Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

3662

Постійно зростаюча вартість енергоносіїв підштовхнула вчених та інженерів до створення нового типу теплогенераторів – конденсаційного котла. При установці в низькотемпературну систему опалення конденсатник може показати ККД понад 100%. Як вдалося цього досягти? Який принцип роботи конденсаційного газового котла? В чому полягають його переваги і недоліки? Прочитавши нашу статтю, ви дізнаєтеся про це все або майже все.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

Принцип роботи конденсаційного котла

Конденсаційний котел є молодшим братом самого звичайного газотопливного конвекційного котла. Принцип дії останнього вкрай простий, а тому зрозумілий навіть людям, що погано розбираються в фізиці та техніці. Паливом для котла, як випливає з його назви, служить природний (магістральний) або скраплений (балонний) газ. При згорянні блакитного палива, як втім і будь-якої іншої органіки, що утворюється вуглекислий газ і вода і вивільняється велика кількість енергії. Виділяється тепло, яке йде на нагрів теплоносія – технічної води, що циркулює по системі опалення будинку.

ККД газового конвекційного котла становить ~90%. Це не так вже і погано, принаймні, вища, ніж у рідинно — та твердопаливних теплогенераторів. Однак люди завжди прагнули максимально наблизити цей показник до заповітних 100%. У зв’язку з цим постає питання: куди ж дівається решта 10%? Відповідь, на жаль, прозаїчна: вилітають в трубу. Дійсно, продукти згоряння газу, що залишають систему через димар, розігріті до дуже високої температури (150-250°C), а значить, втрачені нами 10% енергії витрачаються на обігрів повітря за межами дому.

Вчені та інженери давно шукали можливість більш повної рекуперації тепла, проте спосіб технологічного втілення їх теоретичних розробок був знайдений лише 10 років тому, коли був створений конденсаційний котел.

У чому його принципова відмінність від традиційного конвекційного газотопливного теплогенератора? Відпрацювавши основний процес спалювання палива й передачі значної частини виділеного при цьому тепла теплообміннику, конденсатник доохолоджує газоподібні продукти згоряння до 50-60°C, тобто до точки, коли починається процес конденсації води. Вже цього достатньо для того, щоб суттєво збільшити ККД, в даному випадку – кількість тепла, переданого теплоносію. Однак і це ще не все.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки
Традиційний газовий котел
Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки
Конденсаційний газовий котел

При температурі 56°C – в так званій точці роси – вода переходить з пароподібного стану в рідкий, іншими словами, відбувається конденсація водяної пари. При цьому виділяється додаткова енергія, у свій час витрачена на випаровування води й у звичайних газових котлах втрачається разом з парогазовою сумішшю. Конденсаційний котел здатний «забрати» тепло, що виділяється в процесі конденсації водяної пари, і передати його теплоносію.

Виробники теплогенераторів конденсаційного типу незмінно звертають увагу своїх потенційних клієнтів на надзвичайно високий ККД, що випускається їхніми пристроями – вища 100%. Як таке можливо? Насправді ніякого протиріччя канонами класичної фізики тут немає. Просто в даному випадку застосовують іншу систему розрахунків.

Часто, оцінюючи ККД опалювальних котлів, підраховують, яка частина виділеного тепла передана теплоносію. Тепло, «відібране» в звичайному казані, і тепло від глибокого охолодження димових газів дадуть в сумі 100% ККД. Але якщо додати сюди ще й тепло, що виділяється при конденсації пари, ми отримаємо ~108-110%.

З точки зору фізики такі обчислення не зовсім вірні. При розрахунку ККД потрібно враховувати не утворене тепло, а повну енергію, що вивільнилися в процесі горіння суміші вуглеводнів заданого складу. Сюди ввійде і енергія, витрачена на переклад води в газоподібний стан (згодом виділилася в процесі конденсації).

З цього випливає, що коефіцієнт корисної дії, перевищує 100%, це всього лише хитрий хід маркетологів, які експлуатують недосконалість застарілої формули розрахунку. Тим не менш, слід визнати, що конденсатнику, на відміну від звичайного конвекційного котла, вдалося «вичавити» з процесу згоряння палива все або майже все. Позитивні моменти очевидні – більш висока ефективність і зниження споживання викопних ресурсів.

