Принцип работы конденсационных газовых котлов отопления

Устройство конденсационного котла

Отопительные системы, основанные на принципе конденсации хотели использовать на практике еще в начале прошлого века. Однако из-за разъедания коррозией металлических конструкций, вследствие воздействия паров и высоких температур, устройства быстро приходили в негодность. Поэтому при сборке современных конденсационных котлов используют только материалы, обладающие высокой стойкостью — нержавеющую сталь и сплав кремния с алюминием (силумин).

Сама конструкция конденсационного котла не сильно отличается от устройства обычного газового. Ее ключевыми составляющими являются:

• патрубки, через которые вода поступает в котел и выводится после нагревания в радиаторы и трубы ГВС;
• горелка, подающая природный газ и равномерно его распределяющая в камере сгорания;
• первый теплообменник — здесь нагревается вода;

Устройство конденсационного котла

• второй теплообменник — в нем происходит конденсация и извлекается вторичное тепло;
• насос для циркуляции воды.

Для того чтобы продуктивность конденсации была выше, при сборке такого котла применяют некоторые технические хитрости:

1. Ребра, приваренные к теплообменнику имеют вид спирали, что увеличивает площадь соприкосновения. Соответственно, они могут забирать на себя больше тепла.
2. На внутренних полостях используются различные сечения, в результате чего объем проходящей через них технической воды уменьшается. Это позволяет отбирать значительно больше тепловой энергии.
3. На обратном контуре помещается вторичный теплообменник, где пары очень быстро конденсируются, так как здесь происходит снижение точки росы. В результате техническая вода поступает в нагревательный котел уже в подогретом виде.
4. В конденсационные котлы ставят только горелки последнего поколения, в результате чего поступающий газ смешивается с воздухом в оптимальных пропорциях.

Выпускают одноконтурные и двухконтурные конденсационные котлы. В первом нагревается только теплоноситель. Двухконтурные же котлы способны нагревать воду для бытовых нужд, причем это основная их задача. Они маломощны и не могут обогревать большое пространство.

Совет. В домах с большой жилой площадью лучше установить конденсационный котел с одним контуром, а для подогрева воды приобрести бойлер.

Теплообменник

Материал теплообменника – это первое на что следует обращать внимание. Традиционные теплообменники в настенных газовых котлах бывают трех видов:. медные (самые популярные)

медные (самые популярные)

алюминиевые

из нержавейки (ставят в основном в конденсационных)

Ошибка №20
Медные по внешнему виду из-за их серебристого окраса очень часто путают с алюминиевыми.

На самом деле это силуминовое защитное покрытие. Оно призвано продлить срок службы устройства.

Ошибка №21
Если у медного теплообменника такого покрытия нет, значит производитель уже на вас сэкономил.

Вовсе нет. Здесь все зависит от качества меди. Топовые японские котлы Риннай не окрашивают свои теплообменники, но работают они при этом десятилетиями.

Основной недостаток медных теплообменников – высокая цена. Качественная нержавейка тоже очень дорогая, но ее проблема в меньшей теплопроводности.

А еще в котлах навесного типа чаще всего идет два теплообменника. Первичный и вторичный.

После нагрева теплоносителя в ПЕРВИЧНОМ, о котором было сказано выше, вода поступает на “подающую” часть гидравлической группы, где и решается вопрос, куда ей двигаться дальше:

малый круг

Это когда теплоноситель идет на 2-ой или ВТОРИЧНЫЙ теплообменник, расположенный ближе к задней стенке.

большой круг

Теплоноситель направляется на обогрев дома в систему отопления. Надо отметить, что при этом работает один и тот же насос, а направление потока управляется автоматикой и трехходовым клапаном.

Если “вторичного” теплообменника нет, то знайте, что “первичный” обойдется вам в хорошую копеечку, т.к. в таком котле оба теплообменника объединены в один.

При засорении одной из трубочек вы будите платить за ремонт или замену всей детали. Поверьте, цена такого ремонта очень кусается.

Что происходит с конденсатом

Данным вопросом задаются многие люди, планирующие взять себе газовый конденсационный котел. Корпус данного прибора оснащен маленьким резервуаром, где, собственно, и скапливается конденсат. Из этого резервуара он поступает в канализационную систему. К слову, в Евросоюзе запрещается сливать такую жидкость в канализацию. Там каждый потребитель обязан утилизировать конденсационную влагу за собственные деньги.

