Тепло из воздуха. Конденсационные котлы

Принцип работы

    Газовое отопление на сегодняшний день наиболее экономичный способ обогрева. Но и тут технологии не стоят на месте. За счёт усовершенствованной конструкции расходовать энергоресурсы ещё эффективнее позволяет конденсационный газовый котёл.

    Благодаря хорошим энергосберегающим свойствам конденсационные газовые котлы завоевали огромную популярность в Европе. Из-за дороговизны теплоносителей проблемами экономии там озаботились уже давно. Более того, в ряде стран установка любых других газовых котлов, кроме конденсационных, просто запрещена.

    Принцип работы

    В обычном котле отходящие после сгорания топлива горячие газы проходят через теплообменник, где и отдают основную часть своей энергии теплоносителю системы отопления или воде в контуре горячего водоснабжения. Температура отходящих газов при этом снижается с более чем 200С начальных до 140-160С. Ниже этого уровня их не охлаждают, чтобы избежать снижения дымоходной тяги и исключить образование конденсата, который обладает повышенной кислотностью и вызывает коррозию стальных и чугунных элементов котлов и дымоходов.

    Таким образом, продукты сгорания, имеющие ещё достаточно мощный внутренний потенциал, выбрасываются в атмосферу. При этом существенная часть неиспользованной тепловой энергии просто теряется, поскольку вместе с газами улетучивается и водяной пар, образующийся при сгорании топлива.

    Эту энергию конденсационные котлы и способны сохранять и эффективно использовать.

    При этом происходит охлаждение газов до точки росы, которая у водяных паров, образующихся при сгорании газа, имеет величину 55-58C. Конденсируется пар в специальном теплообменнике, а освобождающаяся в это время теплота поступает в систему отопления.

    Точка росы - температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём водяной пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу.

    Конструкция

    Центральным элементом каждого котла является теплообменник. В конденсационных котлах их два.

    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 ещё конденсационным.

    Это теплообменник выполнен в виде труб сложного сечения с дополнительными спиралевидными ребрами. Всё делается для увеличения площади контакта пара его поверхностью и повышения эффективности работы котла. 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. В традиционных котлах эта энергия улетучивается вместе с паром.

    Кроме того, в конденсационных котлах используются высокотехнологичные горелки, которые обеспечивают непрерывныё 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 выбросы в атмосферу вредных соединений сокращаются до 70%.

    Принцип работы конденсационного котла был изобретён более ста лет назад, но возможность его эффективно использовать появилась сравнительно недавно, когда технологии позволили применять в котлах стойкие к коррозии сплавы.

    Образующийся из пара конденсат химически активен. Поэтому в конденсационных теплообменниках используется нержавеющая сталь или алюминиево-кремниевый сплав - силумин.

    По своему исполнению конденсационные котлы ни чем не отличаются от традиционных. Обычно они выпускаются в настенном варианте, что позволяет сэкономить на котельной и установить котёл в любом подходящем для этого помещении.

    Конденсационные котлы имеют закрытую камеру сгорания и соответственно обладают всеми преимуществами подобных устройств. Они абсолютно безопасны, так как процесс сгорания полностью изолирован от помещения. Такие котлы можно без проблем устанавливать в домах без дымохода, используя для отвода продуктов сгорания коаксиальные приточно-отводящие дымоходы.

    Наши реалии

    Да, конденсационные котлы значительно экономичнее традиционных и за эти преимущества нужно платить. Но для маломощных настенных газовых котлов разница в цене может достигать полутора-двух раз.

    Однако, 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.

    Их цена уже вполне сопоставима, но приобретение конденсационника оборачивается существенной выгодой: расходы на содержание низки, а работа более эффективна. Кроме того, при использовании настенного конденсационного котла отпадает необходимость в выделении отдельного помещения под котельную. А это дополнительные метры, которые можно использовать с большей пользой.

    Срок окупаемости конденсационного котла зависит от потребностей дома в тепле, от его площади и параметров системы отопления.

    Чем ниже температура воды в обратном контуре, тем более полно происходит конденсация водяного пара, а значит, выше КПД котла и большая часть тепла будет возвращаться в систему. Поэтому конденсационные котлы наиболее рентабельны в низкотемпературных системах отопления, водяных тёплых полов с соотношением температуры исходящей и возвращающейся в котёл воды 50/30C.

    В сильные морозы, когда возвращаемая в котёл вода имеет температуру около 60С, конденсации водяных паров не происходит и котёл работает по традиционной схеме. Так стоит ли ориентироваться на Европу, где в самые «лютые» морозы температура редко опускается ниже -15С?

    Примем во внимание тот факт, что отопительный сезон длится у нас около 200 дней в году. Температура наружного воздуха ниже -22-25C 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.

    Но и в морозы такой котёл будет работать на 3-5% эффективнее обычного за счёт более совершенного процесса сгорания топлива и меньших потерь, что в переводе на газ составляет существенную экономию.

    Многолетний опыт эксплуатации конденсационных котлов показывает, что и перепады давления в газовой магистрали не особо влияют на эффективность и срок эксплуатации горелок. При падении давления в сети до 10 мБар котёл теряет в мощности только около 10%, продолжая устойчиво работать и при минимальном давлении в 5 мБар.

    Таким образом, конденсационные котлы предназначены для тех, кто привык считать свои деньги. И если уж новый дом проектируется и строится исходя из современных требований к утеплению стен, окон, кровли, то и пользоваться малоэффективной системой отопления не рационально. А рост цен на газ и другие энергоресурсы гарантирует потребность в конденсационных котлах и у нас.

Окончание: Физика и КПД конденсационного газового котла

 Что нам стоит дом построитьАзбука тепла