Устройство и принцип работы газовых конденсационных котлов

Виды конденсационных газовых котлов

Как и большинство других газовых котлов, конденсационное оборудование этого типа можно классифицировать по нескольким признакам.

  1. По месту установки. В этом отношении они мало чем отличаются от классического оборудования данного типа – существуют напольные и настенные конденсационные газовые котлы. Какая между ними разница, современному человеку объяснять не приходится – напольные агрегаты могут быть более мощными и предназначены они для обогрева большей площади помещений.

  2. По количеству нагревательных контуров – одноконтурный конденсационный газовый котел и двухконтурный. Первый работает исключительно на отопление, а второй, кроме обогрева помещений, дополнительно может снабжать постройку горячей водой.

Как и все другие котлы, конденсационные агрегаты отличаются по мощности, на которую следует обращать внимание при выборе котла в первую очередь, так как от этого показателя в полной мере зависит способность котла обогревать помещение той или иной площади. Максимальная мощность настенных конденсационных котлов не может превышать 24кВт – в отличие от них, аналогичный показатель напольного оборудования данного типа может доходить до 100кВт

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%.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ

Среди многочисленных технических характеристик конденсационных котлов основными являются:

Мощность.

Мощность котла определяется исходя из площади и объема обогреваемых помещений, а также степени их утепления. Излишняя мощность приводит к перерасходу газа, а недостаточная способствует быстрому износу оборудования;

Количество контуров.

Конденсационные котлы могут быть как одноконтурными, так и двухконтурными. В первом случае котел обогревает только теплоноситель, который используется для обогрева помещений, во втором может нагревать и воду для бытовых нужд (горячее водоснабжение дома). Двухконтурные котлы устанавливают в небольших домах или квартирах с хорошей теплоизоляцией.

Для обогрева помещений большого объема устанавливают одноконтурные котлы. При этом воду для бытовых нужд нагревают с помощью бойлера косвенного подогрева.

Потребление газа.

Зависит от мощности и КПД котла, а также нагрузочных параметров системы отопления.

Температурный режим.

Определяет эффективность работы котла (КПД). При этом, чем ниже температура «обратки», тем интенсивнее конденсируется вода в теплообменнике.

Способ установки.

Конденсационные котлы бывают двух типов настенные и напольные.

Напольные это одноконтурные котлы, обладающие большой мощностью (больше 100 кВт). Как правило, такие котлы устанавливаются в отдельном помещении на специально подготовленную площадку.

Настенные котлы компактны и не требуют перед установкой специальных подготовительных работ. Обычно их мощность не превышает 100 кВт. Настенный котел не требует полноценного дымохода вполне достаточно трубы, выведенной на улицу.

КПД конденсационного котла.

Конденсационные котлы в процессе работы отбирают у продуктов сгорания не только явное тепло (низшая теплота), но и теплоту конденсации водяного пара (скрытая теплота парообразования).

При этом, используя общепринятую методику расчета эффективности традиционных газовых котлов, которая не учитывает количество теплоты, уходящей в дымоход, КПД конденсационного котла составляет 100%.

Если добавить к этому значению количество тепла, получаемое от использования «скрытой теплоты парообразования», которая составляет порядка 8…11%, то получится, что КПД конденсационных котлов может достигать 108…111%.

Но такая величина КПД является чисто условной, определяется методикой расчета и является скорее маркетинговым ходом, чем результатом точного расчета. В действительности же, объективный расчет эффективности работы конденсационного котла показывает, что его КПД составляет порядка 95…97% (для сравнения: КПД конвекционного котла не превышает 86%).

Устройство основных узлов конденсационного котла

С конструкционной точки зрения конденсационный котел не сильно, но все же отличается от обычного газового. Его основными элементами являются:

  • камера сгорания, оснащенная горелкой, системой подачи топлива и вентилятором для нагнетания воздуха;
  • теплообменник № 1 (первичный теплообменник);
  • камера доохлождения парогазовой смеси до температуры, максимально приближенной к 56-57°C;
  • теплообменник № 2 (конденсационный теплообменник);
  • резервуар для сбора конденсата;
  • дымоход для отведения холодных дымовых газов;
  • насос, обеспечивающий циркуляцию воды в системе.

