Принцип работы конденсационных котлов
Давайте рассмотрим принцип работы конденсационного газового котла и узнаем, за счет чего он получает дополнительную энергию. Мы уже говорили, что здесь используется принцип конденсации влаги из продуктов сгорания. Если взяться за дымоходную трубу, то мы обнаружим, что она теплая, а в некоторых случаях даже горячая (все зависит от эффективности оборудования). Именно эту тепловую энергию мы и можем отобрать в отопительную систему.
Работает конденсационный котел следующим образом:
Именно наличие второго теплообменника, в котором горячий пар конденсируется и отдает оставшуюся энергию, обуславливает такой высокий КПД всей системы.
- Газовая горелка выделяет тепловую энергию, которая поглощается основным теплообменником;
- Продукты сгорания поступают в конденсационный теплообменник большой площади;
- Проходящий через конденсационный обменник холодный теплоноситель вызывает образование конденсата, забирая тепловую энергию из водяного пара;
- После этого теплоноситель поступает в основной теплообменник.
Для некоторых может остаться непонятным то, откуда вообще берется водяной пар. Ничего странного здесь нет – он образуется в результате сгорания природного газа. Если мы внимательно посмотрим на химическую формулу протекающей здесь реакции, то мы увидим в ее результатах два основных компонента – это водяной пар и углекислый газ. Именно пар и содержит необходимую нам тепловую энергию.
Конденсационный котел отличается повышенным КПД. Это становится возможным за счет более полного отбора тепла из продуктов сгорания. Производители утверждают, что КПД составляет до 115%, но против законов физики не пойдешь – нельзя получить больше энергии, чем ее затрачено. И столь высокий КПД – это всего лишь маркетинговая уловка, нацеленная на увеличение продаж. В действительности же КПД достигает 98%.
Создавая конденсационный котел, разработчики сделали все возможное, чтобы оборудование получилось экономичным и энергоэффективным. Но эффективность напрямую зависит от температуры теплоносителя в обратной трубе. Чем она ниже, тем лучше, оптимальный показатель – от +30 до +40 градусов. Если же температура будет высокой, никакой конденсации не будет – тепло улетит в атмосферу, а КПД упадет. Поэтому теплоноситель сначала поступает в конденсационный, и лишь потом в основной теплообменник.
Иными словами, для того чтобы можно было экономить на газовом топливе за счет высокого КПД, необходимо создать отопительную систему со сравнительно низкой температурой теплоносителя – оптимальным соотношением станет +30 градусов на обратной трубе и +50 на подающей.
Достоинства и недостатки
Преимущество конвекционного газового котла заключается в простоте конструкции и низкой стоимости. Используются недорогие материалы, т.к. нет выпадения конденсата и коррозии металла. В конвекторах есть возможность удешевления системы забора и отвода продуктов горения за счет использования естественной тяги.
Неэкономичность конвекционных газовых агрегатов сочетается с преимуществами:
- оборудование выпускается настенного и напольного типа;
- в некоторых моделях предусмотрен теплообменник из чугуна, который служит долго;
- конденсат, образующийся в процессе работы, уходит в трубу и не действует на внутренности;
- монтируется и ремонтируется просто;
- некоторые модели не используют электричество;
- работает бесшумно;
- в продаже большой выбор двухконтурных и одноконтурных вариантов.
Минус в том, что отопительная система проектируется с учетом температуры энергоносителя на выходе, которая не должна быть меньше +57°С, иначе на стеках теплообменника, топки и дымоотвода появляются капли жидкости, нарушающие целостность элементов.
Суть процесса
Идея заключается в следующих постулатах:
- газ – неоднородный источник тепла, в своём составе он имеет и водяной пар;
- оказывается, при сжигании газа мы выбрасываем наружу не только продукты сгорания, но и этот самый пар;
- и возникает идея – а почему бы этот пар не конденсировать и получающуюся горячую воду тоже не использовать для нагрева теплоносителя в системе отопления.
