Газовый котел: разбираемся в нюансах работы – Статья – Журнал – FORUMHOUSE

Стремительное развитие технологий заставило современных ученых вплотную подойти к модернизации привычных систем отопления. Это привело к появлению нового типа обогревателей

Принцип работы конденсационного газового теплогенератора

Прежде чем мы расскажем о нюансах конденсационной технологии, отметим, что энергоэффективный, а значит комфортный и экономичный загородный дом — сбалансированное строение. Это означает, что, помимо замкнутого теплоизоляционного контура, все элементы коттеджа, включая инженерную систему, должны быть оптимально подобраны друг к другу. Поэтому так важно выбрать котёл, который хорошо сочетается с низкотемпературной отопительной системой «теплый пол», а также позволит сократить расходы на покупку энергоносителя в долгосрочной перспективе.

thumb_585.jpg

Сергей БугаевТехнический специалист компании Ariston

В России, в отличие от европейских стран, конденсационные газовые котлы менее распространены. Помимо экологичности и большего комфорта, данный вид оборудования позволяет уменьшить затраты на отопление, т.к. такие котлы работают на 15-20% экономичнее обычных.

Если посмотреть технические характеристики конденсационных газовых котлов, то можно обратить внимание на КПД оборудования — 108-110%. Это противоречит закону сохранения энергии. В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%. Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?

Дело в том, что такой результат получается благодаря методике теплотехнического расчёта, применяемой для обычных газовых котлов, не учитывающей один важный момент испарение/конденсацию. Как известно, при сгорании топлива, например, магистрального газа (метана CH4), выделяется тепловая энергия, а также образуется углекислый газ (CO2), вода (H2O) в виде пара и ряд других химических элементов.

В обычном котле температура дымовых газов после прохождения через теплообменник может доходить до 175-200 °C.

 И водяной пар в конвекционном (обычном) теплогенераторе фактически «вылетает в трубу», унося с собой в атмосферу часть теплоты (выработанной энергии). Причём величина этой «потерянной» энергии может доходить до 11%.

Чтобы повысить эффективность работы котла, надо задействовать это тепло до того, как оно уйдёт, и передать его энергию через специальный теплообменник теплоносителю. Для этого нужно охладить дымовые газы до температуры т.н. «точки росы» (около 55 °C), при которой происходит конденсация паров воды с выделением полезной теплоты. Т.е. — задействовать энергию фазового перехода для максимального использования теплотворной способности топлива.

Возвращаемся к методике расчёта. Топливо имеет низшую и высшую теплотворную способность.

  • Высшая теплотворная способность топлива — это количество теплоты, выделившейся при его сгорании с учётом энергии водяного пара, содержащегося в дымовых газах.
  • Низшая теплотворная способность топлива — это количество выделившейся теплоты без учёта энергии, скрытой в водяном паре.

КПД котла выражается в количестве тепловой энергии, полученной при сгорании топлива и переданной теплоносителю. Причём, указывая КПД теплогенератора, производители могут по умолчанию рассчитать его по методике с применением низшей теплотворной способности топлива. Получается, что реальный коэффициент полезного действия конвекционного теплогенератора на самом деле составляет около 82-85%, а конденсационного (помним об 11% дополнительной теплоты сгорания, которые он может «забрать» из водяного пара) – 93 – 97%.

Отсюда и появляются цифры КПД конденсационного котла, превышающие 100%. Благодаря высокому КПД такой теплогенератор расходует меньше газа, чем обычный котёл.

thumb_585.jpg

Сергей Бугаев

Максимальную эффективность конденсационные котлы обеспечивают, если температура обратной линии теплоносителя меньше 55 °C, а это низкотемпературные системы отопления «тёплый пол», «тёплые стены» или системы с увеличенным количеством секций радиаторов. В обычных высокотемпературных системах котёл будет работать в конденсационном режиме. Только в сильные морозы нам придётся поддерживать высокую температуру теплоносителя, в остальное время, при погодозависимом регулировании, температура теплоносителя будет ниже, и за счёт этого в год мы сэкономим 5-7%.

