Конденсационный режим работы котла. Конденсационный котел: принцип работы, устройство и преимущества. Преимущества конденсационного отопительного газового оборудования

Многие хотели бы получать для отопления дополнительную энергию и экономить таким образом приличные деньги. Оказывается, резерв имеется в отработанных газах, которые в обычном котле выводятся в дымоход. Рассмотрим откуда берется чудесным образом энергия «которой раньше не было», в конденсационном котле.

Откуда берется дополнительная энергия

Газы, которые выделяются при сжигании топлива, или проще сказать – дым, содержат около 20 процентов водяного пара. Когда водяной пар будет конденсироваться обратно в воду, он выделит некоторое количество энергии – тепловыделение фазового перехода.

Бутылка, вынутая с холодильника, на своей поверхности конденсирует воду – появляются капельки, при этом она ускоренно нагревается, так как водяной пар при переходе в капельки воды выделяет тепло.

Количество энергии, которую может выделить водяной пар при переходе в воду, весьма значительное.

Работа конденсационного котла основана на технологии получения дополнительной энергии от конденсации водяных паров находящихся в газах, полученных при сгорании топлива.

В обычном котле, после сжигания топлива отработанные газы с температурой выше, чем точка росы, выводятся наружу через дымоход. В дымоходе или на улице они «ловят» точку росы, в результате образуется туман, из трубы капает жидкость, стекает по наклону…

В конденсационном котле газы попадают еще и на второй холодный теплообменник, на котором водяной пар преобразуется в воду.

Принцип работы конденсационного котла

Температура второго теплообменника будет определяться температурой теплоносителя в системе. Обычный котел чаще работает со следующей температурой жидкости: подача — 80 град С, обратка — 60 град С.

А если использовать такой режим: подача — 50 град С, обратка — 30 град С, то на столь холодном теплообменнике начнется конденсация водяных паров, причем она будет тем полнее, чем ниже его температура.

Энергия, которая выделяется при переходе пара в воду, называют скрытой. Она не учитывалась ранее при расчетах КПД (отношение количества тепла, которое будет передано теплоносителю при сжигании газа в котле к теплоте сгорания топлива) оборудования, в котором происходит процесс горения.

Поэтому, если произвести расчет КПД по старой методике, то для конденсационного котла получится 109%. И это не рекламный трюк, такие цифры дают самые авторитетные электротехнические компании своим конденсатным котлам.

Естественно, что столь высокий КПД будет достигнут только при низкотемпературном режиме работы этого оборудования, а значит и всей системы отопления.

Технические особенности

Также важно, что конденсационные котлы по сравнению с обычными, более экологичные, меньше загрязняют окружающую среду. Окислы азота, которые образуются в процессе горения, во многом связываются выпадающей росой и вместе с конденсатом уходят в канализацию.

Выпадающая роса довольно агрессивна по отношению к металлу. Поэтому вторичный теплообменник в конденсационных котлах выполняется из особо устойчивых к коррозии сплавов стали или силумина.

Наиболее востребованы для частных домов и квартир одноконтурные газовые конденсационные котлы, которые навешиваются на стену.

Но не проблемно отыскать и двухконтурные котлы, и напольные мощные агрегаты с первичной чугунной камерой сгорания, а также напольные, совмещенные с бойлерами в одном корпусе.

В конденсационных котлах применяются последние технические новшества. Выпускают их самые известные производители.

Применение

Сейчас в ряде стран приняты законы, направленные на энергосбережение и охрану природы, согласно которым запрещается применять теплогенерирующее оборудование без вторичной утилизации тепла, — кроме конденсационных котлов, других нельзя.

Сейчас это принято в Англии, Голландии, но введение этих законов подготавливается и в Германии, Франции, Испании и др. странах. Так, например, в Голландии количество применяемых в частных домах конденсационных котлов приближается к 100%. В Германии же эта цифра достигает около 70%.

В России наблюдается устойчивая тенденция постепенного вытеснения обычных котлов конденсационными.

Имеются целые линейки такого оборудования от множества лучших брендов, например: Buderus, Германия — серия под названием Logamax; Ariston, Италия — серия GENUS PREMIUM; De Dietrich, Франция — серия Vivadens, и многие другие.

Многие из них адаптированы под российские условия и снабжены русскоязычными инструкциями.