Пристрій основних вузлів конденсаційного котла

З конструктивної точки зору конденсаційний котел не сильно, але все ж відрізняється від звичайного газового. Його основними елементами є:

  • камера згоряння оснащена пальником, системою подачі палива і вентилятором для нагнітання повітря;
  • теплообмінник № 1 (первинний теплообмінник);
  • камера доохлождения парогазової суміші до температури, максимально наближеної до 56-57°C;
  • теплообмінник № 2 (конденсаційний теплообмінник);
  • резервуар для збору конденсату;
  • димар для відведення холодних димових газів;
  • насос, що забезпечує циркуляцію води в системі.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

  1. Димар.
  2. Розширювальний бак.
  3. Теплообмінні поверхні.
  4. Модульований пальник.
  5. Вентилятор пальника.
  6. Насос.
  7. Панель управління.

В первинному теплообміннику, зв’язаному з камерою згоряння, гази, що виділяються  охолоджуються до температури, які істотно перевищують точку роси (власне, так і виглядають звичайні конвекційні газові котли). Потім димова суміш примусово направляється до конденсаційного теплообмінника, де відбувається її доохолодження до температури нижче точки роси, тобто нижче 56°C. При цьому водяна пара конденсується на стінках теплообмінника, «віддаючи останнє». Конденсат збирається в спеціальному резервуарі, звідки з відвідної труби стікає в каналізацію.

Читайте по темі:  Теплый пол для дома и офиса

Вода, яка виконує роль теплоносія, рухається в напрямку, протилежному руху парогазової суміші. Холодна вода (зворотна вода системи опалення) попередньо підігрівається в конденсаційному теплообміннику. Потім вона надходить у первинний теплообмінник, де нагрівається до більш високої температури, заданої користувачем.

Конденсат – на жаль, не чиста водичка, як вважають багато хто, а суміш розбавлених неорганічних кислот. Концентрація кислот в конденсаті невелика, але з урахуванням того, що температура в системі завжди підвищена, його можна вважати агресивною рідиною. Саме тому при виробництві таких котлів (і в першу чергу конденсаційних теплообмінників) використовують кислотостійкі матеріали – нержавіючу сталь або силумін (алюмінієво-кремнієвий сплав). Теплообмінник, як правило, роблять литим, оскільки зварні шви є вразливим місцем – саме там в першу чергу починається процес корозійного руйнування матеріалу.

Конденсуватися пар повинен саме на конденсаційному теплообміннику. Все, що відбулося далі, в димар, з одного боку, втрачено для опалення, з іншого – руйнівно діє на матеріал димоходу. Саме в силу останньої причини димар виготовляють з кислотостійкої нержавіючої сталі або пластику, а горизонтальним його ділянкам надають невеликий ухил, щоб вода, що утворилася при конденсації незначних кількостей пари, все ж потрапила в димохід, зливалася назад в котел. Слід взяти до уваги, що димові гази, що виходять з конденсатника, сильно охолоджені, і все, що не сконденсувалося в котлі, обов’язково сконденсуєтся в димоході.

В різний час доби від опалювального котла потрібна різна кількість тепла, яку можна регулювати за допомогою пальника. Пальник у конденсаційного котла може бути або модульованим, тобто з можливістю плавної зміни потужності в процесі роботи, або немодульованим – з фіксованою потужністю. В останньому випадку котел підлаштовується під вимоги господаря шляхом зміни частоти включення пальника. На більшості сучасних котлів, призначених для опалення приватних будинків, встановлюють модельовані пальники.

Отже, ви, сподіваємося, отримали загальне уявлення про те, що таке конденсаційний котел, як він влаштований і за яким принципом працює. Однак, швидше за все, цих відомостей недостатньо для того, щоб зрозуміти, чи варто особисто вам купувати подібне обладнання. Щоб допомогти вам прийняти те чи інше рішення, розповімо про всі переваги і недоліки, плюси і мінуси конденсаційного котла, порівнявши його з традиційним конвекційним.

Плюси конденсаційного котла

Перелік переваг конденсаційного котла значний, що в кінцевому підсумку і пояснює зростаючу популярність цього виду опалювального обладнання:

  • Економія палива в порівнянні із звичайним конвекційним котлом може досягати 35%.
  • Скорочення шкідливих викидів при переході від традиційних газових моделей до конденсаційним оцінюється в середньому в 70%.
  • Низька температура відхідних газів дає можливість встановлювати пластикові димоходи, які значно дешевші, ніж класичні сталеві.
  • Низький рівень шуму підвищує рівень комфорту проживаючих у будинку людей.

