Принципы функционирования газовой колонки: особенности конструкции и работы газового водонагревателя

Отсутствие системы горячего водоснабжения в вашем доме или частые отключения горячей воды могут значительно ухудшить комфорт жизни. Однако это не причина отказываться от наслаждения теплым душем в прохладные осенние вечера, не так ли? Установив газовую колонку, вы сможете решить данную проблему, как это делают многие. Но как именно функционирует этот компактный водонагреватель и как он справляется с возложенными на него задачами?

В данном материале мы подробно разберем принцип работы газовой колонки, а также ее конструктивные схемы. Будет также уделено внимание распространенным неисправностям оборудования и методам их устранения. Вся информация будет подкреплена наглядными изображениями, схемами и видеороликами.

Общая структура бытовой газовой колонки

Газовая колонка представляет собой проточный прибор для нагрева воды. Это подразумевает, что вода нагревается в процессе прохождения через устройство. Прежде чем углубиться в детали устройства бытовой газовой колонки, необходимо напомнить, что ее установка и замена подразумевают наличие централизованной системы подачи газа.

Необходимо будет подготовить все соответствующие документы и подать их в газовую службу вашего региона с заявлением. Более детальную информацию о нормативных требованиях и необходимых документах вы можете найти в других наших статьях. Теперь давайте перейдем к рассмотрению конструкции.

Существующие модели газовых колонок могут различаться, но их общая структура выглядит следующим образом:

• Горелка для газа.
• Запальник/система зажигания.
• Вытяжная система и дымоход.
• Дымоходный патрубок.
• Камера сгорания.
• Вентилятор (у некоторых моделей).
• Теплообменник.
• Газопроводный патрубок.
• Водяной узел.
• Патрубки для подачи воды.
• Патрубок для выхода горячей воды.
• Передняя панель с контроллером.

Ключевым элементом данной колонки является горелка, в которой поддерживается горение газа, что позволяет нагревать воду. Она располагается в корпусе, который собирает горячие продукты сгорания, предназначенные для подогрева воды.

Корпус изготавливается из металла и полностью покрывает переднюю часть и боковые стороны колонки. Важно, чтобы материал, из которого сделан корпус, обладал хорошими тепло проводимостью, так как эффективность нагрева напрямую зависит от его способности передавать тепло.

Различные конструктивные элементы газовой колонки расположены внутри корпуса. На изображении представлено газовое оборудование закрытого типа.

В верхней части устройства находятся вытяжка и дымоход, через которые сгораемые продукты покидают колонку и помещение. Их конструкции различаются в зависимости от того, является ли колонка открытой или закрытой, что будет детально описано ниже.

Трубки с ребристой формой размещены внутри корпуса, идеальным образом обеспечивая естественный поток воды и ее нагрев за счет горячих газов. Эта система труб называется теплообменником. Снизу расположены два патрубка: справа — для подачи холодной воды из водопровода, слева — для вывода горячей воды.

Часто между водопроводной сетью и газовой колонкой устанавливается фильтр, который регулирует жесткость воды. Если его не установить, на поверхности колонки может образоваться накипь из-за высокой температуры воды. Перед тем как вода попадет в колонку, она проходит через водяной узел, который обеспечивает взаимодействие между потоками воды и газа. Мы подробно обсудим это взаимодействие чуть позже.

Горючая газовая горелка с электрическим зажиганием и датчиком пламени. Датчики оказывают значительное влияние на эффективность работы оборудования, их функции будут рассмотрены далее.

Дополнительная трубка, расположенная в нижней части, соединяет колонку с газовой магистралью.

На передней панели с блоком управления размещены элементы для регулирования расхода газа и воды. В зависимости от модели, они могут быть представлены как простыми ручками, так и современными жидкокристаллическими дисплеями, отображающими различные характеристики колонки, а также информацию о возможных неисправностях, если колонка не функционирует.

Как функционирует газовая колонка?