1. Дымоход.2. Расширительный бак.

3. Теплообменные поверхности.4. Модулируемая горелка.

5. Вентилятор горелки.6. Насос.7. Панель управления.

В первичном теплообменнике, сопряженном с камерой сгорания, выделяющиеся газы охлаждаются до температуры, существенно превышающей точку росы (собственно, так и выглядят обычные конвекционные газовые котлы). Затем дымовая смесь принудительно направляется к конденсационному теплообменнику, где происходит ее доохлаждение до температуры ниже точки росы, т. е. ниже 56°C. При этом водяной пар конденсируется на стенках теплообменника, «отдавая последнее». Конденсат собирается в специальном резервуаре, откуда по отводящей трубе стекает в канализацию.

Вода, выполняющая роль теплоносителя, движется в направлении, противоположном движению парогазовой смеси. Холодная вода (обратная вода системы отопления) предварительно подогревается в конденсационном теплообменнике. Затем она поступает в первичный теплообменник, где нагревается до более высокой температуры, заданной пользователем.

Конденсат – увы, не чистая водичка, как полагают многие, а смесь разбавленных неорганических кислот. Концентрация кислот в конденсате невелика, но с учетом того, что температура в системе всегда повышенная, его можно считать агрессивной жидкостью. Именно поэтому при производстве подобных котлов (и в первую очередь конденсационных теплообменников) используют кислотостойкие материалы – нержавеющую сталь или силумин (алюминиево-кремниевый сплав). Теплообменник, как правило, делают литым, поскольку сварные швы являются уязвимым местом – именно там в первую очередь начинается процесс коррозионного разрушения материала.

Конденсироваться пар должен именно на конденсационном теплообменнике. Все, что прошло дальше, в дымоход, с одной стороны, потеряно для отопления, с другой – разрушающе действует на материал дымохода. Именно в силу последней причины дымоход изготавливают из кислотостойкой нержавеющей стали или пластика, а горизонтальным его участкам придают небольшой уклон, чтобы вода, образовавшаяся при конденсации незначительных количеств пара, все же попавших в дымоход, сливалась обратно, в котел

Следует принять во внимание, что дымовые газы, выходящие из конденсатника, сильно охлаждены, и все, что не сконденсировалось в котле, обязательно сконденсируется в дымоходе

В разное время суток от отопительного котла требуется разное количество тепла, регулировать которое можно с помощью горелки. Горелка у конденсационного котла может быть либо модулируемой, т.е. с возможностью плавного изменения мощности в процессе работы, либо немоделируемой – с фиксированной мощностью. В последнем случае котел подстраивается под требования хозяина путем изменения частоты включения горелки. На большинстве современных котлов, предназначенных для отопления частных домов, устанавливают модулируемые горелки.

Итак, вы, надеемся, получили общее представление о том, что такое конденсационный котел, как он устроен и по какому принципу работает. Однако, скорее всего, этих сведений будет недостаточно для того, чтобы понять, а стоит ли лично вам приобретать подобное оборудование. Чтобы помочь вам принять то или иное решение, расскажем обо всех достоинствах и недостатках, плюсах и минусах конденсационного котла, сравнив его с традиционным конвекционным.

Как устроено оборудование?

С принципом работы отопительной системы выходит, что конструкция котла имеет два теплообменника: основной и дополнительный (или вторичный). Основное устройство функционирует стандартно и нагревается за счет используемого газа. Основная часть тепла образуется именно в этом теплообменнике. Что же касается второго – дополнительного теплообменника, то он работает на энергии паров воздуха, которые конденсируются на оборудовании.

Если с основным прибором все просто, то конденсационное устройство имеет сложную структуру. Так как температура паров незначительная, а тепла необходимо отобрать достаточное количество.

Существует ряд технических моментов, которые позволят достигнуть максимального эффекта:

  • К теплообменнику присоединяются спиралевидные ребра для того, чтобы увеличить поверхность для отбора температуры.
  • Для интенсивного отбора тепла можно использовать полости, которые имеют разный диаметр сечения.
  • На обратный контур конструкции котла можно вмонтировать вторичный теплообменник.

При этом, компании-производители конденсационных котлов оборудуют в конструкции только лучшие горелки, благодаря которым газ и воздух оптимально и эффективно взаимодействуют.

