21.06.2018

О конденсационных котлах

О конденсационных котлах

Конденсационные котлы становятся всё более популярными на европейском рынке. Европа впереди планеты всей по стремлению к сохранению окружающей среды, потому использование максимально экологичных конденсационных котлов всячески поощряется и приветствуется. На объектах устанавливаются именно конденсационные котлы, а не какие-то другие. Это вопрос репутации строительной компании. Что касается России, то, конечно, мы отстаем от Европы в этом смысле. Редко кто думает об экологии, потому пока у нас доминируют газовые котлы. Однако вектор задан – постепенно все переходят именно на конденсационное оборудование.

И сейчас на российском рынке конденсационные котлы уже довольно широко представлены. Однако далеко не все представляют, что собой представляют эти котлы, в чем их особенности и преимущества. Давайте разбираться.

В отопительных котлах в качестве топлива чаще всего используется природный и сжиженный газ, или жидкое топливо – солярка или другие нефтепродукты. Откуда же берутся водяные пары в отходящих газах? Мы знаем, что процесс горения - это химическая реакция окисления горючих элементов. При  процессе горения выделяется большое количество теплоты, значит, в нем участвует кислород и природный газ, который является механической смесью углеводородов, в частности метана, который составляет 90%. А продуктами сгорания в данном случае являются углекислый газ, угарный газ, водяные пары, оксиды азота и серы. Они в виде горячих отходящих газов, проходят через теплообменник котла, где отдают большую часть своей энергии теплоносителю. Охладившись до температуры 100-160С, отходящие газы через дымоход выбрасываются в атмосферу, унося часть неиспользованной теплоты. Также с отходящими газами уходит и водяной пар, образовавшийся в результате сгорания топлива. Он тоже уносит с собой скрытую энергию, которая рассеивается в пространстве и теряется. Если бы эту энергию удалось сохранить и вернуть в котел, то система отопления получила бы дополнительное количество теплоты, при этом массовая доля водяных паров в дымовых газах может достигать 20%, которые, в принципе, можно все сконденсировать. Потому конденсационные котлы предназначены для сохранения именно этой дополнительной теплоты. Если процесс конденсации произвести в специальном теплообменнике, то выделяемую теплоту можно вернуть с систему отопления. Вот так и работает конденсационный котел. Т.е. получается, что количество теплоты, которое может быть получено при полном сжигании единицы топлива, включая и долю, которая может быть освобождена при конденсации пара, и называют верхней теплотой сгорания топлива. А количество теплоты без учета теплоты конденсации, называют нижней теплотой сгорания топлива. Если нижнюю теплоту сгорания принять за 100%, то верхняя теплота сгорания для природного газа составит 111%. Отсюда вывод - использование скрытой теплоты конденсации может увеличить производительность тепла на 11% без увеличения расхода топлива.

Чтобы было удобно сравнивать конденсационные котлы с обычными котлами, КПД для конденсационных котлов рассчитывают на базе низшей теплоты сгорания без учета скрытой теплоты конденсации. К примеру, в хорошем современном газовом котле только 93% энергии топлива передается теплоносителю, при этом 1% теряется с лучистым теплом, 6% - с отходящими газами. В конденсационном котле лучистые потери остаются на уровне 1%, но в систему возвращается 11% неиспользованной теплоты конденсации. В конденсационных же котлах полнее используется теплота отходящих газов и ее потери  составляют не более 2%, а это позволяет оставить в системе еще 4% теплоты. Поэтому, если суммировать все сэкономленные проценты теплоты, действительно получается КПД конденсационного котла выше на 15% по сравнению с обычными котлами  при их 93%. И это происходит на фоне прежнего расхода топлива как для обычных котлов, значит налицо экономическая выгода от эксплуатации конденсационных котлов.

Технически реализация принципа работы конденсационного котла основывается на использовании специальной горелки и специального первичного теплообменника. Горелка снабжена вентилятором для предварительного смешивания газа и воздуха. Газо-воздушная смесь исключает ее недожог, тем самым происходит более полное использование теплоты сгорания топлива, следовательно значительно снижаются вредные выбросы, в частности опасный для здоровья человека оксид углерода (СО).