Конденсационный котел с теплым полом

Для эффективной работы конденсационного котла температура теплоносителя в обратке должна быть такой, чтобы на поверхности вторичного теплообменника не было бы более 56 градусов – точка росы для воды в данных условиях. Лучшее применение – система теплый пол. У нее следующие основные отличия:

• Теплые водяные полы представляют собой весьма инерционную систему, при нагреве которой, котел продолжительное время работает в оптимальном конденсационном режиме с максимальным КПД, так как температура жидкости в системе не может превышать 40 градусов.
• Обеспечивается лучшее распределение температуры в помещении, при этом теплопотери снижаются из-за уменьшения температуры под потолком, возникает значительная экономия топлива.

Применение с радиаторной системой отопления

Для этого котла нужна специальная система отопления, рассчитанная на достаточную отдачу мощности при низкой температуре теплоносителя. А это значит, что мощность обычных высокотемпературных радиаторов должна быть подобрана на 30 – 40 процентов больше.

Практика показывает, что и с обычной отопительной системой, конденсационный котел работает в течении отопительного сезона в основном в режиме конденсации, при условии оптимального утепления дома.

И только в отдельные недели пиковых морозов приходится разогреваться выше точки росы, чтобы поддержать в доме комфортные 22 градуса. Здание должно быть нормально теплоизолированным, а также должны быть приняты другие меры по теплосбережению, о которых можно узнать на других страницах.

Таким образом, конденсационный котел для отопления дома сегодня является оптимальным выбором, пусть даже не совсем устраивает его цена.

Расчеты специалистов показывают, что в случае его применения с низкотемпературным обогревом (в наших условиях — в большинстве случаев) будет достигнута экономия до 20% топлива. За сезон для среднего дома – 50$. Следовательно, высокая цена этого агрегата окупится.

Принцип работы газового котла

То, что система отопления, работающая на природном газе, является самым экономичным и эффективным способом обогрева помещений, знают многие. Но вот что странно - вроде бы использование газа сегодня устраивает всех, но высокие и жесткие требования расхода энергоносителей ставят определенные ограничения. Поэтому на рынке теплотехнического оборудования конденсационные котлы занимают особое место. Кстати, в некоторых европейских странах законом запрещено использовать другие виды нагревательных газовых приборов, кроме конденсационных. Попробуем разобраться с газовыми конденсационными котлами, принципом их работы, достоинствами и недостатками.

Принцип работы

В первую очередь нас будет интересовать принцип работы этого вида котлов. Чтобы показать, чем он отличается от обычных агрегатов, надо разобраться с особенностями функционирования последних.

Что в них происходит?

• Газ в качестве топлива через горелку подается в камеру сгорания, где и сжигается. При этом выделенная тепловая энергия нагревает металлический теплообменник, в котором движется теплоноситель.
• Отдавая часть тепловой энергии, топочные газы проходят в дымоход и выводятся через него на улицу.

Казалось бы, что может быть проще. Но тут есть один очень важный нюанс. Для того чтобы тяга в дымоходе была соответствующей, и в нем не образовывался и не скапливался конденсат, необходимо, чтобы температура топочных газов с 200С падала до 140С. То есть должна происходить интенсивная отдача тепловой энергии теплообменнику. Но учитывайте тот факт, что температура отводящих газов не должна быть ниже данного уровня.

По сути, температура 140С - это достаточно серьезный потенциал, который попросту улетучивается в атмосферу. Заключенная в отводящих газах тепловая энергия не расходуется по прямому назначению. Тем более что внутри топочных газов всегда присутствуют влажные пары воздуха, которые также обладают определенным температурным потенциалом. Вот почему были изобретены конденсационные котлы, в которых все эти нюансы были собраны и использованы.

Внутри газового конденсационного котла собирается влага, которая при конденсации отдает часть энергии, используемой для нагрева дополнительного теплообменника.

Устройство

Итак, понятно, что в конструкции конденсационного газового котла два теплообменника. Первый работает по стандартному принципу, то есть обогревается за счет сгораемого топлива. Именно на нем и происходит основной отбор тепловой энергии. Второй, который носит название конденсационного, отбирает вторичную энергию конденсируемых влажных паров воздуха.

Конструкция конденсационного теплообменника достаточно сложна. Ведь температура отходящих газов и конденсата не очень большая, поэтому необходимо позаботиться о том, чтобы как можно больше отобрать тепла.

Есть несколько технических решений, которые помогают добиться желаемого результата:

• Увеличение площади отбора температуры. Для этого к теплообменнику привариваются ребра в виде спиралей.
• Используются внутренние полости с разным сечением. Это позволяет интенсивно отбирать тепловую энергию за счет уменьшения объема проходимого потока теплоносителя.
• Устанавливается вторичный теплообменник на обратный контур отопительной системы. Таким образом достигается быстрая конденсация влажных паров отводящих газов за счет снижения точки росы. Получается, что в нагревательный газовый котел теплоноситель поступает уже подогретым. А это влияет на уменьшение расхода топлива и эффективность работы самого агрегата.

