Конденсационный котел принцип

Содержание

Сегодня во множественных магазинах и торговых центрах можно встретить довольно широкий ряд моделей отопительных котлов. Это и электрические котлы, и твердотопливные, и которые работают на природном газе. Типы котлов очень разнятся, и в данной статье мы поговорим о конденсационных отопительных котлах, о напольных и настенных вариантах и об истории их появления.

Что такое конденсационный газовый котел?

Газовые конденсационные котлы всё больше и больше завоевывают рынок, поскольку зарекомендовали себя как очень эффективные устройства. Конденсационные котлы имеют довольно серьезный показатель КПД. Он составляет почти 96%. В то время как у обычных котлов КПД едва ли доходит до 85%. Конденсационные котлы очень экономичны. Данные котлы очень популярны в Европе, поскольку у европейцев довольно остро стоит вопрос экономии топлива. Невзирая на немного большую стоимость конденсационного котла по сравнению с обычным, конденсационные газовые отопительные агрегаты довольно быстро окупаются. Котлы данного типа уверенно смотрят в будущее, потому что принцип их работы является самым перспективным на сегодняшний день.

История появления конденсационного газового котла

В далеких пятидесятых годах впервые стали появляться модели котлов конденсационного типа. Эти модели не были совершенны как сегодня, и за время своей эволюции претерпели множественные изменения. Ну уже в те далекие годы котлы данного типа демонстрировали довольно серьезные показатели экономии топлива. Этот важный фактор и по сей день является основным, который делает кондиционные котлы очень привлекательными для покупателей.

В те годы использовались теплообменники из чугуна или из стали, что делало их недолговечными. Под воздействием конденсата котлы быстро выходили из строя из-за сильнейшей коррозии. Лишь в семидесятых годах на смену чугуну из стали пришли новые материалы и технологии. Многие элементы котлов, в том числе и теплообменники, начали изготавливать из нержавеющей стали. Подобная модернизация в разы продлила срок службы конденсационного котла. Множественные эксперты сходятся в Едином мнении, что котлы данного типа в современном виде представляют собой надежные, очень экологичные, и очень эффективные в плане КПД отопительные устройства. Эксперты также считают, что кондиционные котлы ожидает очень перспективное будущее. В СССР тоже проводились исследования в этом направлении, но какого-либо серьёзного развития данная технология не получила.

Принцип работы конденсационного котла

Принцип работы конденсационного котла

Принцип, по которому работают многие отопительные котлы, очень простой. Он включает в себя единственное действие — сгорание топлива. Как известно, при сгорании топлива выделяется определённое количество тепловой энергии. С помощью теплообменника энергия тепла передаётся теплоносителю, а далее с помощью циркуляции поступает в систему отопления. Циркуляция может осуществляться как принудительно, так и самотеком. Подавляющее большинство современных котлов используют принудительную циркуляцию теплоносителя.

В обычном котле через трубу дымохода уходит некоторое количество энергии тепла. Это тепло можно отбирать и использовать вторично. Попросту, обычный котел частично отапливает атмосферу водяным паром, который образуется при сгорании газа. Здесь как раз скрыта самая важная фишка. По принципу свое работы, конденсационные газовые котлы умеют сохранять и направлять опять в отопительную систему ту энергию пара, которая в обычном котле просто уходит в дымоход. Вся хитрость котла конденсационного типа заключается в его теплообменнике.

Конденсационный котел ориентирован на поглощении энергии, которая высвобождается при конденсации пара. Та же самая энергия тепла и поглощается водой, которая приходит в обратке, и которая предварительно охлаждает пар до температуры «точки росы», высвободив при этом тепловую энергию. Эта тепловая энергия и подлежит возврату в систему отопления, тем самым повышая эффективность конденсационного котла.

В настоящее время все теплообменники конденсационных котлов изготавливаются из антикоррозийных материалов. К ним относятся силумин или нержавеющая сталь. Для сбора конденсата в конденсационных котлах предусмотрена специальная емкость. Лишний конденсат отводится с помощью дренажа в канализацию.

Конденсат считается довольно агрессивной жидкостью. Поэтому в некоторых странах, перед тем как слить конденсат в канализацию, его нужно нейтрализовать. Для этой процедуры существуют нейтрализаторы. Нейтрализатор — это некая ёмкость, которая наполняется специальными гранулами. В состав этих гранул могут входить магний или кальций.

Принцип работы котла конденсационного типа

Действие конденсационного котла вначале ничем не отличается от обычного. Нагрев теплоносителя в первичном теплообменнике производится с помощью газовой горелки, но затем, отработав основной процесс сжигания топлива и передав значительную часть выделенного при этом тепла первичному теплообменнику, конденсационный котел не выбрасывает сразу газообразные продукты сгорания с температурой 150-250°C в трубу, а остужает их до 50-60°C.

Принцип работы конденсационного газового котла

Именно при этой температуре начинается переход газообразного водяного пара в жидкое состояние. Этот переход называется конденсацией влаги. Во время конденсации выделяется дополнительная тепловая энергия, в свое время затраченная на испарение воды и в обычных газовых котлах просто выбрасываемая в трубу вместе с другими продуктами сгорания. Эта энергия передается через вторичный теплообменник так называемой обратке, т.е. воде, поступающей в котел после прохождения всех радиаторов. Отметим, что движение теплоносителя в конденсационном котле осуществляется в направлении, обратном движению отработанных газов.