Теперь давайте рассмотрим принцип работы газовой колонки в виде простого алгоритма:

• Когда вода проходит через водяной узел, мембрана наклоняется, поднимая шток, связанный с газовым клапаном;
• вследствие этого клапан открывает подачу газа на основную горелку;
• газ воспламеняется от электрода или запальника, сгорает и подогревает воду, которая проходит по трубам теплообменника;
• нагретая вода подается к кранам через левый патрубок;
• продукты сгорания газа выводятся через дымоход или вытяжку — здесь существует принципиальная разница между открытыми и закрытыми колонками, о чем мы поговорим ниже.

Параметры пламени и поток воды можно регулировать с помощью элементов управления на передней панели.

Далее мы более подробно рассмотрим, как происходит зажигание горелки и как это связано с уже упомянутым водяным узлом.

Структуры и принцип работы водяного узла. В обиходе его часто называют «лягушкой». На диаграмме указаны направления движения газа (желтыми стрелками) и воды (синими стрелками).

Методы зажигания газа

В принципе, газовые колонки могут использовать три основных метода зажигания газа. Как видно из схемы, в каждом из случаев сигнал для запуска основной горелки исходит от работы водяного узла (лягушки).

Вот три метода зажигания:

• при помощи пьезоэлемента;
• от батарей;
• путем вращения гидротурбины.

Зажигание с помощью пьезоэлемента предполагает наличие на передней панели кнопки, которая при нажатии создает контакт в пьезоэлементе, запускающем запальник. Тот, в свою очередь, поджигает основную горелку, когда шток, движется под воздействием мембраны при напоре воды.

Запальник остается включенным с небольшим пламенем, пока его не выключат вручную. Это может привести к увеличению расхода газа и образованию накипи в трубках. Одным из таких водонагревателей с ручным поджигом является Bosch Therm 4000 O W 10-2 P.

Схема газовой колонки с пьезорозжигом. На изображении обозначены key компоненты колонки — основные узлы, располагающиеся внутри корпуса, и кнопки/ручки, находящиеся снаружи.

Также есть газовые колонки, которые функционируют на батарейках. В этом случае зажигание происходит от электрической искры после сигнала штока, вместо запальника используются электроды для запуска главной газовой горелки.

Однако батарейки нужно менять примерно раз в 10 месяцев, а при интенсивном использовании — каждые два месяца для предотвращения неполадок. Одной из моделей на батарейках является Zanussi GWH 10 Fonte Glass La Spezia.

Иногда зажигание происходит от вращения гидротурбины (при движении воды). Таким образом происходит зажигание от электрической искры, но необходимость в замене батареек отсутствует, так как турбина вырабатывает электричество в процессе прохода воды.

Тем не менее, для успешной работы гидротурбины требуется высокое давление в трубопроводе — минимум 0,3 бара. Это не всегда доступно в домашних условиях. На территории России и странах СНГ не рекомендуется приобретать такие модели из-за нестабильного напора воды. Примером такой колонки служит Bosch Therm 6000 O WRD 15-2 G, которая значительно дороже упомянутых выше моделей.

Структура водяного узла колонки

Конструкция водяного узла представляет особый интерес. Его устройство можно увидеть на представленной схеме ниже, подписи к элементам находятся под ней. Остальные элементы служат для крепления.

Конструктивные детали ремкомплекта водяного узла газовой колонки марки «Нева»: 1) силиконовая мембрана 54 мм; 2) сальник для патрубка холодной воды 19х14х2,5 мм; 3) сальник для сливного клапана 10х6х2 мм; 4) сальник регулятора расхода воды 14,5х9,5х2,5 мм — 2 шт; 5) сальник для уплотнения штока резьба М 12 х 1 5,34х1,78х1,78 мм — 2 шт; 6) сальник для уплотнения втулки штока М 12 х 1 14х11х1,5 мм; 7) сальник для винта регулятора подмембранного давления 6,4х2,6х1,9 мм; 8) сальник для винта регулировки потока воды 7хх3,2х1,9 мм; 9) сальник соединения водяного и газового узлов 27,5х23,5х2 мм; 10) сальник соединения водгазового узла с горелкой 18х13х2,5 мм; 11) сальник для датчика температуры воды 10х6х2 мм.

