Что такое конденсационный котел

Реальное положение вещей

Итак, конденсационные газовые котлы экономичнее — здесь спору нет. Но за эту экономию все равно придется заплатить хотя бы один раз. Эти модели раза в полтора дороже традиционных. Это первое.

Второе

Хотелось бы обратить ваше внимание на некоторые позиции, которые на первый взгляд в глаза не бросаются. И даже некоторые специалисты не всегда обращают на них внимание

К примеру, конденсационный котел — это настенный вариант — по показателю мощности находится в диапазоне 20–110 кВт. Традиционные агрегаты настенного типа имеют более скромные показатели — максимум до 36 кВт.

Вы можете себе представить, что небольших размеров конденсационный аппарат двухконтурного типа способен обеспечить теплом и горячей водой для хозяйственных нужд большой частный дом? К примеру, общей площадью 800 м². Если использовать традиционный отопительный агрегат, то только напольного типа.

Уже исходя из этого можно сопоставить стоимость двух моделей. Она практически выравнивается. Но плюсов у конденсационных моделей гораздо больше:

• Экономия топлива.
• Уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
• Эффективность работы оборудования.
• К тому же под них нет необходимости выделять отдельное помещение для организации котельной, как это обычно происходит с напольными агрегатами.

Самое главное, что эффективность работы прибора зависит от того, насколько интенсивно пользуются им. Ведь чем меньше температура теплоносителя в обратном контуре, тем полноценнее конденсация во вторичном теплообменнике, тем больше выделяется тепловой энергии, и тем выше становится коэффициент полезного действия оборудования. Вот почему этот вид отопительных приборов более рентабелен в так называемых низкотемпературных системах отопления — теплые полы как пример.

Схема котла газового

Но в реальности российские условия эксплуатации совершенно иные, чем в той же Европе. Например, когда температура за окном минус 20–50С, надо повысить температуру теплоносителя. Сделать это можно, лишь увеличив расход топлива, потому что основной источник тепловой энергии — это сжигаемый газ. А это значит, что температура теплоносителя в обратном контуре не опустится ниже 60С. При таком показателе нельзя говорить о конденсации влажных паров. То есть установленный вами конденсационный газовый котел начинает работать, как обычный. Так стоит ли приобретать такое дорогое устройство?

Однако не будем умалять достоинств конденсационных моделей. Даже при работе в таком режиме они экономичнее традиционных. Правда, на первый взгляд экономия не очень большая — до 5%, но если пересчитать на годовой расход газа, то сумма получится внушительной. К тому же конструкция котла устроена таким образом, что даже при максимальном падении давления газа в трубной магистрали он будет продолжать работать. Эффективность, если и упадет, то незначительно.

Принцип работы и особенности конструкции

Во всех без исключения моделях обычных газовых котлов при сжигании газа большая часть полученной энергии используется для нагрева воды поступающей в систему отопления, а меньшая вместе с выделяющимся в результате горения водяным паром и углекислым газом улетучивается в атмосферу. При снижении температуры до определенного уровня (точки росы) водяной пар переходит из газообразного состояния в жидкое (конденсируется в виде капель) выделяя в процессе преобразования тепловую энергию. На использовании этой энергии для обогрева и основывается принцип работы конденсационного газового котла.

Главным отличием конденсационного котла является наличие в его конструкции дополнительного теплообменника (рекуператора). Описать процессы, приводящие к экономии энергоносителя, можно следующим образом:

1. Проходя через основной теплообменник продукты сгорания отдают теплоносителю до 90% тепловой энергии, после чего поступают на расположенный выше рекуператор.
2. Поступающий на дополнительный теплообменник из системы отопления по обратной трубе теплоноситель охлаждает отводимые газы до точки росы. На поверхности теплообменника образуется конденсат, остаточная тепловая энергия (около 10%) продуктов сгорания подогревает теплоноситель.
3. Уже подогретая вода из обратки поступает на основной теплообменник, где и происходит ее догревание до заданной температуры. Таким образом, разогрев теплоносителя происходит при меньших затратах времени и энергоносителя.