Если рассматривать принцип работы агрегата данного вида с позиции традиционного котла, то в нем происходит своеобразная рекуперация, которая обычно используется в системах кондиционирования зданий.

Хотелось бы добавить, что в конструкцию конденсационного газового котла производители устанавливают только высокотехнологичные горелки, с помощью которых достигается оптимальное смешивание магистрального газа и воздуха. Это опять-таки повышает эффективность работы газового аппарата.

Плюсы конденсационного агрегата

Настенный газовый конденсационный котел Buderus

К чему все это приводит, если сравнивать традиционные и конденсационные газовые котлы?

1. Экономичность потребления топлива газового конденсационного котла на 20% выше, чем традиционного.
2. Выброс угарных газов и других продуктов сгорания меньше практически на 70%.

Вот, что удивительно. Принцип работы котла и его устройство были изобретены около столетия назад. Но только сейчас его использование стало возможным. Дело в том, что металлические узлы и конструкции прибора не могли долго выдерживать серьезные нагрузки, связанные с процессом конденсации влажных паров и высокой температурой.

В настоящее время эти проблемы решены за счет использования в котлах коррозионостойких материалов. Ведь образующийся конденсат является химически активным веществом, который за короткий срок действия выводит из строя любые прочные материалы. Поэтому в котлах данной модели применяются или нержавейка, или силумин - сплав из алюминия и кремния.

Если говорить о внешнем отличии двух моделей, то неопытному человеку сделать это будет сложно. Но конденсационные газовые котлы - это настенные агрегаты с закрытой камерой сгорания. Кто имеет представление, о чем идет речь, поймет, сколько достоинств добавляется только за счет этих двух показателей.

Реальное положение вещей

Устройство котла

Итак, конденсационные газовые котлы экономичнее - здесь спору нет. Но за эту экономию все равно придется заплатить хотя бы один раз. Эти модели раза в полтора дороже традиционных. Это первое.

Второе. Хотелось бы обратить ваше внимание на некоторые позиции, которые на первый взгляд в глаза не бросаются. И даже некоторые специалисты не всегда обращают на них внимание. К примеру, конденсационный котел - это настенный вариант - по показателю мощности находится в диапазоне 20–110 кВт. Традиционные агрегаты настенного типа имеют более скромные показатели - максимум до 36 кВт.

Вы можете себе представить, что небольших размеров конденсационный аппарат двухконтурного типа способен обеспечить теплом и горячей водой для хозяйственных нужд большой частный дом? К примеру, общей площадью 800 м². Если использовать традиционный отопительный агрегат, то только напольного типа.

Уже исходя из этого можно сопоставить стоимость двух моделей. Она практически выравнивается. Но плюсов у конденсационных моделей гораздо больше:

• Экономия топлива.
• Уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
• Эффективность работы оборудования.
• К тому же под них нет необходимости выделять отдельное помещение для организации котельной, как это обычно происходит с напольными агрегатами.

Самое главное, что эффективность работы прибора зависит от того, насколько интенсивно пользуются им. Ведь чем меньше температура теплоносителя в обратном контуре, тем полноценнее конденсация во вторичном теплообменнике, тем больше выделяется тепловой энергии, и тем выше становится коэффициент полезного действия оборудования. Вот почему этот вид отопительных приборов более рентабелен в так называемых низкотемпературных системах отопления - теплые полы как пример.

Схема котла газового

Но в реальности российские условия эксплуатации совершенно иные, чем в той же Европе. Например, когда температура за окном минус 20–50С, надо повысить температуру теплоносителя. Сделать это можно, лишь увеличив расход топлива, потому что основной источник тепловой энергии - это сжигаемый газ. А это значит, что температура теплоносителя в обратном контуре не опустится ниже 60С. При таком показателе нельзя говорить о конденсации влажных паров. То есть установленный вами конденсационный газовый котел начинает работать, как обычный. Так стоит ли приобретать такое дорогое устройство?

Однако не будем умалять достоинств конденсационных моделей. Даже при работе в таком режиме они экономичнее традиционных. Правда, на первый взгляд экономия не очень большая - до 5%, но если пересчитать на годовой расход газа, то сумма получится внушительной. К тому же конструкция котла устроена таким образом, что даже при максимальном падении давления газа в трубной магистрали он будет продолжать работать. Эффективность, если и упадет, то незначительно.

Заключение по теме

Тот, кто считает себя человеком экономным и держит расходы семейного бюджета в жестких рукавицах, должен приобретать именно конденсационный газовый котел для отопления и ГВС собственного дома. С помощью такого агрегата можно отлично сэкономить на потреблении топлива, не снижая такой показатель, как эффективность. Тем более что цены на газ каждый год растут.