Ключевыми рабочими элементами являются шток и диафрагма, которые взаимодействуют при появлении потока воды в нижней части. Шток открывает клапан, позволяя газу поступать в горелку, где он затем поджигается.

Еще одним важным элементом является пластиковый шарик, который служит предохранителем, блокируя поток газа в случае резких колебаний давления в трубах — гидравлических ударах, о которых мы также поговорим позже.

Тип камеры сгорания

Газовые колонки могут иметь два основных типа камер сгорания: открытые и закрытые.

Колонки с открытой камерой сгорания имеют свободный доступ воздуха к горелке, а продукты сгорания выводятся через вытяжку.

Эти модели проще, чем турбированные, о которых пойдет речь дальше, их работа практически безшумна и, как правило, не требует электричества. Однако из-за открытой связи между камерой сгорания и помещением может возникнуть загрязнение воздуха в комнате при плохой работе вытяжки.

Колонки с закрытой камерой сгорания называются турбированными. В них камера сгорания герметична, а воздух нагнетается вентилятором через коаксиальные трубки и выводится наружу вместе с продуктами сгорания через дымоход.

Такие колонки, как правило, работают в полностью автоматическом режиме, не имея механических элементов управления, а их датчики температуры и тяги отличаются высокой чувствительностью. Такие модели считаются «современными» и обладают повышенной безопасностью.

На предыдущих иллюстрациях была показана газовая колонка с закрытой камерой сгорания. Для сопоставления, на следующем рисунке демонстрируются конструкции колонок двух типов, расположенные рядом. Вы заметите множество общих элементов, но метод удаления продуктов сгорания отличается.

Сравнение камер сгорания в колонках. Слева представлена камера сгорания устройства открытого типа, а справа — газовая колонка с закрытой камерой сгорания, для подачи воздуха внутрь которой используется вентилятор.

Ключевые характеристики колонок

Теперь обратим внимание на практические аспекты использования газовой колонки. Один из главных параметров — производительность, который прямо связан с мощностью, выражаемой в кВт, и отображает объём воды, которую колонка может нагреть на 25 °C за минуту.

Эти характеристики обычно прописаны в паспортной документации устройства. Обычные колонки способны нагревать воду в диапазоне от 10 до 20 литров за минуту на 25 °C, но это значение может значительно варьироваться.

Другой важный параметр современных колонок — модуляция мощности, которая демонстрирует, как может изменяться мощность в зависимости от водного потока, измеряясь в процентах от максимальной мощности.

Для осуществления модуляции используются специальные устройства с мембраной для регулировки подачи газа на горелку, в зависимости от потока воды. Обычной считается модуляция в пределах 40-100% от номинальной мощности устройства.

На схеме представлена модулирующая арматура и принцип её действия, который напоминает функционирование водяного узла с мембраной.

Датчики безопасности и их функция

Газовая колонка может представлять опасность, так как она связана одновременно с водной и газовой системами, каждая из которых может быть потенциальной угрозой в отдельности.

При возникновении проблем с подачей газа или воды, датчики безопасности автоматически отключают колонку, а специальные клапаны закрывают подачу газа или воды.

Газовые колонки, как правило, выдерживают давление до 10-12 бар, что значительно превышает обычные значения в трубах (20-50 раз). Такие резкие повышения давления могут происходить из-за так называемых гидравлических ударов.

Если же давление падает до 0.1-0.2 бар, колонка не сможет функционировать. Поэтому стоит внимательнее изучить инструкцию и характеристики перед покупкой, чтобы убедиться, что устройство подходит для низкого давления в трубах, распространённых в странах СНГ, и будет надёжно работать. Важно также проверить его устойчивость к резким скачкам давления, что бывает довольно часто в наших условиях.

