Конденсационный котел: описание работы, преимущества и эффективность использования оборудования

Нестабильность твёрдого топлива

Рассмотрим, в чём же заключается нестабильность угля или дерева в качестве топлива. Начнём с угля.

Различных марок угля, предлагаемого на рынке, бесчисленное множество. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажностью. Может состоять как из крупных кусков, так и из мельчайших частиц, и все они могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД и мощность твердотопливного угля также будет разной.

Если говорить о дровах – то здесь ситуация точно такая же. Поленья обладают разными размерами, хранятся при различной влажности воздуха, а значит способность выделять тепло у них будет различная. Так, например, если при влажности дров, равной 15%, их теплотворность будет равна примерно 4.3 кВт*ч на килограмм, то при 20% она уже будет меньше 4 кВт*ч на килограмм. При большей влажности этот показатель будет ещё ниже.

Естественно, что при таких разбросах гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла, равный 90% — мягко говоря вводить в заблуждение.

Правила установки и эксплуатации конденсационного котла

Если установка котла будет произведена правильно, то его использование ничем не будет уступать использованию стандартных газовых приборов

Но некоторым параметрам конденсационных газовых котлов следует уделять особое внимание. Так, главным отличием, как мы уже выяснили, является наличие потребности в утилизации отходов и обустройстве специального отводящего канала

Конечно, в России его можно сливать и в канализацию, но исключительно в разбавленном виде (соотношение 25:1). В других же случаях применяются нейтрализационные блоки, в которых указанные выше реагенты нейтрализуют агрессивную жидкость. И никаких неудобств в эксплуатации нет, поскольку замену блока придется проводить максимум два-три раза за все время использования.

Как установить газовый котел

Ранее мы рассказывали о том как своими силами сделать установить газовый котел. В дополнение к этой статье советуем вам ознакомится с этим руководством

Обратите внимание! При расчете отопительной системы необходимо учитывать оптимальную температуру прибора отопления. Чтобы эксплуатация была предельно эффективной, можете использовать в роли отопительных устройств старые радиаторы панельного типа

Также источником тепла может служить система «теплого пола».

Дымоход

Безусловно, газовый конденсационный котел производит низкотемпературные продукты сжигания, из-за чего тяга будет достаточно слабой. Поэтому естественным образом эти продукты не сумеют подняться по дымоходному каналу. В связи с этим котлы оснащаются камерами сжигания закрытого типа, а отводящие каналы оснащаются специальными турбинами.

Как сделать дымоход для газового котла

Ранее мы рассказывали о том как своими силами сделать дымоход для газового котла, рассматривали необходимые нормы и требования. В дополнение к этой статье советуем вам ознакомится с этим руководством

К слову, именно для этих приборов ставятся коаксиальные трубы, то есть «труба в трубе». По одной из них подается воздух снаружи, а по другой продукты сжигания выводятся из системы.

Обратите внимание! Конденсат будет в любом случае появляться внутри дымохода, поэтому материалом, из которого он сделан, должна быть сталь, устойчивая к воздействию кислоты. Этот момент обязателен и исключений не имеет

Альтернативная сторона вопроса

Как мы уже отмечали, КПД, который равен или превышает 100 процентов – это маркетинговая уловка. Но фирмы-изготовители подобного оборудования все равно пытаются максимально приблизиться к данному показателю. При этом не забывайте, что он – показатель – зависит от ряда важных факторов, среди которых:

• соотношение объема комнаты к мощности нагревательного прибора;
• «возраст» самого прибора;
• то, какой тип розжига используется – современный либо же один из старых.

На данный момент изготовители производят такие котлы в двух вариациях:

• с мокрой отдачей тепла;
• с сухой.

В первой группе – приборы, применяемые в жилых домах, или, проще говоря, обычные отопительные котлы. А вот устройства второй группы эксплуатируются в котельных коммерческого назначения и пока еще на стадии разработки. Эффективность их выше, но стоят они при этом в несколько раз дороже.

Каскадная схема монтажа

Если необходимо обогреть помещение большой площади (коттедж, особняк на несколько этажей, производственно помещение) используют каскадную схему монтажа.