Максимально возможная (теоретическая) экономия энергии при использовании теплоты конденсации составляет:

  • при сгорании природного газа – 11%;
  • при сгорании сжиженного газа (пропан-бутан) – 9%;
  • при сгорании дизельного топлива (солярки) – 6%.

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.

Особенности и принцип работы

Описываемые устройства способны обеспечивать тепловой энергией вспомогательные ветки – например, «теплый пол». Более того, их эксплуатационный срок вдвое больше, чем у обычных моделей, а конфигурационный и производительный диапазоны в разы шире.

Мощность котлов напрямую зависит от типа установки:

  • если прибор напольный, то до 35-ти киловатт;
  • если навесной, то до 100 киловатт.

Принцип работы конденсационного котла - фото 21

Главным элементом  является теплообменник. В традиционных моделях он один, в то время как в конденсационных – два.

Более того, они могут быть:

  • совмещенными (на две ступени);
  • раздельными.

Каскадная схема монтажа - изображение 22

В данном случае первый теплообменник функционирует таким же образом, как в обычных отопительных приборах. Тепловая энергия, образуемая посредством сжигания газа, нагревает поверхность обменника, проходя через него, и рабочую жидкость, двигающуюся по его внутренним полостям. К слову, температура этого первого теплообменника никогда не падает ниже той самой точки росы. А вот второй теплообменник прогревается теми же газами, но рабочая жидкость, идущая по нему, поступает уже из «обратки».

От идеи к действию - фото 23

Особенности конструкции

Поскольку выпадающий конденсат содержит примеси кислот, теплообменники для отопительных агрегатов выполняются из нержавеющей стали. Теплоноситель из обратного трубопровода подводится к змеевику, его витки образуют кольцо, внутри которого располагается газогорелочное устройство. В идеале оно тоже имеет цилиндрическую форму, отверстия форсунок расположены по всей поверхности горелки и пламя распространяется во всех направлениях. Таким способом прогревается весь змеевик, водяной пар активно конденсируется на первой половине витков, где теплоноситель имеет низкую температуру.

Для выпадения конденсата требуется температура 59 ºС и ниже. В системах отопления температура воды в обратном трубопроводе колеблется от 30 до 60 ºС, что вполне приемлемо. Схема основных узлов, из которых состоит настенный газовый конденсационный котел, представлена на рисунке.

Схема с пояснениямиКамера сжигания – закрытого типа, с принудительным нагнетанием воздуха для горения. Поскольку вентилятор – самый шумный элемент конструкции, для конденсационных установок используются малошумящие модели, звук их работы практически не слышен. Воздух втягивается по наружному каналу двустенного коаксиального дымохода. Одновременно навстречу ему по внутреннему каналу выходят дымовые газы, отдавая тепло через металлическую стенку. Температура газов на выходе из конденсационного котла – менее 100 ºС.

Плюсы и минусы конденсационного нагревателя

Среди преимуществ конденсационного котла числятся:

  1. Сокращение на 60–70% объема вредных выбросов (большая часть углекислоты и азотных оксидов уходит в конденсат).
  2. В сравнении с конвекционными моделями экономия до 30% газового топлива на сгенерированный 1 кВт.
  3. Меньшие габариты нагревательного оборудования на газу при одинаковой мощности.
  4. Низкая температура продуктов горения в дымоходе (всего лишь около 40 0С).
  5. Возможность установки каскада из нескольких котлов.
  6. Универсальность (подходит как для радиаторов отопления, так и для «теплых полов»).
  7. Наличие умной автоматики и полная автономность работы газового генератора тепла без вмешательства человека.

Каскадная система из двух-трех теплогенераторов позволяет устанавливать котлы малой мощности, которые меньше шумят и вибрируют при работе, нежели более мощные модели.

Это упрощает монтаж всей отопительной системы и позволяет уменьшить габариты домашней котельной. Плюс благодаря возможности более гибкого регулирования процесса генерации тепла повышается общая эффективность применения теплогенерирующего оборудования.