Другие публикации TopClimat.ru по теме
Какие бывают котлы
Выбор котельной для частного дома

А конденсат стекает по теплообменнику и собирается в специальном резервуаре. И здесь начинаются проблемы. Дело в том, что химический состав конденсата оказывается далеким от чистой воды. В нем присутствуют, пусть и в разбавленном виде, несколько неорганических кислот: азотная, углекислая, серная. Температура сконденсированной влаги довольно велика, что делает ее весьма агрессивной и прежде всего, к теплообменнику, на котором она конденсируется. Поэтому материал, из которого изготавливается теплообменник, должен быть устойчивым к воздействию конденсата.

Наиболее часто вторичный теплообменник изготавливают из силумина, представляющего собой алюминиево-кремниевый сплав, или из нержавеющей стали.

Выбор материала для вторичного теплообменника

Силуминовый теплообменник характеризуется меньшим весом и лучшей теплопроводностью. Эти качества материала позволяют производить из силумина компактные теплообменники большой мощности. Теплообменник, как правило, делают литым, поскольку сварные швы являются уязвимым местом – именно там в первую очередь начинается процесс коррозионного разрушения материала.

Поскольку силуминовые теплообменники собираются из литых секций, они проще в производстве и более технологичны, что позволяет экспериментировать с их формой для оптимизации движения дымовых газов и теплоносителя, с целью еще больше повысить КПД котла. Высокими антикоррозионными свойствами силумин обязан алюминию, который, соединяясь с кислородом, образует на поверхности металла слой оксида алюминия, надежно защищающий теплообменник от коррозии.

А еще силуминовые теплообменники имеют большую водозаполненность и меньшее гидравлическое сопротивление. Благодаря этому они более гидравлически устойчивы и не предъявляют такие высокие требования к циркуляции теплоносителя, как теплообменники из нержавеющей стали. Однако конденсационные котлы с силуминовыми теплообменниками имеют более высокую цену.

Газовые котлы — как выбрать правильно✮Большой выбор газовых котлов на портале TopClimat.ru

Особенности работы конденсационного котла

Название «конденсационные” котлы получили в связи с тем, что в них применена технология извлечения дополнительного тепла при изменении агрегатного состояния воды из пара, содержащегося в дымовых газах, в конденсат.

В процессе сгорания природного газа образуется водяной пар, который в обычных котлах улетучивается вместе с дымовыми газами. Но если этот пар преобразовать в жидкость, то можно получить дополнительное количество тепловой энергии и передать ее теплоносителю. Для этого в конденсационных котлах установлен вторичный теплообменник через который проходит возвратный теплоноситель. На видео наглядно показан принцип работы конденсационного котла:

Температура при которой происходит преобразование из пара в жидкость называется точкой росы, а сам процесс конденсацией. Для воды эта температура составляет примерно 57-58 ℃. Это максимальная температура обратки при которой котел будет работать энергоэффективно. При более высокой его КПД будет аналогичным традиционному котлу.

Почему КПД конденсационного котла больше 100%

При расчете КПД газовых котлов оперируют двумя параметрами — нижняя теплотворная способность газа (не учитывающая энергию пара в дымовых газах) и верхняя. Поскольку до 70-х годов конденсационные технологии не использовались, а образующийся в процессе отвода газов конденсат только ускорял коррозию теплообменников, то при расчете КПД газового котла использовалась нижняя теплотворная способность. С внедрением конденсационных технологий, тепло содержащееся в паре научились извлекать, но КПД рассчитывался все равно по нижней теплотворной способности. КПД традиционного котла составляет до 98%. Плюс около 11% это дополнительное тепло конденсации. Итого КПД конденсационного котла выходит на 109%.

Конечно, реальный КПД не может быть больше 100%, зато мы видим насколько конденсационные котлы эффективнее традиционных.

Особенности эксплуатации и проектирования

При эксплуатации конденсационных котлов образуется конденсат — довольно агрессивная жидкость с содержанием кислот. В разных европейских странах существуют различные требования к его отводу. Это либо сброс в канализацию, либо сбор в специальную емкость с нейтрализующим гранулятом. В Украине таких требований пока нет. У котлов мощностью до 30Квт конденсата образуется немного, около 30 литров в сутки, и его можно отводить в канализацию.

Конденсационные котлы наиболее эффективны в низкотемпературных системах отопления, с температурой возвратного теплоносителя до 55 ℃. Этот момент нужно учесть при проектировании или ремонте. В системах отопления с низкотемпературным режимом потребуется установить большее количество радиаторов, сделать меньший шаг трубы теплого пола. Зато расход газа будет минимальным. В среднесрочной, а тем более долгосрочной перспективе, при постоянном росте цен на природный газ, устройство системы с низкотемпературным теплоносителем и конденсационным котлом — выгодное вложение средств.

Где купить конденсационный котел

Сегодня газовые конденсационные котлы есть в ассортименте практически каждого производителя. Поскольку их устройство сложнее традиционных, мы бы рекомендовали покупать их с специализированных фирмах, где можно получить необходимые консультации по выбору, координаты сервисных служб и все необходимые документы и сертификаты.

В интернет-магазине UNIDIM можно купить конденсационный котел ведущих европейских производителей: BAXI, Saunier Duval, PROTHERM, VIESSMANN. Также, наши менеджеры могут проинформировать обо всех плюсах и минусах котельного оборудования, использующего конденсационную технологию.

В настоящее время при монтаже систем отопления все чаще используют передовые, инновационные технологии, которые дают возможность пользователю сокращать расходы на обогрев дома. Одной из наиболее перспективных технологий является та, что основывается на принципах конденсации водяного пара, который образовывается при сжигании органических соединений состоящих из атомов углерода и водорода.

Технология конденсации водяного пара применена в газовых настенных и напольных отопительных котлах. Далее мы подробно рассмотрим принцип работы и внутреннее строение газовых конденсационных котлов.