Преимущества и недостатки

Положительные характеристики конденсационного оборудования:

  • Нет необходимости в дымоходе, который обладает сложной конструкцией. Так как температура продуктов сгорания небольшая, есть возможность обустройства дымохода из алюминиевых и пластиковых труб. Также разрешается устройство коаксиальных дымоотводов, где воздушная масса подается и отводится по методу «маленькая труба в большой трубе», то есть продукты сгорания удаляются сквозь стену в атмосферу.
  • Компактность в сочетании с большой производительностью. Линейка конденсационных аппаратов, имеющих производительность 120 кВт, выполнены в настенных вариациях. Традиционные газовые устройства занимают намного больше места и бывают только напольными.
  • Забор воздушной массы для оптимального функционирования из здания, в котором они располагаются. Таким образом, отпадает необходимость в обустройстве специальных котельных помещений для оборудования мощностью менее 60 кВт.
  • Сокращение выделения вредных газов и паров в атмосферу.
  • Значительная экономия газа. При качественной установке устройства мощностью 60 кВт за зиму можно сэкономить около 2000 м3 топлива.

Отрицательные характеристики оборудования конденсационного типа:

  • Дороговизна. В среднем, цена стандартных котлов такой же мощности до 40% ниже стоимости конвекционных котлоагрегатов.
  • Нельзя конденсат сливать в септик, поэтому необходим специальный резервуар для сбора конденсата, где он нейтрализуется при помощи нейтрализующих компонентов, и только потом его можно направить в емкость для слива. Резервуар для конденсата должен быть достаточно большой вместимости, так как оборудование даже с маленькой мощностью выдает высокий объем конденсата.
  • Необходимость отопительной системы, функционирующей при низких температурных режимах.
  • Неэффективная работа при слишком низких температурах, так как появляется необходимость в повышении температуры теплового носителя.
  • Энергозависимость.

Преимущества и недостатки

Плюсы конденсационных котлов являются основными критериями выбора именно данной конструкции для отопительных систем. К ним относятся:

  • экологичность – минимальное количество выбросов токсичных веществ, для сравнения, в среднем на 70% ниже, чем газовых или твердотопливных;
  • компактность размером, за счёт чего их можно устанавливать даже в малогабаритных помещениях;
  • малошумность и отсутствие вибраций;
  • относительно невысокая температура отводимых газов, что позволяет оборудовать котлы пластиковыми дымоходами и экономить финансы;
  • возможность каскадной установки, позволяющая отапливать большие по площади помещения или организовывать отопительные системы повышенной надёжности;
  • точная регулировка мощности нагрева, благодаря которой можно изменять КПД конденсационного котла и использовать его в экономных режимах.

Среди плюсов конденсационных котлов их экологичность и малошумность

При выборе также важно учитывать и недостатки котлов, чтобы избежать лишних затрат на топливо и обеспечить эффективный прогрев помещений:

  • высокая стоимость оборудования и запчастей к нему;
  • сложная конструкция теплообменника, требующая периодических обслуживаний и контроля состояния;
  • необходимость утилизации конденсата;
  • высокие требования к чистоте воздуха в помещении;
  • неэффективность использования при высоких температурных режимах.

То есть минусы конденсационных котлов не так существенны, по сравнению с экономичностью, долговечностью, надёжностью и их экологичностью, особенно при их эксплуатации в жилых помещениях.

Безопасность сжигания топлива

В описываемых котлах камера сжигания является закрытой, а вывод продуктов горения – принудительным. А температура продуктов сжигания, как мы уже выяснили, имеет низкую температуру, при этом благодаря наличию второго теплообменника сопротивление их прохождению увеличивается. По причине всего этого применять привычную тягу с помощью дымохода нельзя, следовательно, продукты горения удаляются принудительно. Для этого имеется специальная турбина для воздухоподачи и удаления дымных газов.

Газовый конденсационный котел обладает всеми достоинствами, которыми обладают другие приборы с закрытой камерой сжигания:

  • безопасность – сжигание топлива полностью изолируется от комнаты;
  • отсутствие необходимости в дымоходе – дымные газы выводятся посредством специального канала; это позволяет ставить такие котлы даже там, где дымохода нет или же он не может быть установлен.

