Конденсационный газовый котел

Газовые конденсационные котлы являются одним из наиболее перспективных видов отопительного оборудования. Это определяется рядом факторов, основным из которых, является значительное снижение потребления газа по сравнению с обычными газовыми котлами отопления.

Если у Вас появятся вопросы или комментарии по содержанию статьи, можете разместить их в обсуждении темы внизу страницы. 

Содержание:
1. Принцип действия конденсационного котла.
2. Преимущества конденсационников.
3. Конструктивные особенности.
4. Особенности эксплуатации газовых конденсационных котлов

Принцип действия конденсационного котла

Устройство конденсационного котла ViessmannТак что же представляет собой конденсационный котёл и как он работает?
Сначала немного теории. Очевидно, что эффективность тепообменника определяется количеством тепла переданным от горячего первичного теплоносителя, которым являются продукты сгорания, холодному (воде или другому теплоносителю системы отопления). Поэтому чем ниже разница температур между продуктами сгорания и водой после теплообменника, тем больше передано тепла в систему отопления. И в конденсационных котлах эта разница температур составляет от 5°С до 30°С. Для сравнения: разница температур продуктов сгорания и теплоносителя СО в неконденсационном газовом котле составляет свыше 100°С.

 

Принцип действия газового конденсационного котлаНо повышенный КПД конденсационного котла определяется не только эффективностью теплообмена. В обычном газовом котле при прохождении продуктов сгорания через теплообменник, в систему отопления не передается большая часть тепла, "скрытого" в энергии парообразования. Пар, содержащийся в продуктах сгорания, вместе с ними выбрасывается в атмосферу. Вследствие этого, "скрытая" энергия пара безвозвратно теряется. В конденсационных котлах реализована современная технология, которая позволяет эту энергию извлечь. Эта технология заключается в охлаждении продуктов  сгорания до точки росы и конденсации водяных паров на поверхности теплообменника, омываемой дымовыми газами. В процессе конденсации выделяется дополнительная тепловая энергия, передаваемая в систему отопления. Поэтому-то такие газовые котлы и называются «конденсационными».

 

- количество водяного пара в общем объеме продуктов сгорания составляет порядка 20%;

- разница между низшей (без учета затраты тепла на парообразование) и высшей теплотой сгорания составляет 11%;

Конденсат на поверхности теплообменника газового конденсационного котла

 

Рис. 1. Конденсат на поверхности теплообменника газового конденсационного котла

Видео. Устройство и принцип действия конденсационного котла

Преимущества конденсационников

Первое - это высокий КПД (108-109%) и, как следствие, - высокая экономичность, позволяющая добиться экономии газа до 30% за сезон! Здесь необходимо пояснить, почему КПД конденсационного котла выше 100%, что невозможно по законам физики. Дело в том, что при определении КПД обычных газовых котлов отопления, используется исторически сложившийся подход, основанный на, так называемой, «низшей» теплоте сгорания, не учитывающей теплоту на парообразование. Но так, как у конденсационных котлов используется дополнительная теплота от конденсации водянных паров в продуктах сгорания, т.е. процесса, обратного парообразованию, то получается, что соотношение полученной тепловой энергии к затраченной (по указанной методике) - более 1. Такой подход для расчета КПД конденсационных котлов обусловлен необходимостью сравнения их характеристик с параметрами обычных газовых котлов отопления. Если бы расчет эффективности обычных газовых котлов велся с учетом скрытой теплоты сгорания, то КПД обычных газовых котлов составил бы 81-86%, а КПД конденсационных котлов достигал бы 98%!

Основные преимущества конденсационных котлов:
- экономичность;
- компактные размеры котлов малый вес, возможность получения большой мощности при ограниченном пространстве;
- экологичность, низкие выбросы вредных веществ в атмосферу;
- низкий уровень шума;
- низкая температура отходящих газов, что позволяет добиться экономии на отводе продуктов сгорания

Не менее важным фактором, который определяет экономичность конденсационного котла, является более глубокая модуляция пламени, реализованная в горелках большинства котлов этого типа. Модуляция пламени - это спостобность (и возможность) автоматики котла регулировать интенсивность сгорания топлива в зависимости от тепловой нагрузки. В конденсационных котлах диапазон модуляции обычно составляет от 20 до 100%, в обычных газовых котлах этот диапазон составляет обычно 40%-100%. Это значит, что минимальная мощность, при которой неконденсационный котел продолжает работать при снижении тепловой нагрузки, составляет 40% от максимальной (например, ~ 9 кВт для 24 киловатного котла). При дальнейшем снижении потребления тепла, котёл выключается. Такой режим работы газового котла называется "тактованием", т.к. изменение генерируемой тепловой мощности осуществляется не модуляцией пламени, а включением-выключением котла. Такой режим характерен для периода межсезонья. В режиме тактования существенно возрастает расход топлива (до 30%). Таким образом, глубокая модуляция пламени у конденсационных котлов позволяет существенно снизить расход топлива.

