Конденсационный котел. Принцип работы и преимущество.

Принцип работы

В обычном газовом котле продукты сгорания прохо­дят через теплообменные поверхности котла, где от­дают свою энергию тепло­носителю. При этом некоторое количество теплоты теряется, в том числе потому что вместе с газами уходит водяной пар, образовавшийся при сго­рании топлива из воды, находящейся в природном газе в нормальном состоя­нии. Этот пар уносит с собой скрытую энергию паро­образования, которую спо­особен отобрать и передать системе отопления конден­сационный котел.

Принцип работы конден­сационного котла был известен более 100 лет назад, но эффективно использовать его начали недавно, когда появилась возможность ис­ пользования коррозионностойких легких сплавов и нержавеющих сталей, ведь образующийся водный кон­денсат за счет растворения в нем СО2, вызывает корро­зию стали и чугуна. Имен­ но поэтому производители традиционных котлов всег­да боролись с конденсатом, вместо того чтобы исполь­зовать его для повышения эффективности.

Секрет - в теплообменнике

Весь секрет высокого КПД конденсационные газовые котлы хранят в теплообмен­нике с увеличенной поверх­ностью нагрева, например, в виде свернутой в спираль трубы. Она может иметь пря­моугольное сечение с не­ большими зазорами меж­ду витками или сложное се­чение с дополнительны­ ми ребрами в виде спирали. На витках теплообменника, по которому протекает теплоноситель с низкой тем­пературой (обратная вода системы отопления), проис­ходит охлаждение продуктов сгорания ниже точки росы и образование водного кон­денсата. В результате это­ го процесса высвобождает­ся дополнительная энергия, которая и используется кот­лом.

Теплообменники для кон­денсационных котлов из­готавливают из коррозионно- и кислотостойких мате­риалов:

• нержавеющей стали (сварной). Механические и химические свойства такого материала неравномер­ны, и это со временем мо­жет привести к его разрушению;
• силумина (литого). У ли­того теплообменника нет неравномерности свойств материала, но стойкость силумина к химическому воздействию при сгорании топлива ниже, чем у не­ржавеющей стали.

Дело в том, что образую­щийся водный конденсат за счет повышенной кислотно­сти может вызвать коррозию стали и чугуна, применяе­мых при производстве тра­диционных котлов.

Полное сгорание топлива конденсационный газовый котел выполняет за счет предварительного смеши­вания газа и воздуха в го­ релке из нержавеющей ста­ли.

Кроме того, в таких котлах используются высокотехно­логичные горелки, которые обеспечивают приготовле­ние топливно-воздушной смеси в оптимальных для данного режима горения пропорциях (с непрерывным контролем соотношения «газ-воздух»), что сводит к минимуму вероятность не­ полного сгорания топлива. В результате в отходящих газах значительно снижает­ ся количество вредных вы­бросов, а низкая темпера­тура отходящих газов, зачастую ниже 40°С, позволяет использовать дымоходы из пластмассы, что уменьшает затраты на их монтаж.

КПД 110% -миф или реальность?

Производители конденса­ционных котлов заявляют их КПД в диапазоне от 104 до 110 %. Но ведь, с точки зрения физики, КПД не мо­жет превышать 100 % из-за неизбежных потерь энер­гии.

Попробуем разобрать­ся. Конденсационные котлы вырабатывают два вида теплоты: высшую и низшую.

Низшую теплоту произво­дит любой котел в процес­се сгорания топлива. Выс­ шую теплоту дают только конденсационные котлы, она равна сумме теплоты от сжигания топлива и те­плоты конденсации водя­ных паров. Чтобы сделать возможным сравнение конденсационных котлов с традиционными, рас­чет КПД ведут по низшей те­плоте сгорания. Поэтому КПД 109 % в действитель­ности означает, что конден­сационный котел использует всю низшую теплоту сгорания (100 %) плюс теплоту конден­сации (еще 8-9 %).

Таким образом, реальный КПД конденсационного котла меньше 100 % (и составляет около 97 %), но он способен использовать дополнитель­ное тепло от конденсации во­дяного пара, что не под силу традиционным котлам.