Её суть в том, что для обеспечения максимальной эффективности и экономности отопительной системы последовательно подключают несколько котлов низкой мощности.

Такой приём позволяет в несколько раз повысить производительность всей системы или значительно снизить расходы на топливо.

Регулировка всех приборов выполняется при помощи специального устройства, которое подключается ко всем котлам.

Каскад из конденсационных котлов – выгодное решение для больших площадей. Для управления системой подключается оборудование, в которое встроены датчики температуры и регуляторы подачи топлива. Это устройство предупреждает холостую работу котлов, выравнивает мощность, обеспечивая правильное распределение температуры в помещениях.

Расположение котла

Конструкция газового котла с принудительной подачей воздушной смеси позволяет расположить его практически в любом помещении, так как он не забирает воздух из комнаты и оборудован закрытой камерой сгорания. Это позволяет установить агрегат, к примеру, на кухне. Лучше, когда он находится неподалеку от наружной стены, чтобы не пришлось делать длинный горизонтальный участок дымохода. В зависимости от интерьера можно выбрать настенный котел, вписав его между бытовой техникой либо напольную версию. Например, внешний дизайн напольного конденсационного агрегата Vitodens 222 – F бренда Viessmann отлично подходит для кухни, так как с виду он похож на большой холодильник.

Перед покупкой стоит внимательно изучить все конденсационные котлы конкретного производителя не только на предмет мощности, но и дизайна. Как настенные, так и напольные установки разных брендов имеют большой диапазон мощностей. Настенный агрегат можно приобрести от 3.5 до 110 кВт тепловой мощности, что позволит отапливать как несколько комнат, так и трехэтажный коттедж. Мощность бытовых напольных установок еще больше – до 320 кВт.

Если требуется обеспечить нагрев воды на хозяйственные нужды, есть смысл приобрести двухконтурный газовый котел конденсационного типа. Подбирать его следует по количеству потребителей горячей воды. Агрегаты с проточным теплообменником могут обеспечить 2—3 потребителя, если же их количество больше, стоит рассмотреть вариант со встроенным бойлером.

Определив место установки котла, нужно убедиться, что к нему есть возможность подвести дымоход. Самый простой вариант – вывести трубу горизонтально сквозь наружную стену, – такой вариант подойдет для одноэтажного дома. Для двух и более этажей он может стать неприемлемым, поскольку дым может задуваться ветром в окна верхних помещений. Здесь лучше установить традиционный вертикальный дымоход. Некоторые производители продают детали дымовой трубы в комплекте со своими котельными установками.

От чего зависит КПД котла

Коэффициент полезного действия представляет собой процент от теплотворного показателя горючего. Иными словами, КПД указывает, какую часть от теплоты сгорания топлива котлу удается использовать для обогрева. При этом любые расчеты принимают за основу свойства природного газа, который соответствует принятым государственным стандартам.

Показатели оборудования зависят от нескольких основных факторов:

• тип горелки – закрытые модели демонстрируют более высокую эффективность, нежели атмосферные;

• конструкция теплообменника – максимальный объем энергии теплоносителю передают настенные и напольные конденсационные модели;

• система управления – датчики, автоматические решения, встроенный или смонтированный отдельно насос гарантируют рациональное использование топлива;

• тип розжига – при устройстве электроподжига отсутствует необходимость в установке постоянно работающего запальника, что экономит ресурс;

• сторонние факторы – правильность установки, конструкция дымохода и т.д.

Принцип работы конденсационного котла

Конденсационный котел является младшим братом самого обычного газотопливного конвекционного котла. Принцип действия последнего крайне прост, а посему понятен даже людям, плохо разбирающимся в физике и технике. Топливом для газового котла, как следует из его названия, служит природный (магистральный) или сжиженный (баллонный) газ. При сгорании голубого топлива, как впрочем и любой другой органики, образуется углекислый газ и вода и высвобождается большое количество энергии. Выделяющееся тепло идет на нагрев теплоносителя – технической воды, циркулирующей по системе отопления дома.