Группа конденсатных котлов в котельной

Затраты на конденсационный котел в сравнении с обычным конвекционным отбиваются за 5–6 лет за счет экономии на природном газе

Из минусов конденсационных теплогенераторов следует упомянуть:

  1. Высокий ценник на оборудование (в 1,5–2 раза выше, чем у аналогичных по мощности моделей классического конвекционного типа).
  2. Проблемы с утилизацией конденсата.
  3. Снижение эффективности при использовании котла в высокотемпературных системах обогрева.
  4. Энергозависимость – для работы вентилятору, автоматике и циркуляционному насосу требуется электричество.
  5. Запрет на использование с антифризами.

Несмотря на значительные первоначальные затраты, конденсационный котел вполне оправдан с экономической точки зрения. В процессе эксплуатации он с лихвой возвращает все потраченные изначально деньги.

В России подобное оборудование пока распространено мало. Газовый котел с рекуперацией еще слишком необычен и мало изучен на нашем рынке. Но интерес к таким теплогенераторам постепенно растет.

Каскадная схема монтажа

Если необходимо обогреть помещение большой площади (коттедж, особняк на несколько этажей, производственно помещение) используют каскадную схему монтажа.

Её суть в том, что для обеспечения максимальной эффективности и экономности отопительной системы последовательно подключают несколько котлов низкой мощности.

Такой приём позволяет в несколько раз повысить производительность всей системы или значительно снизить расходы на топливо.

Регулировка всех приборов выполняется при помощи специального устройства, которое подключается ко всем котлам.

Каскад из конденсационных котлов – выгодное решение для больших площадей. Для управления системой подключается оборудование, в которое встроены датчики температуры и регуляторы подачи топлива. Это устройство предупреждает холостую работу котлов, выравнивает мощность, обеспечивая правильное распределение температуры в помещениях.

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.

Особенности эксплуатации конденсационного газового котла

Частые вопросы потребителей: что делать с конденсатом, получаемым в процессе эксплуатации котла, насколько он вреден, и как его утилизировать.

Количество конденсата можно рассчитать так: на 1 кВт*ч приходится 0,14 кг. Следовательно, конденсационный газовый котёл мощностью в 24 кВт при работе на 12 кВт мощности (т.к. большую часть отопительного периода котел работает с модуляцией, а средняя нагрузка на него, в зависимости от условий, может составлять ниже 25%) в достаточно холодный день вырабатывает 40 литров конденсата при низкотемпературном режиме.

Конденсат можно слить в центральную канализацию, при условии, что его разбавили в пропорции 10 или лучше 25 к 1. Если дом оборудован септиком или локальной очистной станцией, требуется нейтрализация конденсата.

thumb_585.jpg

Сергей Бугаев

Нейтрализатор представляет из себя ёмкость, заполненную мраморной крошкой. Вес наполнителя – от 5 до 40 кг. Менять её надо вручную в среднем раз в 1-2 месяца. Конденсат, обычно пройдя через нейтрализатор, самотёком попадает в канализацию.

Практическое применение

Выбор системы отопления – теплый пол или радиаторное отопление – также влияет на экономичность конденсационной установки.

Для отопительных систем с радиаторами часто принимают расчетную зимнюю температуру в подающей линии 70 °С и 50 °С– в обратной линии.

Решающей для создания условий конденсации является температура обратной воды. Она должна быть как можно ниже температуры точки росы. Даже если расчетная зимняя температура составляет -20 °с, температура обратной воды как раз достигнет температуры точки росы. Таким образом, конденсационный котел весь год работает в области конденсации.

Чем ниже становится температура воды в обратной линии при уменьшении нагрузки, тем выше становится степень конденсации в конденсационном котле. Здесь необходимо отметить, что в течение отопительного сезона имеют место наружные температуры, превышающие расчетную зимнюю, поэтому обеспечиваются условия высокоэффективной эксплуатации конденсационного котла. Если вместо радиаторного отопления применяют систему теплого пола с температурой подачи 40 °С и температурой в обратной линии 30 °С, полнота конденсации становится еще выше. В результате в течение всего отопительного сезона температура обратной воды существенно ниже температуры точки росы. Условия работы конденсационного котла становятся оптимальными, и он работает еще более эффективно.