Этот канал выводится через внешнюю стену либо над уровнем кровли. По словам изготовителей, каналы должны быть той же марки, что и котлы. Хотя вполне можно использовать и продукцию иных производителей, если она грамотно подобрана. Если канал горизонтальный, то он должен быть выполненным с незначительным уклоном в сторону отопительного прибора. Только так конденсат, появляющийся в канале, стечет в оборудованный резервуар, а не наружу.

Специфика эксплуатации

Чтобы перевести систему отопления с обычного котла на конденсационный, просто подключить к имеющимся коммуникациям новый агрегат недостаточно: кроме того, что для замены любого газового оборудования нужно взять разрешение, так ещё и сам процесс его эксплуатации потребует соблюдения некоторых правил.

Требования к системе отопления

Схема низкотемпературного отопления Поскольку для конденсации пара используется уже прошедший по трубам охлаждённый (30–50 °С) теплоноситель, работать с максимальной отдачей такие котлы будут только в низкотемпературных системах – к ним относятся тёплые полы, стеновые панели, капиллярные маты и батареи с увеличенным числом секций.

В системах, функционирующих в высокотемпературном режиме (60–80 °С), конденсационные агрегаты теряют существенную часть эффективности, до 6–8 %.

Однако говорить, что они совсем не годятся для стандартного радиаторного или лучистого отопления нельзя, ведь даже в них поддерживать слишком высокую температуру (50–55 °С) обогрева жилого дома большую часть времени просто нет необходимости – за исключением нескольких морозных недель за целый период.

Поэтому, в межсезонье конденсационник может полноценно обслуживать и стандартные системы – просто, когда наступит сильное похолодание (-25–30 °C), он перейдёт в усиленный режим работы. Процесс конденсации при этом прекратится и КПД упадёт, но всё равно он на 3–5 % будет выше, чем у конвекционных агрегатов.

Образование конденсата

Пример отвода и нейтрализации конденсата. Следующий важный нюанс, который многие пользователи отмечают как недостаток – котлу необходима ежедневная утилизация отработанного конденсата.

Количество конденсата можно определить из расчета 0,14 кг на 1 кВт/ч. Так, например, агрегат мощностью 24 кВт, который в среднем работает с нагрузкой 40–50 % (благодаря точной регулировке параметров, исходя из погодных условий, может задействоваться и меньшая часть ресурса), выделяет около 32–40 л в сутки.

  • центральная (поселковая, городская) канализация – конденсат можно просто сливать, при условии, что его разбавили в пропорции минимум 10:1, а лучше 25:1;
  • локальная очистительная станция (ЛОС) и септик – конденсат предварительно должен проходить через процедуру нейтрализации кислоты в особом резервуаре.

Наполнителем для нейтрализатора, как правило, служит мелкая минеральная крошка совокупным весом от 5 до 40 кг. Менять её придётся вручную каждые 1–2 месяца. Также есть модели со встроенными нейтрализаторами, попадая в которые, конденсат автоматически ощелачивается и самотёком отводится в канализацию.

Пример применения компактного нейтрализатора при производстве небольшого к-ва конденсата.

Дымоход

Для удаления продуктов сгорания на конденсационные котлы устанавливают облегчённые дымоходы, не требующие строительства более традиционного аналога. Обычно под понятием «облегчённые» подразумеваются коаксиальные дымоходы – объединены в конструкцию по принципу «труба-в-трубе».

Коаксиальный дымоход одновременно используется как для выброса дыма (через внутреннюю трубу), так и для подачи воздуха (через пространство между внутренней и внешней трубой). За счёт такой конструкции он не забирает кислород из помещения, а также повышает КПД котла, т. к. воздух подогревается ещё до поступления на горелку.

Монтаж такого дымохода относительно прост: единственная сложность – необходимость размещения под небольшим углом (3–5 °) к улице. Это делается для того, чтобы весь скапливающийся на стенках внутренней трубы конденсат не попадал обратно в камеру сгорания и на первичный теплообменник котла, многократно снижая срок службы уязвимых к кислотности агрегатов.

