа:

1. Выберите место для установки бойлера. Оно должно быть ровным и иметь достаточное пространство для обслуживания бойлера.
2. Установите бойлер на место и закрепите его.
3. Подключите холодную воду к нижнему патрубку бойлера.
4. Подключите горячую воду к верхнему патрубку бойлера.
5. Подключите отопительную систему к патрубкам бойлера, предназначенным для этого.
6. Монтаж насоса на обратной линии отопительной системы.
7. Установите обратный клапан на подающей линии отопительной системы.
8. Закрепите предохранительный клапан на бойлере.
9. Установите расширительный бак на отопительной системе.
10. Проверьте герметичность всех соединений.

Примечание:

• Перед началом монтажа отключите подачу воды и отопления.
• При монтаже бойлера косвенного нагрева следуйте инструкциям производителя.
• Для монтажа бойлера косвенного нагрева рекомендуется обратиться к квалифицированному специалисту.

Благодаря этой схеме достигается максимальный КПД прибора, поскольку циркулирующий в змеевике теплоноситель подогревает воду в верхней части бака, отдает остаток тепла низкотемпературным слоям и поступает для нового нагрева в котел.

Далеко не все дровяные и газовые котлы оснащены «мозгами» — электроникой, управляющей нагревом и работой циркуляционного насоса. Тогда нужно установить отдельный перекачивающий агрегат и соединить с бойлером по схеме. Видео ниже поможет разобраться в тонкостях.

Схема обвязки бойлера косвенного нагрева с гидравлической стрелкой

Материалы:

• Бойлер косвенного нагрева;
• Гидравлическая стрелка;
• Насосы;
• Обратные клапаны;
• Предохранительные клапаны;
• Расширительные баки;
• Трубы и фитинги.

Инструменты:

• Гаечные ключи;
• Разводной ключ;
• Труборез;
• Паяльник для труб;
• Уровень;
• Рулетка.

Этапы монтажа:

1. Установите бойлер и гидравлическую стрелку на выбранное место и закрепите их.
2. Соедините холодную воду к нижнему патрубку бойлера.
3. Горячую воду к верхнему патрубку бойлера.
4. Подключите отопительную систему к патрубкам гидравлической стрелки, предназначенным для этого.
5. Соедините насосы с подающими линиями отопительной системы.
6. Установите обратные клапаны на обратных линиях отопительной системы.
7. Затем предохранительные клапаны на бойлере и гидравлической стрелке.
8. Установите расширительные баки на отопительной системе.
9. Проверьте герметичность всех соединений.

Примечание:

• Перед началом монтажа отключите подачу воды и отопления.
• При монтаже бойлера косвенного нагрева и гидравлической стрелки следуйте инструкциям производителя.
• Для монтажа бойлера косвенного нагрева и гидравлической стрелки рекомендуется обратиться к квалифицированному специалисту.

Преимущества схемы обвязки бойлера косвенного нагрева с гидравлической стрелкой:

• Выравнивание давления в контурах отопительной системы.
• Бесперебойное движение теплоносителя даже без помощи циркуляционных насосов.
• Увеличение срока службы насосного оборудования.
• Предотвращение тепловых ударов.

Применение такого подключения целесообразно, если объем водонагревателя более 200 л. или отопительная система предусматривает дополнительные контуры, например, теплый пол.

Гидравлический распределитель включается для упрощения схемы системы отопления. В этом случае отпадает необходимость в установке циркуляционных насосов на каждую ветку.

Гидрострелка не допускает тепловых ударов, так как давление в контурах выравнивается. Гидрострелки перераспределяют давление на отдельных участках контура и обеспечивают бесперебойное движение теплоносителя даже без помощи циркуляционных насосов.

Схема обвязки с трехходовым клапаном

 Существует несколько вариантов в зависимости от конкретной системы отопления. Однако, в общих чертах, принцип работы такой схемы следующий:

1. На подаче системы отопления (горячая вода из котла) устанавливается циркуляционный насос, который обеспечивает движение теплоносителя по системе.
2. За циркуляционным насосом устанавливается трехходовый клапан. Этот клапан имеет три входа/выхода для подачи, обратки и отвода теплоносителя.
3. Трехходовый клапан управляется термореле или термостатом, который контролирует температуру в системе. Когда температура снижается ниже заданного значения, термореле активирует трехходовой клапан.
4. При активации трехходового клапана, теплоноситель перенаправляется в бойлер (БКН) для нагрева горячей воды. Теплоноситель проходит через БКН, нагревая воду в нем.
5. После достижения заданной температуры воды в бойлере, трехходовой клапан переключает систему обратно на отопление. Теплоноситель начинает поступать на отопительные приборы (радиаторы, напольное отопление и т.д.), обеспечивая отопление помещений.

Более подробно об устройстве и монтаже трехходового клапана мы описывали ранее на нашем сайте, советуем ознакомиться Трехходовые смесительные клапаны: как выбрать, установить и эффективно использовать.

Такая схема позволяет обеспечить приоритет горячей воды, нагревая ее в бойлере при необходимости, а затем переключая систему на отопление. Это особенно полезно, если есть постоянная потребность в горячей воде, например, для использования в душе, кухне и т. д.

