Конденсационный котел принцип работы

Для обогрева своего дома вы решили приобрести самое современное котельное оборудование, использующее в качестве топлива природный газ. Благодаря новейшим техническим решениям эта водогрейная установка должна быть экономичной, экологичной, надежной и обеспечивать максимальный уровень комфорта при эксплуатации. Тогда конденсационный газовый котел – это то что вам нужно, среди агрегатов, сжигающих природный газ, ему нет равных.

Дополнительная энергия от сгорания газа

В действительности энергия выделяется в процессе горения, а фокус заключается в том, чтобы ее применить для нагрева воды. Чтобы понять суть процесса, достаточно вспомнить школьный курс физики. Для того чтобы воду превратить в пар, нужно затратить дополнительную энергию на переход из одного агрегатного состояния в другое. Эта энергия – удельная теплота парообразования и для воды ее значение равно 2256 кДж/кг или 627 Вт/кг, величина немалая. Конденсируясь, водяной пар отдает это же количество теплоты.

Горение – это химический процесс, в результате которого выделяется тепло, используемое для обогрева жилища. Природный газ СН₄ распадается, атомы углерода соединяются с кислородом, образуя углекислый газ СО₂. Атомы водорода также окисляются и получается вода Н₂О. Она тут же превращается в водяной пар, поскольку реакция проходит в зоне выделения большого количества теплоты.

Вода переходит в пар, забирая ощутимую долю теплоты на парообразование, а конструкция конденсационного котла позволяет отобрать эту энергию обратно.

В обычных газовых установках водяные пары благополучно удаляются вместе с углекислым газом через дымоход наружу. Теплообменник с протекающей по нему водой, установленный на пути дымовых газов, заставляет пар конденсироваться на его поверхности, это и есть принцип работы конденсационного газового котла. При этом теплота парообразования, отобранная при горении газа, возвращается и передается теплоносителю. Соответственно, КПД простой водогрейной установки составляет 88—93%, а использующей принцип конденсации – 97—98%. Такая эффективность позволяет ощутимо экономить природный газ, стоимость которого неуклонно растет.

Особенности конструкции

Поскольку выпадающий конденсат содержит примеси кислот, теплообменники для отопительных агрегатов выполняются из нержавеющей стали. Теплоноситель из обратного трубопровода подводится к змеевику, его витки образуют кольцо, внутри которого располагается газогорелочное устройство. В идеале оно тоже имеет цилиндрическую форму, отверстия форсунок расположены по всей поверхности горелки и пламя распространяется во всех направлениях. Таким способом прогревается весь змеевик, водяной пар активно конденсируется на первой половине витков, где теплоноситель имеет низкую температуру.

Для выпадения конденсата требуется температура 59 ºС и ниже. В системах отопления температура воды в обратном трубопроводе колеблется от 30 до 60 ºС, что вполне приемлемо. Схема основных узлов, из которых состоит настенный газовый конденсационный котел, представлена на рисунке.

Камера сжигания – закрытого типа, с принудительным нагнетанием воздуха для горения. Поскольку вентилятор – самый шумный элемент конструкции, для конденсационных установок используются малошумящие модели, звук их работы практически не слышен. Воздух втягивается по наружному каналу двустенного коаксиального дымохода. Одновременно навстречу ему по внутреннему каналу выходят дымовые газы, отдавая тепло через металлическую стенку. Температура газов на выходе из конденсационного котла – менее 100 ºС.

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.

Заключение

Поскольку любой одноконтурный конденсационный газовый котел имеет достаточно высокую стоимость, его выбор сводится к подбору производителя, определению мощности, способу установки и наружному дизайну. Автоматикой и опциями, повышающими удобство и комфорт эксплуатации, снабжены все конденсационные агрегаты начиная от выносных пультов управления и заканчивая приложениями для мобильного телефона, с помощью которых можно управлять котлом на любом расстоянии.

Источник: cotlix.com

Принцип работы конденсационного котла

На первых шагах, процесс очень схож с работой обычного конвекционного котла.

При сгорании жидкого или газообразного топлива образуется углекислый газ и водяной пар. Пар конденсируется в задние, более прохладные части теплообменника, т.к. он теплее его поверхности.