Применяются рекуператоры двух конструкций:

• Пластинчатые. Громоздкая конструкция, состоящая из тонких металлических пластин.
• Трубчатые. Компактное устройство, состоящее из спиралевидных трубок.

Принимая во внимание, что конденсация происходит при температуре, не превышающей 57°C, температура теплоносителя на обратке должна составлять от 30°C до 50°C. Таким образом, низкотемпературное отопление способствует получению оптимальных результатов работы котла. Хороших результатов можно достичь, применяя для отопления систему теплых полов

При высокой температуре теплоносителя КПД котла падает, но даже в этом случае его эффективность выше, чем у обычных газовых котлов

Хороших результатов можно достичь, применяя для отопления систему теплых полов. При высокой температуре теплоносителя КПД котла падает, но даже в этом случае его эффективность выше, чем у обычных газовых котлов.

Для обеспечения экономного расхода газа и продления срока эксплуатации оборудования рекомендуется приобретать котлы, оснащенные модулируемой горелкой. Если при помощи обычной горелки температура теплоносителя регулируется при помощи включения и выключения, что приводит к ее быстрому износу и увеличению расхода газа, то модулируемая снижает или понижает мощность постепенно. Коэффициент модуляции регулируется при помощи газового клапана.

У газовых котлов, оснащенных модулируемой горелкой, срок эксплуатации выше

Сгорание газов происходит в камере закрытого типа. Благодаря встроенному вентилятору, создающему дополнительную тягу, труба для конденсационного котла имеет меньший диаметр и длину, чем у стандартных устройств.

Процесс монтажа и эксплуатации конденсационных котлов не имеет принципиальных отличий. Главной особенностью является потребность в утилизации конденсата, количество которого за год достигает нескольких тонн. Для этих целей рекомендуется приобрести нейтрализатор. При помощи диоксида магния или других веществ кислоты, содержащиеся в конденсате, нейтрализуются. Нейтрализаторы просты в использовании, а замена реагентов потребуется не более двух-трех раз за весь период эксплуатации котла. Также разрешается отвод конденсата в канализацию в пропорции с водой 1:25.

Преимущества

К основным преимуществам сжижающего оборудования относятся следующие:

• Несмотря на завышенную в разы стоимость, расходование средств на покупку такого нагревательного механизма при максимальной эксплуатации окупится уже в течение 2,5-4 лет, даже с учетом роста цен на коммунальные услуги. Все это достигается благодаря уменьшению потребления количества используемого топлива как минимум на 14%, а в сравнении со старыми моделями – на все 25%!
• Специфика конструкции делает работу оборудования почти бесшумной.
• Срок службы такой отопительной техники в 2-3 раза больше аналогичных простых агрегатов.

В большинстве стран Евросоюза наложен запрет на пользование стандартными газовыми котлами вследствие того, что завышенный КПД сжижающего устройства в разы снижает уровень загрязнения воздуха, что также способствует минимизации проблем в вопросе экологической безопасности.

Инновационные технологии в сфере отопительного вопроса стремительно развиваются. Ведь еще некоторое время назад о таких котлах знали немногие, а теперь чуть ли не каждый третий потребитель может позволить себе подобную покупку. Кроме того, ценовой показатель уже имеет меньшее значение, когда на кону стоит возможность экономии еще больших сумм!

https://youtube.com/watch?v=1YTU7h4zod4

Устройство обычного и конденсационного газовых котлов

Обычные газовые котлы, в свою очередь, подразделяются на котлы с атмосферной горелкой (или с открытой камерой сгорания) и котлы с вентиляционной горелкой (с закрытой камерой сгорания).

Наиболее простое устройство имеют газовые котлы с атмосферной горелкой. Центральным элементом такого котла служит газовая горелка. Она разогревает теплообменник, по которому протекает вода (или теплоноситель), подающаяся в систему отопления, за счет сжигания газа. Продукты сгорания отводятся через дымоход благодаря естественной тяге, возникающей из-за разницы температур отводящихся продуктов сгорания и наружной температуры воздуха. Из помещения в котел постоянно происходит приток воздуха, необходимого для сжигания газа. Приток воздуха тоже происходит естественным путем. Отвод продуктов горения обеспечивается за счет стационарных дымоходов.