КПД газового конвекционного котла составляет ~90%. Это не так уж и плохо, по крайней мере, выше, чем у жидко- и твердотопливных теплогенераторов. Однако люди всегда стремились максимально приблизить этот показатель к заветным 100%. В связи с этим встает вопрос: куда же деваются остальные 10%? Ответ, увы, прозаичен: вылетают в трубу. Действительно, продукты сгорания газа, покидающие систему через дымоход, разогреты до очень высокой температуры (150-250°C), а значит, потерянные нами 10% энергии расходуются на обогрев воздуха за пределами дома.

Ученые и инженеры давно искали возможность более полной рекуперации тепла, однако способ технологического воплощения их теоретических разработок был найден лишь 10 лет назад, когда был создан конденсационный котел.

В чем его принципиальное отличие от традиционного конвекционного газотопливного теплогенератора? Отработав основной процесс сжигания топлива и передачи значительной части выделенного при этом тепла теплообменнику, конденсатник доостужает газообразные продукты сгорания до 50-60°C, т.е. до точки, когда начинается процесс конденсации воды. Уже этого достаточно для того, чтобы существенно увеличить КПД, в данном случае – количество тепла, переданного теплоносителю. Однако и это еще не все.

Традиционный газовый котел

Конденсационный газовый котел

При температуре 56°C – в так называемой точке росы – вода переходит из парообразного состояния в жидкое, иными словами, происходит конденсация водяного пара. При этом выделяется дополнительная энергия, в свое время затраченная на испарение воды и в обычных газовых котлах теряемая вместе с улетучивающейся парогазовой смесью. Конденсационный котел способен «забрать» тепло, выделяемое в процессе конденсации водяного пара, и передать его теплоносителю.

Производители теплогенераторов конденсационного типа неизменно обращают внимание своих потенциальных клиентов на необычайно высокий КПД выпускаемых ими устройств – выше 100%. Как такое возможно? На самом деле никакого противоречия канонам классической физики здесь нет

Просто в данном случае применяют иную систему расчетов.

Часто, оценивая КПД отопительных котлов, подсчитывают, какая часть выделившегося тепла передана теплоносителю. Тепло, «отбираемое» в обычном котле, и тепло от глубокого охлаждения дымовых газов дадут в сумме 100% КПД. Но если добавить сюда еще и тепло, выделившееся при конденсации пара, мы получим ~108-110%.

С точки зрения физики такие вычисления не совсем верны. При расчете КПД нужно учитывать не выделившееся тепло, а полную энергию, высвободившуюся в процессе горения смеси углеводородов заданного состава. Сюда войдет и энергия, затраченная на перевод воды в газообразное состояние (впоследствии выделившаяся в процессе конденсации).

Из этого следует, что коэффициент полезного действия, превышающий 100%, это всего лишь хитрый ход маркетологов, эксплуатирующих несовершенство устаревшей формулы расчета. Тем не менее, следует признать, что конденсатнику, в отличие от обычного конвекционного котла, удается «выжать» из процесса сгорания топлива все или почти все. Положительные моменты очевидны – более высокая эффективность и снижение потребления ископаемых ресурсов.

Особенности функционирования

В оборудовании конденсационного типа в качестве топлива используется природный или сжиженный газ. Первый широко применяется в быту, а второй – в промышленности. В основе функционирования конденсационного устройства лежат законы физики. Топливо сгорает с выделением воды и углекислого газа. При этом жидкость испаряется и выделяется некоторое количество тепла. Образование конденсата обеспечивает возвращение в систему потерянной тепловой энергии, что приводит к повышению коэффициента полезного действия в системе. В стандартных же котлах конденсат считается нежелательным явлением, от которого нужно избавляться.

Основное отличие конденсационных котлов от конвекционных состоит в том, что последние модели считаются устаревшими. Также КПД конденсационного оборудования отличается от обычного и конвекционного до 15%.

Большинство покупателей отмечают, что затраты на приобретение оборудования конденсационного типа компенсируются высоким КПД аппарата, что обеспечивается конденсацией паров, которые содержатся в дымовых газах. После охлаждения дымовых газов в теплообменнике до 55 градусов начинается конденсация водяного пара с выделением дополнительного тепла, за счет чего и увеличивается КПД.