Так и было сделано – на свет появились новейшие газовые отопительные котлы конденсационного типа. Котлы, так широко завоёвывающие популярность, что по статистике более 30% всех газовых котлов в Германии именно компенсационные.
Конденсационные газовые котлы отопления имеют очень много всевозможных модификаций, а, учитывая их популярность, модификации часто связаны и с дизайном корпусов таких котлов
Родившись в пору, когда на создаваемые в мире изделия стали предъявляться повышенные требования с точки зрения дизайна, конденсационные котлы разрабатываются с упором и на эту характеристику – все они страшно привлекательно выглядят.
Ну, а то, что скрывается внутри, благодаря такой «двойной очистке» газа и позволяет достичь реального расчётного КПД от 105 до 110%. Другими словами, конденсационные котлы, по сути процесса работы, являются двухконтурными.
Преимущества конденсационных котлов
Среди преимуществ бытовых газовых котлов отопления следующие:
у них максимальный КПД из всех возможных устройств аналогичного назначения – а, значит, вы имеете возможность уменьшить потребление газа при тех же калориях выработанной энергии; по статистике, потребление газа у конденсационных котлов на 15-20% меньше, чем у обычных;
гораздо больший диапазон регулировки температуры теплоносителя – такая регулировка возможна на всех котлах, но работающие с газом и «попутным» паром, имеют максимальный диапазон от 30 до 85 градусов (кстати, такой максимум, как правило, нет необходимости подавать в систему, обычная температура теплоносителя в отопительных системах не превышает и 40 градусов);
меньший выход вредных веществ в атмосферу – газовая смесь сгорает в гораздо большем объёме;
инновационная технология подстегивает и конструкторов, и технологов – все конденсационные котлы изготавливаются по самых передовым технологиям, что обеспечивает им гораздо больший срок службы при тех же нагрузках.
Не составляет труда подобрать конденсационный котёл, который прекрасно впишется в любой дизайн помещения
Из недостатков
Но надо отдавать себе отчёт, что такие котлы имеют и некоторые недостатки, больше житейского плана:
самое главное – они стоят минимум в два раза дороже обычных газовых котлов; и это на сегодняшний день – главный тормоз их массового использования;
во-вторых, такие агрегаты очень привередливы к материалу, из которого сделан дымоход – необходимо использовать только высококачественный пластик и керамику;
в-третьих, требует специального расчёта системы отопления под более низкие внутренние температуры (не выше 70 градусов) – это требование уже выдвигает необходимость конденсирования пара внутри;
в-четвёртых, требуется специальный водовод для вывода наружу, как правило, в канализацию, скопившейся внутри воды (обычно, не более 30 литров в день при постоянной работе котла); тут необходимо отметить, что в той же Германии существуют ограничения на вывод подобной воды в общую канализационную систему;
в-пятых, требует наличия опытного персонала для их установки и сопровождения.
Когда инновация содержания вдруг поддерживается и инновацией формы, то получается вот такая оригинальная конструкция, тоже вполне работоспособная, а главное, всё с тем же КПД под 110%
Несмотря на то, что эти котлы изначально разрабатывать как двухконтурные, существуют и одноконтурные модели. Но самое главное, разработано несколько модификаций конденсационных котлов в зависимости от места их установки.
Конденсационные агрегаты прекрасно вписываются в любую систему отопления, они «дружат» и со всем существующим контролирующим оборудованием и с бойлерами
Существует модификации:
- напольные – самые мощные и распространённые; мощность подобных котлов может составлять 100-120 кВатт;
- настенные газовые котлы отопления – очень изящно выглядящие аппараты с мощностью в 30-40 кВатт, чего часто с лихвой и хватает.