В процессе образования конденсата выделяется тепло, это тепло конденсации снова подается в отопительный контур и используется для нагрева охлажденной воды в обратной линии трубопровода. Таким образом, горелке уже подается предварительно нагретая вода из системы отопления. Поэтому в итоге для нагрева того же объема, необходимо затратить меньше энергии.

На последнем этапе используется еще остаточное тепло отходящих дымовых газов. Через трубу подачи воздуха расположенную в дымовой трубе, поступающий свежий воздух необходимый для работы горелки нагревается, за счёт тепла отходящего газа. Таким образом, в горелку поступает уже теплый воздух, что обеспечивает дополнительную экономию.

Наглядный принцип работы конденсационного котла

Плюсы и минусы конденсационных отопительных приборов

Конденсационный котел имеет значительно больше преимуществ перед традиционными, что объясняет более высокую стоимость. В прочем, более высокая цена в ближайшем будущем будет компенсирована в виде более низкого расхода газа.

Преимущества конденсационного котла

Высокий КПД
Зачастую коэффициент полезного действия в котлах превышает привычные 100%, добавочные проценты получаются из-за охлаждения дымовых газов и конденсированнии пара во второй части теплообменника. Благодаря этому, происходит значительная экономия расхода энергоносителя достигающая 35%.
Тихая работа
Котлы имеют очень низкий показатель уровня шума, благодаря чему повышается уровень комфора.
Экологичность
Если сравнивать с конвекционными котлами, то вредных выбросов становится меньше на 80%.

Недостатки конденсационного котла

Высокая стоимость
Цена будет выше на 30-50%, относительно традиционных котлов.
Утилизации конденсата
Необходимость утилизации конденсата не совсем является недостатком, т.к. для котлов мощностью менее 28 кВт возможно сливать в канализацию.
Потеря КПД в высокотемпературных системах
В высокотемпературных режимах, где температура подачи и обратки составляет 80/60 °C, показатели КПД упадут до 98-99%.

В среднем, котел на 25 кВт в день вырабатывает 70 литров конденсата

Сравнение конденсационных котлов

Модели котлов находятся в одном ценовом сегменте.

Условия подбора:

Мощность: 24-25 кВт
КПД: более 100%
Одноконтурный
Цена: до 50000 рублей

Учитывая данные параметры, нашлось две модели, полностью удовлетворяющие установленные параметры.

	Газовый котел Baxi Duo-tec Compact 1.24	Газовый котел Protherm Рысь К 25 MKO
Стоимость, сентябрь 2017	44590	49585
Максимальная тепловая мощность, кВт	24	25
Минимальная тепловая мощность, кВт	3.4*	6
КПД, %	105.7	108.5**
Материал теплообменника	нержавеющая сталь	алюминиево-кремниевый сплав
Расход природного газа	2.61 м³/час	3.2 м³/час

*По отзывам, в модели Baxi минимальная тепловая мощность занижена, на деле она составляет 4.7 кВт.

**Относительно модели Protherm, то в таблице указан показатель при режиме частотной нагрузки (примерно 30%) и температуре 40/30 °С. При работе в полном низкотемпературном режиме 50-30°С КПД составит 104%. Кроме всего прочего, уровень шума у турбины значительно выше, чем у Baxi.

Так как модель от Protherm совсем недавно на российском рынке, то отзывов совсем немного, но если учесть отзывы о конвекционных котлов этого же бренда, можно полагать, что качество на высоком уровне.

Источник: teploburg.ru

Процесс горения

Рассмотрение принципа работы конденсационных котлов имеет смысл начать с того, за счет чего вообще происходит нагрев теплоносителя в данном оборудовании — горения топлива. Основные химические элементы, участвующие в процессе горения любого углеводородного топлива:

Углерод (С), водород (H₂), сера (S) — содержатся в топливе. Содержание серы может быть достаточно высоким в дизельном или твердом топливе (дрова, уголь). Для природного газа максимальное содержание сероводорода согласно нормам составляет 20 мг/м³, фактическое обычно гораздо меньше.
Кислород (О₂), азот (N₂) — содержатся в воздухе. Так же в воздухе присутствуют другие газы, но они либо инертны, либо их процентное содержание крайне мало.

