Эффект конденсации и практика отопления

Эффект конденсации и практика отопления

Настенные газовые котлы за счёт своих неоспоримых достоинств серьёзно потеснили традиционные напольные на рынке систем отопления. Компактные по размеру, они обладают достаточной мощностью, позволяя не выделять отдельного помещения под котельную, а порой даже избавиться от традиционного дымохода. И, что немаловажно, они дешевле.

Явные преимущества дополнительных затрат

Современный рынок настенных котлов очень разнообразен. Наиболее бюджетные одноконтурные модели имеют открытую камеру сгорания. Она может быть оснащена пьезоэлектрической или электронной системой розжига. Котлы с электронным розжигом стоят чуть дороже, но и пользоваться ими удобнее. Кроме того, при перебоях с электроэнергией пьезоэлектрическая система розжига прекратит работу и включать котёл придётся самостоятельно. А электронная система розжига сама включит котел, как только сеть будет восстановлена.

Эволюция отопительных котлов

Большинство из продаваемых сегодня настенных котлов двухконтурные, то есть используется не только для отопления, но и для организации горячего водоснабжения. Это наиболее удобное и экономичное решение, чем установка и котла, и водонагревателя сразу. Хотя мощность большинства используемых в быту газовых настенных котлов не превышает 30 кВт, этого достаточно не только для обогрева большинства домов, но и нагрева примерно 10-15 л воды в минуту в проточном режиме. Для увеличения производительности по ГВС некоторые модели имеют встроенные накопительные бойлеры ёмкостью 40–60 л. Правда, и стоят они дороже обычных. При наличии же нескольких точек водоразбора целесообразнее подключить внешний бойлер ёмкостью до 200 л, способный выдавать большее количество горячей воды.

Следующая ценовая категория настенных газовых котлов - с закрытой камерой сгорания. Забор воздуха при этом, как правило, происходит по коаксиальному (совмещённому с дымоходом) воздуховоду. Такие котлы в основном оснащены наддувной (вентиляторной) горелкой, что позволяет эффективнее управлять процессом. Образование газовоздушной смеси происходит в замкнутом объёме, а электронное управление позволяет оптимизировать этот процесс.

Следующий важнейший элемент в конструкции котла, теплообменник, в последние десятилетия также претерпел серьёзные изменения. Принцип работы обычного атмосферного газового котла прост. Энергия сгорающего топлива в теплообменнике передаётся теплоносителю системы отопления и затем распределяется по всему дому. В радиаторах происходит съём тепла на обогрев помещений и вода возвращается в котел уже остывшей. Температура отходящих горячих газов в такой системе снижается с более чем 200°С примерно до 130-160°С. Охлаждение ниже этой величины приводит к снижению дымоходной тяги и образованию едкого конденсата, который вызывает коррозию и элементов самого котла, и дымохода.

Конденсационный отопительный котёл

Конденсатные котлы создают условия для более рационального использования достаточно мощного внутреннего потенциала дымовых газов. В них уже два теплообменника. Первичный функционирует так же, как и теплообменник традиционного котла. Проходящие через него продукты сгорания отдают основную часть своей энергии теплоносителю и всё ещё горячие следуют дальше. После этого к работе подключается вторичный теплообменник, называемый конденсационным. Он выполнен в виде труб сложного сечения с дополнительными спиралевидными ребрами для увеличения площади контакта пара с поверхностью. Отходящие газы в этом теплообменнике охлаждаются обратной водой системы отопления до температуры ниже точки росы, одновременно нагревая теплоноситель.

Таким образом, в конденсационных котлах фактически происходит рекуперация, то есть возвращение части израсходованной в результате сгорания топлива энергии, высвобождающейся при конденсации водяного пара, для повторного использования. Температура отходящих газов в конденсационном котле +35+50°С, то есть они реально отдают большую часть своей энергии на пользу делу. В традиционных котлах эта энергия улетучивается вместе с паром.

Максимальная теоретическая экономия при использовании теплоты конденсации для природного газа составляет 11%. Кроме того, в конденсационных котлах используются высокотехнологичные горелки, которые обеспечивают непрерывный контроль соотношения газ/воздух, то есть оптимальные пропорции топливно-воздушной смеси в любом режиме горения. Поэтому при равнозначных условиях отопления экономичность конденсационного котла примерно на 15-20% выше обычного. Плюс до 70% сокращаются выбросы в атмосферу.