Дымоходные трубы для конденсационных агрегатов изготавливаются из лёгких антикоррозийных материалов – нержавеющей стали и жёстких полимеров (пластика): при низких температурах отработанного газа они не деформируются, не плавятся, а также не выделяют в атмосферу каких-либо загрязняющих веществ.

Что это такое?

Конденсационный котел, в том числе работающий на газовом топливе, призван решать проблему подпитки теплого пола. Низкая (относительно) температура циркулирующей жидкости позволяет справляться с этой задачей эффективно. А также, по заявлениям поставщиков, удается на продолжительном отрезке времени сократить траты на приобретение энергоносителей. Если обратиться к информационным материалам производителей, можно наткнуться на упоминания о КПД на уровне 108-100%. Это кажется противоречащим законам термодинамики, тем более что лучшие котлы иных типов имеют КПД на уровне 90-95%.

Причина такой разницы состоит в том, что обычные котлы, сжигающие газ, не вовлекают в свою работу стадию испарения и конденсации. Прошедшие сквозь теплообменник горячие газы в конденсационном котле не улетают в дымоход, унося бесполезные несколько процентов тепловой энергии. Решение проблемы найдено в понижении температуры вытекающих газов до 55 градусов. Такая температура равняется точке росы при обычных условиях, пары воды при достижении этой точки конденсируются и выделяют тепловую энергию. Итак, главная особенность конденсационного котла — применение энергии, выделяющейся при фазовых переходах.

Какова выгода конденсации?

Во всех приборах, эксплуатируемых в частных домах, регулировка мощности производится путем изменения подачи топлива в горелку. И описываемые здесь устройства практически ничем не уступают традиционным котлам, хотя их предельная эффективность и отмечается при более низких температурных показателях. В этом и заключается разница, но это еще не все.

Зависит ли температура рабочей жидкости от мощности отопительного прибора? Чем выше мощность, тем больше потребляется газа и, в свою очередь, тем выше температура рабочей жидкости (и наоборот). В большинстве случаев КПД, равно как и эффективность котла, зависит от подачи газа (действует принцип «больше, значит лучше»).

В случае с котлами конденсационного типа все несколько иначе. Их предельный КПД заметен уже тогда, когда прибора нагружается на треть своей мощности. Поэтому здесь не стоит выбирать среди моделей большей или меньшей мощности, так как данный параметр никакого значения не имеет.

Конденсационный газовый котел – принцип работы


Основным принципом работы любого оборудования конденсационного типа является способность пара в процессе охлаждения переходить в жидкое состояние.

Сам процесс перехода сопровождается высвобождением некоторого количества тепловой энергии, что позволяет значительно снизить расход топлива и повышает коэффициент полезного действия.

Принцип действия конденсационного оборудования представлен несколькими поочередными этапами:

  • прохождение продуктов сгорания через первый теплообменник, с охлаждением до температурных показателей выше точки росы и передачей тепловому носителю порядка 90% всей энергии;
  • подача продуктов сгорания внутрь конденсируемого теплообменника с последующим их охлаждением до температурных показателей в 50оС;
  • осуществление конденсации пара и передачи скрытой энергии на уровне 10% тепловому носителю;
  • поступление конденсата внутрь специального резервуара, и последующее его выведение посредством специальных труб нейтрализующих резервуаров.

Следует отметить, что для изготовления конденсируемого теплообменника обязательно должны применяться современные и высококачественные материалы, обладающие отличными противокоррозионными характеристиками.


Принцип работы конденсационных котлов

Чаще всего с этой целью используются алюминиево-кремниевые сплавы, а также надежная нержавеющая сталь, отличающиеся долговечностью и не подвергающиеся разрушению под действием агрессивных конденсатов.

В современном отопительном оборудовании, представленном газовыми котлами, показатели распределения включают в себя полезную энергию, лучистое тепло и потери, удаляемые с продуктами сгорания непосредственно в атмосферу, но КПД конденсационного котла выше традиционных приборов примерно на 15%.

Конденсационные процессы протекают внутри специальной камеры – теплообменника, который обладает значительной площадью, а вся отобранная тепловая энергия полностью возвращается непосредственно в отопительную систему.

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.