Конструктивные особенности газового конденсационного котла

Теплообменник

Схема работы теплообменника конденсационного котлаОсновным узлом конденсационного котла, определяющим его экономичность и эффективность, является теплообменник. Теплообменник конденсационного теплогенератора должен быть настолько эффективным, чтобы за время прохождения через него продуктов сгорания, они успели охладиться до температуры ниже точки росы.

Для этого, конденсационный теплообменник имеет повышенную, по сравнению с обычным котлом, площадь теплообмена и работает по методу противотока. При противотоке потоков дымовых газов и теплоносителя, теплообмен осуществляется наиболее эффективно. Кроме того, по сути, конденсационный теплообменник функционально разделен на две части. В первой его части (по направлению движения продуктов сгорания) осуществляется обычный теплообмен с теплоносителем. Далее, уже частично остывшие продукты сгорания омывают ту часть теплообменника, в которую поступает охлажденный теплоноситель из системы отопления, что позволяет снизить температуру дымовых газов до точки росы и осуществить конденсатообразование с выделением дополнительного тепла.
Теплообменники конденсационных котлов обычно представляют единую конструкцию с камерой сгорания и посадочным местом для газовой горелки.

Как правило, теплообменники изготавливаются из нержавеющей стали или силумина (сплава алюминия с кремнием), что определяет их небольшой вес, компактность, высокую теплопроводность и устойчивость к коррозии.

Благодаря этим качествам «конденсатники» даже относительно большой мощности могут быть изготовлены в настенном исполнении. 

Силуминовый теплообменник конденсационного котлаКакой теплообменник лучше, силуминовый или из нержавейки? - однозначного ответа нет. 
Теплообменники из сплава алюминия с кремнием (силумина) собираются из литых секций, они легче и имеют лучшую теплопроводность, чем у теплообменников из нержавейки, вследствие чего они проще в производстверемонтопригодны и более компактны. Кроме того, обычно такие теплообменники имеют большую ёмкость и меньшее гидравлическое сопротивление. Но силуминовые теплообменники требовательны к качеству воды, в частности к показателю Ph, который должен находиться в пределах от 7 до 8,5. Кроме того, теплообменники из силумина требуют периодической чистки из-за того, что на их поверхности происходит постоянная реакция с образованием осадка, снижающего эффективность теплообмена. Силуминовые теплообменники обычно устанавливаются на котлы большой мощности. В частности, котлы из сплава алюминия с кремнием имеют конденсационные котлы De Dietrich, Buderus в том числе и малой мощности.

 

Теплообменник конденсационных котлов из нержавеющей сталиТеплообменники из нержавеющей стали устойчивы к коррозии, качество теплообмена в них не ухудшается со временем. Если теплообменник из "нержавейки" и загрязняется, то обычно из-за загрязнения воздуха для горения или превышения количества серы в природном газе. Но нержавеющие теплообменники имеют значительное гидравлическое сопротивление, вследствие чего требовательны к устойчивой и хорошей циркуляции теплоносителя, иначе возможен их перегрев. Для обеспечения минимального гидравлического сопротивления, в системах отопления на конденсационных котлах с нержавеющими теплообменниками производители настоятельно рекомендуют использовать гидравлические разделители (стрелки). Качество воды, в частности её жесткость" также является важным фактором для нормальной работы конденсационного котла с теплообменником из нержавеющей стали. Теплообменники из нержавейки устанавливают на свои конденсационники такие известные производители как Vaillant и Baxi.

 

Узел горелки

Горелочный узел конденсационного котлаГорелочный узел конденсационного котла решает две важные задачи - получение качественной газовоздушной смеси и обеспечение широкого диапазона модуляции мощности.
Для качественного конденсатообразования требуется, чтобы коэффициент избытка воздуха в газовоздушной смеси был минимальным. Поэтому узел горелки конденсационного котла должен подготавливать для горения качественную, сбалансированную и равномерно смешанную газовоздушную смесь. Для этого в конденсационных котлах обычно используются вентиляторные горелки с полным предварительным перемешиванием газа и воздуха. Это означает, что газ смешивается с воздухом строго в определенных пропорциях ещё до вентилятора, подающего смесь к горелке; вследствие чего оптимальный состав смеси поддерживается при различных режимах модуляции. Модуляцию мощности обеспечивает нагнетающий вентилятор с регулируемой частотой вращения.

Горелка в конденсационных котлах обычно представляет собой дифуззор с сеткой их нержавеющей стали, который обеспечивает равномерное распределение и сжигание газовоздушной смеси с малой высотой пламени. Такая конструкция горелки в совокупности с качественной смесью позволяет обеспечить широкий диапазон модуляции мощности, уменьшить камеру сгорания, и снизить выброс вредных веществ.

Горелка конденсационного котла Viessmann

Рис. 2. Горелка конденсационного котла Viessmannn

Особенности эксплуатации конденсационного котла

Температурный режим системы отопления

Эффективность газового конденсационного котла во многом определяется температурой теплоносителя в теплообменнике. Для конденсации пара необходимо, чтобы хотя бы та часть поверхности теплообменника, в которую поступает теплоноситель из обратной линии СО, имела температуру равную или ниже температуры точки росы - +57°С. Причем, чем меньше температура в обратной линии, тем выше КПД котла. При температуре большей +57°С конденсации паров не будет, хотя КПД конденсационного котла всё равно будет выше, чем у обычного газового котла за счет большей площади теплообмена. 