Горючим для конденсационного котла, так же как и для обычного, классического отопительного устройства является природный или сжиженный газ. Отличительной особенностью данной серии от классических агрегатов является то, что в процессе сжигания топлива происходит максимально полное использование энергии.

Название «конденсационный котел» появилось за счет способности агрегата забирать у продуктов сжигания, так называемую «скрытую теплоту», иными словами кинетическую энергию жидкости, которая образовывается в результате конденсации пара.

В обычных, классических котлах с образованием пара и соответственно конденсатом борются, так как они являются подспорьем для образования коррозии, данное явление существенно сокращает эксплуатационный период агрегата.

В конденсационных моделях для образования жидкости предусмотрен специальный теплообменник, который отбирает, аккумулирует тепло находящееся в конденсате и передает его жидкостному теплоносителю.

Но, возникает вопрос, как влага, которая собирается в котле не разрушает его. Для того чтобы пресечь коррозию в производстве котлов используют специальные коррозионно-устойчивые материалы, а именно: высококачественную нержавеющую сталь или силумин (алюминий-кремниевый сплав).

Конструктивно строение конденсационного котла внешне схоже с обычным, классическим агрегатом. Состоит котел из следующих деталей:

• Газовой горелки, которая поставляет и равномерно распределяет газовоздушную смесь.

• Патрубков подачи и отвода жидкости.

• Теплообменника для нагрева воды и теплообменника для концентрации и сбора дополнительной энергии.

• Циркуляционного насоса.

Природный или сжиженный газ подается в камеру сгорания, где при помощи горелки происходит процесс сгорания. Продукты горения проходят через первый теплообменник нагревают его, после чего циркулирующая жидкость (техническая вода) протекая сквозь теплообменник, снимает с него часть теплоты, нагревается.

После достижения газами, так называемой точки росы (55 градусов) они перенаправляются во второй теплообменник, где охлаждаются и конденсируются, в результате чего освобождается дополнительная, скрытая тепловая энергия, которая также используется для нагрева теплоносителя.

Существует два типа конденсационных газовых котлов, одноконтурные и двухконтурные. Стоит отметить, что одноконтурные газовые конденсационные котлы используются в тандеме с бойлерами косвенного или комбинированного нагрева жидкости.

Метод аккумулирования тепловой энергии из конденсируемых паров газов крайне сложный и непростой. Поэтому для того чтобы повысить эффективность снятия скрытой теплоты, тем самым увеличив КПД котла применяют некоторые технические решения, среди которых:

• Увеличение площади теплообменника за счет спиралевидных трубок.

• Направление охлажденного, обратного теплоносителя сначала в ту часть теплообменника, куда подаются охлажденные газы.

• Интеграция высокоэффективных горелок, которые максимально полно смешивают газ с кислородом.

Как достигается КПД конденсационного котла свыше 100%?

Не так давно считалось, что определенная часть тепла, которую генерирует котел, безвозвратно теряется (вылетает в трубу) улетучивается вмести с продуктами горения топлива. На тот момент учитывалось исключительно тепловая энергия, которая поступает от открытого источника пламени.

Современные конденсационные котлы способны изымать тепло не только от пламени, но и от продуктов сжигания (пара). Таким образом, в котлах данного типа коэффициент полезного действия образуется путем суммирования теплоты сгорания топлива и теплоты конденсационного водяного пара. Именно благодаря этому достигается КПД, который превышает 100%.

Видя недовольные лица скептиков, по поводу данного показателя превышающим отметку 100%, хотелось бы уточнить некоторые нюансы расчета КПД для обычных и конденсационных котлов. Дело в том, что КПД свыше 100% процентов для конденсационных котлов принимается условно. На это пришлось пойти, так как КПД обычных и конденсационных котлов до сих пор рассчитывается без учета теплоты конденсации (по «низшей теплоте» сгорания топлива). Именно поэтому к КПД конденсационных котлов прибавляется еще 11% за счет использования конденсации водяного пара. Если бы за 100% долю принимали «высшую теплоту» сгорания топлива (с учетом конденсации водяного пара), то КПД конденсационного котла составлял бы примерно 95-98%, обычного 75-84%. Под «обычными» котлами подразумеваются современные низкотемпературные котлы с модуляцией мощности, КПД одноступенчатых котлов отечественного производства до 1980 г. выпуска будет сравнимо с КПД обычной теплосети. По сравнению с обычными котлами экономия за счет использования конденсационного котла составит 15-20%, теплосетью – 30-40%.

Преимущества и недостатки конденсационных котлов

Число плюсов данного типа отопительных устройств внушительно, благодаря чему количество пользователей, которые устанавливают в свою систему обогрева конденсационные котлы, с каждым днем стремительно увеличивается. К ним относятся:

• Скромные габариты и малый общий суммарный вес.

• Энергетическая эффективность, до 35% экономии топлива по сравнению с классическими котлами.

• Модуляция мощности.

• Минимальные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ.

• Низкая температура дымовых газов.

• Низкий уровень шума и вибрационных колебаний.

Но, наряду с большим количеством преимуществ существует и ряд недостатков, которым стоит уделить должное внимание. Главным, относительным недостатком конденсационных котлов является их достаточно высокая цена, которая на порядок отличается от классических моделей. Также к недостаткам стоит отнести невысокую температуру нагрева воздуха в доме, таким образом, если у вас нет системы теплых полов, то вам будет нужно установить дополнительные агрегаты для подогрева помещения.