Далее будем рассматривать горение на примере простейшего углеводорода — метана (CH₄). Строго говоря, данная реакция представляет собой достаточно сложную цепочку с образованием промежуточных соединений, мы приведем итоговую формулу:

CH₄+2O₂ ? CO₂+2H₂O+Q

Реакция проходит с выделением энергии и образованием углекислого газа и воды. Важным моментом здесь является то, что при недостатке кислорода в реагирующей смеси, помимо углекислого газа образуется так же угарный (СО), который даже в сравнительно малых концентрациях опасен для человека. Кроме того, при этом снижается количество получаемой энергии. Для предотвращения данного эффекта существуют определенные особенности в конструкции элементов котла, которые мы обсудим в последующем.

Другой важной группой реакций при горении метана в воздухе является окисление азота и серы:

N₂+O₂ = { NO | NO₂ | N₂O }

S+O₂ = { SO₂ | SO₃ }

Оксиды азота NO и NO₂ обычно обозначают общим наименованием NO_x. При реакции с водой они образуют азотную (HNO₃) и азотистую (HNO₂) кислоты. При выбросе в атмосферу последние становятся одним из основных компонентов кислотных дождей. Закись азота N₂O кислот не образует, но участвует в разрушении озонового слоя. Естественно, что в конструкции современных котлов предпринимаются меры для снижения данных выбросов. Мы рассмотрим эти меры при обсуждении отдельных компонентов оборудования.

Оксиды серы при реакции с водой образуют серную кислоту. Но их содержание в продуктах сгорания крайне мало, поэтому как фактор загрязнения среды они не рассматриваются. Но они могут оказывать сильное воздействие на элементы конденсационного котла.

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 этапе получаемое тепло можно разделить на три части:

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

? На втором этапе, соответственно:

Нагрев теплоносителя;
Потери через корпус котла;
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:

Повышение качества горения.
Снижение тепловых потерь с уходящими газами.
Повышение количества тепла, передаваемого теплоносителю.
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.

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.

Пример засорения для спирального теплообменника

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.

Горелка Premix

Горелка так же является важным компонентом любого котла, в том числе конденсационного. Список задач, за которые она отвечает:

Обеспечение точных пропорций смешения топлива с окислителем (воздухом).
Качественное перемешивание газовых составляющих.
Обеспечение экологичности горения.

Первые два пункта необходимы для повышения полноты сгорания топлива и, соответственно, общего КПД котла. Подробно разберем их ниже.

В третьем пункте, в конечном счете, подразумевается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу. В горелках современных конденсационных котлов это достигается за счет сравнительно малых температур горения, что снижает количество образующихся соединений азота и серы. Для достижения необходимых показателей по мощности при снижении температуры площадь пламени в таких горелках обычно достаточно велика.

Наиболее распространены два варианта организации поверхности для горения. Цилиндрическая: И плоская:


цилиндрическая горелка premix	плоская горелка premix

Увеличение поверхности горения так же обеспечивает большую площадь инфракрасного излучения при работе горелки на малой модуляции мощности.

Сам материал поверхности представляет собой ячеистую структуру из металла либо керамики.

Ячеистость обеспечивает дополнительное перемешивание газа с воздухом. Но основное смешение и контроль его пропорций в современных котлах происходит до горелки — в узле “газовый клапан/вентилятор/трубка Вентури”. Его схематичное изображение представлено ниже.

Подобные системы носят общее название “Premix”, то есть система с предварительным смешением. Точное поддержание пропорции воздух-газ обеспечивается за счет приблизительно равных давлений в точке смешения. Причем эта пропорция поддерживается в широком диапазоне расходов смеси и модуляции котла.

Таким образом общую схему можно описать по пунктам:

Вентилятор создает высокую тягу, обеспечивая точный расход воздуха в соответствии с требуемой мощностью.
Трубка Вентури обеспечивает выравнивание давлений газа и воздуха в точке смешения.
Газовый клапан поддерживает оптимальную пропорцию газ-воздух в широком диапазоне скоростей вентилятора.
Полученная газовоздушная смесь поступает на поверхность горелки, где происходит дополнительное перемешивание.
Смесь поступает в область горения. Причем горение происходит с температурой, достаточно низкой для обеспечения низких выбросов вредных веществ, но при это с высокой суммарной мощностью.

Подводя итог, можно сказать, что конструкция конденсационного котла и принцип его работы не так и сложен. Однако, каждый отдельный элемент требует большого внимания при проектировании. Правильный выбор материала теплообменника, его геометрия, надежные компоненты газово-воздушного тракта — залог эффективной работы и долговечности котла. По сравнению с любым традиционным котлом, конденсационный обеспечивает большие КПД во всех режимах работы. Теплообменник изготовленный из нержавеющей стали обеспечивает долгий срок службы оборудования (вплоть до 50-ти лет) без снижения эффективности при любом качестве топлива и теплоносителя.