Наиболее ярко конденсационный котёл раскрывает свои преимущества в низкотемпературном режиме, при использовании совместно с системами водяного тёплого пола или в осенне-весенний период. Наивысшая точка эффективности конденсационного котла достигается при соотношении температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях как 50/30. Именно в таком режиме и будет достигнут наибольший КПД данного оборудования, что и скажется на затратах газа, а значит и на их экономии. Однако срок окупаемости конденсационного котла зависит и от потребностей дома в тепле, и от его площади, и параметров системы отопления. Чем ниже температура воды в обратном контуре, тем полнее происходит конденсация водяного пара, а значит, КПД котла выше.

В сильные морозы, когда обратка имеет температуру около 60-70°С, конденсации водяных паров не происходит и котёл работает по традиционной схеме. Однако нужно принять во внимание тот факт, что отопительный сезон длится у нас около 200 дней в году. Температура наружного воздуха ниже -22-25°C обычно держится на протяжении не более 20-25% этого периода. Всё остальное время конденсационный котёл будет работать, потребляя примерно на 15% меньше топлива, чем современные традиционные котлы или на 30% по сравнению со старыми котлами. К тому же и в морозы конденсационник будет работать на 3-5% эффективнее традиционного котла за счёт более совершенного процесса сгорания топлива и меньших потерь. Ведь нагрузка на систему отопления динамично изменяется и котёл вынужден модулировать мощность, подстраиваясь под эти изменения. И конденсационник делает это лучше.

В таких котлах используются наддувные горелки для предварительного смешения газа с воздухом. Автоматика управляет как газовым клапаном, так и скоростью подающего воздух вентилятора, обеспечивая максимально выгодную пропорцию газовоздушной смеси. Обычный же котёл при модуляции меняет только расход газа (давление в форсунках), а подача воздуха при этом остаётся неизменной, настроенной под один заданный режим (обычно максимальной мощности). При уменьшении мощности котла подача газа снижается, а количество воздуха остаётся стабильным, то есть увеличивается коэффициент избытка воздуха и КПД теряется.

Реальные условия эксплуатации

Зачастую наши системы отопления смонтированы под классический высокотемпературный контур, а теплоизоляция домов оставляет желать лучшего. Ставить конденсационный котёл в не утеплённом доме с обычной системой радиаторного отопления, где он будет постоянно работает на пределе своих возможностей, особого смысла не имеет. В интенсивном режиме работы конденсация невозможна. Тот выигрыш, что будет достигаться в межсезонье, не окупит удорожания оборудования. Зато в любом случае эффективность «конденсационника» выше для современных утеплённых домов или начиная с 200 м2 и больше. В этом случае ценовая разница с обычными «атмосферниками» возвращается за 2-3 года. Для обеспечения наибольшего КПД рекомендуется подсоединить котел к датчику уличной температуры. Это позволит всегда поддерживать температуру обратки минимально возможной и, следовательно, получать наилучшую конденсацию.

Кроме того, берясь за сравнение, необходимо учитывать некоторые не всегда очевидные на первый взгляд факты. Настенные конденсационные котлы имеют мощность до 110 кВт, в то же время из традиционных настенных котлов можно «выжать» немногим более 30 кВт. Поэтому сравнивать мощный конденсационный котёл, скажем 60-80 кВт (что для современного загородного дома, учитывая потребности отопления и приготовления горячей воды, совсем не редкость) можно только с аналогичным по мощности напольным. А их цена уже вполне сопоставима. Таким образом, после замены обычного котла на конденсационный расход газа снижается весьма прилично. И чем больше требуется мощность, тем эта разница ощутимей.

Именно совместно с конденсационными котлами наиболее эффективно работает схема каскадного подключения. В этом случае выделяемая мощность всегда идеально соответствует потребляемой. Такая система является лучшим решением для теплоснабжения и ГВС не только частного, но даже многоквартирного дома и целого производственного или офисного здания. Как часть каскадной системы конденсационные котлы могут даже представлять определённую альтернативу промышленным котельным. Такое решение имеет и ряд преимуществ. Включая и отключая входящие в состав каскадной котельной теплогенераторы, можно точно и без потери КПД реагировать на изменение потребности объекта в тепле. В случае выхода из строя одного из котлов его можно заменить, не отключая при этом всего каскада. Кроме того, каскадные котельные занимают меньше места, и их легче монтировать.

Таким образом, конденсационные котлы предназначены для тех, кто привык считать свои деньги. И если уж новый дом проектируется и строится исходя из современных требований теплоизоляции, то и пользоваться низко эффективной системой отопления просто не рационально.

Что нам стоит дом построитьАзбука тепла