Чаще применяется более мощные напольные конденсационные котлы, обеспечивающие большие возможности контроля своей работы
Преимущества оборудования
Конденсационные котлы отличаются рядом преимуществ по сравнению с традиционными отопительными проборами. Делают выбор в их пользу те, кто вкладывает деньги на перспективу. Установив конденсационный котёл у себя дома, вы получите эффективную, экономную отопительную систему. Основные достоинства оборудования:
- экономия топлива и денег до 35%;
- уменьшение количества отработанных газов, которые выбрасываются в воздух;
- возможность выполнения дымохода из пластиковых труб, что также помогает сэкономить средства;
- «умная» электроника, которая обеспечивает полностью автоматическое регулирование работы отопительного оборудования;
- длительный срок службы, которые достигается за счёт применения в изготовлении высококачественных, прочных материалов;
- стойкость к коррозии.
Из недостатков конденсационных котлов выделяют разве что высокую их стоимость. Действительно, оборудование стоит довольно дорого, однако, оно полностью оправдывает свою цену, так как позволяет существенно сэкономить на топливе.
Монтаж конденсационного котла
Конденсационные котлы отопления типы и производители
Отопительные приборы с использованием конденсации могу быть напольного или настенного исполнения. Настенные имеют, как правило, небольшие мощности (до 100 кВт, редко до 120 кВт) и небольшие размеры. Некоторые модели оборудования используются исключительно на отопление, некоторые готовят также горячую воду для бытовых нужд (ГВС). Причем горячая вода может готовиться в некоторой емкости (бойлерного типа) или разогреваться в змеевике (проточного).
Настенный конденсационный котел имеет небольшие размеры
Фирма Vaillant (Вайлант) производит конденсационные котлы как настенном исполнении, так и в напольном варианте. Есть модели с проточным нагревом воды для ГВС в пластинчатом теплообменнике, а есть емкостного типа. Оборудование может изменять мощность работы в широком диапазоне минимально — 20-28% от номинальной. Имеется встроенный автоматический воздухоотводчик, есть возможность переоборудования под сжиженный газ, простая установка параметров при первом пуске. Напольные агрегаты могут использоваться в каскадной связке для отопления и обеспечения горячей водой многоэтажных домов. Имеется контроль безопасности всех основных параметров (контроль пламени, температуры теплоносителя, дымоотведения)
Конденсационные котлы Vaillant настенные и напольные
Конденсационные котлы Baxi (Бакси) также выпускаются в настенном и напольном варианте. Котлы этой фирмы линейки Luna отличает возможность подключения внешнего бойлера для горячей воды. Линейка NUVOLA COMFORT ориентирована на подготовку большого количества горячей воды. Также имеется автоматический контроль как за температурой теплоносителя в отопительной системе, так и за температурой воды в ГВС. К стандартному набору контроля параметров системы добавлена система защиты от замерзания и антибактериальная обработка. Линейка Baxi Duo-tec автоматически адаптируется под качество подаваемого топлива и тип дымохода, имеет автоматический байпас и моделируемую мощность горелки, которая подстраивается также под погодные условия. Напольные конденсационные котлы Бакси отличаются небольшими габаритами и широким выбором функций, могут работать в каскаде и обеспечивать большие частные дома, производственные, промышленные помещения, многоквартирные здания.
Конденсационные котлы отопления Baxi («Бакси»)
Итальянские конденсационные. Линеек оборудования несколько: Power Plus, Mynute Green RSI и CSI, Exclusive Green RSI и CSI, Exclusive Boiler Green. Особенности агрегатов Power Plus – патрубки удаления дыма и забора воздуха выполнены раздельно, биметаллический первичный теплообменник, обширный перечень функций автоматики. В линейке Mynute Green RSI и CSI теплообменник алюминиевый авторской конструкции, в линейке CSI присутствует пластинчатый теплообменник для нагрева воды для ГВС, модификация RSI позволяет подключить наружный бойлер. Как и в любом подобном оборудовании европейских производителей, имеется обширный перечень защитных программ и контроля системы, блокировка оборудования при несоответствии параметров.