Рассмотрим, как описанные выше принципы и технические решения используются в газовых конденсационных котлах HORTEK.

Спектр котлов HORTEK составляют три линейки оборудования:


HORTEK Q — бытовые настенные котлы мощностью 25-60 кВт с вариантами исполнения со встроенным бойлером ГВС	HORTEK XL — настенные котлы промышленной серии 60-120 кВт с возможностью установки в каскад до 960 кВт	HORTEK HL — напольные котлы промышленной серии до 910 кВт с возможностью установки в каскад.

Теплообменники котлов HORTEK

Принципиальным решением для всех перечисленных котлов является использование теплообменников только из кислотоустойчивой нержавеющий стали AISI 316. С точки зрения конструктива все теплообменники представляют собой набор гладких трубок, сообщающихся через коллекторы. Данное решение позволило обеспечить высокую устойчивость к загрязнениям как по стороне теплоносителя так и по стороне дымовых газов. Кроме того, распределение потоков в теплообменнике рассчитано на высокие скорости теплоносителя, что дополнительно повышает устойчивость к засорению. Благодаря данным факторам эффективность котлов с такими теплообменниками остается на постоянном уровне на протяжении всего срока службы.

Горелки котлов HORTEK

Как и в любом современном конденсационном котле, в HORTEK применяются горелки системы Premix. Однако геометрия горелок отличается для котлов настенного и напольного исполнения.

В котлах серии Q и XL используются плоские керамические горелки расположенные сверху теплообменника. Такое расположение обеспечивает устойчивость горелки к засорению и удобство обслуживания.

В напольных котлах HORTEK HL применена цилиндрическая горелка, поверхность которой представляет собой сетку из тугоплавкого сплава. Располагается горелка так же в верхней части котла, что в случае напольных котлов является достаточно нестандартным решением. Но именно такое расположение обеспечивает высокую компактность котлов и малую занимаемую площадь по отношению к тепловой мощности, что особенно актуально как для крышных так и для отдельно стоящих котельных большой мощности.

Источник: hortek.com

Конденсационный газовый котел

Конденсационный газовый котел — принцип работы
Устройство конденсационного отопительного прибора
Виды конденсационных котлов
Достоинства и недостатки конденсационных котлов

Конденсационный газовый котел — принцип работы

Конденсационный газовый котел произошел от самого простого газотопливного конвекционного агрегата, с самым элементарным принципом функционирования. Горючим для него выступает природный либо сжиженный газ. В момент его сгорания образуются вода и углекислый газ, высвобождая энергию в большом количестве. Теплоноситель нагревается освобождающимся теплом, циркулирует по отопительной системе жилья. При таком принципе работы КПД получается около 90%, остальные 10 через дымоход просто вылетают на улицу. Разработанный инженерами конденсационный газовый прибор позволил решить эту проблему.

В агрегате, после сжигания топлива и передачи большей части жара теплообменнику, конденсатник остужает газообразные продукты горения до 50-60°C, тем самым помогая развитию скопления воды. За счет этого увеличивается КПД, а, значит, повышается объем тепла, передающегося теплоносителю. Дополнительная энергия получается также за счет конденсации испарений воды, в обычных устройствах теряемая при улетучивании парогазовой смеси. Прибор забирает тепло, образуемое во время этой процедуры, и передает его теплоносителю. Таким образом, КПД аппарата приближается к 100%, т.к. ему под силу получить от процесса горения почти все возможное. При этом такая высокая эффективность достигается при снижении потребляемых энергоресурсов.

Устройство конденсационного отопительного прибора

Конструкция конденсационного котла хоть не существенно, но разнится с простым газовым прибором. Его важнейшие элементы следующие:

Первичный теплообменник.
Оборудованная системой, подающей топливо, горелкой и качающим воздух вентилятором камера сгорания.
Конденсационный теплообменник.
Камера, доохлаждающая парогазовую смесь до 56-57°C.
Сборник для конденсата.
Дымоход, отводящий холодные дымовые газы.
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 газовых котлах чаще монтируют моделируемые горелки.