И сколько конденсированной влаги появляется, например, за 24 часа? Если, скажем, речь идет о напольном котле мощностью в 30 киловатт, то он будет производить порядка 30-ти литров за сутки. Достаточно большой объем, отчего в Европе и запрещается сливать эту воду в канализацию. Но отметим, что некоторые современные модели оснащаются встроенным нейтрализатором – еще одним резервуаром, который заполнен калиевым и магниевым гранулятором (это, как известно, щелочные металлы). И когда конденсат (а в нем наличествуют кислоты) проходит через данную среду, то происходит химическая реакция. Как результат – появляются побочные вещества (вода и углекислота), а такую воду даже в Европе можно лить в канализационную систему.

Теперь вкратце поговорим о предельной производительности конденсационных котлов. Если вы приобрели одну такую модель, но при этом оставили старую отопительную сеть без разводки лучевого типа, то не говорите потом, что нет никакой экономии. Дело в том, что прибор будет функционировать эффективно исключительно при разогреве, в дальнейшем же все будет происходить «как прежде». По этой причине специалисты рекомендуют менять и разводку системы. Это первый момент.

Правила выбора

При выборе котла необходимо учитывать его мощность и способ монтажа

Конденсационный котел – это экономичное отопление с 100% КПД, которое прослужит не одно десятилетие. Чтобы сделать правильный выбор, необходимо при покупке устройства учитывать следующие факторы:

Мощность

Для подбора правильных показателей важно предварительно сделать определенные расчеты с учетом высоты потолков, площади здания, качества утепления, особенности климатической зоны. Чаще всего в слишком мощном оборудовании нет необходимости, так как это повысит расходы и увеличит скорость износа механизма.
Количество контуров

Специалисты рекомендуют приобретать двухконтурные конструкции для небольших домов с хорошей теплоизоляцией. Для более суровых погодных условий желательно остановить свой выбор на одноконтурном котле.
Расход топлива. Этот показатель напрямую зависит от мощности устройства, предполагаемой нагрузки и коэффициента полезного действия отопления.
Материал изготовления теплообменника. Этот критерий влияет на скорость реакции системы на внешние факторы. Алюминиевый сплав с кремнием (силумин) хорошо противостоит агрессивным средам. Такой теплообменник практически всегда выпускается литым для снижения развития коррозии. Нержавеющая сталь имеет повышенные антикоррозийные свойства, низкую стоимость, стойкость к термоударам.
Температурные режимы функционирования.
Автоматика и разнообразие функционала. Современные котлы управляются с помощью датчиков, электроники, которые контролируют расход топлива, температуру, давление. Все это может быть расширено дополнительными опциями.
Способы монтажа: напольный или настенный.
Цена: премиум, средний, эконом класс.

Также немаловажно обратить внимание на размеры оборудования, цвет и дизайн

Сравнение на примере двух моделей

Сравним похожие модели различного типа установки одного из наиболее распространенных производителей BAXI:

Характеристики	BAXI LUNA-3 COMFORT 1.240 Fi (настенный конвекционный)	BAXI SLIM 1.230 iN (напольный конвекционный)
К-во контуров	одноконтурный	одноконтурный
Мощность, кВт	25	22,1
КПД, %	92,9	90,2
Тип камеры сгорания	закрытая	открытая
Материал теплообменника	медь	чугун
Расход природного газа, м3/час	2,84 (0,1136 м3 на 1 кВт)	2,59 (0,1172 м3 на 1 кВт)
Размеры (ШхВхГ), мм	450x763x345	350x850x600
Вес, кг	36	103
Комплектация и функции	циркуляционный насос, расширительный бак (8л), индикатор включения, термометр, манометр, автоподжиг, модуляция пламени, комнатный термостат, программатор, пульт ДУ, подключение внешнего управления, подключение теплого пола	индикатор включения, автоподжиг, модуляция пламени, подключение внешнего управления, подключение теплого пола
Защита и безопасность	автодиагностика, газ-контроль, защита от перегрева, режим предотвращения замерзания, предохранительный клапан, воздухоотводчик, защита от блокировки насоса	автодиагностика, газ-контроль, защита от перегрева, режим предотвращения замерзания, защита от блокировки насоса
Стоимость, руб.	49 000	61 000

2 Принцип действия

Энергия, затраченная на образование пара при работе котлов, не теряется попусту, а тоже используется и приносит дополнительную эффективность. Остывший теплоноситель из системы по основному контуру поступает в теплообменник, где происходит непосредственный его нагрев от газовой горелки.

После этого процесса выделяется дополнительная энергия, которая в обычных котлах улетучивается, а в конденсационных обогревателях идет на дополнительный нагрев теплоносителя. Осуществляется такой процесс за счет обдува отработанными газами вторичного теплообменника. В этом заключается главное отличие.

Конденсатные котлы обладают резервуарами для сбора конденсата, который затем удаляется из устройства в проточную канализацию. Частично нагретая вода из экономайзера поступает в основной теплообменник. Так как вода уже теплая, то для ее нагрева потребуется меньший расход топлива.

