Газовый конденсационный котел - почему за этими котлами будущее

 

Газовый котел - один из самых эффективных способов обеспечить отопление дома, поэтому котлы такого типа пользуются неизменной популярностью у потребителей. Коэффициент полезного действия (КПД) обычного газового котла, в среднем, составляет 90% и выше.

 

---

• Почему КПД газового конденсационного котла выше 100%
• Устройство обычного и конденсационного газовых котлов
• Принцип работы котла конденсационного типа
• Выбор материала для вторичного теплообменника
• Особенности работы конденсационных котлов
• Режимы работы конденсационного газового котла
• Каскадные котельные установки
• Почему за конденсационными газовыми котлами будущее

---

Это очень хороший показатель - по своей эффективности газовый котел отопления уступает только тепловым насосам.

Но есть способ еще более увеличить эту эффективность - использовать газовый котел конденсационного типа или конденсационный газовый котел.

В отличие от обычных котлов, которые еще называют конвекционными, конденсационный позволяет достичь очень высокой эффективности полезного использования тепла от сжигания топлива - в определенных режимах работы коэффициент полезного использования тепла сгорающего газа конденсационного газового котла превышает 100% и достигает величины 108% и даже 109%.

Почему КПД газового конденсационного котла выше 100%

Разумеется, согласно закону сохранения и преобразования энергии, КПД выше 100% недостижим в принципе - дополнительная энергия «из ниоткуда» взяться не может. Тем не менее, как и в случае с тепловыми насосами, существуют устройства, которые обладают эффективностью выше 100%, и конденсационный газовый котел относится к их числу.

Откуда же в конденсационном котле берется дополнительное тепло, и почему оно не появляется в конвекционном? Ответ лежит уже в самом названии - конденсационный котел использует не только энергию, «заложенную» в топливе, в данном случае, в газе, но и энергию, которая выделяется в процессе конденсации влаги, являющейся одним из продуктов сгорания газа. Обычный котел эту дополнительную энергию просто выбрасывает в атмосферу вместе с дымом, а вот конденсационный котел - направляет ее на обогрев дома.

Таким образом, если конвекционный котел может потратить на обогрев дома только 100% энергии, образующейся в процессе сжигания газа, то конденсационный котел уже на старте имеет солидное преимущество - помимо этих 100% он использует еще и дополнительную энергию, выделяющуюся в процессе конденсации воды, которая, в случае сжигания в котле природного газа, равна 11%.

Еще раз для понимания - эти дополнительные 11% энергии НЕ содержатся в сжигаемом топливе, поэтому КПД конденсационного газового котла фактически меньше 100%, если принимать во внимание только процесс сгорания газа и выработку тепловой энергии за счет этого. Конденсационный котел для обогрева всего лишь использует два последовательных процесса выработки тепла, а не один, как обычный котел, причем, КПД каждого из них менее 100%.

Но для обычного потребителя, главной заботой которого является стоимость потребленного газа, не имеет значение происхождение этих дополнительных 11% энергии, поэтому с полным основанием производители газового оборудования говорят о КПД конденсационного котла на уровне 106-108%.

В процессе работы котла любого типа неизбежно возникают потери, но и в этом случае котел конденсационного типа имеет преимущество - потери в нем, даже без учета конденсации, как правило, ниже. И потери эти зависят от режима эксплуатации котла, поговорим об этом ниже.

Устройство обычного и конденсационного газовых котлов

Обычные газовые котлы, в свою очередь, подразделяются на котлы с атмосферной горелкой (или с открытой камерой сгорания) и котлы с вентиляционной горелкой (с закрытой камерой сгорания).

Наиболее простое устройство имеют газовые котлы с атмосферной горелкой. Центральным элементом такого котла служит газовая горелка. Она разогревает теплообменник, по которому протекает вода (или теплоноситель), подающаяся в систему отопления, за счет сжигания газа. Продукты сгорания отводятся через дымоход благодаря естественной тяге, возникающей из-за разницы температур отводящихся продуктов сгорания и наружной температуры воздуха. Из помещения в котел постоянно происходит приток воздуха, необходимого для сжигания газа. Приток воздуха тоже происходит естественным путем. Отвод продуктов горения обеспечивается за счет стационарных дымоходов.

Иначе дело обстоит для котлов, оборудованных вентиляционной горелкой. В таких котлах забор воздуха производится с помощью вентилятора, который нагнетает в топку необходимый для сжигания воздух. А отвод газов производится с помощью коаксиальных дымоходов. Последние отличаются от стационарных тем, что труба для отвода газов проложена в центре трубы, подводящей воздух в топку (эта конструкция еще называется «труба в трубе»).

Сегодня на рынке представлены в различных модификациях настенные газовые котлы и напольные газовые котлы. Как уже следует из названия, настенные газовые котлы устанавливаются в навесном варианте, что экономит место, а напольные газовые котлы - на горизонтальной поверхности. Потребителю нужно знать, что настенные газовые котлы, в среднем, имеют меньшую мощность, чем напольные.