Вторая описанная схема с двумя отопительными контурами предназначена для постоянного пользования горячей водой. Она предусматривает подключение БКН через трехходовой клапан и имеет два отопительных контура — основной и отдельный для БКН. Работа этой схемы аналогична описанной выше, с тем отличием, что трехходовой клапан переключает систему между основным отопительным контуром и контуром БКН в зависимости от температуры воды в бойлере.

В обоих случаях трехходовой клапан выполняет функцию переключателя между горячей водой и отоплением, обеспечивая эффективное использование теплоносителя в системе.

Схема обвязки с двумя циркуляционными насосами

Схема обвязки с двумя циркуляционными насосами используется в случаях, когда потребность в горячей воде (ГВС) является периодической, а бойлер используется редко. В этой схеме присутствуют два циркуляционных насоса: один устанавливается на подаче перед бойлером, а второй — на отопительном контуре.

Работа циркуляционного насоса происходит совместно с термореле. Когда температура теплоносителя снижается ниже заданного значения, термореле включает насосы. Принудительная циркуляция теплоносителя интенсифицирует процесс нагрева воды в бойлере.

В данной схеме не предусматривается установка трехходового клапана. Вместо этого используются обычные соединительные тройники для обвязки системы.

Установка двухнасосной системы целесообразна, когда нет постоянной и большой потребности в горячей воде. Например, если бойлер установлен в загородном доме и используется только по выходным. В этом случае бойлер и отопительный котел подключаются параллельно, и потоки теплоносителя будут перемещаться по двум магистралям. Для принудительного движения воды устанавливаются два насоса: на отопительном контуре и на трубе подачи для бойлера.

Нагрев воды осуществляется при помощи термостата, который временно отключает радиаторное отопление, направляя весь ресурс системы на нагрев воды в бойлере.

Такая схема обвязки с двумя циркуляционными насосами позволяет эффективно нагревать воду в бойлере при необходимости, не требуя установки дополнительного трехходового клапана.

По этой схеме контур отопления будет отключаться на время работы бойлера, но за те 30-60 минут, что необходимы для нагрева бака «с нуля», радиаторы не успеют остыть.

Система возвратной циркуляции

Если в бойлере предусмотрен третий вход, к нему можно подсоединить систему рециркуляции. Для этого в точку рециркуляции на корпусе прибора заводится закольцованный контур. Теперь поток воды находится в постоянном движении, поэтому мгновенно доставляет теплую воду к точке потребления.

Для реализации схемы понадобится смонтировать дополнительный контур и установить такие элементы:

1. Обратный клапан на входе в нагреватель.
2. Автоматический воздухоотводчик, защищающий насос от проникновения воздуха перед запуском.
3. Предохранительный клапан, который убережет от перепадов давления.
4. Мембранный расширительный бак, в который будет уходить излишек воды при повышении давления в системе.

Учтите, что размер резервной емкости должен быть не меньше 1/10 объема самого БКН.

Если в бойлере косвенного нагрева не предусмотрен патрубок для рециркуляционного контура, можно использовать врезку возвратной линии в трубу холодной воды и установить насос. Это позволит осуществить подключение по возвратной схеме, обеспечивающей бесперебойную подачу горячей воды без ожидания прогрева воды в баке.

Рециркуляция может быть полезна, если в системе присутствует контур, который требует постоянной подачи горячей воды, например, отопительная система с полотенцесушителем. Однако следует учитывать, что рециркуляция приводит к увеличению расхода энергоносителя и разнице температур в бойлере.

Некоторые производители предлагают бойлеры косвенного нагрева с встроенной рециркуляцией, что упрощает и доработку системы. Однако такие модели могут быть более дорогими по сравнению с обычными баками.

Важно отметить, что при выборе схемы обвязки и реализации рециркуляции необходимо учитывать конструкцию бойлера, системы отопления и мощность оборудования. Рекомендуется проконсультироваться с профессионалом, чтобы выбрать оптимальное решение для конкретной ситуации.

Преимущества и недостатки бойлеров косвенного нагрева

Преимущества:

• Экономичность: бойлеры косвенного нагрева используют тепло, которое уже было выработано отопительным котлом, поэтому они более экономичны, чем электрические бойлеры.
• Высокая производительность: бойлеры косвенного нагрева могут нагревать большие объемы воды за короткое время.
• Долговечность: бойлеры косвенного нагрева имеют длительный срок службы, так как они не подвергаются воздействию высоких температур.

Недостатки:

• Высокая стоимость: бойлеры косвенного нагрева стоят дороже, чем электрические бойлеры.
• Сложность установки: бойлеры косвенного нагрева требуют профессиональной установки, так как они подключаются к отопительному котлу.
• Зависимость от отопительного котла: бойлеры косвенного нагрева не могут работать без отопительного котла.

Техническое обслуживание бойлера косвенного нагрева

Техническое обслуживание бойлера косвенного нагрева должно производиться квалифицированным специалистом. Включает в себя следующие действия:

• Очистка бойлера от накипи и ржавчины.
• Замена магниевого анода.
• Проверка работоспособности термостата и предохранительного клапана.
• Проверка герметичности бойлера.

При правильной установке и налаженной работе системы может понадобиться только замена магниевого анода раз в 6-12 месяцев и профилактическая промывка бака.