Виды конденсационных котлов

Это оборудование для отопления делится на:

конденсационные котлы двухконтурные – помимо отопления обеспечивают еще горячее водоснабжение, при этом процессы идут синхронно и быстро;
одноконтурные – используются только для обогрева помещений;
напольные – обладают большой мощностью, используются для обогрева значительных площадей офисов, промышленных предприятий, многоквартирных домов;
настенные – применяются для жилых помещений небольшой площади.

Перед покупкой оборудования следует определиться с его назначением, площадью помещений, которые он должен отапливать. Если нет надобности в горячей воде, то для коттеджа небольшой площади будет целесообразно взять настенный одноконтурный конденсационный котел.

Источник: econet.ru

Как работает конденсационный котел

Топливом для конденсационного котла, как и для обычного, является сжиженный или природный газ. Последний чаще применяют в быту, в то время как сжиженный больше ориентирован на промышленность. Название появилось благодаря способности «забирать» у продуктов сгорания «скрытую» теплоту — кинетическую энергию воды, образовавшейся в процессе конденсации водяного пара.

Иными словами, в основе технологии лежат физические законы. При сгорании голубого топлива выделяются углекислый газ и вода. Жидкость испаряется, что сопровождается выделением тепловой энергии. Конденсация пара позволяет «вернуть» потерянную теплоту (энергию), повысив тем самым КПД системы. При этом в обычных котлах конденсат — это явление нежелательное, с которым борются. В конденсационном же оборудовании для образования жидкости предусмотрен специальный теплообменник. Последний «забирает» тепло, выделяемое при конденсации, и передает его теплоносителю (технической воде).

Для того чтобы предотвратить коррозию, в производстве котлов используют материалы повышенной стойкости: нержавеющую сталь или силумин (сплав алюминия и кремния).

В общем случае конструкция конденсационного котла схожа с обычным газовым. Ее основные элементы:

Патрубки подачи и отвода воды. Здесь холодная вода подается в оборудование, а после нагрева отправляется в радиаторы и трубы ГВС.
Горелка. Подает газ в камеру сгорания и распределяет топливо равномерно.
Теплообменник № 1. Емкость для нагрева воды.
Теплообменник № 2. Емкость для конденсации и извлечения дополнительной тепловой энергии.
Насос. Обеспечивает циркуляцию воды.

При поступлении воды в камеру сгорания подается газ. Далее горелка запускает процесс горения. Продукты горения проходят через теплообменник № 1 и нагревают его стенки. Последние, в свою очередь, передают тепло циркулирующей технической воде (теплоносителю). Затем газы с температурой выше точки росы (55 °С) переходят в теплообменник № 2. Там пар охлаждается и образуется конденсат. В результате освобождается энергия, которая также идет на обогрев.

Таким образом, одна часть котла работает по стандартному принципу, то есть нагревает теплоноситель за счет сгорания топлива, вторая — аккумулирует энергию конденсируемых паров воздуха. Процесс этот непростой. Для того чтобы повысить эффективность конденсации, применяют некоторые технологические решения:

трубки теплообменника приваривают в форме спирали, чтобы увеличить площадь соприкосновения с теплоносителем;
охлажденный (обратный теплоноситель) отправляют сначала в ту часть теплообменника, куда поступают охлажденные дымовые газы;
устанавливают высокотехнологичные горелки, которые позволяют максимально смешать воздух и магистральный газ. Это делает работу аппарата еще более эффективной.

Конденсационные котлы используют для отопления квартир, небольших коттеджей или частных домов. От площади помещений зависит выбор размера, а также мощности котла. В индивидуальных домах, помимо обеспечения отопления, котел обычно работает еще и на обогрев воды для бытового использования.

Плюсы и минусы технологии

Первое, на что любят обращать внимание производители конденсационных отопительных устройств — необычайно высокий КПД — выше 100%, несмотря на то, что классическая физика утверждает, что такого быть не может. В данном случае применяют особую систему расчетов. У топлива есть две точки сгорания: высшая и низшая. Высшая складывается из суммы низшей температуры и температуры конденсации. Именно этот показатель и определяет КПД, когда говорят о конденсационных котлах. Низшее тепло отбирается на 100% в высокотемпературной части теплообменника. Дополнительные 8–11% приходятся на тепло от глубокого охлаждения дымовых газов и конденсации в низкотемпературной части теплообменника. Отсюда финальный КПД в 108–111%.