Также стоит учесть, что все конденсационные котлы вырабатывают агрессивный конденсат. Необходимо позаботиться об его отводе от котла в канализацию, так как его производительность может достигать нескольких десятков литров в сутки. Хотя по показателю ph он уступает всем известному напитку Coca-Cola и в большинстве случаев не требует нейтрализации, проблемы могут возникнуть, если Вы используете биологический септик с бактериями, которые перерабатывают отходы. В этом случае необходимо установить нейтрализатор конденсата, так как попадание конденсата в септик без нейтрализации вызовет гибель бактерий.

Несколько Важных советов по выбору конденсационных котлов

Автоматика и управление. В современном мире практически все процессы перешли на автоматическую систему управления, это не только эффективно, но и крайне удобно. Поэтому при проектировке системы отопления стоит уделить должное внимание системе управление котлом. Существует большое количество автоматики, которая отличается друг от друга набором всевозможных опций. Электроника, которая интегрирована в конденсационные котлы, регулирует температуру нагрева жидкости в контурах, давление в системе, расход горючего и прочее. Также существуют модели, которые позволяют контролировать температуру нагрева воздуха в помещении, опираясь на время суток. Специальные контроллеры дают возможность управлять функционалом котла дистанционно через мобильные онлайн приложения.

Сервис. Так как конденсационные котлы являются более сложным техническим оборудованием, нежели обычные газовые котлы стоит обратить внимание на наличие квалифицированного сервисного центра возле вашего населенного пункта, который сможет обеспечить ежегодное техническое обслуживание прибора, а также в случае поломки правильно идентифицирует ее причину и устранит по гарантийным или постгарантийным обязательствам.Сертифицированные СЦ таких всемирно известных производителей теплотехнического оборудования как Viessmann, Vaillant, Bosch, Buderus, Protherm всегда поддерживают полный комплект запчастей, дабы клиенту не пришлось ожидать ремонта в зимний период несколько недель, пока не появится необходимая деталь.

Степень модуляции мощности. Хотя все конденсационные котлы комплектуются горелками с более глубокой степенью модуляции, нежели у обычных, среди них существуют модели в которых этот показатель довели до максимума. К таким котлам можно отнести модели конденсационных котлов Buderus Logamax Plus GB172iи BOSCH CONDENS GC7000iW. Газовые котлы с более широким диапазоном модуляции позволяют лучше адаптироваться к отопительной системе и свести потребление газа до минимума. В особенности это актуально для зданий с маленьким потреблением мощности вследствие их хорошей теплоизоляции или небольшой площади, когда газовому котлу большую часть года необходимо работать в среднем и низком диапазонах модуляции.

Циркуляционный насос.С целью экономии не только газа, но и электричества некоторые конденсационные котлы комплектуются энергоэффективными циркуляционными насосами с частотным регулированием. Насосы данного типа сами регулируют свою мощность в зависимости от гидравлического сопротивления системы.

Материал теплообменника. Как мы уже говорили в качестве материалов для изготовления теплообменников к конденсационным котлам используются нержавеющая сталь или силумин (алюминий-кремниевый сплав), каждый из которых обладает своими плюсами и минусами. Нержавеющая сталь по своей коррозийной стойкости значительно превосходит алюминий и его сплавы. Теплообменники из данного материала получаются гладкостенными, что минимизирует отложение накипи на их стенках, делает техобслуживание более простым. В силу того, что нержавеющая сталь в отличие от алюминия обладает высокими показателями твердости, она не боится абразивного износа. Но изготовление теплообменника из данного материала невозможно без сварных швов, которые являются слабым местом любого изделия. Также теплообменники из нержавеющей стали являются более дорогостоящими. Силумин же позволяет производить теплообменники путем цельного литья (монолитными), что исключает наличие слабых мест в их конструкции, с хорошей механичной прочностью и пластичностью. Теплообменники из силумина не боятся разницы температур между линиями подачи и обратки даже в десятки градусов. Несмотря на это нужно учесть, что внутренняя часть литых теплообменников имеет шероховатости, на которых более охотно образуется накипь, нежели на гладких поверхностях. Также алюминий ввиду своей мягкости подвержен абразивному износу, что требует более тщательного подхода к водоподготовке в системе отопления, а также чистке самого теплообменника, так как она должна производиться специальными моющими средствами (использование подручных средств, щеток, любых абразивов — недопустимо). В независимости от того, какой тип теплообменника Вы выберете необходимо учесть нюансы по его эксплуатации и обслуживанию. В таком случае что первый, что второй вариант будут служить Вам достаточно долго.

Где купить конденсационный котел?

За время своей работы мы собрали большое количество моделей конденсационных котлов в каталоге нашего магазина. Здесь присутствуют конденсационные котлы большинства всемирно известных брендов и не только, которые подтвердили надежность и качество своей продукции временем. Наличие котлов разной ценовой категории позволит осуществить выбор почти каждому покупателю. А наши специалисты помогут сделать этот выбор быстро и правильно, подобрав модель, которая лучше всего впишется в вашу отопительную систему с учетом всех технических нюансов и требований, а также ваших пожеланий. Купить конденсационный котел можно перейдя в каталог настенных конденсационных котлов или же напольных конденсационных котлов. Надеемся, эта статья была полезной для Вас!

Плюсы конденсационного котла

Перечень достоинств конденсационного котла внушителен, что в конечном итоге и объясняет растущую популярность этого вида отопительного оборудования:

  • Экономия топлива по сравнению с обычным конвекционным котлом может достигать 35%.
  • Сокращение вредных выбросов при переходе от традиционных газовых моделей к конденсационным оценивается в среднем в 70%.
  • Низкая температура отходящих газов дает возможность устанавливать пластиковые дымоходы, которые значительно дешевле, чем классические стальные.
  • Низкий уровень шума повышает уровень комфорта проживающих в доме людей.