Андрей Милицын, Директор департамента продаж «Вайлант Груп Рус»

«Хочется отметить развитие конденсационной техники, динамика развития этого направления очень неплоха. Газовый котел Vaillant неизменно пользуется спросом у потребителей. Именно конденсационные котлы мы рассматриваем как ключевое направление для нашей компании, на нем фокусируем свои усилия

Иначе дело обстоит для котлов, оборудованных вентиляционной горелкой. В таких котлах забор воздуха производится с помощью вентилятора, который нагнетает в топку необходимый для сжигания воздух. А отвод газов производится с помощью коаксиальных дымоходов. Последние отличаются от стационарных тем, что труба для отвода газов проложена в центре трубы, подводящей воздух в топку (эта конструкция еще называется «труба в трубе»).

Сегодня на рынке представлены в различных модификациях настенные газовые котлы и напольные газовые котлы. Как уже следует из названия, настенные газовые котлы устанавливаются в навесном варианте, что экономит место, а напольные газовые котлы – на горизонтальной поверхности. Потребителю нужно знать, что настенные газовые котлы, в среднем, имеют меньшую мощность, чем напольные.

Помимо этого различают одноконтурные газовые котлы и двухконтурные газовые котлы. Двухконтурные газовые котлы, в отличие от одноконтурных, позволяют не только обеспечить отопление дома, но и снабдить его горячей водой из крана. Разумеется, более выгодно применять газовый котел и для отопления, и для производства горячей воды, потэтому двухконтурные газовые котлы более популярны. Пока речь шла о конвекционных газовых котлах.

Устройство обычного и конденсационного газовых котлов

В случае с конденсационными газовыми котлами производители тоже предлагают, как настенные, так и напольные модели. Причем, в последнее время неофициальное лидерство захватил конденсационный настенный котел. Это связано с возможностью каскадной установки газовых конденсационных настенных котлов. 

Конденсационный газовый котел имеет более сложное устройство, чем традиционный. Во-первых, продукты сгорания в таком котле имеют значительно более низкую температуру, чем в обычном, поэтому без вентилятора и коаксиального дымохода в этом случае не обойтись. Во-вторых, в котле конденсационного типа установлено два теплообменника – первичный и вторичный. Именно вторичный теплообменник позволяет в буквальном смысле «забрать» тепло, выделяемое в процессе конденсации водяного пара, и передать его теплоносителю, т.е. утилизировать. Напомним, что водяной пар является одним из продуктов сгорания, т.е. образуется при горении газа. В-третьих, в конденсационном котле следует предусмотреть устройство для сбора и отвода конденсата.

Химический анализ работы газовых котлов

Итак, становится понятен принцип работы котла. Однако не совсем понятно, откуда берется пар, почему такие требования по кислотности и так далее.

Для детального рассмотрения этого вопроса придется изучить процесс горения с химической точки зрения.

Конденсационные газовые котлы в качестве топлива используют сжиженный или природный газ. При сгорании жидкого топлива в большом объеме выделяется водород и углерод. По этой причине топливо получило название углеводородного. Поскольку ни один процесс горения не возможен без кислорода, то в камеру сгорания подается воздух, в котором содержится азот и кислород.

В результате окисления (реакции горения) образуются некоторые химические продукты горения: при взаимодействии углерода с кислородом образуется двуокись углерода, а при взаимодействии кислорода с водородом образуются молекулы воды. Поскольку процесс горения сопровождается обильным выделением тепла, то молекула воды находится не в жидком, а газообразном состоянии (водяной пар).

Все эти продукты горения попадают в теплообменник, где немного остывают, примерно до 160 градусов, при этом они отдают большую часть своей энергии в виде тепла теплоносителю. Некоторая часть вместе с ними и водяным паром уходит в дымоход.

Конденсационные газовые котлы имеют высокий КПД только за счет повторного использования уже отходных газов и забора у них оставшейся части тепловой энергии. Вся отобранная энергия возвращается в систему отопления.