Поговоримо про деякі з перерахованих переваг конденсаційних котлів більш докладно.

Економія палива при використанні в низькотемпературних системах

Витрата палива безпосередньо залежить від потужності обладнання і навантаження, покладеного на систему опалення. Для обігріву будинку площею 250 м2 достатньо буде 28-кіловатного конденсаційного котла з максимальною витратою газу 2.85 м3/ч. Класичний котел тієї ж потужності буде споживати 3.25 м3/ч. За умови, що котел експлуатується шість місяців з дванадцяти, в рік ви будете дещо економити.  Таку економію, напевно, складно назвати значною – вона навіть не перекриє різницю вартості щорічного технічного обслуговування котлів.

Але поглянемо на ситуацію очима середнього європейського споживача, якому природний газ обходиться в чотири-п’ять (а то і більше) разів дорожче. Сума економії в даному випадку складе вже близько 300 євро, а за це варто поборотися.

Витрата газу в конденсаційних котлах різної потужності:

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

Скорочення шкідливих викидів

При згоранні органічного палива утворюється вуглекислий газ, що дає при взаємодії з водою вуглекислоту. Крім того, в будь-якому паливі завжди є домішки сполук сірки, фосфору, азоту та ряду інших елементів. У процесі згоряння з них утворяться відповідні оксиди, які, з’єднуючись з водою, теж дають кислоти.

У звичайних конвекційних котлах пари води з домішкою кислот (вугільної, сірчаної, азотної, фосфорної) викидаються в атмосферу. Конденсаційні котли позбавлені цього недоліку: кислоти залишаються в конденсаті. Втім, з урахуванням проблем з утилізацією конденсату горезвісна екологічність даного обладнання може бути поставлена під сумнів.

Мінуси конденсаційного котла

Конденсаційний котел при всіх його перевагах не можна назвати ідеальним опалювальним устаткуванням, адже не позбавлений він і недоліків:

Читайте по темі:  Каміни з мармуру – варіанти виконання порталів, переваги, вибір і догляд
  • висока ціна;
  • висока вартість теплообмінника (і, як наслідок цього, необхідність ретельно стежити за станом всієї системи опалення);
  • недоцільність використання у високотемпературних системах;
  • складність утилізації конденсату;
  • чутливість до якості повітря, що забирається .

Ціна

За додаткові відсотки теплової енергії доводиться розплачуватися. Технічно конденсаційний котел складніший, а тому й коштує дорожче. Вартість гарного побутового конденсатника від відомого виробника в кілька разів перевищує вартість класичного агрегату такої ж потужності. Звичайно, придбавається подібне обладнання не на одне десятиліття, а значить, має сенс віддати перевагу інноваційним технологіям, що підвищують комфорт експлуатації.

Умовно всі моделі конденсаційних котлів можна поділити на три цінові категорії – преміум, середній і економ клас:

1. Преміум-клас розрахований на нечисленних покупців. До конденсаційних котлів преміум-класу відносяться, наприклад, моделі німецьких брендів. Це обладнання ефективне в роботі і зручне в експлуатації, відповідає європейським екологічним стандартам, виготовлене з матеріалів високої якості. «Преміальні» котли володіють безліччю корисних функцій, що істотно підвищують рівень комфорту при їх експлуатації: програмування режимів роботи (наприклад, підтримання температури в приміщенні на мінімальному рівні у відсутність господарів або невелике зниження температури у нічний час), погодозалежне регулювання, інтелектуальна взаємодія з іншими теплогенераторами, віддалене управління за допомогою спеціальної програми на мобільному телефоні і т. д. Єдиний мінус – висока ціна.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

2. Середній клас включає в себе товар дешевший, але з дещо скромнішими споживчими якостями. Це економічні та екологічні агрегати, що відповідають всім вимогам і забезпечують високу продуктивність. Вони відрізняються широким набором функцій, оснащені автоматичною системою управління, самостійно змінюють параметри в залежності від температури теплоносія і повітря в приміщенні.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

3. Економ клас розрахований на тих, хто задля економії готовий змиритися з більш низьким рівнем комфорту. «Масовий» товар завжди лідирує за рівнем продажів. Лідируючі позиції на ринку конденсаційних котлів економ належать корейським і словацьким компаніям. Їх продукція в два і більше разів дешевша моделей преміум-класу. Ще одна перевага цього обладнання – адаптованість до вітчизняних умов експлуатації. Недорогі конденсатники, мають простий функціонал, спокійно переносять збої в електропостачанні і перепади тиску, коли дорога автоматика перестає працювати.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

Оцінюючи свої фінансові можливості, необхідно врахувати і неминучі витрати на монтаж і запуск техніки в експлуатацію, які теж обійдуться вам дуже і дуже недешево.