Поговорим о некоторых из перечисленных достоинств конденсационных котлов более подробно.

Экономия топлива при использовании в низкотемпературных системах

Расход топлива напрямую зависит от мощности оборудования и нагрузки, возложенной на систему отопления. Для обогрева дома площадью 250 м2 достаточно будет 28-киловаттного конденсационного котла с максимальным расходом газа 2.85 м3/ч. Классический котел той же мощности будет потреблять 3.25 м3/ч. При условии, что котел эксплуатируется шесть месяцев из двенадцати, в год вы будете экономить около 3000 руб. (при существующих ценах на магистральный газ для российских потребителей). Такую экономию, наверное, сложно назвать значительной – она даже не перекроет разницы в стоимости ежегодного технического обслуживания котлов.

Но взглянем на ситуацию глазами среднего европейского потребителя, которому природный газ обходится в четыре-пять (а то и больше) раз дороже. Сумма экономии в данном случае составит уже около 300 евро, а за это стоит побороться.

Расход газа в конденсационных котлах различной мощности:

Сокращение вредных выбросов

При сгорании органического топлива образуется углекислый газ, дающий при взаимодействии с водой углекислоту. Кроме того, в любом топливе всегда имеются примеси соединений серы, фосфора, азота и ряда других элементов. В процессе сгорания из них образуются соответствующие оксиды, которые, соединяясь с водой, тоже дают кислоты.

У обычных конвекционных котлов пары воды с примесью кислот (угольной, серной, азотной, фосфорной) выбрасываются в атмосферу. Конденсационные котлы лишены этого недостатка: кислоты остаются в конденсате. Впрочем, с учетом проблем с утилизацией конденсата пресловутая экологичность данного оборудования может быть поставлена под сомнение.


Процесс горения

Рассмотрение принципа работы конденсационных котлов имеет смысл начать с того, за счет чего вообще происходит нагрев теплоносителя в данном оборудовании — горения топлива. Основные химические элементы, участвующие в процессе горения любого углеводородного топлива:

  • Углерод (С), водород (H2), сера (S) — содержатся в топливе. Содержание серы может быть достаточно высоким в дизельном или твердом топливе (дрова, уголь). Для природного газа максимальное содержание сероводорода согласно нормам составляет 20 мг/м3, фактическое обычно гораздо меньше.
  • Кислород (О2), азот (N2) — содержатся в воздухе. Так же в воздухе присутствуют другие газы, но они либо инертны, либо их процентное содержание крайне мало.

Далее будем рассматривать горение на примере простейшего углеводорода — метана (CH4). Строго говоря, данная реакция представляет собой достаточно сложную цепочку с образованием промежуточных соединений, мы приведем итоговую формулу:

CH4+2O2 ? CO2+2H2O+Q

Реакция проходит с выделением энергии и образованием углекислого газа и воды. Важным моментом здесь является то, что при недостатке кислорода в реагирующей смеси, помимо углекислого газа образуется так же угарный (СО), который даже в сравнительно малых концентрациях опасен для человека. Кроме того, при этом снижается количество получаемой энергии. Для предотвращения данного эффекта существуют определенные особенности в конструкции элементов котла, которые мы обсудим в последующем.

Другой важной группой реакций при горении метана в воздухе является окисление азота и серы:

N2+O2 = { NO | NO2 | N2O }

S+O2 = { SO2 | SO3 }

Оксиды азота NO и NO2 обычно обозначают общим наименованием NOx. При реакции с водой они образуют азотную (HNO3) и азотистую (HNO2) кислоты. При выбросе в атмосферу последние становятся одним из основных компонентов кислотных дождей. Закись азота N2O кислот не образует, но участвует в разрушении озонового слоя. Естественно, что в конструкции современных котлов предпринимаются меры для снижения данных выбросов. Мы рассмотрим эти меры при обсуждении отдельных компонентов оборудования.

Оксиды серы при реакции с водой образуют серную кислоту. Но их содержание в продуктах сгорания крайне мало, поэтому как фактор загрязнения среды они не рассматриваются. Но они могут оказывать сильное воздействие на элементы конденсационного котла.

Принцип работы конденсационных котлов

Теперь перейдем к рассмотрению использования тепловой энергии, образующейся при горении топлива. Цепочку преобразований энергии в котле условно можно выразить в следующем виде:

Горение ? Выход энергии ? Использование энергии

? На первом этапе получаемое тепло можно разделить на три части:

  1. Излучение;
  2. Нагрев продуктов сгорания;
  3. Испарение воды, находящейся в продуктах сгорания.

? На втором этапе, соответственно:

  1. Нагрев теплоносителя;
  2. Потери через корпус котла;
  3. Потери с уходящими газами.

Главная цель котлового агрегата — обеспечить максимальное получение тепла на первом этапе (качество горения) и передачу его теплоносителю (сокращение потерь).

Основная идея «конденсационные котлы принцип работы» в том, что теплота, расходующаяся на испарение воды на первом этапе, с точки зрения дальнейшего использования, принципиально отличается от излучения и нагрева продуктов сгорания. Дело в том, что нагрев теплоносителя с помощью излучения или контакта с разогретыми газами происходит в любом случае, пусть и с разной эффективностью. В то же время, чтобы использовать энергию, заключенную в водяном паре, необходимо обеспечить условия, при которых произойдет фазовый переход: переход из пара в жидкость (конденсат). Происходит это при охлаждении пара до так называемой точки росы, которая для метана при нормальных условиях примерно равна 55 °C.

В силу того, что в продуктах сгорания содержится определенное количество оксидов азота и серы, при выпадении конденсата они вступают в реакцию с образованием соответствующих кислот. Кроме того, при определенных условиях, может образоваться угольная кислота как продукт реакции углекислого газа и воды. Но данная кислота достаточно неустойчива и в атмосфере быстро распадается.