Конденсационные котлы отопления Beretta («Беретта»)
Конденсационные котлы от немецкой фирмы «Будерус» Logamax имеют неплохую репутацию, но есть у них одна особенность: даже настенные варианты не выпускают малой мощности. Самый маломощный котел имеется в линейке Logamax PLUS GB112 – 29-60 кВт. Все остальные котлы рассчитаны на еще большие объемы. Они могут использоваться для обогрева нескольких коттеджей, расположенных неподалеку (каскадного типа). Есть некоторые ограничения по монтажу: желательна установка в подвале или на чердаке.
Конденсационные котлы «Будерус» Logamax
Теплообменник в Logamax используется из ребристых труб, изготовленных из кремний-алюминиевого сплава, благодаря чему годовой коэффициент использования топлива – 109%. Установлена на котле керамическая плоская горелка, которая воспламеняется при помощи электрода накаливания, что приводит к понижению шумов при воспламенении газо-воздушной смеси. Количество подаваемой смеси зависит от наружных температур и определяется автоматикой при помощи датчиков.
Напольные конденсационные котлы Buderus имеют очень большие мощности – от 120 кВт, работать могут в каскаде. Подходят для отопления больших коттеджей и многоэтажных домов, производственных помещений.
Дымоход
Удаление отработавших газов и подача воздуха в камеру сгорания в конденсационном котле осуществляется принудительно, так как котлы данного типа имеют закрытую камеру сгорания. Конденсационники довольно безопасны, потому что для их использования не нужен традиционный дымоход. Котлы данного типа используют коаксиальную или двухтрубную дымоудаляющую систему. Эти системы сделаны из пластика, так как конденсационник имеет ничтожно малую температуру продуктов сгорания. Применение дешевых материалов при изготовлении систем дымоудаления позволяет существенно снизить стоимость котла.
Правила выбора конденсаторного котла для дома
Производители предлагают устройства в трех разных ценовых вариантах.
Различается оборудование так:
- Модели премиум класса. Отличаются оригинальным дизайном, тихо работают, изготавливаются из материалов высокого качества. Каждый агрегат имеет собственный сертификат экологической безопасности.
- Оборудование среднего ценового сегмента. Экономичные конденсационные котлы, принцип работы которых ничем не отличается от дорогого оборудования. Разница только в менее раскрученной марке. Приборы выпускаются с одним, двумя контурами, в напольном и настенном виде.
- Бюджетные модели представлены оборудованием от корейских, словацких производителей. Особенность в адаптации к отечественным условиям эксплуатации – это большой плюс. Невысокая стоимость объясняется отсутствием разнообразной автоматики, систем контроля – в агрегатах есть стандартный набор функций, его достаточно для безупречной работы всей системы.
При выборе конденсационного газового котла в расчет принимаются следующие параметры:
- Мощность. Расчет показателя выполняется по формуле – на 10 м2 площади надо 1 кВт тепла. Для регионов с суровыми климатическими условиями к итоговому количеству следует добавить 15-30%. Избыточная мощность не нужна, это приводит к быстрому износу оборудования.
- Расход топлива. Учитывается мощность, нагрузка на систему, КПД прибора. Для котлов с мощностью в 10 кВт потребуется газа 1,12м3/час, для агрегатов в 30 кВт 3,36 м3/час. Приборы в 60 кВт потребляют 6,72 м3/час – это самый высокий показатель.
- Материал теплообменника. Модели с силуминовым теплообменником (сплав алюминия и кремния) инертны к химическим веществам, поэтому допускают применение теплоносителя с присадками. Агрегаты с теплообменниками из нержавеющей стали дешевле, выдерживают гидроудары, но от химических компонентов в теплоносителе могут прийти в негодность.
- Температурный показатель режимов работы, от которого зависит КПД. Чем ниже показатель нагрева в трубе обратного тока, тем быстрее образуется конденсат. Если температура в трубопроводах подачи/обратки в 40/30 С КПД агрегата будет 108%, при показателях в 90/75 С КПД равен 98%.