Котлы конвекционные

Котлы стали применять как вид печи, специализированный только на отоплении. Температура в отапливаемом помещении повышается от теплообменников, которые подогреваются циркулирующими по трубам носителями тепла от котлов, использующих энергию сгорания топлива. Различается по видам: жидкое (солярка), твердое (уголь, торф, древесина) и газообразное (природный газ) и от ее состава зависит конструкция топки. Охлажденная в радиаторах или батареях жидкость возвращается по обратным трубопроводам (обраткам) в котлы-регенераторы, там подогреваются и продолжают циркуляцию по замкнутому контуру. Движение воды по трубам осуществляется естественным путем по законам физики или принудительно нагнетательными электроприборами.

Контуров в котле может быть один или два: главный для обогрева помещений и вспомогательные — для бытовых потребностей в горячей воде для душа и кухни.

Удаление продуктов сгорания топлива из топки производится по трубам дымоходов. Для конвекционных котлов преимущественно довольно долго применялась естественная схема поступления кислорода в горелку из помещения, где он размещен. Сложнее устроены механизмы доставки воздуха, называемые турбированными, предусматривающие доставку воздуха принудительным методом (почти все современные настенные котлы работают по такому принципу). Это делает возможным установку котлов в произвольных местах, осуществлять автономное снабжение кислородом и отведение токсичных продуктов горения.

У котлов этого типа следующие преимущества:

• обширные функционал и ценовая шкала;
• надежные конструкции, эргономичные в монтаже и гибкие в комбинациях с другими средствами контроля климата помещений;
• энергонезависимы при желании.

Используются в домашнем строительстве с энтузиазмом.

Конструкция конденсирующего котла

Конструкция любого конденсирующего котла состоит из следующих частей: перед горелкой обязательно устанавливается вентилятор, вытягивающий из газопроводной трубы метан и направляющий его в специальную камеру для дальнейшего смешения с воздухом. Далее такой горючий состав проходит через горелку.

Конструкция конденсирующего агрегата

Выделяемые под ее воздействием газообразные продукты движутся к первичному, затем к вторичному теплообменнику, выполненному в форме спиралевидной трубы прямоугольного сечения с расположенными между витками зазорами. Образующийся конденсат стекает в специальный отдел (нейтрализатор), где щелочные металлы (калий и магний) понижает его кислотность, затем вода через трубку стекает на улицу.

Образующийся низкотемпературный углекислый газ выходит в атмосферу через герметичный коаксиальный дымоход, изготовленный из алюминия и термостойкого пластика. Употребление в изготовлении дымохода подобных составляющих существенно сокращает затраты на материал, потому как их стоимость невелика.

Высочайшая производительность конденсационного котла зависит от параметров обогревательной системы. В связи с тем, что сгущение паров происходит только в случае, когда температура поверхности конденсатора ниже точки росы и не переходит за 60 градусов по Цельсию, выгоднее применять подобный котел в низкотемпературном панельном отоплении либо при монтаже «теплых полов», где вода подается из магистрали с t 40оС, а возвращается в систему со значением примерно 30оС.

В таких условиях конденсационный котел будет работать в сжижающем режиме весь зимний период – даже если на улице мороз, температурный показатель во вторичном теплоносителе будет около +42-44оС.

Принцип работы конденсационных котлов

Теперь перейдем к рассмотрению использования тепловой энергии, образующейся при горении топлива. Цепочку преобразований энергии в котле условно можно выразить в следующем виде:

Горение ? Выход энергии ? Использование энергии

? На первом этапеполучаемое тепло можно разделить на три части:

1. Излучение;
2. Нагрев продуктов сгорания;
3. Испарение воды, находящейся в продуктах сгорания.

? На втором этапе, соответственно:

1. Нагрев теплоносителя;
2. Потери через корпус котла;
3. Потери с уходящими газами.

Главная цель котлового агрегата — обеспечить максимальное получение тепла на первом этапе (качество горения) и передачу его теплоносителю (сокращение потерь).