Схема зажигания горелки, которая работает на основе электрической искры. Основные места расположения датчиков безопасности в бытовой газовой колонке также показаны.

На сегодняшний день газовые колонки имеют множество датчиков безопасности, и все они могут быть заменены в случае неисправности.

Более подробно о назначении и расположении датчиков можно ознакомиться в таблице ниже.

Распространённые проблемы и их решения

Говоря о конструкции и принципе работы бытовой газовой колонки, а также о встроенных в неё датчиках, стоит кратко обсудить возможные неисправности. Мы не будем углубляться в процесс полного ремонта или замены устройства, а просто рассмотрим основные элементы горелки и опишем их неисправности и возможные способы устранения этих проблем в домашних условиях.

Как уже было упомянуто, главный элемент колонки — газовая горелка. Часто она гаснет ввиду срабатывания датчиков безопасности, о которых идет речь. Распространённые причины, приводящие к такому исходу — это загрязнение теплообменника сажей или накипью.

Причиной слабого напора может быть образование накипи в трубах теплообменника. Чтобы решить проблему, следует снять теплообменник и промыть трубы специальными средствами для удаления накипи.

На данном изображении представлен загрязнённый теплообменник. В данной ситуации необходимо его снять и очистить от сажи. Если колонка расположена близко к кухонной плите, возможна также загрязненность теплообменника жирами.

Если сгорание газа происходит не полностью, либо колонка эксплуатируется долгое время, в камере сгорания может накопиться сажа, что существенно снижает теплопроводность и качество нагрева воды.

Для получения дополнительных знаний о причинах слабого напора и нюансах чистки, пожалуйста, перейдите по этой ссылке.

Если газовый клапан не открывается из-за слабого напора воды, следует извлечь фильтр, проверить его состояние, и при необходимости – очистить. В случае, если напор воды или газа недостаточен, стоит обратиться в соответствующую службу.

Если наблюдаются протечки воды прямо из колонки, это указывает на возможное нарушение герметичности труб. В таком случае необходимо разобрать их и заменить уплотняющие элементы. При необходимости может требоваться замена самих труб.

Особо стоит упомянуть о неисправности водяной мембраны. Если колонка используется длительное время, мембрана водяного узла изнашивается, теряя чувствительность. Она перестаёт реагировать на пониженное давление воды и, соответственно, не отправляет сигнал для запуска горелки. В идеале её надо заменять раз в 5-6 лет.

При износе мембраны можно приобрести комплект для ремонта и самостоятельно выполнить замену. Водяной узел состоит из таких компонентов, как резиновая мембрана, крышка, корпус и пластиковая тарелка с пружиной.

Порой проблема также может заключаться в штоке, который двигает мембрану; его также можно заменить при необходимости, существуют специальные комплекты для этого.

Чтобы лучше осознать устройство своей модели газовой колонки, стоит внимательно изучить инструкцию по эксплуатации и паспорт изделия. Это не только сэкономит ваше время и нервы, но и поможет лучше понять, как функционирует данный прибор.

Выводы и рекомендованное видео по теме

Для закрепления понимания структуры газовой колонки вы можете посмотреть видеообзор, в котором подробно изложено расположение всех компонентов устройства на практическом примере:

В этом материале мы рассмотрели устройство бытовой газовой колонки и принцип её работы. Далее мы обсудили функциональность основных элементов. Зная ключевые узлы и составляющие газового оборудования, а также датчики безопасности, вы сможете самостоятельно диагностировать поломки. В случае, если причина неисправности заключается в загрязнении каких-то элементов конструкции, можно выполнить собственноручное техническое обслуживание газовой колонки.

Если у вас есть желание дополнить приведённый материал полезными советами или задать вопросы, которые не были затронуты, задайте вопрос нашим экспертам или другим пользователям сайта — форма для обратной связи расположена ниже.