Обв'язка котла опалення - система з природною циркуляцією

Яким би простим не здавався дров'яної котел, але і він вимагає обдуманого і кваліфікованого підходу до монтажу та експлуатації. Інакше термін служби котла може виявитися дуже коротким, і навіть не дати власникові навіть той мінімальний комфорт, якого від нього чекали. Працюючий котел опалення - пристрій потенційно небезпечний, його виробник у супровідній документації завжди вказує максимально допустимі значення тиску в котлі і температури котлової води. Крім того, зазвичай вказується мінімальна температура води в котлі або у зворотній лінії - умова, як не потребує постійного неухильного дотримання, але впливає на термін життя котла. Для того щоб, працюючи суворо в зазначених рамках, котел забезпечував максимально доступний комфорт своєму господареві, і потрібен деякий набір правильно з'єднаних між собою додаткових пристроїв, в просторіччі званий обв'язкою.

Розглянемо варіанти обв'язки, починаючи з найпростішого типу системи опалення - системи з природною циркуляцією або, як її ще називають, гравітаційного типу. Крім дешевизни, така система опалення приваблива ще й тим, що для її роботи не потрібно електроенергії, адже силою, що примушує теплоносій циркулювати в опалювальному контурі, виступає гравітація. Справді: якщо ми розглянемо замкнутий контур опалення, в нижній точці якого розташований котел, що нагріває воду до температури 0п, а на висоті h над ним - опалювальний прилад, в якому вода охолоджується до температури 0о, то в підсумку «на терезах» виявляються два водяних стовпи однакової висоти, але різної ваги. Питома вага води р. при її нагріванні в котлі зменшується, тому більш холодний стовп у зворотній лінії «переважує», і таким чином в контурі створюється натиск Ар = h-(p (0o) - p (0 p), що змушує воду циркулювати від котла до опалювальних приладів і назад.

Чим вище швидкість руху води по опалювальному контуру, тим більший опір чинять цьому руху стінки труб, котла та всіх інших елементів контуру. Стан динамічної рівноваги, тобто постійна швидкість циркуляції досягається тоді, коли гідравлічний опір порівнюється з напором.Єдина умова виникнення циркуляції води в системі опалення - це розташування приладів, що споживають тепло, на деякій висоті над казаном опалення. Очевидно, що чим більше висота h - тим краще. Мінімальна ж значення висоти h, що зустрічається в інструкціях, - це півметра між середніми рівнями котла та опалювального приладу.
 
При одній і тій самій потужності, різниця температур між прямими та зворотніми лініями котла опалення повинна бути тим більше, чим менше об'ємний потік. Але ця різниця не може бути скільки завгодно велика, оскільки температура лінії обмежена зверху, а зворотної лінії - знизу. Таким чином, виходить, що потужність котла опалення обмежується занадто повільною циркуляцією теплоносія. Щоб цього уникнути, в системі опалення гравітаційного типу зазвичай застосовують труби збільшеного діаметру і уникають використовувати регулюючу арматуру з високим гідравлічним опором, що, однак, обмежує можливості створення комфорту.

Система опалення гравітаційного типу може містити все необхідне для безпечної експлуатації котла.

Якщо в системі є хоча б одна гілка, циркуляція теплоносія і споживання тепла в якій при працюючому котлі не переривається ні в якому разі, то захист від перегріву забезпечена.

Уникнути перевищення допустимого тиску в котлі дозволяє розширювальний бак, при цьому він може бути як відкритого типу,так і мембранним. Розширювальний бак відкритого типу встановлюється в найвищій точці опалювальної системи, висота його розташування щодо котла Н і визначає тиск в котлі. Розширювальний бак відкритого типу - це також джерело надходження в теплоносій кисню з повітря. Це мало чим загрожує чавунні котли опалення, але киснева корозія може істотно скоротити термін життя котла сталевому, а також сталевих радіаторів і - в меншій мірі - трубам. Тому гравітаційна система опалення відкритого типу - це традиційно чавунний котел, чавунні радіатори і Дводюймовий труби.
 