Для конденсации водяных паров на теплообменнике необходимо, чтобы температура отходящих газов достигла "точки росы" в пределах 40 - 60 град.С.  А чтобы решить вопрос сохранения отходящих газов с более высокой температурой и не дать им выхода за пределы теплообменника, была разработана специальная конструкция теплообменников, которая обеспечивает наиболее полный отбор тепла отходящих газов, снижение их температуры до "точки росы" и конденсацию содержащегося в них водяного пара. Таким образом, освобожденная тепловая энергия (теплота конденсации) в итоге передается системе отопления. Для обеспечения конденсации пара в конденсационных котлах используется вода обратной линии отопительной системы. Чем ниже температура системы и, следовательно, температура воды в обратной линии, тем полнее конденсируется пар, соответственно выше КПД конденсационного котла. Для наглядности можно привести такой пример - если при температуре воды прямая/обратная составляет 40/30 град.С  КПД котла равен 108%, то при температуре 75/60 град.С он составит 104%. При температуре 90/70 град.С  КПД будет еще ниже - около 98%, но все равно выше, чем у обычных котлов. Кстати, низкая температура отходящих газов позволяет для дымохода использовать пластмассовые трубы, что снижает затраты а его сооружение.

Известно то, что эффективность работы котла зависит от параметров отопления. Чем ниже температура подающей/обратной воды, тем активнее будет происходить конденсация водяного пара, следовательно большая доля скрытой энергии конденсации будет возвращаться в систему. Следует обратить внимание на то, что чем больше дней в году будут соблюдаться такие условия, тем значительную долю отопительного сезона котел будет работать в режиме конденсации. Такие условия принято считать "коэффициентом использования котла". Оптимальный же режим систем отопления для конденсационных котлов - температура подающей/обратной воды 40/30 град.С. Такая вода в напольных системах отопления или в низкотемпературном панельном отоплении. В таком случае режим конденсации обеспечивается в течение всего периода отопления. Конденсационные котлы к таким системам отопления подходят идеально.

Если взять более распространенные системы отопления при температуре теплоносителя 75/60 град.С, то эффективность котлов также достаточно высока. А если наступают более холодные дни отопительного периода и температура теплоносителя требуется по максимуму, то температура обратной воды  превышает температуру "точки росы", в таком случае образования конденсата не происходит. Если рассматривать климатические зоны, то для средней полосы России максимально холодные периоды отопительного сезона составляют в среднем 10%, в таком случае 90% этого периода конденсация возможна. Более эффективно конденсационные котлы будут работать там, где холодные сезонные периоды более длительны.

Наиболее экономичного энергосберегающего эффекта работы конденсационного котла можно добиться, соблюдая определенные условия его эксплуатации. Во-первых, необходимо предусмотреть максимальные условия сохранения тепла в доме, конкретно - не пренебрегать утеплением дверей, окон, используя стеклопакеты, использовать рекуперационное вентиляционное оборудование и пр. Во-вторых, очень большое значение имеет правильный выбор автоматики управления работой котла. Есть эффективная, т.н. погодозависимая автоматика, которая обеспечивает плавное снижение температуры теплоносителя в случае повышения наружной температуры воздуха или ее снижения. Это позволяет поддерживать температуру обратной воды ниже "точки росы", тем самым осуществляя непрерывный процесс конденсации. Как уже выше говорилось, что для оптимального режима работы котла важно, чтобы температура обратной линии не превышала 50 град.С, а разница температур между прямой и обратной линиями была не более 20 град.С. В противном случае эффект работы котла будет обратным.

Если выбор пал на приобретение конденсационного котла, то необходимо соблюдать, чтобы температура обратной линии не повышалась в результате байпасных линий, четырехходовых смесителей, гидравлических распределителей и других устройств, которые применяются для регулировки теплового режима системы методом подмешивания горячей воды в холодную. В таком случае повышение температуры обратной линии приводит к смещению "точки росы" за пределы теплообменника и к прекращению процесса конденсата. Не следует пренебрегать проблемой отвода конденсата. При работе конденсационного котла мощностью 24 кВт, за год работы образуется 1200-1300 литров конденсата, при этом конденсат имеет небольшую кислотность (рН составляет 3,5-5,5 ед.), поэтому при мощности котла до 50 кВт, конденсат допускается сливать в городскую канализацию.

 

Учитывая то, что за рубежом конденсационные котлы заняли прочное место в системе отопления как самые экономичные в использовании топливных ресурсов, то недолог тот день, когда и Россия начнет задумываться об экономии своих ресурсов. Конденсационные котлы и в нашей стране начнут вытеснять к тому времени уже неэффективные, но пока еще сегодня популярные котлы.