- Количество контуров. Одноконтурные котлы работают только на систему отопления, двухконтурные на отопление и раздачу ГВС. Двухконтурные модели для домашней автономной системы выбираются с мощностью до 24 кВт.
Для упрощения работы агрегаты дополняются системами контроля, автоматики. Чем больше настроек, тем дороже модель. Оптимальным набором считается наличие дневного/ночного режима работы, прогрева на минимальных температурах, остальные функции выбирает пользователь.
Оборудование такого типа считается новым, потому наличие в городе сети сервисных центров, возможность быстро купить запчасти и сделать ремонт, также важные нюансы выбора.
Что такое конденсаторный котел?
По сути, газовые конденсационные котлы отопления – это немного измененные обычные газовые агрегаты конвекционного типа. Топливо – газ сжиженный или баллонный. При сгорании топлива высвобождается большое количество тепловой энергии, в том числе от прогретой водяной взвеси в виде пара, которая затем выпадает в конденсат. Основное отличие от стандартных газовых котлов в использовании всей тепловой энергии – открытой, образуемой при сгорании газа, и скрытой – от нагретого конденсата.
Предназначение оборудования – обустройство автономной системы отопления в частных строениях.
Конструкция состоит из основных и дополнительных элементов:
- Отсек для сбора конденсата, куда поступает теплоноситель после того, как охлаждаются отводимые массы воздуха. Пар отдает тепло воде, а через сливное устройство конденсат перемещается в отельную емкость.
- Теплообменник. Выполнен в форме цилиндра с увеличенной площадью теплоотдачи.
- Газовая горелка. Размещается в закрытой камере сгорания.
Оборудование дополнено системой управления и контроля, а значит, вмешательство человека в работу агрегата сведено к минимуму.
Принцип работы, преимущества и недостатки
В котлах конденсационного типа конструкция предусматривает наличие теплообменника, где осуществляется переход газообразного состояния в конденсат – процесс сопровождается выделением большого количества тепла, которое отбирается для прогрева теплоносителя системы.
КПД котлов достигает 109%, это больше, чем у любого другого оборудования. Дело в том, что обычные газовые котлы используют тепло только от процесса горения газа. Тепловой поток в теплообменнике охлаждается до +140 С, при более низких температурах снижается тяга и образуется тот самый конденсат, вызывающий коррозию металла. Поэтому тепловая энергия конденсата не используется. В конденсаторных котлах отбирается вся тепловая энергия, поэтому КПД выше 100%.
Для отбора энергии котлы оборудованы двумя теплообменниками, из которых первый работает как в обычном оборудовании, пропускает тепловой поток без остывания ниже точки росы. Второй теплообменник отбирает тепловую энергию у продуктов сгорания и охлаждает до температуры ниже точки росы. Поэтому водяной пар скапливается на стенках второго теплообменника и отдает всю полезную энергию воды.
Оборудование считается одним из самых экономичных, а высокий КПД обеспечивает сохранение тепла надолго. За счет применения специальных горелок, которые обеспечивают полное сгорание топлива, количество выбросов минимальное.
Плюсы оборудования:
- малые габариты;
- небольшой вес;
- экономичность (до 35% топлива за сезон);
- малый уровень шума;
- минимальная вибрация;
- возможность каскадного монтажа;
- экологичность.
Минусов у приборов немного, главный – высокая цена оборудования. Конденсатные котлы стоят на 30-80% дороже обычных, но такие вложения окупаются сниженными затратами на топливо.
Также нужно учитывать некоторые особенности работы агрегатов:
- Малая температура прогрева помещения. Обычные системы отопления показывают разность температур между трубопроводом подачи и обратки в 75 С и 55 С, а конденсатные всего 55 С к 33 С. Этого мало для качественного прогрева, может потребоваться система теплого пола или интеграция в схему дополнительных радиаторов.
- Утилизация конденсата. За сутки котел мощностью до 35 кВт вырабатывает до 30 литров воды, ее нужно утилизировать. Слив в септик не допускается, потому что в воде много кислоты, придется продумывать схему нейтрализации жидкости.