Минусы применения

При достаточно большом количестве преимуществ, существуют и некоторые особенности или, условно говоря – недостатки, которые следует учитывать при выборе, установке и обслуживании конденсационных котлов:

• Недостаточно высокие температурные показатели прогрева воздушных масс в отапливаемом помещении. Такая особенность связана с соотношением температуры теплового носителя на подачу и «обратку» — 55°C к 35°C, что очень эффективно только при обустройстве системы «теплые полы». Применение конденсационного котла в традиционной системе отопления потребует обязательной установки нескольких дополнительных радиаторов.
• В процессе эксплуатации конденсационного отопительного прибора появляется необходимость обеспечивать утилизацию всего выделяемого конденсата, который содержит определенное количество токсичной кислоты. Химический состав такого конденсата не позволяет использовать для слива локальные канализационные системы, представленные традиционными септиками.

При обустройстве отопительной системы с применением конденсационного котла, на этапе проектирования обязательно предусматривается отдельная система, позволяющая эффективно нейтрализовать конденсат.

КПД конденсационного котла

Эксплуатация оборудования с мощностью не более 35Вт при наличии централизованной канализационной системы не потребует установки дополнительного отводного нейтрализатора.

Одним из основных недостатков любых современных конденсационных котлов, по мнению большинства отечественных потребителей, по-прежнему остаётся достаточно высокая стоимость такого отопительного оборудования.

Особенности работы конденсационных котлов

При работе конденсационных котлов образуется кислый конденсат. Разумеется, конденсат образуется и при работе обычных котлов, но чаще всего о его существовании владельцы оборудования не догадываются или не задумываются, т.к. почти весь он улетает в трубу. Хотя задуматься-то как раз не мешало бы – этот конденсат, попадая в атмосферу, приводит к образованию кислотных дождей в местах концентрации обычных котлов.

А вот владельцам конденсационных котлов волей-неволей приходится задуматься о том, что делать с конденсатом. А его, кстати, образуется немало. Так конденсационный котел мощностью менее 30 кВт за период работы, равный 1 суткам, собирает около 30 л конденсата. Чаще всего накопленный конденсат просто сливают в канализацию. Согласно правилам эксплуатации котлов, можно сливать конденсат без его нейтрализации из котлов мощностью до 150 кВт, т.е. для большинства моделей бытового класса. В противном случае нужно установить нейтрализатор (емкость с щелочными материалами, например, гранулами магния и калия) и периодически менять его, что, конечно, доставляет некоторые неудобства, но вполне по силам каждому.

Николай Иванов, Региональный менеджер компании «Navien»

«В последних моделях котлов Navien вентилятор установлен под горелкой – в отличие от котлов европейских производителей, где вентилятор расположен в верхней части. Нижнее расположение вентилятора увеличивает длину дымоудаления – до 8 м

Кстати, обычные котлы тоже решают проблему конденсата, только иначе, чем конденсационные. В конвекционных котлах делается все, чтобы вывести как можно больше конденсата в трубу, чтобы он не накапливался на теплообменнике и не разрушал его. Для этого отработанные газы выпускают «в трубу» при температуре 140-160°С, при охлаждении их до более низких температур в дымоходе уменьшается тяга, и конденсат начинает скапливаться в котле, к чему обычный котел абсолютно не готов.

Температура газов на выходе из конденсационного котла гораздо ниже (всего на 10-15°С выше температуры теплоносителя), ведь почти вся тепловая энергия утилизируется в котле. Поэтому отработанные газы из него можно выводить не только вверх на крышу, но и через стену, а сам дымоход делать меньшего диаметра и изготавливать из пластика.

Следует помнить, что выбор материала для дымохода конденсационного котла должен быть строже, чем для обычного. Ведь вся влага, которая не сконденсировалась на теплообменнике в котле, обязательно сконденсируется в дымоходе и начнет разъедать его. Поэтому дымоход для котла конденсационного типа изготавливают устойчивого к кислой среде материала – нержавеющей стали или пластика, а горизонтальным его участкам придают небольшой уклон, чтобы вода, образовавшаяся при конденсации попавшего в дымоход пара, сливалась под действием силы тяжести обратно в котел.

Напольные конденсационные газовые котлы De Dietrich С 230 Eco

Другой значимой особенностью конденсационного котла является его повышенная чувствительность к качеству поступающего в камеру сгорания воздуха. Наличие заметного количества пыли в воздухе приводит к быстрому износу вентилятора. Кстати, это характерно для всех котлов, имеющих закрытую горелку, не только конденсационного типа. Но не только запыленность воздуха влияет на эффективность газового котла, но и его температура.