Расположение котла

Конструкция газового котла с принудительной подачей воздушной смеси позволяет расположить его практически в любом помещении, так как он не забирает воздух из комнаты и оборудован закрытой камерой сгорания. Это позволяет установить агрегат, к примеру, на кухне. Лучше, когда он находится неподалеку от наружной стены, чтобы не пришлось делать длинный горизонтальный участок дымохода. В зависимости от интерьера можно выбрать настенный котел, вписав его между бытовой техникой либо напольную версию. Например, внешний дизайн напольного конденсационного агрегата Vitodens 222 – F бренда Viessmann отлично подходит для кухни, так как с виду он похож на большой холодильник.

Пример монтажа котла в помещении

Перед покупкой стоит внимательно изучить все конденсационные котлы конкретного производителя не только на предмет мощности, но и дизайна. Как настенные, так и напольные установки разных брендов имеют большой диапазон мощностей. Настенный агрегат можно приобрести от 3.5 до 110 кВт тепловой мощности, что позволит отапливать как несколько комнат, так и трехэтажный коттедж. Мощность бытовых напольных установок еще больше – до 320 кВт.

Если требуется обеспечить нагрев воды на хозяйственные нужды, есть смысл приобрести двухконтурный газовый котел конденсационного типа. Подбирать его следует по количеству потребителей горячей воды. Агрегаты с проточным теплообменником могут обеспечить 2—3 потребителя, если же их количество больше, стоит рассмотреть вариант со встроенным бойлером.

Определив место установки котла, нужно убедиться, что к нему есть возможность подвести дымоход. Самый простой вариант – вывести трубу горизонтально сквозь наружную стену, – такой вариант подойдет для одноэтажного дома. Для двух и более этажей он может стать неприемлемым, поскольку дым может задуваться ветром в окна верхних помещений. Здесь лучше установить традиционный вертикальный дымоход. Некоторые производители продают детали дымовой трубы в комплекте со своими котельными установками.

Видео

В данном видеоролике показаны этапы каскадного монтажа котлового газового оборудования Buderus Logamax Plus GB162.

Монтаж

Схема подключения конденсационного котла должна быть продумана максимально четко. Малейшая ошибка в ней может привести к появлению серьезных проблем при эксплуатации, обесценив все вложения. Следует учитывать, что конденсирующие котлы нельзя устанавливать в жилых комнатах, максимум — в кухнях. Идеальным решением оказывается выбор для установки отдельного изолированного пространства, где потолки подняты хотя бы на 220 см. Стены должны быть покрыты штукатуркой, а еще лучше — кафельной плиткой.

Идеальный пол — тот, что максимально ровен и покрыт негорючим слоем. Необходимо готовить проход шириной не менее 0,8 м; котельная комната, какой бы она ни была, оснащается остеклением минимум 0,3 кв. м на 10 куб. м внутреннего объема. Сам этот объем высчитывается в соответствии с генерируемой нагревателем мощностью. Запрещается использование котельных, не оснащенных канализацией. Каскадная группа конденсационных котлов подразумевает обособленный запирающий вентиль для каждого аппарата.

Котельную связывают с общей вытяжкой из дома; приток воздуха организуется либо при помощи вентилирующих решеток в дверях, либо напрямую с улицы.

Категорически запрещается крепить конденсирующий котел под наклоном, даже совсем небольшим. Особенное внимание стоит уделить пластиковым дымоходам и защите от конденсата.

Категорически неприемлемо использование всех материалов, рассчитанных на сопротивление значительному нагреву. Нельзя ставить стыки труб так, чтобы они хоть немного мешали необходимому движению конденсированной воды.

Современные проектные решения

Естественно, что применение конденсационных котлов предоставляет дополнительные возможности с точки зрения применяемых конструктивных и теплотехнических решений при проектировании котельных. Однако для реализации этих возможностей необходимо выполнить ряд дополнительных требований.

При этом стоит отметить, что большая часть этих требований позволяет так же увеличить эффективность работы котельных с применением неконденсационных котлов, но именно применение конденсационной техники раскрывает возможности в полной мере. То есть ориентировка на применение современного оборудования позволяет повысить уровень проектных решений в целом. Максимальная эффективность от современных проектных решений является отличным преимуществом конденсационных котлов.

Что такое конденсаторные котлы? - изображение 31

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%.

Как выбрать газовый котел?

Читайте так же:

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...