Помимо этого различают одноконтурные газовые котлы и двухконтурные газовые котлы. Двухконтурные газовые котлы, в отличие от одноконтурных, позволяют не только обеспечить отопление дома, но и снабдить его горячей водой из крана. Разумеется, более выгодно применять газовый котел и для отопления, и для производства горячей воды, потэтому двухконтурные газовые котлы более популярны. Пока речь шла о конвекционных газовых котлах.

В случае с конденсационными газовыми котлами производители тоже предлагают, как настенные, так и напольные модели. Причем, в последнее время неофициальное лидерство захватил конденсационный настенный котел. Это связано с возможностью каскадной установки газовых конденсационных настенных котлов. 

Конденсационный газовый котел имеет более сложное устройство, чем традиционный. Во-первых, продукты сгорания в таком котле имеют значительно более низкую температуру, чем в обычном, поэтому без вентилятора и коаксиального дымохода в этом случае не обойтись. Во-вторых, в котле конденсационного типа установлено два теплообменника - первичный и вторичный. Именно вторичный теплообменник позволяет в буквальном смысле «забрать» тепло, выделяемое в процессе конденсации водяного пара, и передать его теплоносителю, т.е. утилизировать. Напомним, что водяной пар является одним из продуктов сгорания, т.е. образуется при горении газа. В-третьих, в конденсационном котле следует предусмотреть устройство для сбора и отвода конденсата.

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.

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.

Особенности работы конденсационных котлов

При работе конденсационных котлов образуется кислый конденсат. Разумеется, конденсат образуется и при работе обычных котлов, но чаще всего о его существовании владельцы оборудования не догадываются или не задумываются, т.к. почти весь он улетает в трубу. Хотя задуматься-то как раз не мешало бы - этот конденсат, попадая в атмосферу, приводит к образованию кислотных дождей в местах концентрации обычных котлов.

А вот владельцам конденсационных котлов волей-неволей приходится задуматься о том, что делать с конденсатом. А его, кстати, образуется немало. Так конденсационный котел мощностью менее 30 кВт за период работы, равный 1 суткам, собирает около 30 л конденсата. Чаще всего накопленный конденсат просто сливают в канализацию. Согласно правилам эксплуатации котлов, можно сливать конденсат без его нейтрализации из котлов мощностью до 150 кВт, т.е. для большинства моделей бытового класса. В противном случае нужно установить нейтрализатор (емкость с щелочными материалами, например, гранулами магния и калия) и периодически менять его, что, конечно, доставляет некоторые неудобства, но вполне по силам каждому.

Кстати, обычные котлы тоже решают проблему конденсата, только иначе, чем конденсационные. В конвекционных котлах делается все, чтобы вывести как можно больше конденсата в трубу, чтобы он не накапливался на теплообменнике и не разрушал его. Для этого отработанные газы выпускают «в трубу» при температуре 140-160°С, при охлаждении их до более низких температур в дымоходе уменьшается тяга, и конденсат начинает скапливаться в котле, к чему обычный котел абсолютно не готов.

Температура газов на выходе из конденсационного котла гораздо ниже (всего на 10-15°С выше температуры теплоносителя), ведь почти вся тепловая энергия утилизируется в котле. Поэтому отработанные газы из него можно выводить не только вверх на крышу, но и через стену, а сам дымоход делать меньшего диаметра и изготавливать из пластика.

Следует помнить, что выбор материала для дымохода конденсационного котла должен быть строже, чем для обычного. Ведь вся влага, которая не сконденсировалась на теплообменнике в котле, обязательно сконденсируется в дымоходе и начнет разъедать его. Поэтому дымоход для котла конденсационного типа изготавливают устойчивого к кислой среде материала - нержавеющей стали или пластика, а горизонтальным его участкам придают небольшой уклон, чтобы вода, образовавшаяся при конденсации попавшего в дымоход пара, сливалась под действием силы тяжести обратно в котел.

Другой значимой особенностью конденсационного котла является его повышенная чувствительность к качеству поступающего в камеру сгорания воздуха. Наличие заметного количества пыли в воздухе приводит к быстрому износу вентилятора. Кстати, это характерно для всех котлов, имеющих закрытую горелку, не только конденсационного типа. Но не только запыленность воздуха влияет на эффективность газового котла, но и его температура.

Как показывает практика, в морозы канал для подвода воздуха может обмерзать, поскольку температура отработанных газов в конденсационном котле довольно низкая, и они не способны в достаточной степени прогревать стенки дымохода. Это приводит к уменьшению поступления кислорода, необходимого для горения топлива, и, как следствие этого, к снижению КПД самого котла. Поэтому в особо суровых климатических условиях смогут работать далеко не все модели конденсационных котлов.

Как видно, проектирование системы отопления с помощью газового конденсационного котла - не простая задача, здесь обязательно требуется помощь специалистов.

Режимы работы конденсационного газового котла

Только специалисты смогут спроектировать системы отопления дома так, чтобы она работала наиболее эффективным образом. Прежде всего необходимо выбрать режим работы котла, от которого будут зависеть почти все параметры системы отопления.