Застосування мембранного розширювального бака в опалювальній системі вимагає установки запобіжного скидного клапана і манометра для візуального контролю тиску в котлі тому що перетворює її в замкнутий об'єм Ще один наслідок заміни відкритого розширювального бака на мембранний - необхідність установки в системі клапанів.

Для виробництва побутової гарячої води в одній з гілок гравітаційної системи опалення може бути розташований бак-водонагрівач, вимоги до розташування якого по відношенню до котла такі ж, як і для опалювальних приладів. Процес нагріву в баку - саморегулювальний: вода нагрівається до температури подачі котла, і по зникненні різниці температур між подачею і зворотного лінією циркуляція через контур припиняється. Вона поновлюється, коли температура в баці знижується внаслідок розбору гарячої води і заміщення її холодною водою з водопроводу. Якщо припустити, що температура подачі котла 90 ° С, а температура холодної води 15 ° С, то кількість тепла, необхідне для разового прогріву бака ємністю V [л] з холодного стану, буде дорівнює Q [кВт-год] = 0,087-V.

Термостатичний змішувач на виході гарячої води з бака-водонагрівача є необхідним елементом такої схеми приготування гарячої води, адже вода в баці може нагріватися до загрожуючи опіком температури 90 ° С. Змішувач ж доводить температуру гарячої води до безпечного значення, підмішуючи в неї холодну воду з водопроводу.

Щоб уникнути конденсації вологи з димових газів, що скорочує термін служби котла, необхідно стежити за тим, щоб температура котлової води не опускалася нижче встановленого виробником мінімуму -50 + 65 ° С. Іноді ця умова формулюється як обмеження мінімальної температури води у зворотній лінії рівнем 45 - 50 ° С. Чи можливо дотримання цієї умови для твердопаливного котла в разі застосування системи опалення гравітаційного типу?

Розглянемо два стани котла: холодний старт і роботу в стаціонарному режимі. У застосуванні до першого стану основна проблема зазвичай полягає в тому, щоб скоротити проміжок часу, коли температура котлової води нижче допустимої. Сам по собі котел опалення прогрівається досить швидко, оскільки швидкість циркуляції в системі на цій стадії  мала, оскільки вона залежить не тільки від різниці температур, але і від висоти, на яку піднялася в системі гаряча вода з казана. З іншого боку, у міру зростання швидкості циркуляції зростає потік холодної води з непрогрітій системи в котел. Поки вся холодна вода в системі опалення не виявиться заміщена теплою водою з котла це буде продовжуватися. Таким чином, в силу інерційності гравітаційної системи опалення котел після холодного старту значний час працює в небажаному режимі, що може негативно позначитися на терміні його служби.

У стаціонарному режимі температура води у зворотній лінії котла визначається її температурою в лінії подачі і тим, наскільки охолоджується вода в опалювальних приладах. Якщо температуру в лінії подачі можна в певних межах змінювати за допомогою регулятора горіння, то ступінь охолодження води в батареях залежить від тепловіддачі батарей і від об'ємного потоку через них - і те і інше визначається раз і назавжди при проектуванні і монтажі системи опалення. Виходить, що температуру зворотної лінії можна підтримувати на належному рівні, якщо це дозволяє система опалення: вона розрахована і сконструйована так, що забезпечує достатню об'ємну витрату - за рахунок застосування труб, арматури та опалювальних приладів з мінімально можливим гідравлічним опором і за рахунок великої різниці висот розташування котла і тепло-використовуваних приладів.

Можна зробити висновок, що в рамках системи опалення гравітаційного типу можливо забезпечити робочі умови котла, принаймні в стаціонарному режимі роботи. Разом з тим слід зазначити, що така система опалення надає мало можливостей для створення комфорту. Її переваги - видима простота і незалежність від електропостачання, до очевидних ж мінусів можна віднести слабку керованість і, як наслідок, необхідність в частих дозавантаження котла опалення та неощадливий витрата палива