Критерии выбора
Конденсационный газовый котёл, всвязи с его высокой стоимостью, необходимо выбирать наиболее тщательно опираясь на следующие критерии:
- рекомендуется приобретать сертифицированное оборудование от известных брендов, которые могут гарантировать полное соответствие заявленных характеристик, а также предоставить гарантию и сервисное обслуживание;
- мощности нагрева должно хватать для отопления определённой площади помещения с учётом разницы температур внутри и снаружи зданий, а также протяжённости коммуникаций с теплоносителем;
- способа установки, в зависимости от количества места и технических условий эксплуатации котла;
- комплектации, в которую могут не входить дорогостоящие аксессуары или компоненты, без которых невозможно подключить и эксплуатировать котёл;
- функциональности, способов и удобства управления;
- возможности подключения дополнительного отопительного контура;
- уровня расхода газа и воды.
Теплообменник конденсационного котла
На данный момент существует достаточно большое разнообразие конструктивных решений в данной сфере у различных производителей котельного оборудования. Как относящихся к геометрии теплообменника, так и к используемым материалам. При более детальном рассмотрении можно выделить три основных направления, в которых ведутся разработки:
- Повышение количества образующегося конденсата;
- Повышение общей эффективности теплообменника (передача излучения от горящего топлива и тепла от дымовых газов);
- Обеспечение устойчивости оборудования к кислотному составу конденсата.
Ранее в конденсационных котлах использовалось два теплообменника — один для первичного охлаждения дымовых газов (неустойчивый к конденсату), и дополнительный для обеспечения конденсации паров воды, так называемый экономайзер. Такая конструкция до сих пор встречается в котлах больших мощностей (порядка нескольких мегаватт) и в устаревших моделях котлов малой (до 100 кВт) и средней (до 2 МВт) мощности.
В современных котлах используется один теплообменник отвечающий за два первых пункта из списка выше:
Устойчивость к кислотному конденсату обеспечивается за счет применяемых материалов. На сегодняшний день используют два типа материалов — высококачественные нержавеющие стали и сплавы алюминия с кремнием и магнием в качестве легирующих добавок (далее для краткости будем обозначать их как просто алюминий).
Каждый из указанных материалов имеет свои сильные и слабые стороны. Плюсы алюминия — высокая теплопроводность, малая плотность, возможность формовки литьем; сильные стороны нержавеющей стали — высокая механическая прочность, крайне высокая коррозионная устойчивость как к кислотным так и к щелочным средам, гладкая поверхность деталей.
С точки зрения устойчивости к конденсату алюминиевые теплообменники прекрасно себя проявляют во взаимодействии с азотной кислотой — при контакте с ней поверхность алюминия пассивируется, то есть образуется защитная пленка — так же как при нахождении алюминия в воздухе. Но при этом такие теплообменники крайне уязвимы даже к малым концентрациям серной кислоты, причем при контакте с ней защитная пленка разрушается и начинается взаимодействие с азотной кислотой. В большинстве случаев данный фактор не имеет критического значения в силу малого содержания серы в топливе, но в долгосрочной перспективе снижает срок службы теплообменника. Нержавеющая сталь соответствующих марок воздействию кислот не подвержена.
Как было отмечено выше, снижение температуры дымовых газов до точки росы — необходимое условие для образования конденсата и съема соответствующей тепловой энергии. Достигается это снижение за счет подачи в теплообменник обратного теплоносителя низкой температуры. Однако, не стоит полагать, что при соблюдении данного условия весь водяной пар, содержащийся в продуктах сгорания, конденсируется. Дело в том, что конденсация происходит только при непосредственном контакте дымовых газов с поверхностями теплообмена, соответственно, при равной температуре обратного теплоносителя эффективность образования конденсата сильно зависит от геометрии теплообменника.