Перечень достоинств конденсационных котлов внушителен. Он во многом объясняет растущую популярность этого вида отопительного оборудования.

Габариты и вес . Котлы небольшой мощности компактны, они легко помещаются даже в квартире в условиях ограниченного пространства.
Экономия топлива . До 35% в сравнении с обычным котлом.
Точность модуляции . Котел можно подобрать в точности под те параметры, которые необходимы потребителю, и не переплачивать за излишнюю мощность.
Низкий уровень шума .
Сокращение вредных выбросов . Конденсационные модели в среднем на 70% экологичнее традиционных газовых аналогов.
Низкая температура отходящих газов . Это позволяет устанавливать пластиковые дымоходы, которые значительно дешевле и проще в монтаже, чем классические стальные.

Конденсационные газовые котлы также имеют и минусы. Главный — это цена. Такой котел на 30—80% дороже обычного. Конечно, заметная экономия топлива позволит окупить вложения. Но как быстро это произойдет — зависит от интенсивности использования, температурного режима и других факторов.

Кроме того, есть некоторые специфические особенности в работе системы, которые тоже следует учесть, выбирая котел.

Невысокая температура нагрева воздуха в помещении. Для эффективной работы вода в обратном контуре должна быть 30–40 °C. Иными словами, если в обычных системах соотношение температур подачи и «оборотной» — 75 °C к 55 °C, то в конденсационных — 55 °C к 35 °C. Если в доме действует система «теплого пола», то на это обстоятельство можно закрыть глаза. Если нет — потребуются дополнительные радиаторы, чтобы согреть помещение.
Необходимость утилизации конденсата. Из-за наличия в конденсате кислоты сливать его в локальную систему канализации (септик) недопустимо. Следует предусмотреть отдельную систему для нейтрализации конденсата. Для котлов с мощностью до 35 Вт, эксплуатируемых в жилых помещениях с централизованной системой канализации, это ограничение неактуально.

Это лишь некоторые существенные плюсы и минусы конденсационных газовых котлов. В зависимости от выбранной модели, они могут усиливаться или, наоборот, практически не проявлять себя. Вот почему перед тем, как приобретать котел, важно получить профессиональную консультацию об особенностях эксплуатации выбранной модели в конкретных условиях.

Что учесть при покупке конденсационного котла: советы специалистов

Цены на конденсационные газовые котлы не низкие. Но приобретают оборудование, как правило, не на одно десятилетие. Поэтому имеет смысл отдавать предпочтение производителям, которые практикуют инновационные технологии, повышают комфорт эксплуатации и гарантируют бесперебойную работу на протяжении всего срока службы. Это общее правило выбора торговой марки. Что касается характеристик самого котла, то здесь нужно обращать внимание на несколько пунктов и учитывать особенности дома, который предстоит обогревать:

Мощность. Мощнее — не значит лучше. Наоборот, излишняя мощность идет во вред, а работа вполсилы приводит к ускоренному изнашиванию оборудования. Для того чтобы рассчитать оптимальное значение, требуется учесть площадь дома и высоту потолков, а также качество его утепления. Верхом разумности, как утверждают специалисты, станет обследование дома с помощью специальных приборов. Оно поможет выявить источники тепловых потерь, а заодно — купить правильный конденсационный газовый котел. Рекомендуемые мощности котлов отличаются в разных климатических зонах. Так, для Москвы среднее значение — от 1 до 1,5 кВт на 10 кв. метров помещения. То есть, чтобы обогреть коттедж площадью 250 кв. метров, требуется котел мощностью не меньше 25 кВт.
Количество контуров. В двухконтурных котлах в одном теплообменнике происходит нагрев теплоносителя для отопления, в другом — для горячего водоснабжения. Причем последнее является приоритетным, то есть при повороте горячего крана система автоматически переключается на нагрев воды. В одноконтурном нагревается только теплоноситель. Многие считают, что это неудобно. Однако для организации горячего водоснабжения достаточно установить бойлер косвенного нагрева. Его также рекомендовано ставить и на двухконтурный котел, если жильцы дома интенсивно потребляют горячую воду. Однозначного мнения о том, какой конденсационный газовый котел лучше — одноконтурный или двухконтурный — нет. Мощность оборудования с двумя контурами обычно не превышает 24 Вт. Устанавливают такие котлы в небольших домах с хорошей теплоизоляцией либо в квартирах с автономным отоплением. В остальных случаях оптимальным будет один контур.
Расход топлива. Напрямую зависит от мощности оборудования, КПД и нагрузки, возложенной на систему отопления. Расход топлива в зависимости от мощности котлов представлен в таблице 1.

