Экономичный отопительный газовый котёл - конденсационный

Экономичный отопительный газовый котёл - конденсационный

Эволюционировав от простейшего очага до современного котла со сложной автоматикой, отопительные системы, казалось бы, выжали из топлива всё. Изменения коснулись и такого изначально более экономичного отопительного оборудования, как газовые котлы.

Дым из трубы - тепло наружу

Газовые котлы настенного типа получили уже достаточно широкое распространение и за счёт своих неоспоримых преимуществ заменили традиционные напольные. Они компактны по размеру, при этом обладают достаточно высокими мощностными характеристиками, позволяют избавиться не только от специально выделяемого котельного помещения, но и даже от традиционного дымохода, заменив его «проколом» в наружной стене. Ну и, что немаловажно, дешевле.

Современные атмосферные газовые котлы уже имеют достаточно высокий КПД. Однако дымовые газы, которые при обычных условиях просто улетают в трубу, содержат в себе ещё достаточно тепловой энергии, от которой до недавнего времени было невозможно получить пользу.

Для иллюстрации этого эффекта нагляднее будет рассмотреть два распространённых источника тепла. Все знают, что традиционный камин не экономичен и малоэффективен именно в качестве отопительного прибора. Большая часть тепла при сгорании дров попросту улетучивается. В печи всё устроено по-другому. Сложная система внутренних дымоходов предназначена для того, чтобы как можно дольше задержать отходящие после сгорания топлива дымовые газы внутри печи, таким образом, по максимуму используя их тепло.

Так и с газовыми котлами. До этого все улучшения, вносимые в узлы и элементы котлов, давали прирост КПД в единицы или даже доли процентов. Наиболее революционной технологией, позволившей резко повысить эффективность производства тепла, стала конденсация водяных паров, то есть возможность вернуть часть теряемой в обычных условиях энергии продуктов сгорания.

И хотя сама идея была выработана боле ста лет назад, но её реальному воплощению в отопительных котлах мешала недолговечность элементов, находящихся в прямом контакте с агрессивным конденсатом. Технологическая возможность использования в производстве теплообменников коррозионно-стойких алюминиевых сплавов и нержавеющей стали появилась лишь в 70-х годах прошлого века. Тогда и появились модели отопительных котлов, похожие на современные конденсационные.

Процесс конденсации

Принцип работы обычного атмосферного газового котла прост. Энергия сгорающего в котле топлива в теплообменнике передаётся теплоносителю системы отопления и затем распределяется по всему дому. В радиаторах происходит съём тепла на обогрев помещений и теплоноситель возвращается в котел уже остывшим, готовым для нового цикла. При этом температура отходящих горячих газов снижается с более чем 200°С до примерно 130-160°С. Охлаждение газов ниже этой величины приводит к снижению дымоходной тяги и образованию едкого конденсата, который вызывает коррозию элементов и самого котла, и дымохода.

В конденсационном котле ставится задача рационально использовать достаточно мощный внутренний потенциал дымовых газов и вернуть избыток бесцельно теряемой энергии. Максимальная теоретическая экономия при использовании теплоты конденсации для природного газа составляет 11%.

Суть конденсации

Реакция горения любого углеводородного топлива сопровождается выделением тепла. Основными конечными продуктами сгорания являются углекислый газ и вода. Вода сразу превращается в пар, отбирая при этом часть тепла, полученного при горении.

Тепло, потраченное на испарение воды, можно вернуть при обратном переходе из газообразной фазы в жидкую, то есть при конденсации. Весь этот процесс на языке школьного курса физики называется изменением фазового состояния воды или «фазовым переходом». Это тепло, называемое скрытой теплотой конденсации, является постоянной известной величиной при определенных температуре и давлении.

Температура отходящих газов в конденсационном котле 35-50°С, то есть они реально отдают большую часть своей энергии на пользу делу. Для этого применяют специальный теплообменник, подключаемый к обратной трубе отопления. Он выполнен в виде труб сложного сечения с дополнительными спиралевидными ребрами для увеличения площади контакта пара с его поверхностью. В теплообменнике происходит охлаждение газов до точки росы с одновременным нагревом возвращающегося в котёл остывшего теплоносителя. Только после этого теплоноситель поступает для полного нагрева до нужной температуры в основной теплообменник котла.

КПД выше 100%
Заявляемый коэффициент полезного действия конденсационных котлов больше 100%. Что настораживает, ведь потери энергии неизбежны и КПД не может превышать стопроцентную планку. Однако оказывается, что это исключительно демонстрационный прием, который не имеет никакого смысла с точки зрения физики, как науки.
КПД обычных котлов стандартно рассчитывают по низшей теплоте сгорания (максимально достижимый КПД при этом 92-94%). Использование скрытой теплоты конденсации теоретически может повысить производительность котла на 11%. В результате эффективность использования тепла в конденсационном котле составит 111%, практически же не более 109%. Если весь процесс пересчитать по высшей теплоте сгорания, с учетом скрытой теплоты, получим более привычные величины.
КПД стандартных котлов составит всего 82-87%, а у конденсационных моделей этот показатель может достигать (при идеальных условиях) значения 97-98%. То есть при прочих равных условиях конденсационный котёл всё равно эффективнее обычного как минимум на 15%, а по сравнению со старыми моделями на все 30%. При этом расход топлива не увеличивается, что означает существенную экономию.

Наши реалии

Да, конденсационные котлы значительно экономичнее традиционных, но за эти преимущества нужно платить большей ценой таких котлов. В некоторых странах Западной Европы применение в новом строительстве котлов не конденсационного типа запрещено законом. Связано это как с более жёстким, чем у нас экологическим законодательством, так и с поддерживаемой государством нацеленностью на энергоэффективность.

Стоимость магистрального газа для потребителей у нас существенно ниже европейского уровня. В таких условиях срок окупаемости конденсационного котла при использовании его в системах радиаторного отопления возрастает. Поэтому применение подобных котлов при небольшой площади отапливаемых помещений, до 100 м2, оправданно только по причине малых габаритов и возможности настенного монтажа приборов. А это дополнительные метры, которые можно использовать с большей пользой. Плюс с всё большее распространение в частном строительстве получают водяные тёплые полы.

Эффективность конденсационника в любом случае выше и уже на площадях 200 и больше квадратных метров разница в цене «отбивается» за 2-3 года. Для обеспечения наибольшего КПД рекомендуется подсоединить котел к датчику уличной температуры. Это позволит всегда поддерживать температуру обратной воды минимально возможной и, следовательно, получать наилучшую конденсацию.

Кроме того, берясь за сравнение, необходимо учитывать некоторые не всегда очевидные на первый взгляд нюансы. Настенные конденсационные котлы имеют мощность 20-110 кВт, в то же время из традиционных настенных котлов можно «выжать» максимум 34-36 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 котлом. 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, что и доказано опытным путём, на конкретных объектах.

Окончание: Особые условия возникновения конденсации

Что нам стоит дом построитьАзбука тепла