Не слід забувати, що в процесі експлуатації конденсаційний котел забезпечує економію газу. Однак економія ця настільки примарна, що окупляться вкладення нескоро. Це означає, що перед покупкою конденсаційного тепла варто провести попередню оцінку: виправдає вартість зекономленого палива високу ціну обладнання.

Позитивного економічного ефекту від придбання такого котла слід очікувати тільки при певних умовах – якщо він встановлюється в розрахованому на постійне проживання новому (читай «споруджуваному») будинку з організованою низькотемпературною опалювальною системою теплих підлог. При цьому величина ефекту залежить від середньої зимової температури, тобто від регіону, де розташований будинок (принцип простий: чим більше тепла, тим більше сенсу в подібній техніці).

Висока вартість застосовуваного теплообмінника

Теплообмінник – технічно складний і дорогий елемент. У разі його виходу з ладу вам буде потрібно додатково витратитися. За ті гроші, що ви витратите на покупку нового теплообмінника і на оплату роботи по його заміні, ви легко могли б придбати новий конвекційний котел тієї ж потужності.

З цього випливає, що необхідно ретельно стежити за станом теплообмінника. Промити його, коли він заб’ється, буде вкрай складно. Встановлюючи конденсаційний котел, необхідно провести ревізію всієї системи опалення – у ній не повинно бути іржавих труб і радіаторів.

Збереження теплообмінника залежить і від якості використовуваного теплоносія. Вода повинна бути м’якою, інакше трубки швидко заростуть зсередини накипом. Наявність у воді сірководню, сторонніх суспензій, солей кальцію і заліза неприпустимо.

Так як конденсат містить кислоти, то теплообмінник повинен зуміти протистояти їх впливу. Найчастіше теплообмінники виготовляються з силуміну та високоякісної нержавіючої сталі. Теплообмінник з силуміну виробляють методом лиття. Завдяки нижчій вартості матеріалу і технології виробництва ці теплообмінники коштують дешевше, порівняно з теплообмінником з нержавіючої сталі. Але є у цих теплообмінників є недолік — вони менш стійкі до агресивного кислотного середовища.

Теплообмінники з нержавіючої сталі виготовляються шляхом зварювання окремих деталей. Кінцева вартість таких теплообмінників вища ніж силумінових. Однак вони краще протистоять кислотному середовищу і додають надійності обладнанню.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

Недоцільність використання у високотемпературних системах

Обіцяний ККД 108-110% можна отримати далеко не завжди – реальна цифра залежить від системи опалення. Існують два принципово різних типи опалювальних систем – високотемпературні і низькотемпературні. Відрізняються вони діапазоном температур теплоносія на вході і на виході з теплогенератора.

У звичайних високотемпературних опалювальних системах співвідношення температури води, що подається, і води в зворотному контурі зазвичай становить 75-80°C до 55-60°C. Система з конденсаційним котлом ефективна тільки в низькотемпературному режимі, тобто коли співвідношення температур подачі і «обратки» становить 50-55°C до 30-35°C. Таке співвідношення ідеально, якщо обігрів житла здійснюється за допомогою теплих підлог. В іншому випадку для зігріву приміщення необхідна установка додаткових радіаторів із збільшеною в 2.5-3 рази корисною площею поверхні, розрахованих на температуру теплоносія не вище 50°C.

Читайте по темі:  Пленка под теплый пол

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

Ефективність роботи конденсаційного котла визначається в першу чергу температурою теплоносія на вході. Пояснюється це просто: чим нижче температура води у зворотному контурі, тим інтенсивніше відбувається конденсація. ККД котла в низькотемпературній системі опалення (температура на вході/виході складає приблизно 30/50 °C) може досягати тих самих 108-110%. Якщо ж такий котел змусити функціонувати в високотемпературної системі (60/80 °C), то конденсату не буде, і ККД впаде до 98-99% – це більше, ніж у звичайних конвекційних котлів, але менше, ніж могло б бути.