Таблица 1. Расход газа в газовых котлах разной мощности

Материал теплообменника. В теплообменнике энергия сгорания топлива переходит к теплообменнику. От материала, из которого он выполнен, зависит скорость реагирования системы на внешние условия:

Силумин — сплав алюминия с кремнием. Используется в теплообменниках конденсационных котлов для противостояния химически агрессивному конденсату. Теплообменник делают литым, поскольку швы снижают коррозийную устойчивость.
Нержавеющая сталь, как правило, дешевле силумина. Устойчива к коррозии, не инертна, не восприимчива к термоударам. Именно этот материал чаще других используется при производстве теплообменников газовых котлов конденсационного типа.

Экологичность. У обычных котлов пары с примесью кислот (угольной, серной, азотной) выбрасываются в атмосферу. Тогда как в конденсационных кислоты остаются в растворенном виде в воде конденсата и позже нейтрализуются.
Температурные режимы работы. Они напрямую влияют на КПД котла. Как было отмечено выше, чем ниже температура воды в обратном контуре, тем интенсивнее происходит конденсация. В таблице 2 представлено соотношение температурных режимов и значения КПД.

Таблица 2. КПД конденсационного котла в зависимости от температуры воды в прямом и обратном контурах

Очевидно, что пара температур 40/30 °С является наилучшим режимом. Им обладают все напольные установки и панельные низкотемпературные системы отопления. Конденсация пара происходит непрерывно.

Автоматика и система управления. В современных котлах управление ведется в автоматическом режиме. Разница только в широте функций. Электроника при помощи датчиков контролирует температуру в контурах, давление, расход топлива и т.д. Более сложные модели позволяют настраивать разные сценарии работы. Например, снижение температуры в ночное время, поддержание температуры в помещении на минимальном уровне при отсутствии хозяев и т.д. Управлять самыми продвинутыми моделями можно с помощью специальной программы на мобильном телефоне.
Способ монтажа. Здесь два варианта: настенные или напольные. Напольные котлы, как правило, одноконтурные и имеют большую мощность — свыше 100 кВт. Легко увязываются с другими котельными установками при помощи циркуляционных насосов. Такой котел — лучшее решение для помещений с большим расходом горячей воды. Когда речь идет о небольшом доме на одну-две семьи, предпочтительнее купить настенный двухконтурный конденсационный газовый котел. Он компактен, его мощность обычно не превышает 100 кВт. Он легко монтируется. Для таких котлов не требуется полноценный дымоход, достаточно вывести трубу на улице через стену.
Цены на конденсационные газовые котлы. Линейка газовых конденсационных котлов есть у большинства производителей. Условно все модели можно поделить на премиум, средний или экономкласс:

Премиум. К ним относятся, например, немецкие бренды. Оборудование таких марок удобно в эксплуатации, безопасно, имеет стильный дизайн, бесшумно, изготовлено из материалов высокого качества, эффективно в работе и отвечает европейским экологическим стандартам. Единственный минус — очень высокая цена.
Средняя ценовая категория. Наиболее известный представитель — торговая марка BAXI — предлагает потребителям комфортные, экономичные и экологичные агрегаты, одно- и двухконтурные, настенные и напольные. При этом оборудование соответствует всем требованиям и обеспечивает высокую производительность, характерную для конденсационной технологии.
Экономкласс. В этом сегменте уверенно держат позиции корейские и словацкие производители. Цена здесь в два и более раз ниже, чем на премиальные конденсационные котлы. Особенность такого оборудования — адаптированность экономичных моделей к российским условиям эксплуатации. Недорогие котлы имеют простой функционал и минимум «интеллектуальных» опций, поэтому спокойно переносят перепады давления и сбои в электроснабжении, не отключаются там, где дорогая автоматика прекращает работу.

При выборе котла эксперты советуют учитывать не только ваши потребности и характеристики изделия, но и возможность быстрого ремонта, наличие в продаже запасных частей для агрегатов этого типа. Продукция средней ценовой категории в этом смысле является лидером.

Источник: www.kp.ru