Оптимальным температурным режимом для конденсационных котлов считается перепад температур между подающей и обратной магистралями 50/30°С.

Подбор радиаторов для конденсационного котлаС максимальной эффективностью конденсационные котлы работают в низкотемпературных системах отопления, например в системах панельно-лучитого отопления, в т.ч. напольного. Системы радиаторного отопления желательно тоже проектировать с учетом низких температур теплоносителя, но такие решения предполагают существенное увеличение типоразмеров радиатора.

 

Теплоотдача панельного радиатора 21-го типа длиной 0,5 м при температурном режиме 80/65/20 примерно такая же, как и у радиатора длиной 1,3 м при режиме 50/40/20

Очевидно, что для систем радиаторного отопления такой температурный режим обеспечить сложно, но это не означает, что при радиаторном отоплении конденсационные котлы не эффективны. Как уже указывалось, основным фактором, необходимым для конденсатообразования, является температура обратной линии.  А обеспечить температуру «обратки» в пределах до 50°С – это уже абсолютно реальная задача. К тому же, как тоже упоминалось выше, общая эффективность теплообмена и широкий диапазон модуляции мощности конденсационных котлов позволяют добиться существенного сокращения потребления газа даже при радиаторном отоплении. С учетом того, что температурный режим и мощность радиаторов определяются для условий самой холодной пятидневки, то в "высокотемпературном" режиме "конденсатник" работает в очень ограниченный период отопительного сезона. При повышении же температуры воздуха до средних за зиму значений, котел переходит в штатный конденсационный режим.

Подключение эквитермического регулятора к конденсационному котлуНаилучшие экономические показатели при таком режиме работы, конденсационные котлы демонстрируют при их эксплуатации в режиме эквитермического (погодозависимого регулирования), при котором котел автоматически подстраивается под изменение температуры окружающего воздуха. Работа котла под управлением погодозависимого контролера позволяепт съэкономить до 30% газа. 
На приведенном рисунке показан погодозависимый регулятор, выполненный в виде отдельного устройства, но на большинстве случаев он встроен в автоматику котла.
Обозначения
1. Датчик наружной температуры
2. Контроллер
3. Газовый котёл

 

Примерное снижение потребления газа в конденсационных котлах по сравнению с традиционными в различных системах:
* До15% - при радиаторном отоплении;
* До20% в комбинированных системах (радиаторы+теплый пол);
* До35% в ситемах панельно-лучистого отопления, в т.ч. напольного.

Дымоудаление

Даже после конденсационного теплообменника, дымовые газы имеют определенную влажность. С учетом низкой температуры продуктов сгорания, велика вероятность конденсатообразования на элементах дымохода. Если дымоход проложен в среде с отрицательной температурой, то конденсат замерзает со всеми вытекающими из этого последствиями.

Для обеспечения нормальной работы, дымоход конденсационного котла должен отвечать следующим требованиям:
- герметичность;
- кислотостойкость;
- должен обеспечивать беспрепятственный слив образующегося конденсата.

Вывод коаксинального дымохода за внешнюю стенуНизкая температура дымовых газов делает невозможным её удаление с помощью естественной тяги и может быть осуществлена только принудительно с помощью вентилятора. Поэтому организация отвода продуктов сгорания конденсационных котлов аналогична системам дымоудаления у газовых котлов с закрытой камерой сгорания. Вследствие этого, и системы дымоходов очень схожи. С помощью дымоходов коаксинального или  раздельного исполнения, продукты сгорания под давлением могут быть отведены за пределы здания по кратчайшему пути. Но необходимо учитывать, что на длину дымохода  накладываются ограничения, которые зависят от его конфигурации.

 

Утилизация конденсата

При монтаже газовых конденсационных котлов необходимо предусмотреть отвод конденсата, образующеся при работе котла. Максимальное количество конденсата, которое может быть выделено из продуктов сгорания, составляет 0,14 кг на 1 кВтч полученной энергии. Но реальное количество конденсата зависит от текущей эффективности котла, зависящей от факторов, о которых написано выше. Образующийся конденсат имеет некоторую кислотность. Значение Ph обычно лежит в диапазоне от 3-х до 5. Поэтому канализационные трубы должны быть изготовлены кислотостойкого материала (полиэтилен, пропилен, керамика и т.п.).

Российскими нормами не установлены требования к порядку утилизации конденсата. Европейскими нормами допускается слив конденсата в канализацию с котлов мощностью до 50 кВт, а слив конденсата в систему городской канализации для котлов мощностью от 50 до 200 кВт разрешается лишь в дневное время. В септики сливать конденсат без нейтрализации не допускается

В нашем интернет-магазине Вы сможете подобрать и купить конденсационные котлы ведущих производителей. Мы предлагаем широкий ассортимент настенных и напольных конденсационных котлов Baxi, Vaillant, De Dietrich, Buderus и других брендов.