Низкотемпературный режим - предпочтительнее

Конденсационный котел не всегда работает с макси­мально возможной эффективностью. Чтобы потери тепла с ды­мовыми газами были мини­мальными, в теплообмен­нике котла должна происхо­дить конденсация водяных паров из дымовых газов. Это возможно тогда, ког­да температура хотя бы ча­сти теплообменной поверх­ности равна или ниже тем­пературы точки росы. Для природного газа при обыч­ных условиях она равна +57 °C. Поэтому, чтобы ко­тел работал в режиме кон­денсации, температура те­плоносителя в обратной ли­нии должна быть не выше +57 °C. Если это условие не выполняется, то тогда КПД конденсационного котла уменьшается, но все рав­но он будет на 4-5 % выше, чем КПД традиционного котла (за счет большой пло­ щади теплообмена и контроля соотношения газ/ воздух во всем диапазоне мощности). Итак, КПД конденсаци­онного котла тем выше, чем ниже температурный режим системы отопле­ния. Разумеется, и систе­му отопления под конден­сационный котел следует применять соответствую­щую, рассчитанную на бо­лее низкую температуру теплоносителя. При проек­тировании нужно ставить условие, чтобы темпера­тура теплоносителя в об­ратном контуре не превы­шала 60 °C, даже если на улице сильный мороз. В таком случае при относи­тельно небольшом моро­зе температура в обрат­ной линии будет составлять около 45-50 °C, и котел бу­дет работать в режиме кон­денсации. Эффективнее всего конденсационный ко­тел сочетается с система­ми «теплый пол» или с низ­котемпературным панель­ным отоплением. Режим конденсации в этом случае обеспечивается в течение всего отопительного пери­ода. При этом ограничений по минимальной темпера­туре теплоносителя, посту­пающего в теплообменник конденсационного котла, не существует, что позво­ляет такому котлу рабо­тать с теплыми полами без специальных понижающих температуру приспособле­ний (но только при боль­ шой площади полов и, со­ответственно, большой те­пловой инерционности си­ стемы отопления). Но даже если установить такой котел на место старо­го обычного, не меняя си­стему отопления, все равно большую часть времени он будет работать с эффектом конденсации, то есть более эффективно, чем старый. Связано это с тем, что са­мые холодные дни состав­ляют в нашем климатическом поясе порядка 10 % длительности отопительно­го периода, следовательно, в течение девяти десятых этого периода конденсация возможна.

Полезный вредный конденсат

Бытует мнение, что много проблем вызывает конден­сат, образующийся в процессе работы котла. Знание того факта, что при работе котла выделя­ется конденсат, всех пуга­ет, однако мало кто вспо­минает, что при работе обычного котла конденсат также выделяется и также требует утилизации. Осо­бенно много его выделяется в морозную погоду. Ды­мовая труба после останов­ки котла остывает сверху вниз, конденсат образует­ся на стенках дымохода и начинает стекать к котлу.

Об этом факте зачастую забывают и ограничивают­ся конденсатоотводчиком, который сбрасывает его без нейтрализации в ка­нализацию, что недопусти­мо. Хотя некоторые произ­водители утверждают, что при теплопроизводительности конденсационного котла до 200 кВт, конден­сат может удаляться в канализационную сеть. При этом не следует ожидать отрицательного влияния на работу канализационной системы или индивидуаль­ных очистительных устано­вок (если дом не подклю­чен к общей системе кана­лизации).

Многие компании предла­гают систему по нейтрали­зации и отводу конденсата.

Дымоход

Для конденсационных котлов нужен особенный, кислотоустойчивый дымо­ход. Этот факт зачастую трактуют как необходи­мость использования в ды­моходе элементов из свин­ца или из чего-то не менее пугающего, однако на деле все гораздо проще.

Конструкция дымоходов для конденсационных кот­лов мало чем отличается от обычных газовых котлов с закрытой камерой сгора­ния. Благодаря конструкции конденсационного котла продукты сгорания удаляют­ся принудительно, что дает возможность подключать котел к таким системам ды­моудаления, как коаксиальный дымоход, двухтрубной системе, а также к системе забора воздуха из помеще­ния и удаления продуктов сгорания через дымовую трубу. Единственное требо­вание к дымоходам для кон­ денсационных котлов - это их герметичность.