Таким чином, якщо ви хочете отримати з конденсатника максимальну вигоду, рішення про його встановлення потрібно приймати ще на стадії проектування будинку. Якщо купувати такий котел для вже існуючого будинку з вже існуючою системою опалення, це означає неминучу реконструкцію будівлі із заміною високотемпературної радіаторної системи опалення на низькотемпературну систему теплих підлог (а такий масштабний ремонт – це знову ж чималі витрати і економічний ефект втрачається).

Складність утилізації конденсату

Використання конденсаційного котла передбачає утилізацію конденсату. Причому останній утворюється в чималих кількостях – один літр з кубометра згорілого газу. Для прикладу: котел потужністю 25 кВт на годину споживає близько 2.8 м3 газу, тобто всього за одну годину його роботи виділиться трохи менше 3 л конденсату, за добу – 70 л.

Нагадаємо, що конденсат – це розчин кислот, а отже, питання про те, куди його подіти, зовсім не пусте. Добре, якщо ваш будинок підключений до централізованої системи каналізації. Навіть за суворими європейськими нормами котли потужністю до 28 кВт спеціальної утилізації конденсату не потребують. Передбачається, що така кількість конденсату досить розбавляється побутовими стоками, щоб не завдати шкоди каналізаційним трубам.

Але що робити власникам приватних будинків з автономною каналізацією? Виливати в септик не можна – загинуть корисні (і дорогі) бактерії. Зливати на грунт неприпустимо – відбудеться засолення грунту, і з часом на цьому місці нічого не буде зростати. Вивозити на утилізацію 70 літрів щодня – вкрай важко. Вихід один – передбачити власну окрему систему для нейтралізації кислот, що містяться в конденсаті. На Заході, де вимоги до дотримання екологічних стандартів більш жорсткі, ніж у нас, при установці конденсаційного котла автоматично придбавається каталітичний нейтралізатор.

Чутливість до якості повітря

Важливий момент, на який варто звернути увагу, якщо ви хочете, щоб ваш котел функціонував нормально – відведення продуктів згорання і доступ повітря для горіння.

Одне з відмінностей конденсаційних котлів від конвекційних полягає у використанні камери згорання закритого типу. Конвекційні котли забирають повітря з приміщення, конденсаційні – з вулиці. У перших для насичення повітрянотопливної суміші киснем використовується природна циркуляція повітря (конвекція), по-друге передбачено вентилятор, що нагнітає повітря на пальник. Відвід продуктів згоряння в них, до речі, теж здійснюється примусово. Циркулюють повітряні маси, як правило, по коаксіальному димоходу, який представляє собою конструкцію типу «труба в трубі».  повітря, що забирається рухається по зовнішній порожнини димоходу, продукти згоряння – з внутрішньої.

Конденсаційні газові котли – принцип роботи, переваги і недоліки

З усього цього випливає, що конденсатники повинні бути дуже чутливі до якості повітря. Наявність помітної кількості пилу в повітрі призводить до швидкого зносу турбіни (вентилятора).

Велике значення для нормального функціонування конденсаційного котла має не тільки чистота, але і температура повітря на вулиці. Якщо доступ повітря в систему здійснюється через коаксіальну трубу димоходу, то, як показує практика, вхідний повітряний канал взимку, в морози, може обмерзати, оскільки температура димових газів, що виділяються досить низька, і вони не здатні зігріти стінки димоходу. Це призводить до зменшення надходження кисню, необхідного для горіння палива, і, як наслідок цього, до зниження ККД обладнання.

Щоб цього не відбувалося і вам не доводилося періодично відігрівати труби для звільнення їх від льоду, розрахунком системи, її монтажем, запуском та налаштуванням повинні займатися сертифіковані сервісні фахівці. Для настройки параметра, який відповідає за надходження повітря в кількості, необхідному для спалювання палива в котлі заданої потужності, вони використовують газоаналізатор. Без подібного спецобладнання необхідного ККД від котла не домогтися. Крім того, жителям районів з жорсткими кліматичними умовами, приймаючи рішення про встановлення конденсаційного котла, слід попросити роз’яснень у представників виробника про можливість експлуатації подібного обладнання при даному діапазоні місцевих зовнішніх температур.

Залишити коментар

Please enter your comment!
Будь-ласка введіть своє імя