Мощность чугунного отопительного котла варьируется от 5 до 1200 кВт, перекрывая, таким образом, весь диапазон потребностей для индивидуальных домов, небольших многоквартирных зданий и промышленных построек. Чугун был избран в качестве основного материала для теплообменника напольных котлов по ряду причин, и главная из них — долговечность и относительная простота изготовления элементов сложной формы.
Для производства теплообменников используется, как правило, так называемый «серый» чугун. Чугун представляет собой многокомпонентный сплав, содержащий преимущественно железо и углерод, а также примеси других химических элементов. В процессе плавления углерод в жидком состоянии равномерно распределяется по всей массе расплава. Остывая, часть его выделяется в форме графита, характерный цвет которого придает излому получившегося сплава серый оттенок, благодаря чему последний и получил свое название.
Помимо углерода, которого в чугунных теплообменниках примерно 3,2–3,5 %, в сплаве могут присутствовать кремний (около 2–2,5 %), марганец (0,5–0,8 %), фосфор (до 0,3 %), сера и фосфор (до 0,15 %). Каждый производитель старается найти оптимальный состав, улучшающий положительные свойства чугуна и сглаживающий отрицательные. При этом немаловажным аспектом является и финансовая сторона производственного процесса. Роль графита в чугуне неоднозначна.
С одной стороны, его наличие придает сплаву механическую и температурную хрупкость, что накладывает значительные ограничения на условия транспортировки и эксплуатации чугунного оборудования. Так, чугунный теплообменник чувствителен к ударам, поэтому переносить и хранить его нужно осторожно. Это же является причиной нетерпимости чугунных котлов к значительным температурным перепадам, в том числе между подающей и обратной линиями.
Ряд производителей в рамках борьбы с данным явлением пытаются изменить состав сплава в пользу повышения прочностных характеристик или используют систему предварительного смешивания. Так, например, котлы Alphatherm допускают разницу температур между подающей и обратной линией 45 °C. De Dietrich также особо отмечает высокую прочность своих чугунных теплообменников, способных работать при низких модулируемых температурах, до 30 °C в подающей линии.
Важную роль играет также система водоподготовки, которая должна обеспечивать умягчение с целью предотвращения отложения в теплообменнике солей жесткости, что может привести к отсутствию равномерного отведения тепла, перегреву одних участков и переохлаждению других. С другой стороны, благодаря графитовым вкраплениям, чугун становится более вязким и хорошо гасит вибрации, что позволяет создавать теплообменники любой геометрии без опасения его разрушения в тонких местах.
Все остальные добавки, специально или случайно попавшие в сплав, также оказывают в основном влияние на прочностные характеристики чугуна. Для процесса изготовления чугуна и его дальнейших характеристик большое значение имеет способность чугуна образовывать «эвтектику» (греч. eutektos — легко плавящийся), то есть расплавляться при меньшей температуре, чем компоненты, из которых он состоит (температура плавления чугуна приблизительно 1200 °C, железа — 1539 °C, углерода — 3500 °C).
Любой серый чугун по определению является эвтектической системой, поэтому термин «эвтектический чугун», используемый отдельными производителями, призван подчеркнуть его повышенную однородность и пониженную температуру плавления по сравнению с традиционными марками. Чугун характеризуется высокими литейными свойствами, выражающимися в низкой температуре кристаллизации, текучести в жидком состоянии и малой усадке, а также плохой свариваемостью и значительной массой готового изделия. П
оэтому оптимальным способом изготовления теплообменников из этого материала является отливка отдельных идентичных секций, скрепляемых на заводе или на месте установки болтами либо длинными стержнями и герметизируемых специальным шнуром, силиконовой мастикой и пр. Внутри секции полые, профилированные с учетом обеспечения большой площади теплообмена при небольших габаритах, низкой скорости прохода продуктов сгорания, отсутствия напряжений, вызванных значительным перепадом температур между различными участками конструкции.
На внешней, соприкасающейся с дымовыми газами, поверхности секции отливают круглые, прямоугольные или квадратные выступы, расположенные в шахматном порядке и образующие дымоходный канал сложной формы. Это увеличивает площадь теплообмена и создает турбулентность в движении дымовых газов. Современные чугунные теплообменники делают многоходовыми (в основном с тремя, реже — с двумя или четырьмя проходами дымовых газов), что позволяет достичь высокой эффективности и снизить выбросы вредных веществ в атмосферу. Конструируя секции, производители котлов имеют возможность реализовать довольно сложные схемы движения дымовых газов. Иногда один проход совершается ими по двум и более параллельным каналам.
Существуют модели чугунных котлов, оборудованные двумя отдельными котельными блоками, размещенными в одном корпусе; каждый блок оснащен отдельными горелкой и теплообменником, а подающая и обратная магистрали у них общие. В результате получается, фактически, каскад из двух котлов (Buderus Logano G334 WS). Большинство чугунных котлов одноконтурные. Но некоторые производители предлагают отдельные модели чугунных котлов со встроенным бойлером косвенного нагрева.
В этих котлах также обычно присутствует и обвязка вторичного контура, в том числе насос для ГВС, трехходовой вентиль и соединительные трубки. Контур горячего водоснабжения присутствует в термоблоках Baxi Slim 2 (бойлер 50 или 60 л); Biasi Kappa BO …100 (100-литровый бойлер); De Dietrich DTG …Eco.NOX/V (бойлер емкостью от 110 до 150 л), GT 2200 (бойлер 160 или 250 л); Domusa Ecogas V…; Electrolux FSB …/HW; Ferroli модели с индексом D K; Protherm «Медведь KLZ» (бойлер 110 л); Sime Bitherm (80-литровый бойлер).
Важнейшей частью любого теплового генератора, работающего на газовом/жидком топливе, является горелка — атмосферная или наддувная (вентиляторная). Последняя может быть как встроенная, так и устанавливаемая отдельно. В наддувных горелках воздух в камеру сгорания нагнетается принудительно в необходимом для выбранного режима работы количестве. Они устойчиво работают при пониженном и нестабильном давлении газа, из недостатков можно отметить высокий уровень шума и стоимость.
К преимуществам выносных горелок следует отнести возможность установки как газовой, так и жидкотопливной модели в один и тот же котлоагрегат. Чугунные блоки под наддувную горелку предлагают Biasi (B30 R, B40 R), Buderus (Logano G125 WS, Logano G215 WS, Logano GE…), De Dietrich (GT), Ferroli (GN, Atlas), Protherm («Бизон NL»), Sime (Rondo, 1R, 2R), Viessmann (Vitorond 200). Атмосферные горелки же всегда встроены в котел и являются его конструктивной частью.
Они малошумны, но чувствительны к давлению газа. Некоторые производители специально указывают нижнюю границу давления. Горелки могут быть как одноступенчатыми, так и с несколькими ступенями мощности, в том числе с модуляцией, то есть автоматическим изменением мощности горелки в зависимости от интенсивности отбора тепла из теплообменника.
Так, модулируемыми горелками оснащены серии Alphatherm Beta ATE; Baxi Slim 1 и 2; Buderus Logano G215 WS и все Logano GE; Protherm KLOM и KLZ; Большинство современных чугунных котлов требуют для функционирования обязательного подключения электроэнергии. Но ряд производителей поставляют на российский рынок энергонезависимые модификации оборудования, например, серия Beta AG от Alphatherm.