Для отопления частного дома существует большое разнообразие котлов, которые способны работать на газу, дровах, опилках, пеллетах, жидком топливе или электричестве. При выборе вида топлива, на котором будет работать отопительный прибор, основополагающее решение исходит из стоимости и доступности того или иного энергоносителя. Наиболее распространённый, ввиду своей низкой стоимости, является природный газ. Почему же тогда конденсационный котел получил такое высокое распространение на европейском рынке? В связи с ежегодным ростом цен на этот вид топлива, инженеры в сфере отопления разработали новый вид котла, который отличается полнотой использования энергии топлива.

Газовые конденсационные котлы в отличие от конвекционных (традиционных), используют высшую теплоту сгорания благодаря рекуперации остатков энергоносителя.

На первых шагах, процесс очень схож с работой обычного конвекционного котла.

При сгорании жидкого или газообразного топлива образуется углекислый газ и водяной пар. Пар конденсируется в задние, более прохладные части теплообменника, т.к. он теплее его поверхности.

В процессе образования конденсата выделяется тепло, это тепло конденсации снова подается в отопительный контур и используется для нагрева охлажденной воды в обратной линии трубопровода. Таким образом, горелке уже подается предварительно нагретая вода из системы отопления. Поэтому в итоге для нагрева того же объема, необходимо затратить меньше энергии.

На последнем этапе используется еще остаточное тепло отходящих дымовых газов. Через трубу подачи воздуха расположенную в дымовой трубе, поступающий свежий воздух необходимый для работы горелки нагревается, за счёт тепла отходящего газа. Таким образом, в горелку поступает уже теплый воздух, что обеспечивает дополнительную экономию.

Наглядный принцип работы конденсационного котла

Плюсы и минусы конденсационных отопительных приборов

Конденсационный котел имеет значительно больше преимуществ перед традиционными, что объясняет более высокую стоимость. В прочем, более высокая цена в ближайшем будущем будет компенсирована в виде более низкого расхода газа.

Преимущества конденсационного котла

• Высокий КПД
  Зачастую коэффициент полезного действия в котлах превышает привычные 100%, добавочные проценты получаются из-за охлаждения дымовых газов и конденсированнии пара во второй части теплообменника. Благодаря этому, происходит значительная экономия расхода энергоносителя достигающая 35%.
• Тихая работа
  Котлы имеют очень низкий показатель уровня шума, благодаря чему повышается уровень комфора.
• Экологичность
  Если сравнивать с конвекционными котлами, то вредных выбросов становится меньше на 80%.

Недостатки конденсационного котла

• Высокая стоимость
  Цена будет выше на 30-50%, относительно традиционных котлов.
• Утилизации конденсата
  Необходимость утилизации конденсата не совсем является недостатком, т.к. для котлов мощностью менее 28 кВт возможно сливать в канализацию.
• Потеря КПД в высокотемпературных системах
  В высокотемпературных режимах, где температура подачи и обратки составляет 80/60 °C, показатели КПД упадут до 98-99%.

В среднем, котел на 25 кВт в день вырабатывает 70 литров конденсата

Сравнение конденсационных котлов

Модели котлов находятся в одном ценовом сегменте.

Условия подбора:

• Мощность: 24-25 кВт
• КПД: более 100%
• Одноконтурный
• Цена: до 50000 рублей

Учитывая данные параметры, нашлось две модели, полностью удовлетворяющие установленные параметры.

	Газовый котел Baxi Duo-tec Compact 1.24	Газовый котел Protherm Рысь К 25 MKO
Стоимость, сентябрь 2017	44590	49585
Максимальная тепловая мощность, кВт	24	25
Минимальная тепловая мощность, кВт	3.4*	6
КПД, %	105.7	108.5**
Материал теплообменника	нержавеющая сталь	алюминиево-кремниевый сплав
Расход природного газа	2.61 м³/час

* По отзывам, в модели Baxi минимальная тепловая мощность занижена, на деле она составляет 4.7 кВт.

** Относительно модели Protherm, то в таблице указан показатель при режиме частотной нагрузки (примерно 30%) и температуре 40/30 °С. При работе в полном низкотемпературном режиме 50-30°С КПД составит 104%. Кроме всего прочего, уровень шума у турбины значительно выше, чем у Baxi.

Так как модель от Protherm совсем недавно на российском рынке, то отзывов совсем немного, но если учесть отзывы о конвекционных котлов этого же бренда, можно полагать, что качество на высоком уровне.