Газовые конденсационные котлы
Содержание
- Главная
- Краны
- Газобаллонное оборудование
- Отопление


  Общие сведения:
 

Газовые конденсационные котлы.

Газовые конденсационные котлы являются самой современной и прогрессивной конструкцией для приготовления горячей воды и отопления помещений. Они характеризуются самым высоким коэффициентом полезного действия среди других аппаратов, предназначенных для этих целей.

Почему конденсационные котлы самые эффективные?

В конденсационных котлах в отличие от других конструкций для получения тепла, кроме энергии сжигаемого газа используется еще и энергия конденсации паров воды, содержащихся в продуктах сгорания. Рассмотрим этот процесс.

С точки зрения химии:

При сгорании природного газа метана (химическая формула – CH4) происходит его разложение на составляющие и соединение с кислородом. При этом образуется:

  • углекислый газ - СО2
  • вода (Н2О) с образованием пара (в связи с тем, что процесс происходит в зоне большого выделения тепла). Эта испаряющаяся вода поглощает большое количество тепла. Если его не вернуть, то оно вместе с паром просто испарится в воздух.

Температура уходящих продуктов сгорания находится в пределах от 140°С до 160°С. Особенность конденсационного котла как раз и состоит в том, чтобы в отличие от обычного конвекционного, не дать возможности этой энергии улетучиться через дымоход, а использовать ее для нагрева.

С точки зрения физики:

Нагреваясь и превращаясь в пар, каждый килограмм воды поглощает 2256 кДж (627 Вт) тепловой энергии (удельная теплота парообразования). Если эту энергию вернуть назад (конденсировать пар), то примерно в таком же количестве она может быть использована.

Нужен всего лишь теплообменник соответствующей конструкции, который мог бы этот конденсат собрать на своей поверхности и получить от него дополнительное тепло. В этом и состоит принцип работы конденсационного котла.

Конденсация в обычных котлах, это явление с которым ведут борьбу, пытаясь его не допускать. Здесь же этот процесс является наоборот, необходимым. Такое решение дает возможность увеличить эффективность использования сжигаемого газа и получить коэффициент полезного действия котла до 107% (такая цифра указывается в паспортах производителей котлов).

Может ли такое быть вообще? Теоретически да. И вот этому пояснение.

Полная передача тепла при сжигании газа к теплоносителю будет означать КПД=100%. Но при любой теплопередаче всегда существуют его потери.

Для обычного конвекционного котла они складываются из:

1) потерь тепла через дымоход – 5% (это тепло продуктов сгорания газа, в том числе и потери на превращение влаги, находящейся в них, в пар);

2) потерь в результате неполного сгорания газа – 1%;

3) потерь на излучение – 1%.

Всего это составляет 7%, поэтому для конвекционного газового котла КПД = 93%.

Для конденсационных котлов потери на неполное сгорание газа и излучение такие же и суммарно составляют те же 1% + 1% =2%, а потери через дымоход всего 2%.

Установлено, что при конденсации пара выделяется около 11% тепла, и оно в конденсационных котлах идет на подогрев теплоносителя, а не вылетает в трубу (как у конвекционных).

Поэтому КПД конденсационных котлов теоретически получается таким: 100% - 2% - 2% + 11% = 107%

На практике же подтверждается, что такие котлы действительно очень эффективные и экономичные, а сама величина коэффициента полезного действия реально составляет 97% - 98%. Это очень высокий показатель.

Условия получения процесса конденсации.

Охлаждения паровой составляющей продуктов сгорания газа добиваются, используя теплоноситель «обратки», протекающий через теплообменник. Его температура не должна быть более +57°С. Именно при этой температуре происходит конденсация пара и называется она «точкой росы» (то есть моментом выделения воды из пара).

Какие бывают конденсационные котлы.

В основном это настенные конструкции, но выпускаются и напольные варианты большой мощности как с одним, так и с двумя контурами (для отопления и горячего водоснабжения).

Диапазон мощностей – от 20 кВт до 100 кВт, в том числе и в настенном варианте.

Конденсационные котлы выпускают в основном все известные зарубежные европейские производители. Для них экономия топлива и экологичность – основные приоритеты при выпуске приборов отопления.

Аппараты высшего класса и соответственно наиболее дорогие – это:

  • немецкие «Buderus», «Junkers», «Viessmann»;
  • итальянские «Ariston», «Baxi»;
  • голландские «Rendamax»;
  • французские «De Dietrich».

Аппараты среднего класса по более доступной цене:

  • чешские «Protherm»;
  • итальянские «Ferroli» и «Immergas».

Особенности устройства конденсационного газового котла.

Конденсационные котлы сложнее по конструкции, чем обычные конвекционные. Это связано с особенностями используемого процесса конденсации. Основные узлы имеют ряд отличий от традиционных аппаратов.

Теплообменники.

Основными элементами такого котла являются теплообменники. Именно они определяют эффективность работы с долговечность использования аппарата. В конструкциях предусматриваются как раздельные два теплообменника, так и один - совмещенный.

Каждый из них выполняет свою функцию:

  • первый (основной) – обычный. Через него проходит первоначальный поток тепла при сжигании газа и происходит основной нагрев теплоносителя;
  • второй (конденсационный) – специальный, осуществляющий процесс конденсации. Он отбирает энергию у паровой составляющей отходящих газов и передает дополнительное тепло в систему отопления. За счет этого температура отходящих газов понижается и на выходе из котла всего на 10°С – 15°С превышает температуру теплоносителя.

Основные теплообменники.

Они имеют обычную конструкцию и практически не отличаются от тех, которые установлены в обычных конвекционных котлах.

Конденсационные теплообменники.