Основная идея “конденсационные котлы принцип работы” в том, что теплота, расходующаяся на испарение воды на первом этапе, с точки зрения дальнейшего использования, принципиально отличается от излучения и нагрева продуктов сгорания. Дело в том, что нагрев теплоносителя с помощью излучения или контакта с разогретыми газами происходит в любом случае, пусть и с разной эффективностью. В то же время, чтобы использовать энергию, заключенную в водяном паре, необходимо обеспечить условия, при которых произойдет фазовый переход: переход из пара в жидкость (конденсат). Происходит это при охлаждении пара до так называемой точки росы, которая для метана при нормальных условиях примерно равна 55 °C.

В силу того, что в продуктах сгорания содержится определенное количество оксидов азота и серы, при выпадении конденсата они вступают в реакцию с образованием соответствующих кислот. Кроме того, при определенных условиях, может образоваться угольная кислота как продукт реакции углекислого газа и воды. Но данная кислота достаточно неустойчива и в атмосфере быстро распадается.

Соответственно, используются два термина для энергии, получаемой при горении:

• Высшая теплота сгорания (Qs) — полная тепловая энергия.
• Низшая теплота сгорания (Qi) — полная тепловая энергия за вычетом энергии заключенной в водяном паре.
   

Эффективность конденсационного котла

В соответствии с описанным выше вводится понятие КПД – коэффициента полезного действия котла как отношения тепла, переданного теплоносителю, к теплоте сгорания топлива. При чем обычно, если не указано обратного, используется именно низшая теплота сгорания, то есть без учета энергии конденсации пара.

Вообще говоря, любой котел можно поставить в условия, когда он начнет работать в конденсационном режиме — достаточно, чтобы температура теплоносителя была ниже определенной величины. Но оборудование, не предназначенное для такой работы крайне чувствительно к кислотному составу конденсата и быстро выходит из строя. Поэтому в документации к неконденсационным котлам обычно приводится ограничение температуры обратного теплоносителя “не ниже 60 °C”. Исключение составляют чугунные котлы некоторых производителей, где за счет толщины металла даже при низких температурах теплоносителя дымовые газы не остывают до точки росы. Впрочем, данных фактор сильно сказывается на эффективности таких котлов.

Для повышения коэффициента полезного действия нужно предпринимать действия в нескольких связанных направлениях:

1. Повышение качества горения.
2. Снижение тепловых потерь с уходящими газами.
3. Повышение количества тепла, передаваемого теплоносителю.
4. Снижение тепловых потерь через корпус котла.

Мероприятия, связанные с последним пунктом достаточно очевидны — тепловая изоляция корпуса и отдельных элементов, так что отдельно мы его рассматривать не будем.

В решении задач, связанных с первым и вторым пунктами большую роль играет конструкция горелочных устройств.

За повышение количества передаваемого теплоносителю тепла отвечает, в первую очередь, конструктив теплообменника котла.
 

Теперь рассмотрим основные конструктивные особенности котлов, позволяющие им работать в режимах с выпадением конденсата и направленные на повышение эффективности.

Конденсационный котел: принцип действия

Схема работы конденсационного котла.

Как уже стало понятно, конденсационный котел работает так, что отходящие газы, которые несут в себе некоторое количество тепла, попадают в специальный отсек, в котором происходит конденсация этого пара, а выделяемая энергия поступает обратно.

Стоит заметить, что конденсация пара наступает только в так называемой точке росы, что для простой воды составляет примерно 50 градусов.

Таким образом, основной задачей перед инженерами, которые проектируют подобные газовые установки, состоит в том, чтобы просто не дать отходящим газам, имеющим температуру выше данной, покинуть пределы котла.

Чтобы решить эту задачу, были спроектированы и разработаны теплообменные камеры специальной конструкции. Такие теплообменники обеспечивают наиболее полный отбор тепловой энергии путем снижения температуры газов до температуры точки росы. Вся отобранная тепловая энергия, как уже было сказано, возвращается в систему отопления.

Принцип работы такого теплообменника заключается в следующем. Чтобы конденсация пара была возможной, применяется обратная линия отопления, которая содержит воду. Конденсация происходит тем интенсивнее, чем ниже температура этой обратной воды. Разумеется, что максимальная температура не должна превышать 50 градусов, а иначе конденсация вовсе будет невозможной.