В разное время суток от отопительного котла требуется разное количество тепла, регулировать которое можно с помощью газовой горелки. Горелки у большинства современных газовых котлов конденсационного типа являются модулируемыми, т.е. с возможностью плавного изменения мощности котла в процессе работы. Горелки, как правило, имеют широкий диапазон модуляции тепловой мощности в пределах 20-100%. Это позволяет легко поддерживать в доме требуемую температуру и экономить дорогостоящее топливо.

Следует отметить, что модулируемые газовые горелки устанавливают и на многие модели обычных котлов.

Конвекционный газовый котел, как правило, работает в режиме 80/60 или 75/60. Где 75 - это температура теплоносителя на выходе из котла, равная 75°С, а 60 - температура теплоносителя 60°С, поступающего в котел после прохождения по всем радиаторам (так называемая обратка). Если температура обратки будет ниже, в котле начнет скапливаться конденсат, на который обычный котел совсем не рассчитан, т.к. точка росы (температура конденсации влаги) находится на уровне около 58°С.

Иное дело котел конденсационного типа. Наиболее эффективен он как раз при низкотемпературных режимах работы, т.к. конденсация в нем только приветствуется. В конденсационных котлах специально понижают температуру теплоносителя до режима 50/30 (выход - 50°С, обратка - 30°С). Именно в этом режиме происходит максимальное извлечение тепла из продуктов сгорания газа и тепла за счет конденсации водяных паров. И тут возникает вопрос, как спроектировать систему отопления, чтобы котел мог работать в режиме, близком к 50/30, а хозяева при этом получали столько тепла, сколько им надо.

Понятно, что при применении обычного котла лучше всего отапливать дом с помощью радиаторов. А вот для конденсационного котла многие предлагают использовать систему «водяной теплый пол». Именно с помощью водяных теплых полов можно заставить котел конденсационного типа использовать энергию от конденсации водяных паров весь отопительный период и обеспечить максимальную экономию газа.

Но если по каким-то причинам установить водяной теплый пол вы не сможете, конденсационный котел все же окажется неплохим решением для обустройства отопительной системы. Попробуем это доказать. На большей части территории страны и смежных государств в зимний период суровые холода держатся относительно недолго - до 10 дней. Да, в это время придется «гонять» ваш конденсационный котел в обычном высокотемпературном режиме, без конденсации, что вполне допустимо, т.к. КПД этого котла все равно будет на уровне 93-97%. Это больше, чем у лучших моделей традиционных котлов. Зато в остальное время зимы конденсационный котел сможет работать при меньшем температурном режиме и в режиме частичной конденсации.

Специалисты предлагают маленькие хитрости, позволяющие настроить режим работы конденсационного котла так, чтобы и КПД сохранить выше 100%, и на топливе сэкономить, и тепло в доме обеспечить. Например, изначально проектировать систему отопления не для оптимального режима 50/30, а для режима 60/40. Тогда расход газа будет немного больше, зато и в холода мерзнуть не придется.

Есть и другие варианты - к примеру, установить в доме дополнительные радиаторы, с увеличенной в 2,5-3 раза полезной площадью поверхности, рассчитанные на температуру теплоносителя не выше 50°C. Но в этом случае увеличатся капитальные затраты. Хотя эксплуатационные расходы на топливо снизятся. Что лучше - решать только вам.

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.

Почему за конденсационными газовыми котлами будущее

В наш век, когда стоимость топлива с каждым годом возрастает, будущее за энергоэффективными решениями, и здесь газовые конденсационные котлы на высоте - и по своему КПД выше 100%, и по многим другим характеристикам. Разумеется, как и все на этом свете, есть и минусы у конденсационных газовых котлов, к числу которых относится и более высокая, в сравнении с конвекционными моделями, цена этих устройств. Но преимущества конденсационного газового котла настолько велики, что с легкостью затмевают все минусы. Хотя еще раз оговоримся, что и обычные газовые котлы тоже весьма энергоэффективное и современное решение. Вот лишь несколько преимуществ конденсационных газовых котлов над обычными газовыми котлами:

• Большая экономия топлива - до 35% (более чем на треть) за 1 сезон. И это не предел, т.к. технологии не стоят на месте. Поэтому особенно эффективны конденсационные котлы при использовании сжиженного газа пропан-бутана, а не магистрального газа.
• Даже при самых неблагоприятных высокотемпературных режимах эффективность конденсационных котлов остается выше, чем у обычных.
• Выбросы вредных углекислого газа и азотных соединений у конденсационного котла, в среднем, в 5-7 раз меньше, чем у обычного.
• Для обустройства котельных, оснащенных конденсационными котлами, не нужны такие большие площади, как в случае применения традиционных котлов. Да и общий вес оборудования для «конденсационной» котельной ниже.
• По сравнению с дутьевыми традиционными котлами, у конденсационных котлов более низкий уровень шума и меньше вибрация.
• Как правило, при корректной настройке горелки котла теплообменник не нуждается в чистке. К тому же большая часть поверхности теплообменника самоочищается стекающим конденсатом.

---

 

Источник: TopClimat.ru