Таким образом, главная инженерная задача при проектировании теплообменника с точки зрения повышения количества образующегося конденсата — увеличение поверхности контакта с дымовыми газами и обеспечение их качественного перемешивания в процессе прохождения через дымовой тракт (для отвода уже осушенных газов от теплообменных поверхностей). При этом необходимо придерживаться разумных аэродинамических потерь в теплообменнике. Поддержание баланса между всеми перечисленными требованиями делает проектирование геометрии теплообменника конденсационного котла достаточно сложной и интересной задачей.
При изготовлении теплообменника из алюминия указанные задачи решаются за счет внутреннего оребрения (по дымовому тракту).
Основной конструктивный элемент теплообменников из нержавеющей стали — трубки. Выполненные либо в форме спирали, либо в виде прямых отрезков с коллекторами.
| Спиральная конструкция наиболее распространена, но подвержена засорению при использовании недостаточно качественного теплоносителя. Происходит это за счет центробежных эффектов при движении воды по трубкам. Причем механическая чистка таких засорений невозможна, а химическая, зачастую, не приводит к успеху. И в том и в другом случае суммарная площадь поверхности стальных трубок достаточно велика. |
Принцип работы конденсационного газового теплогенератора
Прежде чем мы расскажем о нюансах конденсационной технологии, отметим, что энергоэффективный, а значит комфортный и экономичный загородный дом — сбалансированное строение. Это означает, что, помимо замкнутого теплоизоляционного контура, все элементы коттеджа, включая инженерную систему, должны быть оптимально подобраны друг к другу
Поэтому так важно выбрать котёл, который хорошо сочетается с низкотемпературной отопительной системой «теплый пол», а также позволит сократить расходы на покупку энергоносителя в долгосрочной перспективе
Сергей БугаевТехнический специалист компании Ariston
В России, в отличие от европейских стран, конденсационные газовые котлы менее распространены. Помимо экологичности и большего комфорта, данный вид оборудования позволяет уменьшить затраты на отопление, т.к. такие котлы работают на 15-20% экономичнее обычных.
Если посмотреть технические характеристики конденсационных газовых котлов, то можно обратить внимание на КПД оборудования — 108-110%. Это противоречит закону сохранения энергии
В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%
Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?
В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%. Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?
Дело в том, что такой результат получается благодаря методике теплотехнического расчёта, применяемой для обычных газовых котлов, не учитывающей один важный момент испарение/конденсацию. Как известно, при сгорании топлива, например, магистрального газа (метана CH4), выделяется тепловая энергия, а также образуется углекислый газ (CO2), вода (H2O) в виде пара и ряд других химических элементов.
В обычном котле температура дымовых газов после прохождения через теплообменник может доходить до 175-200 °C.
И водяной пар в конвекционном (обычном) теплогенераторе фактически «вылетает в трубу», унося с собой в атмосферу часть теплоты (выработанной энергии). Причём величина этой «потерянной» энергии может доходить до 11%.
Чтобы повысить эффективность работы котла, надо задействовать это тепло до того, как оно уйдёт, и передать его энергию через специальный теплообменник теплоносителю. Для этого нужно охладить дымовые газы до температуры т.н. «точки росы» (около 55 °C), при которой происходит конденсация паров воды с выделением полезной теплоты. Т.е. — задействовать энергию фазового перехода для максимального использования теплотворной способности топлива.
Возвращаемся к методике расчёта. Топливо имеет низшую и высшую теплотворную способность.
- Высшая теплотворная способность топлива — это количество теплоты, выделившейся при его сгорании с учётом энергии водяного пара, содержащегося в дымовых газах.
- Низшая теплотворная способность топлива — это количество выделившейся теплоты без учёта энергии, скрытой в водяном паре.
КПД котла выражается в количестве тепловой энергии, полученной при сгорании топлива и переданной теплоносителю. Причём, указывая КПД теплогенератора, производители могут по умолчанию рассчитать его по методике с применением низшей теплотворной способности топлива. Получается, что реальный коэффициент полезного действия конвекционного теплогенератора на самом деле составляет около 82-85%, а конденсационного (помним об 11% дополнительной теплоты сгорания, которые он может «забрать» из водяного пара) – 93 – 97%.