Соответственно, используются два термина для энергии, получаемой при горении:

  • Высшая теплота сгорания (Qs) — полная тепловая энергия.
  • Низшая теплота сгорания (Qi) — полная тепловая энергия за вычетом энергии заключенной в водяном паре.

Эффективность конденсационного котла

В соответствии с описанным выше вводится понятие КПД — коэффициента полезного действия котла как отношения тепла, переданного теплоносителю, к теплоте сгорания топлива. При чем обычно, если не указано обратного, используется именно низшая теплота сгорания, то есть без учета энергии конденсации пара.

Вообще говоря, любой котел можно поставить в условия, когда он начнет работать в конденсационном режиме — достаточно, чтобы температура теплоносителя была ниже определенной величины. Но оборудование, не предназначенное для такой работы крайне чувствительно к кислотному составу конденсата и быстро выходит из строя. Поэтому в документации к неконденсационным котлам обычно приводится ограничение температуры обратного теплоносителя «не ниже 60 °C”. Исключение составляют чугунные котлы некоторых производителей, где за счет толщины металла даже при низких температурах теплоносителя дымовые газы не остывают до точки росы. Впрочем, данных фактор сильно сказывается на эффективности таких котлов.

Для повышения коэффициента полезного действия нужно предпринимать действия в нескольких связанных направлениях:

  1. Повышение качества горения.
  2. Снижение тепловых потерь с уходящими газами.
  3. Повышение количества тепла, передаваемого теплоносителю.
  4. Снижение тепловых потерь через корпус котла.

Мероприятия, связанные с последним пунктом достаточно очевидны — тепловая изоляция корпуса и отдельных элементов, так что отдельно мы его рассматривать не будем.

В решении задач, связанных с первым и вторым пунктами большую роль играет конструкция горелочных устройств.

За повышение количества передаваемого теплоносителю тепла отвечает, в первую очередь, конструктив теплообменника котла.

Конструкция конденсационного котла

Теперь рассмотрим основные конструктивные особенности котлов, позволяющие им работать в режимах с выпадением конденсата и направленные на повышение эффективности.

Теплообменник конденсационного котла

На данный момент существует достаточно большое разнообразие конструктивных решений в данной сфере у различных производителей котельного оборудования. Как относящихся к геометрии теплообменника, так и к используемым материалам. При более детальном рассмотрении можно выделить три основных направления, в которых ведутся разработки:

  • Повышение количества образующегося конденсата;
  • Повышение общей эффективности теплообменника (передача излучения от горящего топлива и тепла от дымовых газов);
  • Обеспечение устойчивости оборудования к кислотному составу конденсата.

Ранее в конденсационных котлах использовалось два теплообменника — один для первичного охлаждения дымовых газов (неустойчивый к конденсату), и дополнительный для обеспечения конденсации паров воды, так называемый экономайзер. Такая конструкция до сих пор встречается в котлах больших мощностей (порядка нескольких мегаватт) и в устаревших моделях котлов малой (до 100 кВт) и средней (до 2 МВт) мощности.

В современных котлах используется один теплообменник отвечающий за два первых пункта из списка выше:

Устойчивость к кислотному конденсату обеспечивается за счет применяемых материалов. На сегодняшний день используют два типа материалов — высококачественные нержавеющие стали и сплавы алюминия с кремнием и магнием в качестве легирующих добавок (далее для краткости будем обозначать их как просто алюминий).

Каждый из указанных материалов имеет свои сильные и слабые стороны. Плюсы алюминия — высокая теплопроводность, малая плотность, возможность формовки литьем; сильные стороны нержавеющей стали — высокая механическая прочность, крайне высокая коррозионная устойчивость как к кислотным так и к щелочным средам, гладкая поверхность деталей.

С точки зрения устойчивости к конденсату алюминиевые теплообменники прекрасно себя проявляют во взаимодействии с азотной кислотой — при контакте с ней поверхность алюминия пассивируется, то есть образуется защитная пленка — так же как при нахождении алюминия в воздухе. Но при этом такие теплообменники крайне уязвимы даже к малым концентрациям серной кислоты, причем при контакте с ней защитная пленка разрушается и начинается взаимодействие с азотной кислотой. В большинстве случаев данный фактор не имеет критического значения в силу малого содержания серы в топливе, но в долгосрочной перспективе снижает срок службы теплообменника. Нержавеющая сталь соответствующих марок воздействию кислот не подвержена.

Как было отмечено выше, снижение температуры дымовых газов до точки росы — необходимое условие для образования конденсата и съема соответствующей тепловой энергии. Достигается это снижение за счет подачи в теплообменник обратного теплоносителя низкой температуры. Однако, не стоит полагать, что при соблюдении данного условия весь водяной пар, содержащийся в продуктах сгорания, конденсируется. Дело в том, что конденсация происходит только при непосредственном контакте дымовых газов с поверхностями теплообмена, соответственно, при равной температуре обратного теплоносителя эффективность образования конденсата сильно зависит от геометрии теплообменника.

Таким образом, главная инженерная задача при проектировании теплообменника с точки зрения повышения количества образующегося конденсата — увеличение поверхности контакта с дымовыми газами и обеспечение их качественного перемешивания в процессе прохождения через дымовой тракт (для отвода уже осушенных газов от теплообменных поверхностей). При этом необходимо придерживаться разумных аэродинамических потерь в теплообменнике. Поддержание баланса между всеми перечисленными требованиями делает проектирование геометрии теплообменника конденсационного котла достаточно сложной и интересной задачей.