Конденсатоообразование возможно только при условии, если температура теплоносителя не более 57 градусов и наибольший эффект достигается при 35 градусах теплоносителя в обратке.

Плюсы и минусы теплоаккумулятора

Теперь нужно узнать все «за» и «против» по установке теплоаккумулятора. Что мы получим, купив и вмонтировав его в систему, а также за чем нужно будет более внимательно следить.

• Увеличивается эксплуатационный срок отопительного оборудования. Это вполне логичное последствие, ведь теплоаккумулятор исключает перегрев системы.
• Исключен режим пиковых и чрезмерных нагрузок на котел. Это уменьшает износ оборудования и также повышает срок его службы.
• Стабилизируется температура отопления во всем доме .
• Экономия топлива до 30% и увеличение КПД .
• Комфорт для пользователя. Как мы уже успели отметить ранее, увеличивается период загрузки топлива, а значит, вам не придется подниматься ночью, чтобы закинуть очередную партию дров.
• Предотвращено поступление холодной жидкости в горячий теплообменник после активации насоса. Это часто встречающаяся ситуация при отключении электричества в здании.

• Высокая инерционность системы – вам придется ждать длительное время, пока дом нагреется, ведь сначала нужно наполнить ТА. Поэтому такая система не подходит для дома, куда вы наведываетесь периодически. Вам будет просто невыгодно каждый раз тратить такое количество времени и ресурсов.
• Особые требования к монтажу – как вы сами можете догадаться, емкость на 200 литров и более требует много свободного места, а устанавливаться ТА должен рядом с котлом. Вам придется позаботиться о подходящем помещении.
• Высокая стоимость – по сути это огромный термос с отличной теплоизоляцией, поэтому промышленные теплоаккумуляторы, сделанные на совесть, стоят очень дорого, порой даже больше, чем сам котел. Однако в следующей нашей статье мы рассмотрим как сделать теплоаккумулятор своими руками .

Экономия топлива

Температура, сопровождающая этот процесс очень высокая (в традиционных котлах превышает 120°C), т.е. выше, чем температура испарения воды. Когда образуются выхлопные газы, содержащаяся в них вода под действием температуры превращается в пар и вместе с выхлопными газами покидает котел через дымоход.

Процесс превращения воды в пар является эндотермической реакцией, которая поглощает тепло из камеры сгорания и повышает температуру выхлопных газов. Если водяной пар котла, содержащийся в выхлопном газе, остудить – пар превратится в воду и освободиться тепло затраченное на эндотермическую реакцию. Эта дополнительная энергия и характеризует энергоэффективность конденсационного оборудования.

Чтобы лучше проиллюстрировать этот процесс, давайте представим, что в емкость налили литр жидкости и грели ее до тех пор, пока она не испарится полностью. Аналогичный процесс преобразования воды в пар происходит в газообразных продуктах сгорания в котле. Газ, необходимый для испарения литра воды и есть бесполезные потери топлива.

Устройство конденсационного отопительного прибора

Конструкция конденсационного котла хоть не существенно, но разнится с простым газовым прибором.

Его важнейшие элементы следующие:

1. Первичный теплообменник.
2. Оборудованная системой, подающей топливо, горелкой и качающим воздух вентилятором камера сгорания.
3. Конденсационный теплообменник.
4. Камера, доохлаждающая парогазовую смесь до 56-57°C.
5. Сборник для конденсата.
6. Дымоход, отводящий холодные дымовые газы.
7. Насос для круговращения воды по системе.

В первичном теплообменнике, который связан с камерой сгорания, выделяемые газы подвергаются охлаждению до температуры, превышающей точку росы. После этого дымовая смесь следует к конденсационному теплообменнику, где доохлождается менее чем до 56°C. На стенках теплообменника накапливается пар, отдавая при этом последнее тепло. Конденсат набирается в резервуар, из которого сливается по трубе в канализацию. Теплоноситель-вода перемещается противоположно парогазовой смеси. Холодная она сначала прогревается в конденсационном теплообменнике, а затем следует в первичный теплообменник, где греется до желаемой потребителем температуры.