Получается, что чем ниже температура, тем выше КПД котла. Это видно из сравнения:

• при температуре воды в прямом и обратном трубопроводе системы отопления 40 и 30 градусов соответственно – КПД котла условно равен 108%;
• при температуре воды в прямом и обратном трубопроводе системы отопления 70 и 60 градусов соответственно – КПД котла условно равен 104%;
• при температуре воды в прямом и обратном трубопроводе системы отопления 90 и 75 градусов соответственно – КПД котла условно равен 98%.

Схема монтажа котла отопления.

Стоит заметить, что данный показатель даже при максимально высоких температурах выше, чем у котлов, которые не используют данный принцип действия.

Помимо того что принцип работы обеспечивает высокий КПД всей отопительной системы, экономия достигается и другим показателем. Газовые горелки такого современного оборудования способны очень точно рассчитать и по этим расчетам приготовить горючую смесь (газ и воздух) таким образом, чтобы достигалось ее максимальное сгорание при выбранном режиме работы котла.

Это приводит не только к экономии топлива, но и к снижению вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, по той причине, что температура выходных газов не превышает 45 градусов, а иногда и гораздо ниже, есть возможность изготовления дымоходных систем из обычной пластмассы.

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.

Перед тем как приступать к обустройству отопительной системы частного дома, следует ознакомиться с тем, что такое конденсационных газовый котёл. Выбрав для обслуживания системы это оборудование, вы обеспечите максимально эффективное и экономное функционирование отопительной системы.

Часто владельцев останавливает высокая стоимость инновационного оборудования. Но есть правильно провести расчёты, окажется, что конденсационные котлы искупят себя всего за два-три сезона. При соблюдении правил эксплуатации приборы прослужат на протяжении многих лет, обеспечивая комфорт и тепло в вашем доме.

Как вам статья?

Мне нравитсяНе нравится

Плюсы и минусы конденсационных газовых котлов

Как вы уже поняли, основным преимуществом, которым обладают газовые конденсационные котлы, является высокий коэффициент полезного действия – не увеличивая затраты топлива, они вырабатывают большую мощность, чем классическое газовое оборудование этого типа. Кроме того, к положительным моментам работы этих котлов можно отнести еще и следующие моменты.

• Практически стопроцентное сгорание топлива. Как минимум, это снижение расхода газа примерно на 10-15%. Такая экономичность в работе возможна благодаря уникальной, тщательно продуманной конструкции горелок.
• Полное сгорание топлива обуславливает и другое преимущество котла – благодаря отсутствию большого количества «выхлопных газов» они в меньшей степени загрязняют окружающую среду. Смело можно утверждать, что это экологически чистое оборудование.
• Конденсационный газовый котел – это практически бесшумный отопительный прибор. Его оборудование работает практически бесшумно благодаря конструктивным особенностям. Производители утверждают, что его шумность почти наполовину меньше, чем у классического газового котла.

Все это очень хорошо, но наряду с преимуществами, газовые конденсационные котлы имеют и недостатки. Во-первых, максимальная эффективность и экономичность в работе достигается только при низкотемпературных режимах работы – если температура теплоносителя в обратном трубопроводе превышает 50 градусов, то котел будет работать как стандартное газовое оборудование. Это накладывает некоторые ограничения на область его применения – чтобы обеспечить эффективность и экономичность работы конденсационного котла, необходима большая площадь батарей отопления. Как вариант, они могут использоваться в системах с большим количеством теплых полов. Во-вторых, стоимость, которая превышает цену обычного газового котла более чем в 2 раза. В-третьих, сложный монтаж и непростая настройка системы отопления, осуществить которые без специалистов весьма трудно. И, в-четвертых, это необходимость отводить конденсат – к котельному оборудованию данного типа нужно проводить ветку дренажной системы.

И это еще не все неприятные моменты использования газовых конденсационных котлов – в паре с обычными линейными системами отопления они работают не совсем как положено. Максимальная эффективность этого оборудования возможна только при коллекторных схемах разводки отопительных систем.