При изготовлении теплообменника из алюминия указанные задачи решаются за счет внутреннего оребрения (по дымовому тракту).

Основной конструктивный элемент теплообменников из нержавеющей стали — трубки. Выполненные либо в форме спирали, либо в виде прямых отрезков с коллекторами.

Спиральная конструкция наиболее распространена, но подвержена засорению при использовании недостаточно качественного теплоносителя. Происходит это за счет центробежных эффектов при движении воды по трубкам. Причем механическая чистка таких засорений невозможна, а химическая, зачастую, не приводит к успеху.

И в том и в другом случае суммарная площадь поверхности стальных трубок достаточно велика.

Горелка Premix

Горелка так же является важным компонентом любого котла, в том числе конденсационного. Список задач, за которые она отвечает:

  • Обеспечение точных пропорций смешения топлива с окислителем (воздухом).
  • Качественное перемешивание газовых составляющих.
  • Обеспечение экологичности горения.

Первые два пункта необходимы для повышения полноты сгорания топлива и, соответственно, общего КПД котла. Подробно разберем их ниже.

В третьем пункте, в конечном счете, подразумевается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу. В горелках современных конденсационных котлов это достигается за счет сравнительно малых температур горения, что снижает количество образующихся соединений азота и серы. Для достижения необходимых показателей по мощности при снижении температуры площадь пламени в таких горелках обычно достаточно велика.

Наиболее распространены два варианта организации поверхности для горения. Цилиндрическая: И плоская:

цилиндрическая горелка premix плоская горелка premix

Увеличение поверхности горения так же обеспечивает большую площадь инфракрасного излучения при работе горелки на малой модуляции мощности.

Сам материал поверхности представляет собой ячеистую структуру из металла либо керамики.

Ячеистость обеспечивает дополнительное перемешивание газа с воздухом. Но основное смешение и контроль его пропорций в современных котлах происходит до горелки — в узле «газовый клапан/вентилятор/трубка Вентури”. Его схематичное изображение представлено ниже.

Подобные системы носят общее название «Premix”, то есть система с предварительным смешением. Точное поддержание пропорции воздух-газ обеспечивается за счет приблизительно равных давлений в точке смешения. Причем эта пропорция поддерживается в широком диапазоне расходов смеси и модуляции котла.

Таким образом общую схему можно описать по пунктам:

  1. Вентилятор создает высокую тягу, обеспечивая точный расход воздуха в соответствии с требуемой мощностью.
  2. Трубка Вентури обеспечивает выравнивание давлений газа и воздуха в точке смешения.
  3. Газовый клапан поддерживает оптимальную пропорцию газ-воздух в широком диапазоне скоростей вентилятора.
  4. Полученная газовоздушная смесь поступает на поверхность горелки, где происходит дополнительное перемешивание.
  5. Смесь поступает в область горения. Причем горение происходит с температурой, достаточно низкой для обеспечения низких выбросов вредных веществ, но при это с высокой суммарной мощностью.

Подводя итог, можно сказать, что конструкция конденсационного котла и принцип его работы не так и сложен. Однако, каждый отдельный элемент требует большого внимания при проектировании. Правильный выбор материала теплообменника, его геометрия, надежные компоненты газово-воздушного тракта — залог эффективной работы и долговечности котла. По сравнению с любым традиционным котлом, конденсационный обеспечивает большие КПД во всех режимах работы. Теплообменник изготовленный из нержавеющей стали обеспечивает долгий срок службы оборудования (вплоть до 50-ти лет) без снижения эффективности при любом качестве топлива и теплоносителя.

Конденсационные котлы HORTEK принцип работы

Рассмотрим, как описанные выше принципы и технические решения используются в газовых конденсационных котлах HORTEK.

Спектр котлов HORTEK составляют три линейки оборудования:

HORTEK Q — бытовые настенные котлы мощностью 25-60 кВт с вариантами исполнения со встроенным бойлером ГВС HORTEK XL — настенные котлы промышленной серии 60-120 кВт с возможностью установки в каскад до 960 кВт HORTEK HL — напольные котлы промышленной серии до 910 кВт с возможностью установки в каскад.

Теплообменники котлов HORTEK

Принципиальным решением для всех перечисленных котлов является использование теплообменников только из кислотоустойчивой нержавеющий стали AISI 316. С точки зрения конструктива все теплообменники представляют собой набор гладких трубок, сообщающихся через коллекторы. Данное решение позволило обеспечить высокую устойчивость к загрязнениям как по стороне теплоносителя так и по стороне дымовых газов. Кроме того, распределение потоков в теплообменнике рассчитано на высокие скорости теплоносителя, что дополнительно повышает устойчивость к засорению. Благодаря данным факторам эффективность котлов с такими теплообменниками остается на постоянном уровне на протяжении всего срока службы.

Горелки котлов HORTEK

Как и в любом современном конденсационном котле, в HORTEK применяются горелки системы Premix. Однако геометрия горелок отличается для котлов настенного и напольного исполнения.

В котлах серии Q и XL используются плоские керамические горелки расположенные сверху теплообменника. Такое расположение обеспечивает устойчивость горелки к засорению и удобство обслуживания.

В напольных котлах HORTEK HL применена цилиндрическая горелка, поверхность которой представляет собой сетку из тугоплавкого сплава. Располагается горелка так же в верхней части котла, что в случае напольных котлов является достаточно нестандартным решением. Но именно такое расположение обеспечивает высокую компактность котлов и малую занимаемую площадь по отношению к тепловой мощности, что особенно актуально как для крышных так и для отдельно стоящих котельных большой мощности.