Принцип работы конденсационных котлов

При сгорании газа образуются летучие вещества, имеющие высокую температуру. Часть этого тепла отбирается в котле и передается воздуху или теплоносителю, а часть улетает через дымоход. Конденсационные котлы более полно отбирают это тепло за счет энергии, скрытой в водяном паре. Для этого разработаны специальной формы теплообменники, которые при соблюдении некоторых условий вызывают осаждение водяных паров, содержащихся в продуктах горения. При этом высвобождается некоторая дополнительная часть тепловой энергии, которая возвращается в систему отопления.

Принцип действия конденсационных котлов

Особенности работы

Главный принцип работы конденсационных устройств заключается в передаче воде того тепла, которое образуется при сгорании газа и конденсации пара. Классические газовые агрегаты способны выполнить только первую функцию. Поэтому их КПД меньше.

Модели конденсационных агрегатов работают так:

  1. Теплоноситель с температурой, меньшей 57 °С, поступает в конденсационный теплообменник.
  2. Угарные газы, охладившись у основной части теплообменника, двигаются дальше, омывают стенки конденсатора, продолжая охлаждаться. Когда их температура становится меньше 57 °С, начинает выпадать конденсат.
  3. Капли воды остаются на внешней стенке теплообменника, нагревают ее. Далее подогревается теплоноситель.
  4. Подогретая вода движется в основную часть теплообменника, где нагревается до высокой температуры.
  5. Нагретый теплоноситель поступает в систему отопления.
  6. Охлажденные дымовые газы выходят через коаксильный дымоход.

Во время работы котла направления движений воды и дымовых газов являются встречными.

Впитанное тепло из конденсата повышает КПД конденсационного котла на 11 процентов. В результате этот показатель достигает 108-109%. В голове многих здравомыслящих людей сразу возникает вопрос, а как КПД может быть больше 100%?

Объяснение этого случая является таким: КПД является относительной величиной, которую для газовых устройств высчитывают по нижнему уровню теплоты сгорания. Для такого расчета используют только то количество тепла, которое выделяется при сгорании газа. Однако есть высший уровень теплоты сгорания. Он больше на 11% от нижнего, ведь включает то тепло, которое образуется при конденсации водяного пара. Числа 108-109% получились потому, что за базу сравнения производители взяли КПД по нижнему уровню теплоты сгорания.

Стоит отметить, что разные модели конденсационных устройств могут иметь вышеуказанный КПД только тогда, когда теплоноситель в обратной трубе холоднее 57 °С. Эта температура является точкой росы. При ней водяной пар начинает конденсироваться. Для большего понимания, точка росы может быть разной. Она зависит от влажности и температуры воздуха. Для условий, возникающих внутри газового котла, она составляет 57 °С.

Если же теплоноситель является более горячим, конденсация пара также происходит. Однако она является очень слабой и КПД поднимается не более чем на 4-5%.

Конденсационные котлы классифицируют по двум признакам:

  1. Количество контуров.
  2. Исполнение корпуса.

По количеству контуров бывают такие виды:

  1. Одноконтурные. Они предназначены для отопления дома. В своем составе имеют только один теплообменник. Такие модели могут нагревать воду для ГВС, однако нужно осуществлять подключение бойлера косвенного нагрева.
  2. Двухконтурные. С помощью них отапливают дом и подают горячую воду в краны водопроводной системы. Их конструкция дополнена небольшим теплообменником (вместо него может быть накопительный бак или бойлер послойного нагрева ) и трехходовым клапаном, который может изменять режим отопления на режим ГВС и наоборот. Работа этого клапана происходит по такому принципу: теплоноситель может поступать либо в дополнительный теплообменник, либо в систему отопления.

Что касается исполнения корпуса, то конденсационные котельные устройства бывают такими:

Настенные являются наиболее распространенными, ведь позволяют экономить пространство, и их можно монтировать на кухне. Их мощность не бывает больше 120 кВт. Правда, большинство таких агрегатов имеют мощность, меньшую 100 кВт. В их составе не бывает большого бойлера послойного нагрева.

Напольные в отличие от настенных имеют большие габариты, и поэтому их нужно монтировать в отдельной комнате. Другим их признаком является большая мощность. Также строение многих напольных модификаций может включать объемный накопительный бак или бойлер послойного нагрева.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий