Из-за постоянно поднимающихся цен на энергоресурсы дала толчок для изобретения инженерами и учеными нового вида теплогенераторов. Конденсационный газовый котел при врезке в низкотемпературную отопительную систему может достичь показателей КПД более 100%. Данный вид оборудования отлично подойдет для самых различных помещений. Далее рассмотрим, каким образом это достигается, и в чем заключается принцип его работы.
Как работает теплогенератор конденсационного типа?
Данный тип котла это младший брат обычного газотопливного конвекционного котла. Обычные газовые котлы, принцип работы которых схож, обладают КПД примерно ~90%. А где теряются еще 10%? Ответ проще, чем можно себе представить – вылетают в трубу. Продукты результатов горения газа, которые покидают систему через дымоход, разогреты до температуры порядка 150 – 250оС, следовательно, потерянные 10% греют воздух на улице.
Принцип работы конденсационного газового котла несколько отличается. После отработки основного процесса сжигания и отдав большую часть выделенного в процессе тепла теплообменнику, агрегат доостужает газообразные продукты результатов сгорания до 50-60оС, то есть до момента начала образования водного конденсата. Этого вполне хватает для того чтобы значительно повысить КПД, в конкретном случае – количество теплоэнергии, которая передается теплоносителю. Но это еще не все.
При достижении точки росы (температуры 56оС) частицы пара начинают собираться в капли, говоря научным языком – происходит процесс конденсации. В это время выделяется дополнительная энергия от конденсируемых паров, затраченная ранее на испарение воды и в стандартных газовых котлах уходящая в трубу вместе парогазовой смесью. Конденсационный котел «забирает» тепло, которое выделяется при конденсации водяного пара и передает его на теплоноситель.
Производители котлов конденсатного типа обязательно заостряют внимание своих будущих покупателей на том, что КПД устройства гораздо больше 100%. Каким образом это происходит? Ни какие законы физики в этом случае не попираются, просто в данной ситуации используется другая система расчетов.
При оценке КПД котлов отопления, в расчет идет та часть выделяемого тепла, которая передается теплоносителю. Если суммировать тепло, которое котел передает теплоносителю в момент своей работы и тепло от глубокого охлаждения газообразных продуктов горения в итоге получится 100%. Но если к этим значениям прибавит также тепло, которое выделяется при конденсации пара, тогда результат будет около 108-110%.
Если рассматривать вычисления с физической точки зрения, то можно сказать что они не совсем правильные. КПД более 100% является хитрым ходом маркетологов, который используют неточность устаревших расчетов. И все-таки, конденсационные котлы газового отопления, в отличие от стандартного конвектора, «выжимает» из сгорания топлива практически все. Плюсы более чем очевидны – меньшее потребление ресурсов и более высокая эффективность.
Какие элементы в основе конструкции агрегата?
Конструкция основных узлов конденсационного котла не сильно, но, тем не менее, имеет небольшие отличия от стандартного газового. Главными элементами его конструкции являются:
- в камере сгорания установлена горелка, система подачи топлива и вентилятор, который предназначен для нагнетания воздуха;
- первичный теплообменник;
- камера предназначенная для того чтобы доохлаждать смесь до температуры которая предельно близка к 56-57°C;
- конденсационный теплообменник;
- резервуар, предназначенный для сбора конденсата;
- дымоход, отводящий холодные дымовые газы;
- насос, предназначенный для обеспечения в системе циркуляции теплоносителя.
Первичный теплообменник, сопряженный с камерой сгорания, необходим для охлаждения выделяющихся газов до температуры, которая значительно превышает точку. После чего дымовая смесь принудительно отходит в конденсационный теплообменник, предназначающийся для доохлождения ее до температуры, которая значительно ниже точки росы, меньше 56 оС.
Во время этого процесса водяной пар конденсируется на стенках теплообменника, где из него «выжимается» последнее. Конденсат стекает в специальный резервуар, из которого по отводящей трубе стекает в канализацию.
Теплоноситель, который представлен здесь в виде воды, движется в направлении, которое противоположно движению парогазовой смеси. Холодная вода (находящаяся в обратном трубопроводе отопительной системы) предварительно подогревается в конденсационном теплообменнике. После чего она поступает в первичный теплообменник, здесь он не прогревается до температуры, которая установлена пользователем.
Конденсат – представляет собой смесь разбавленных неорганических кислот. Их концентрация в конденсате достаточно низкая, но из-за того что температура в системе постоянно высокая, теплоноситель можно смело называть агрессивной жидкостью. Данный фактор напрямую повлиял на то, что для производства этих котлов применяют устойчивые кислостойкие материалы – силумин или нержавеющую сталь.
Допускается слив конденсата в центральную канализационную систему, с условием, что он разбавлен в пропорции 10 к 1, а лучше 25 к 1. В случае, когда дом оборудован локальной очистной станцией, конденсат необходимо нейтрализовать.
Конденсация пара должна происходить непосредственно на конденсационном теплообменнике. Остальное что проходит далее, в дымоход, теряется для отопления, а также оказывает разрушающее действие на материал, из которого изготовлен дымоход.
Поэтому его делают из пластика или нержавеющей стали, а горизонтальные участки устанавливают с небольшим уклоном, для того чтобы вода, которая образуется во время конденсации малых объемов пара, каким-либо образом попавших в дымоход сливалась в котел обратно.
Горелка в котельном оборудовании позволяет осуществлять регулировку количества тепла, которое требуется в разных объемах в разное время суток. В конденсационных котлах горелки бывают двух типов: модулируемой, иными словами с возможностью плавного регулирования мощности в процессе работы, и немоделируемой, то есть с заданной мощностью. Большинство современных котлов оборудуются моделируемыми горелками.
В чем основные преимущества и недостатки?
После того как были получены общие представления об устройстве конденсационного котла и принципе его работы, можно перейти к описанию его положительных и отрицательных сторон. Так как это в дальнейшем поможет вам ориентироваться во время его приобретения, стоит ли приобретать подобное оборудование либо лучше остановить свой выбор на обычном конвекционном котле.
Конденсационный котел обладает достаточно длинным списком положительных качеств, чем объясняется его все больше растущая популярность:
- Относительно стандартного конвекционного котла, конденсационный позволяет сэкономить вплоть до 35% топлива.
- Малый вес и небольшие габариты оборудования.
- Из-за низкой температуры дымовых газов можно использовать пластиковые дымоходы, что намного дешевле по сравнению с классическими стальными.
- Есть возможность каскадного монтажа.
- Из-за практически бесшумной работы повышается уровень комфорта в доме, что положительно сказывается на условиях проживания.
- Уровень вредных выбросов в сравнении с традиционными газовыми моделями ниже на 70%.
Стоит отметить, что стандартные конвекционные котлы выбрасывают в атмосферу пары воды с примесями различных вредных кислот (серной, угольной, азотной, фосфорной). У конденсационных котлов подобное недоразумение исключено, так как все кислоты осаждаются вместе с конденсатом. Но при учете проблематичности утилизации конденсата, экологичность конденсационного котла по большому счету так же можно поставить под сомнение.
Не взирая на достаточно длинный перечень положительных качеств, конденсационный котел не является идеальным устройством, так как он не лишен и недостатков:
- достаточно высокая рыночная стоимость;
- дороговизна теплообменника;
- нет смысла применения в системах с высокотемпературным режимом;
- проблемы с утилизацией конденсата;
- высокие требования к качеству забираемого воздуха.
Дополнительные проценты теплоэнергии требуют дополнительных расходов. Из-за технических сложностей устройства конденсационного котла его стоимость вырастает. Как правило, по сравнению со стандартным агрегатом, конденсационный котел той же мощности обходится в несколько раз дороже.
Но из-за того что данное оборудование приобретается не на 1-2 года, а как правило на пару десятилетий, то предпочтение необходимо отдавать техническим инновациям, что положительно отразится на условиях комфорта во время работы оборудования.
Ожидаемая экономия средств при использовании такого оборудования может быть достигнута только при соблюдении следующих условий – подобное оборудование должно монтироваться в доме с постоянным проживанием и оборудованным низкотемпературной системой теплых полов.
Эффект также зависит и от средней температуры в холодный период , то есть от места расположения где находится дом. Говоря простым языком: при большей необходимости тепловой энергии – целесообразней установить подобное оборудование.
Когда можно получить КПД 100%?
Как правило, КПД в 100% можно достичь далеко не всегда, данное значение напрямую зависит от типа отопительной системы. Есть два типа систем, которые довольно сильно различаются по принципу действия – высокотемпературные и низкотемпературные. Главным их различием является различие диапазона температур теплоносителя на входе и выходе из теплогенератора.
Стандартные высокотемпературные отопительные системы имеют соотношение температур теплоносителя на подаче и обратке 75-80оС к 55-60оС. Конденсационный котел целесообразней устанавливать только в системах работающих с низкотемпературным режимом, где температуры подачи и обратки имеют соотношение 50-55оС к 30-35 оС.
Данное соотношение будет оптимальным решением, где обогрев помещений осуществляется системой теплых полов. Иначе для обогрева помещений необходим монтаж дополнительных радиаторов, чья полезная рабочая поверхность в 2,5-3 раза выше, и которые рассчитаны на то, что температура теплоносителя не будет превышать 50оС. Это достаточно просто объяснить: чем ниже температура теплоносителя в обратке, тем интенсивней процесс конденсации.
108-110% КПД котла можно достичь только при установке конденсационного котла в низкотемпературной системе отопления. Если же подобное оборудование смонтировать в системе, работающей с высокими температурами, максимально достижимое КПД будет около 98-99% — это намного выше, по сравнению с обычными конвекционными котлами, но гораздо меньше чем должно быть.
Из всего вышеизложенного следует, что если вы намерены извлечь из отопительного оборудования максимум выгоды, то решение о монтаже конденсационного агрегата лучше принимать на стадии строительства. В противном случае придется менять высокотемпературную отопительную систему на низкотемпературную систему, и реконструировать здание, что сильно ударит по карману.
Как продлить срок эксплуатации?
Теплообмениик – главная, технически сложная и самая дорогая часть конденсационного агрегата. Если эта часть системы выйдет из строя, то придется, довольно хорошо раскошелится. Та сумма, которая будет потрачена на приобретение и на оплату работы специалиста по его замене, равна стоимости нового конвекционного котла той же мощности.
Это говорит о том, что состояние теплообменника должно тщательнейшим образом контролироваться. Его промывка, в случае, когда он забьется, весьма трудоемкая процедура. При монтаже конденсационного котла требуется сделать ревизию всей системы отопления – в случае наличия ржавых батарей либо труб, их необходимо сразу же заменить.
Качество теплоносителя также в значительной степени влияет на состояние теплоносителя. Качество воды должно быть мягким, в противном случае внутренняя поверхность трубок покроется накипью. В теплоносителе также недопустимо присутствие посторонних взвесей, ржавчины, железных и кальциевых солей.
Из-за содержания в составе конденсата различных кислот, теплообменник должен обладать свойством, противостоять их воздействиям. Наиболее распространенным материалом для изготовления теплообменников является силумин либо нержавеющая сталь высокого качества. Для изготовления теплообменников из силумина применяется литье.
Из-за более низкой цены материала и метода изготовления, силуминовые теплообменники намного дешевле чем изготовленные из нержавеющей стали. Но у таких теплообменников есть один существенный недостаток, в отличие от нержавеющей стали, силумин менее устойчив к агрессивной кислотной среде.
Теплообменники, изготовленные из нержавеющей стали производят методом сварки отдельных деталей. Итоговая цена х изделий гораздо выше, чем изготовленных из силумина. Но нержавеющая сталь обладает гораздо более высоким уровнем сопротивления кислотной среде, что повышает уровень надежности оборудования.
Достаточно важным фактором, который необходимо учесть для нормальной работы оборудования, является отвод продуктов сгорания и подача воздуха для горения. В отличии от конвекционных, которые осуществляют забор воздуха из помещения, конденсационные осуществляют его с улицы. Одним из главных отличий конденсационных котлов от конвекционных является использование закрытой камеры сгорания.
Конденсационный газовый котел является современным устройством, чьими главными характеристиками является надежность, эффективность и экономичность работы. Кроме того, конденсационный котел, у которого принцип работы основан на сжигании газа, выбрасывает значительно меньше вредных веществ в атмосферу, что является немаловажным фактором, учитывая ужесточение экологических норм.
Более того, монтаж теплогенератора данного типа, из-за уменьшения расхода газа, позволит существенно снизить расходы на отопление при долгосрочном использовании, а также позволит повысить условия комфортного проживания в загородном доме.