Отсюда и появляются цифры КПД конденсационного котла, превышающие 100%. Благодаря высокому КПД такой теплогенератор расходует меньше газа, чем обычный котёл.
Сергей Бугаев
Максимальную эффективность конденсационные котлы обеспечивают, если температура обратной линии теплоносителя меньше 55 °C, а это низкотемпературные системы отопления «тёплый пол», «тёплые стены» или системы с увеличенным количеством секций радиаторов. В обычных высокотемпературных системах котёл будет работать в конденсационном режиме. Только в сильные морозы нам придётся поддерживать высокую температуру теплоносителя, в остальное время, при погодозависимом регулировании, температура теплоносителя будет ниже, и за счёт этого в год мы сэкономим 5-7%.
Максимально возможная (теоретическая) экономия энергии при использовании теплоты конденсации составляет:
- при сгорании природного газа – 11%;
- при сгорании сжиженного газа (пропан-бутан) – 9%;
- при сгорании дизельного топлива (солярки) – 6%.
Устройство и функционирование котлов на сжиженном газе
Как и для традиционных моделей, в качестве энергоносителя для конденсационных котлов используется магистральный или сжиженный газ.
Фото 1. Изображение внутреннего устройства котла (слева) и его схема (справа). Подписаны основные части конструкции.
Чаще применяется первый вариант, прежде всего, ввиду высокой стоимости сжиженного газа (и, как следствие, из-за низкой экономической эффективности подобного способа обогрева). Однако второй вариант нередко реализуется в промышленности.
Главное отличие конденсационных котлов заключается в несколько ином принципе работы. В традиционных моделях для нагрева теплоносителя, циркулирующего в отопительном контуре, используется только тепловая энергия, образующаяся непосредственно от сжигания газа. При этом часть ее теряется, оставаясь в продуктах горения.
При функционировании конденсационного котла, теряемое в обычных условиях, тепло извлекается из продуктов горения посредством передачи кинетической энергии от постоянно образующегося конденсата к дополнительному теплообменнику.
Элементы и принцип работы
Основные элементы конденсационного котла:
- патрубки прямой и обратной подачи;
- насос, отвечающий за циркуляцию;
- камера сгорания с горелкой, форсунками подачи газа и вентилятором, нагнетающим воздух;
- первичный (основной) теплообменник и емкость для нагрева воды;
- охлаждающая камера — в ней температура получаемых продуктов горения снижается до температуры, максимально близкой к «точке росы» (~56 °C);
- вторичный (конденсационный) теплообменник и емкость для конденсата;
- дымоход для отведения охлажденных газов.
Функционирование конденсационного котла происходит следующим образом: газовоздушная смесь подается в камеру сгорания и воспламеняется, после чего высвобождаемая тепловая энергия, она проходит через основной теплообменник, тем самым нагревая теплоноситель. Продукты горения перемещаются в конденсационный теплообменник. Пар охлаждается до температуры ниже «точки росы», вследствие чего образуется конденсат.
Высвобождаемая энергия улавливается вторичным теплообменником и также используется для нагрева теплоносителя. Таким образом, за счет конденсации паров аккумулируются дополнительные объемы тепловой энергии.
Особенности
Среди основных особенностей конструкции конденсационных котлов выделяются следующие решения:
- Теплообменник, состоящий из трубок, имеет форму спирали для увеличения площади соприкосновения с циркулирующим теплоносителем.
- Охлажденный теплоноситель (обратной подачи) сначала подогревается за счет конденсационного теплообменника и лишь затем получает основной объем тепловой энергии от первичного теплообменника.
- Из-за высокой химической активности образующегося конденсата, основные составляющие котлов производятся из нержавеющей стали или силумина — сплава кремния и алюминия.
- В конструкции котлов используются высокотехнологичные горелки, наиболее эффективно смешивающие магистральный газ и воздух.