Сами котлы изготавливают из нержавейки и силумина, теплообменник делается литым, ведь конденсат представляет собой смесь разведенных неорганических кислот. Такие материалы позволяют продлить срок службы прибора, а отсутствие швов – предотвратить коррозию. Чтобы избежать разрушения дымохода попадающим на него незначительным количеством конденсата, его производят из пластика или кислотостойкой нержавейки.

Регулировать подачу тепла в разное время на протяжении суток помогает горелка. Она может быть моделируемой (позволяет постепенно изменять мощность в процессе работы) или немоделируемой (с установленным значением), при этом частота включения горелки подстраивает прибор под требуемые параметры. В лучших конденсационных чаще монтируют моделируемые горелки.

Устройство основных узлов котла

Конденсационные котлы отопления состоят из следующих основных узлов:

• стального корпуса, в котором расположены все конструктивные элементы;
• циркуляционного насоса, для циркуляции воды в системе теплообменников;
• камеры сгорания, внутри которой размещены горелки;
• камеры доохлаждения парогазовой смеси до температуры +57С;
• вентилятора (турбина), расположенного над камерой сгорания, предназначенного для перемешивания газовой и воздушной смеси;
• двух теплообменников: для передачи тепла воде от продуктов сгорания камеры и для конденсации влаги и получения тепловой энергии;
• патрубков и трубок для подачи воды в систему циркуляции;
• резервуара для сбора конденсата;
• дымохода для отвода продуктов сгорания;
• панели управления.

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?

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%.

Нужно ли покупать конденсационный котел?

Как и традиционные газовые котлы, конденсационники бывают нескольких видов:

1. Первый вид — это напольные котлы. «Напольники» обладают более высокой мощностью, которая порой доходит до 320 кВт и более.
2. Второй вид — это настенные котлы, мощность которых составляет до 120 кВт.

Если возникает необходимость увеличения мощности, то несколько отопительных котлов можно объединить в единый отопительный кластер. Конденсационные газовые агрегаты имеют разное предназначение, и поэтому они бывают двухконтурные или одноконтурные. Двухконтурные конденсационные котлы помимо отопления занимаются еще и приготовлением горячей воды, в то время как одноконтурные конденсационники занимаются только лишь отоплением помещений.

Котлы данного типа имеют очень высокие показатели, которые в полной мере соответствуют всем самым серьезным требованиям, которые предъявляются соответствующими органами к отопительным котлам. Конденсационные котлы очень популярны в курортных зонах, в домах отдыха и прочих туристических местах. Всё дело в эффективности и в экологичности.

Плюсы и минусы

Преимущества конденсационных котлов являются такими:

1. Высокий КПД. Он достигает 108-109%.
2. Экономия топлива составляет 11%. Это, если сравнивать их с моделями обычных газовых котлов.
3. Наличие высокотехнологичной горелки. Благодаря ей достигается оптимальное соотношение газа и воздуха. А это делает возможность неполного сгорания газа практически нулевой.
4. С дымохода выходит очень малое количество вредных веществ. Они выплывают вместе с конденсированной водой.
5. Возможность подключения теплого пола.
6. Вода в отопительной системе может охлаждаться до любой температуры. Главное, чтобы она была холоднее 57 °С. Для сравнения стандартные газовые котлы при таком обратном теплоносителе быстро выходят из строя, ведь их теплообменники не имеют защиты от кислот, которые оседают на их стенках с конденсатом. При использовании конденсационного котла теплоноситель на входе и выходе отопительной системы может иметь температуру 70 °С и 50 °С соответственно.
7. Бесшумность работы.
8. Простота монтажа и подключения.

Что касается минусов разных моделей конденсационных котлов, то их практически нет. Главным из них является большая цена. Она превышает стоимость обычных газовых моделей в два раза. Также минусом можно назвать более дорогой, связанный с заменой и подключением нового теплообменника, ремонт.

Виды и принцип работы парового котла Строение, принцип работы и изготовление пиролизного котла Устройство и принцип работы камина Принцип работы инфракрасного обогревателя