Как показывает практика, в морозы канал для подвода воздуха может обмерзать, поскольку температура отработанных газов в конденсационном котле довольно низкая, и они не способны в достаточной степени прогревать стенки дымохода. Это приводит к уменьшению поступления кислорода, необходимого для горения топлива, и, как следствие этого, к снижению КПД самого котла. Поэтому в особо суровых климатических условиях смогут работать далеко не все модели конденсационных котлов.

Как видно, проектирование системы отопления с помощью газового конденсационного котла – не простая задача, здесь обязательно требуется помощь специалистов.

Особенности теплообменников конденсационных устройств

Практически каждый газовый котёл теоретически можно сделать конденсационным с помощью его дооборудования конденс/теплообменником и обеспечения преодоления дополнительного аэродинамического сопротивления выводу продуктов сгорания.

Действующие теплогенераторные установки, как правило, это были напольные агрегаты из чугуна, оснащались пластинчатыми конденсационными модулями, изготовленными из коррозионностойких сталей.

В начале развития конденсационных технологий производство агрегатов этого типа шло именно по такому пути. Действующие теплогенераторные установки, как правило, это были напольные агрегаты из чугуна, оснащались пластинчатыми конденсационными модулями, изготовленными из коррозионностойких сталей.

Сравнительно недавно стали создаваться унифицированные отопительные газовые установки, изначально предназначенные для работы в конденсационном режиме. Теплообменники таких агрегатов должны:

• обеспечивать интенсивный и эффективный съём энергии конденсации пара;
• быть стойкими к воздействию конденсата, провоцирующего коррозионные процессы.

Определение! Конденсат газовых котлов представляет собой смесь угольной, азотной, серной кислот низкой концентрации.

Конденсационный котёл газовый изготавливается с одним или двумя теплообменниками:

• В первом случае, это – двойной теплообменник с разветвлённой теплообменной поверхностью, изготавливается из нержавеющих сталей.
• Во втором случае высокотемпературный теплообменник выполнен из алюминиево-кремниевых сплавов, меди, нержавеющей стали. Как правило такой теплообменник изготавливают из нержавеющей стали.

Внимание! В настенных высокотемпературных теплообменников чугун не используют из-за его значительной массы

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

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?

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.

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%.

Котельное оборудование

Системы отопления, построенные на разных типах котлов, практически не отличаются структурой и поэлементными составляющими. Для транспортировки и раздачи тепла применяются идентичные трубы и радиаторы, а также фильтры, воздушные и выхлопные отводчики. Однако, каждый из котлов, будь то газовый или электрический, подрезывает проведение определенных монтажных работ, обслуживания и т.д.

• Электро-котел
• Газовый котел

ЭЛЕКТРО-КОТЕЛ

В электро-агрегат входит элемент нагрева воды, тумблер регулировки температуры и автоматика. При монтаже к нему подводят контур заземления и оснащают защитным отключением.

Система отопления, работающая от электричества, достаточно проста и эффективна. Но, чтобы отопить площадь в 200 кв. м., потребуется потребление 20 кВт. Поэтому, счет за электричество, несомненно, заставит хозяев оценить плюсы и минусы системы.

Устройство электрического котла

Для экономии электроэнергии, специалисты рекомендуют пользоваться агрегатом с 2-ух или многотарифным счетчиком, а также накопительным баком. Аппарат не будет функционировать круглосуточно, а лишь в ночное время. Данный период будет использоваться для интенсивного нагревания воды в баке-термосе.

Таким образом удастся поддерживать комфортную температуру круглосуточно, существенно экономя при этом. Однако, во время сильных морозов такое использование становится невозможным.

Организация системы отопления, которая подразумевает использование котла с баком-накопителем, потребует серьезных первоначальных вложений, так как необходимо будет приобрести бака и проложить сложную разводку. Естественно, итогом станет экономия на платежах, а как следствие, быстрая окупаемость.

ГАЗОВЫЙ КОТЕЛ

Установка котла, работающего на природном газе, связано с жесткими требованиями не только к монтажу, но и к эксплуатации. Если мощность агрегата составляет 30 кВт, площадь помещения, в котором он устанавливается, не должна превышать 7,5 кубических метров.

В свою очередь, для котла большей мощности необходимо оборудование отдельной комнаты для топки – от 13 метров кубических.

Газовая отопительная система построена на принципе горения, а потому требует наличия дымоходы, что приводит к увеличению тепло-потерь.

Устройство газового котла

Котлы, работающие на газе, подразделяются на:

• обычные с КПД 90%
• конденсационные с КПД 110%

Современные газовые котлы снабжаются более продуманной автоматикой, нежели электрические. Но, не следует забывать — чтобы продлить срок службы прибора, необходимо регулярно приглашать специалистов из сервисных центров для осмотра и проведения профилактических работ.