Этот узел значительно отличается по конструкции от обычного теплообменника. Для того чтобы конденсационному теплообменнику максимально использовать энергию отходящего пара, нужно как можно больше получить конденсата. Этого добиваются максимальным увеличением площади его поверхности, выполняя этот узел из трубных конструкций сложного профиля.

Теплообменники могут изготавливаться из:

  • нержавеющей стали;
  • алюминия;
  • силумина (сплав алюминия и кремния).

Применение таких металлов необходимо, чтобы теплообменник был устойчив к воздействию образующихся при конденсации кислотных соединений вызывающих коррозию.

Камера сгорания.

В таких котлах применяется камера сгорания закрытого типа. Это такая конструкция, когда воздух, необходимый для процесса сжигания газа в ней берется за пределами помещения, где расположен котел и подается при помощи вентилятора через коаксиальную трубу. Через нее также происходит и отвод продуктов сгорания газа.

Коаксиальная труба – это система двух труб, когда одна труба расположена в другой. При этом по внутренней трубе удаляются продукты сгорания газа (угарный газ), а через полость между трубами всасывается чистый воздух.

Движение чистого воздуха (всасывание) и удаление отработанных газов (выхлоп) побуждается вентилятором, который для обеспечения комфорта при использовании котла имеет малошумящую конструкцию.

Такая особенность устройства камеры сгорания имеет как свои достоинства, так и недостатки.

Достоинства:

  • котел имеет меньшие габариты, чем обычные конструкции;
  • не требуется устройства дымохода в классическом варианте;
  • не требуется специального помещения для размещения котла;
  • не используется воздух комнаты, где расположен котел, что создает дополнительный комфорт для пользователя. Это исключает дефицит кислорода в помещении и эффект духоты при недостаточной его вентиляции;
  • гарантирует отсутствие поступления угарного газа в комнату, что значительно повышает безопасность при пользовании котлом.

Основной недостаток состоит в том, что котел требует постоянного наличия электрической энергии, без нее работа аппарата невозможна.

Горелки.

Горелки решают несколько важных задач при работе конденсационного котла. Это:

1) обеспечение максимально полного сгорания топлива (газа);

2) минимальный вред окружающей среде при выработке и выбросах продуктов сгорания.

Первая задача решается за счет обеспечения точных пропорций смешения газа с воздухом и качественного перемешивания газовых составляющих. Это гарантирует высокий коэффициент полезного действия.

Вторая – за счет относительно не высоких температур горения, что снижает количество соединений серы и азота.

Для получения высоких показателей мощности котла при таких температурах в конструкциях горелок предусматривается большая площадь пламени. Это достигается за счет их конфигурации. Она может быть:

  • плоская;
  • цилиндрическая.

Материал поверхности горелки - это керамика или металл. Поверхность имеет ячеистую структуру, что обеспечивает дополнительное перемешивание газа с воздухом.

Отвод конденсата.

При работе конденсационного котла неизбежным элементом технологического процесса получения тепла является наличие конденсата. Он представляет собой вредную кислотную среду, которую, например, в европейских странах запрещено сливать в канализацию и необходимо утилизировать. У нас таких жестких требований нет, но в любом случае образующуюся жидкость необходимо удалять. Для этого в конструкции котла предусмотрена специальная емкость небольшого размера. Это требует периодического ее опорожнения, то есть слива конденсата.

За сутки работы конденсационного аппарата мощностью 30 кВт образуется около тридцати литров жидкости. В последних конструкциях таких котлов стали предусматривать накопительный резервуар с наполнением его специальными нейтрализаторами – гранулами из щелочных металлов. За счет химической реакции между ними и конденсатной жидкостью происходит образование углекислого газа и очищенной воды. Она уже не представляет опасности и допустима к сливу в канализацию.

Условия применения конденсационного котла.

Не для каждой системы отопления конденсационный котел может дать тот эффект, которого от него ожидают. Это должна быть относительно низкотемпературная система отопления (например, система «теплый пол» или другая). Температура воды в «обратке» не должна превышать + 57°С, иначе процесс конденсации будет недостаточен и должной эффективности от работы котла получить не удастся. Чем ниже температура теплоносителя в обратной линии системы отопления, тем большее количество тепла может быть получено за счет эффекта конденсации. Соответственно, тем больше будет и экономия газа.

Если же конденсационный котел будет работать с минимальным использованием процесса конденсации, то все равно он будет эффективнее обычных котлов минимум на 5%. Но, тогда совершенно не оправданы большие затраты на его приобретение.

Когда конденсационный котел даст максимальный эффект?

Все зависит от уровня загрузки. Если это около 30%, то достигается максимальный эффект от использования конденсационного котла. В таком режиме им приходится работать основное время отопительного сезона. Поэтому, оправданным будет решение о приобретении прибора немного завышенной мощности.

Как этого достичь при уже существующих системах отопления, рассчитанных на высокую температуру теплоносителя? Наиболее простой выход – это увеличить количество радиаторов отопления (соответственно и площадь теплоотдачи) примерно на 30% против расчетной для высокотемпературных систем отопления.

Основные преимущества конденсационных котлов.

Главное – это высокая эффективность работы и использования газа, а соответственно и его экономия на единицу произведенного количества тепла.

Экономия на устройстве системы отвода продуктов сгорания газа и вентиляции помещения (дымоходов и вентканалов).

По сравнению с традиционными котлами конденсационные служат в 2 раза дольше, но и стоят в два раза дороже.

Автор: Сергей Морозов.

Внимание! Эта статья защищена законом об авторском праве в цифровую эпоху (DMCA). Запрещено любое копирование без моего разрешения.