Как определить КПД конденсационного котла

На сегодняшний день существуют низкотемпературные и традиционные системы отопления. К низкотемпературным можно отнести системы, скажем, тёплый пол. Конденсационные устройства очень хорошо интегрируются в данные системы отопления и показывают высокие результаты эффективности в подобных системах. Всё это потому, что в этих системах отопления создаются очень хорошее условия, которые способствуют наилучшей конденсации. Если правильно смонтировать тандем из конденсационного котла плюс тёплый пол, то в данном случае можно вообще не использовать радиаторы. «Тёплый пол» вполне справится с задачей отопления помещения, не хуже системы, которая использует радиаторы. Всё это благодаря высокому коэффициенту полезного действия конденсационного котла.

Часто бытует мнение, что конденсационные газовые котлы обладают невероятным коэффициентом полезного действия, который даже уходит за 100%. Конечно же это не так. Всем известные законы физики работают везде и их никто не отменял пока еще. Поэтому такие заявления от производителей не более чем маркетинг.

Если же со всей объективностью подойти к вопросу оценки КПД конденсационного газового котла, то мы получим где-то около 95% КПД. Этот показатель во многом зависит от условий применения данного оборудования. Также эффективность можно повысить при помощи использования «погодозависимой» автоматики. С помощью этого оборудования можно добиться дифференцированного управления котлом, опираясь на среднесуточную температуру.

Дымоход

Удаление отработавших газов и подача воздуха в камеру сгорания в конденсационном котле осуществляется принудительно, так как котлы данного типа имеют закрытую камеру сгорания. Конденсационники довольно безопасны, потому что для их использования не нужен традиционный дымоход. Котлы данного типа используют коаксиальную или двухтрубную дымоудаляющую систему. Эти системы сделаны из пластика, так как конденсационник имеет ничтожно малую температуру продуктов сгорания. Применение дешевых материалов при изготовлении систем дымоудаления позволяет существенно снизить стоимость котла.

Нужно ли покупать конденсационный котел?

Как и традиционные газовые котлы, конденсационники бывают нескольких видов:

  1. Первый вид — это напольные котлы. «Напольники» обладают более высокой мощностью, которая порой доходит до 320 кВт и более.
  2. Второй вид — это настенные котлы, мощность которых составляет до 120 кВт.

Если возникает необходимость увеличения мощности, то несколько отопительных котлов можно объединить в единый отопительный кластер. Конденсационные газовые агрегаты имеют разное предназначение, и поэтому они бывают двухконтурные или одноконтурные. Двухконтурные конденсационные котлы помимо отопления занимаются еще и приготовлением горячей воды, в то время как одноконтурные конденсационники занимаются только лишь отоплением помещений.

Котлы данного типа имеют очень высокие показатели, которые в полной мере соответствуют всем самым серьезным требованиям, которые предъявляются соответствующими органами к отопительным котлам. Конденсационные котлы очень популярны в курортных зонах, в домах отдыха и прочих туристических местах. Всё дело в эффективности и в экологичности.

У конденсационного газового котла гораздо меньше вредных выбросов, почти в 10 раз меньше чем у обычного газового котла.

Каскадные котельные установки

Нередко потребитель стоит перед непростым выбором — приобрести один отопительный котел большой мощности или установить несколько котлов малой мощности, соединенных между собой (так называемый каскад). В последнее время популярность приобретает именно последний вариант. Дело в том, что каскадные установки имеют ряд преимуществ:

  • с их помощью обеспечивается высокий уровень резервирования системы отопления — на случай неисправности одного или даже нескольких котлов;
  • с помощью каскада достигается увеличение диапазона модуляции мощности всей установки, что позволяет настроить ее на оптимальные режимы работы.

Сегодня установки из нескольких настенных конденсационных газовых котлов в каскаде можно встретить все чаще. Особенно в сегменте средних и больших мощностей оборудования, где конденсационные котлы успешно конкурируют с традиционными котлами. Наиболее часто каскадные установки используются для отопления коммерческих помещений, для крышных котельных жилых домов и для других объектов, где важно обеспечить наивысшую мощность источника тепла в наименьшем пространстве.

Плюсы конденсационных котлов

  • Очень компактны;
  • Имеют небольшой вес;
  • Котлы данного типа имеют большой КПД;
  • Конденсационники обладают достаточно глубокой модуляцией;
  • Комплектуются недорогостоящей дымоотводящей системой;
  • Котлы данного типа имеют очень хорошие показатели экологичности и не загрязняют окружающую среду;
  • У данных котлов практически нет никакой вибрации;
  • Малошумные, и это свойство делает их применение очень комфортным;
  • Конденсационные котлы очень экономичны. Экономия топлива порой составляет 40%, что очень обрадует потенциальных покупателей.

Минусы конденсационных котлов

  • Конденсационники ощутимо дороже обычного газового котла;
  • В сильные морозы конденсационные котел несколько снижает свою эффективность, так как в системе отопления нужно повышать температуру теплоносителя, что не лучшим образом отражается на возможности конденсирования. В очень сильные морозы конденсационный котел зачастую переходит в режим работы, который схож с режимом работы обычного котла, и при этом КПД конденсационника снижается до 85%.

Суммируя все плюсы и минусы можно с уверенностью сказать, что конденсационные газовые котлы — это правильный выбор вдумчивых и рачительный хозяев, которые заботятся о комфорте своего жилища, и которые очень ценят экономичность и эффективность. Перед тем как выбрать конденсационный котёл — посоветуйтесь с профессионалами, которые помогут вам не только с выбором правильного котла для ваших нужд, но и с правильной установкой и оформлением всех необходимых документов.

Как выбрать газовый котел?

Читайте так же:

About the author

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *