Конденсатный котел принцип работы. Конденсационный котел: принцип работы, устройство и преимущества. К плюсам этого котельного оборудования относятся

Многие хотели бы получать для отопления дополнительную энергию и экономить таким образом приличные деньги. Оказывается, резерв имеется в отработанных газах, которые в обычном котле выводятся в дымоход. Рассмотрим откуда берется чудесным образом энергия «которой раньше не было», в конденсационном котле.

Откуда берется дополнительная энергия

Газы, которые выделяются при сжигании топлива, или проще сказать – дым, содержат около 20 процентов водяного пара. Когда водяной пар будет конденсироваться обратно в воду, он выделит некоторое количество энергии – тепловыделение фазового перехода.

Бутылка, вынутая с холодильника, на своей поверхности конденсирует воду – появляются капельки, при этом она ускоренно нагревается, так как водяной пар при переходе в капельки воды выделяет тепло.

Количество энергии, которую может выделить водяной пар при переходе в воду, весьма значительное.

Работа конденсационного котла основана на технологии получения дополнительной энергии от конденсации водяных паров находящихся в газах, полученных при сгорании топлива.

В обычном котле, после сжигания топлива отработанные газы с температурой выше, чем точка росы, выводятся наружу через дымоход. В дымоходе или на улице они «ловят» точку росы, в результате образуется туман, из трубы капает жидкость, стекает по наклону…

В конденсационном котле газы попадают еще и на второй холодный теплообменник, на котором водяной пар преобразуется в воду.

Принцип работы конденсационного котла

Температура второго теплообменника будет определяться температурой теплоносителя в системе. Обычный котел чаще работает со следующей температурой жидкости: подача — 80 град С, обратка — 60 град С.

А если использовать такой режим: подача — 50 град С, обратка — 30 град С, то на столь холодном теплообменнике начнется конденсация водяных паров, причем она будет тем полнее, чем ниже его температура.

Энергия, которая выделяется при переходе пара в воду, называют скрытой. Она не учитывалась ранее при расчетах КПД (отношение количества тепла, которое будет передано теплоносителю при сжигании газа в котле к теплоте сгорания топлива) оборудования, в котором происходит процесс горения.

Поэтому, если произвести расчет КПД по старой методике, то для конденсационного котла получится 109%. И это не рекламный трюк, такие цифры дают самые авторитетные электротехнические компании своим конденсатным котлам.

Естественно, что столь высокий КПД будет достигнут только при низкотемпературном режиме работы этого оборудования, а значит и всей системы отопления.

Технические особенности

Также важно, что конденсационные котлы по сравнению с обычными, более экологичные, меньше загрязняют окружающую среду. Окислы азота, которые образуются в процессе горения, во многом связываются выпадающей росой и вместе с конденсатом уходят в канализацию.

Выпадающая роса довольно агрессивна по отношению к металлу. Поэтому вторичный теплообменник в конденсационных котлах выполняется из особо устойчивых к коррозии сплавов стали или силумина.

Наиболее востребованы для частных домов и квартир одноконтурные газовые конденсационные котлы, которые навешиваются на стену.

Но не проблемно отыскать и двухконтурные котлы, и напольные мощные агрегаты с первичной чугунной камерой сгорания, а также напольные, совмещенные с бойлерами в одном корпусе.

В конденсационных котлах применяются последние технические новшества. Выпускают их самые известные производители.

Применение

Сейчас в ряде стран приняты законы, направленные на энергосбережение и охрану природы, согласно которым запрещается применять теплогенерирующее оборудование без вторичной утилизации тепла, — кроме конденсационных котлов, других нельзя.

Сейчас это принято в Англии, Голландии, но введение этих законов подготавливается и в Германии, Франции, Испании и др. странах. Так, например, в Голландии количество применяемых в частных домах конденсационных котлов приближается к 100%. В Германии же эта цифра достигает около 70%.

В России наблюдается устойчивая тенденция постепенного вытеснения обычных котлов конденсационными.

Имеются целые линейки такого оборудования от множества лучших брендов, например: Buderus, Германия — серия под названием Logamax; Ariston, Италия — серия GENUS PREMIUM; De Dietrich, Франция — серия Vivadens, и многие другие.

Многие из них адаптированы под российские условия и снабжены русскоязычными инструкциями.

Конденсационный котел с теплым полом

Для эффективной работы конденсационного котла температура теплоносителя в обратке должна быть такой, чтобы на поверхности вторичного теплообменника не было бы более 56 градусов – точка росы для воды в данных условиях. Лучшее применение – система теплый пол. У нее следующие основные отличия:

Теплые водяные полы представляют собой весьма инерционную систему, при нагреве которой, котел продолжительное время работает в оптимальном конденсационном режиме с максимальным КПД, так как температура жидкости в системе не может превышать 40 градусов.
Обеспечивается лучшее распределение температуры в помещении, при этом теплопотери снижаются из-за уменьшения температуры под потолком, возникает значительная экономия топлива.

Применение с радиаторной системой отопления

Для этого котла нужна специальная система отопления, рассчитанная на достаточную отдачу мощности при низкой температуре теплоносителя. А это значит, что мощность обычных высокотемпературных радиаторов должна быть подобрана на 30 – 40 процентов больше.

Практика показывает, что и с обычной отопительной системой, конденсационный котел работает в течении отопительного сезона в основном в режиме конденсации, при условии оптимального утепления дома.

И только в отдельные недели пиковых морозов приходится разогреваться выше точки росы, чтобы поддержать в доме комфортные 22 градуса. Здание должно быть нормально теплоизолированным, а также должны быть приняты другие меры по теплосбережению, о которых можно узнать на других страницах.

Таким образом, конденсационный котел для отопления дома сегодня является оптимальным выбором, пусть даже не совсем устраивает его цена.

Расчеты специалистов показывают, что в случае его применения с низкотемпературным обогревом (в наших условиях — в большинстве случаев) будет достигнута экономия до 20% топлива. За сезон для среднего дома – 50$. Следовательно, высокая цена этого агрегата окупится.

Конденсационный котел активно используется во всех европейских странах. В том, что это практичный и надежный прибор, уже никто не сомневается. Европейцы просто им восторгаются - это экологически чистое оборудование и существенная экономия энергии. Первой страной, которая начала использовать конденсационный котел, стала Голландия. В США использование таких приборов дает возможность получить льготные условия налогообложения. За последние годы технология их производства стала гораздо дешевле, что позволяет обратить на них внимание все большему числу людей. Однако эти агрегаты стоят вдвое дороже обычных, что вполне оправдано.

Конденсационный котел работает по вполне простому принципу. Создание таких устройств стало возможным только после того, как появился коррозийно-стойкий легкий сплав из нержавеющей стали. Связано это с тем, что в процессе образования водного конденсата произошла коррозия чугуна и стали. Теперь можно поговорить о том, как котел газовый конденсационный работает. Вода поступает внутрь агрегата, нагреваясь там за счет сгорания газа. После этого она отправляется из котла в отопительную систему, где происходит ее остывание. Далее вода снова оказывается в котле. Когда газ сгорает, образуется не только тепло, но и различные продукты этого процесса в виде химических соединений. Сгорание углеводородного топлива приводит к образованию воды, и азота. Первый компонент превращается в пар под воздействием высоких температур. Неполное сгорание топлива приводит к формированию оксида углерода и сажи. Эти горячие газы отдают свою энергию теплоносителю, проходя через теплообменник котла, при этом производится нагрев воды. Охлажденные газы выходят в атмосферу через дымоход. уходит вместе с дымом.

Конденсационный котел оснащен вторичным теплообменником, обладающим особой конструкцией, что позволяет воде конденсироваться на поверхности, у которой температура составляет менее 50 Чтобы пар оседал, используется теплоноситель обратной линии отопительной системы. Теплый газ, который не был использован в процессе нагрева воды в основном теплообменнике, оказывается во втором, где протекает жидкость после охлаждения. Пары конденсируются, отдавая часть энергии, что позволяет подогреть воду. Образовавшийся конденсат по дополнительной дренажной трубе уходит в канализацию.

Газовые конденсационные работают тем эффективнее, чем ниже температура воды, поступающей в устройство. Оптимальной для таких приборов является температура 30-40 градусов Цельсия. В радиаторной системе обычно температура составляет 60-70 градусов, что приводит к снижению эффективности подобного оборудования, однако она еще остается достаточно высокой. Оптимальная работа конденсационного котла возможна в том случае, когда разница в температуре прямой и обратной линии находится на уровне 20 градусов, не более.

Обновлено:

2016-08-12

Все чаще конденсационные котлы выбираются как источник тепла для отопления помещений и нагрева проточной воды. В Европе такой способ обогрева один из самых популярных, в Бельгии и Англии разрешено использовать только такие котлы. За счет дополнительной экономии сейчас эта технология начинает активно распространяться в России. Для того чтобы понять, подходит ли вам конденсационный газовый котел, важно разобраться в особенностях его работы и использования.

Конденсационные котлы, были придуманы давно, но не так долго широко используются в отопительных целях. Ранее использование конденсата для дополнительного нагрева было невозможным из-за отсутствия стойких к коррозии материалов. Нержавеющая сталь и коррозийно-стойкие сплавы сделали такие котлы доступными для широкого производства и применения.

Во время сгорания любого углеводородного топлива образуются горячие летучие вещества. В традиционных котлах тепло от них не используется. Они нагревают корпус котла и вентиляционные трубы, а большая часть уходит в атмосферу через дымоход. Теряется часть произведенной тепловой энергии.

В конденсационных котлах пар, который образуется при сгорании топлива, используется для предварительного нагрева воды. Для этого в котле предусмотрен дополнительный теплообменник большой площади, который позволяет эффективно использовать энергию продуктов сгорания и возвращать её в систему. Он представляет собой трубку сложного сечения с несколькими спиралевидными ребрами. Изготовляется из стойких к окислению металлов. Перед газовой горелкой установлен вентилятор для создания оптимальной смеси газа и воздуха.

Основные части конденсационного газового котла:

Вентилятор.
Горелка.
Два теплообменника.
Емкость для конденсата.

Снизу расположен вентилятор, который направляет поток воздуха вверх. Сверху стоит горелка, тепло от которой передается на первый теплообменник, точно так же, как и в традиционном газовом котле. Выше его находится второй теплообменник, который использует тепло водяного пара от продуктов сгорания. Пар конденсируется, отдавая тепловую энергию воде. Именно это дополнительное количество тепла повышает КПД конденсационных котлов в сравнении с обычными аналогами. Конденсат выводится из системы в резервуар, где нейтрализуется гранулами магния и калия, а потом поступает в канализацию.

Виды конденсационных котлов

Конденсационные газовые котлы бывают:

Настенные. За счет меньшего размера используются как отопительное оборудование в квартирах и частных домах. Настенные модели позволяют обеспечить теплом и горячей проточной водой помещение небольшого размера. Для бытового использования достаточно мощности 20-100 кВт.
Напольные. Имеют большую мощность. Применяются для обогрева промышленных предприятий, многоквартирных домов или офисных помещений.
Одноконтурные. Используются только как оборудование для отопления.
Двухконтурные. Позволяют обеспечить отопление и горячую воду.

Оборудование выбирают в зависимости от площади отапливаемого помещения и потребности в горячей воде. При небольшой площади целесообразно рассмотреть настенные модели.

Достижение максимальной эффективности

Конденсат от продуктов сгорания, который в традиционных газовых котлах является проблемой, необходим для более эффективной работы конденсационного котла. Пар превращается в конденсат при температуре меньше 50 градусов. И чем ниже температура, тем активнее происходит этот процесс.

Это означает, что максимальной экономии можно достичь, если в системе будет температура 30-50 градусов. Для сравнения обычная температура воды для отопления около 75 градусов. Восполнить недостаток температуры можно, установив большее количество радиаторов. Чтобы достичь максимальной экономии важно не только заменить отопительное оборудование, но и продумать модернизацию всей системы отопления.

Если же температура воды в системе поднимается выше, то эффективность обогрева приравнивается к обычным газовым котлам.

Преимущества конденсационных котлов

В сравнении с обычным газогрелочным оборудованием, конденсационные газовые котлы обладают рядом эксплуатационных преимуществ:

Экономичность. Самое главное преимущество. За счет повышения КПД уменьшается потребления газа. В среднем экономия достигает 30-35 %.
Небольшие размеры. Небольшие габариты оборудования позволяют установить его в удобном месте и снизить затраты на транспортировку. Самыми компактными являются настенные модели.
Экологичность. За счет того, что продукты сгорания используются для дополнительного нагрева воды, в атмосферу выбрасывается меньше вредных веществ. Дым выходит охлаждённым до 40 градусов.
Бесшумность. Особенности конструкции оборудования обеспечивает низкий уровень вибраций, что важно при установке в жилых помещениях.
Длительный срок службы. При изготовлении применяются надежные нержавеющие металлы и сплавы. Это позволяет увеличить срок эксплуатации в 2 раза по сравнению с традиционным газогрелочным оборудованием.
Экономия на дымоходе. За счет того, что в конструкции предусмотрен вентилятор, не нужно выводить трубу высоко и делать ее большого диаметра. А низкая температура дыма позволяет изготовлять дымоход из термостойкого пластика.

Эти преимущества наиболее полно раскрывают аргументы в пользу выбора конденсационного газового котла.

Недостатки конденсационных котлов

При большом количестве плюсов существует несколько особенностей, которые следует учесть:

Высокая стоимость. Оборудование конденсационных котлов в среднем на 50-70% дороже обычных аналогов. Разница в цене окупается за счет экономии газа.
Необходимость изменения системы отопления. Чтобы увидеть реальную экономию недостаточно установить современное конденсационное газовое оборудование. Эффективнее всего настенные котлы работают при относительно низких температурах, порядка 30-50 градусов. Чтобы использовать такую систему в отоплении необходимо добавление дополнительных радиаторов. Перед установкой нужно провести теплотехнический анализ потерь помещения.

Эти особенности стоит учесть при выборе типа котла.

Конденсационный газовый котел – это выбор в сторону качества, эффективности и экологичности. Такие инвестиции окупаются в долгосрочной перспективе. Сегодня конденсационный котел все еще является инновацией в отоплении. Он позволяет использовать тепло от сгорания газа по максимуму. При выборе способа обогрева обязательно рассмотрите настенные газовые конденсационные котлы.

Энергосберегающие технологии и экономное использование с максимальной эффективностью энергоресурсов становятся все более актуальными темами. Конденсационные котлы - это результат применения последних уникальных технологий в технике используемой для отопления. Они имеют самый высокий КПД – на 15-17% выше, чем у обычных атмосферных котлов, срок службы длительнее в 2 - 3 раза, широкий диапазон мощностей (до 100 кВт и более).

Благодаря своей эффективности конденсационные котлы имеют высокую популярность в Европе, например в Германии 70% отопительных котлов составляют конденсационные.

Принципы работы конденсационного котла основан на получении и передаче теплоносителю дополнительной тепловой энергии, выделенной в процессе конденсации водяных паров.

В газовом котле прямого горения, передача тепловой энергии теплоносителю происходит путем нагрева теплообменника газовой горелкой в которой происходит процессе сгорания газа. Одним из составляющих образующихся в процессе сгорания газов, являются пары воды, которые в свою очередь появляются в результате сгорания водорода, присутствующем в природном газе. Часть водяных паров из отопительного котла вместе с дымогарными газами выходят через дымоход в атмосферу, а часть в виде конденсата отводится через конденсационную трубку дымохода (обычно в санузел).

В газовых котлах прямого горения конденсация – негативный фактор, в конденсационных котлах процесс конденсации водяных паров – главное условие на котором основана работы котла.

Устроен таким образом, что водяные пары имея температуру от 130 до 150 °C охлаждаются теплоносителем из обратной линии системы отопления до температуры ниже 57°C. Именно при такой температуре происходит конденсация воды, а скрытая тепловая энергия от процесса конденсации передается самому теплоносителю и добавляется к теплоте, полученной в результате сгорания природного газа. Как видно, для обеспечения процесса конденсации водяного пара задействуется теплоноситель обратной линии отопительной системы.

Чем ниже температура теплоносителя обратной линии в котле, тем больше выделяется теплоты конденсации, и, соответственно выше КПД котла – это главный принцип работы любого конденсационного котла.

Достичь максимального КПД конденсационного котла удается при температуре в обратной линии 50 – 30 °С. В процессе конденсации образуется слегка кислая среда, 3-5 pH, поэтому материалы из которых изготовлены узлы котла, используемые в зонах увлажнения должны быть устойчивые к кислотности. В зонах высокой температуры наиболее часто используются алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь, в области низких температур наиболее экономически эффективными являются пластмассы (например полипропилен).

Теплообменники конденсационных котлов изготовлены с использованием нержавеющей стали и алюминия, оснащены системой сбора и отвода конденсата, а также нагнетающим вентилятором со ступенчатой системой мощности. Управляя числом оборотов вентилятора достигается оптимальное соотношение воздуха и газа для процесса горения и достигать высокого КПД. Для эффективного процесса сгорания газа применяются энжекционные горелки с модуляцией пламени. Удаление продуктов горения газов происходит принудительно через коаксиальную трубу. Температура дымогарных газов составляет 40-50 °C

ЭСПЛУАТАЦИЯ

Для достижения максимального КПД конденсационный котел необходимо эксплуатировать в определенном диапазоне температур. Если рабочий режим температур составляет от 60 до 80°C будет происходить незначительная конденсация водяного пара и КПД конденсационного котла составит приблизительно 98 %. Для сравнения у традиционного дымоходного газового котла КПД составляет 92 % – разница есть, но она не существенна. Если рабочий температурный режим системы отопления будет составлять от 53 до 30 °C, тогда будет происходить значительная конденсация водяного пара и КПД возрастет до 107-111%. При расчете КПД за 100% принимается тепловая энергия от сгорания газа, к ней суммируется энергия полученная от процесса конденсации, поэтому получается величина больше 100%.

Основное условие достижения максимальной эффективности – использовать конденсационные котлы на низкотемпературных отопительных системах, желательно специально спроектированных под них, с режимом температур не выше 60-40°С, максимум 70-50°С).

Наиболее соответствуют этим требованиям системы теплых полов с температурой подачи теплоносителя 40-45°С и температурой обратной линии 35-30°С, менее подходят, радиаторные системы отопления с температурой подачи теплоносителя до 70°С и температурой обратной линии 50°С.

Современные энергосберегающие технологии позволяют существенно экономить на отоплении, конденсационные котлы позволяют еще более снизить затраты на энергоресурсы и улучшить комфорт проживания.

Стремление сократить потребление энергоресурсов при обогреве жилья, способствуют развитию и внедрению инновационных технологий. Одним из таких достижений является разработка нового вида тепловых генераторов – конденсационных котлов, которые способны максимально использовать энергию сгорания топлива.

Тепловая энергия традиционных котлов передается теплоносителю путем охлаждения продуктов сгорания с 200 до 140-160 градусов. Неизрасходованное тепло выводится на улицу. Увеличить КПД обыкновенных котлов невозможно, так как для их нормальной работы необходима дымоходная тяга (зависит от температуры продуктов сгорания). Кроме того, появление конденсата может вызвать коррозию некоторых элементов оборудования.

В конденсационных газовых котлах, пар, образующийся после сгорании топлива, не выводится на улицу, а поступает в специальную камеру. Происходит охлаждение продуктов сгорания до конденсируемой температуры (около 50 градусов для водяных паров). При изменении состояния вещества выделяется количество теплоты, которое дополнительно нагревает теплоноситель.

Таким образом, использование выработанной энергии в конденсируемых котлах происходит более эффективно и экономно, чем в традиционных.

Внешне котлы конденсационного типа мало чем отличаются от обычных тепловых генераторов. Они имеют отводящую трубочку для конденсата. Установка котлов одинакова – могут монтироваться к полу или к стене.

Принцип работы

Принцип работы сводится к максимальной конденсации водяного пара, который заключен в отходящих газах. Для этого в котлах предусмотрен дополнительный теплообменник (бывают котлы с двухступенчатым теплообменником).

Работу котла можно разбить на несколько этапов:

Продукты сгорания, проходя сквозь первый (стандартный) теплообменник, охлаждаются до температуры выше точки росы, передовая теплоносителю около 90% энергии.
Продукты сгорания поступают во второй (конденсируемый) теплообменник, где происходит снижение их температуры до 50 градусов. Для охлаждения используется обратная линия подачи воды отопительной системы (чем холоднее вода в «обратке», тем выше КПД конденсационного котла).
Происходит конденсация пара и передача теплоносителю дополнительной, скрытой (около 10%) энергии. Продукты сгорания на выходе имеют низкую температуру. Конденсируемый теплообменник изготавливается из противокоррозионных материалов (алюминиево-кремниевого сплава, нержавеющей стали). Это влияет на долговечность эксплуатации котла, теплообменник которого, подвергается воздействию химически агрессивного конденсата.
Конденсат поступает в специальный резервуар, после чего выводится по трубе в канализацию. С целью защиты окружающей среды в некоторых странах установлены правила по забору конденсата (в Германии конденсат подвергается нейтрализации, в России – ограничений нет). Если мощность котла большая, то можно установить нейтрализатор, содержащий магний и кальций, способные «обезвредить» агрессивность конденсата. Емкость с нейтрализатором устанавливается на отводящей трубе.

Отвод продуктов сгорания

В котлах конденсационного типа предусмотрена закрытая камера сгорания с принудительным выводом продуктов сгорания. Это обусловлено следующими причинами:

низкая температура продуктов сгорания на выходе;
повышенное сопротивление выходу продуктов сгорания из-за дополнительного теплообменника.

Подача кислорода в котел осуществляется благодаря встроенной турбине, а удаление продуктов сгорания происходит под воздействием избыточного давления.

Обычно производители предлагают подходящие для конденсационных котлов дымоходные системы. Однако можно приобрести выводящую систему отдельно, подобрав ее оптимально под параметры котла и конструктивные особенности жилья.

Установить приточно-отводящий канал можно через крышу дома или внешнюю стену. Важно, чтоб при горизонтальном расположении канала, учитывался небольшой угол наклона, который позволит стекать образовавшемуся агрессивному конденсату в котел, а не на улицу.

Достоинства и недостатки

Применение энергоэффективной техники особенно популярно в Европе, где конденсационное оборудование занимают почти 95% всех настенных котлов. Это объясняется их основными достоинствами:

Высокий коэффициент КПД. Некоторые производители заявляют о КПД конденсационных котлов, превышающем 100%. Если рассматривать КПД, с точки зрения физики, то его значение для оборудования не может быть больше 100%. Реальный же КПД котлов, использующих скрытую тепловую энергию, приближается к 100%.
Экономное использование топлива. Благодаря эффективному использованию получаемой энергии, удается значительно сократить расходы на топливо (до 30% по сравнению с традиционными котлами – зависит от климата региона и мощности котла).
Уменьшение вредных выбросов. Благодаря усовершенствованной системе сгорания (высокотехнологические горелки) в окружающую среду поступает меньше загрязненных газов.
Есть возможность использования пластмассовых дымоходов, благодаря низкой температуре отходящих газов. Это несколько может снизить расходы на установку котла.
Безопасность и надежность. Современные конденсационные котлы оснащены многочисленной защитой (образования накипи, замерзания, система защиты от возможной утечки газа).
Длительный срок эксплуатации. Котлы выдерживают колебания давления в сети и продолжают работать, автоматически регулируя мощность.

За эффективное и экономное использование топлива необходимо достаточно дорого заплатить. Высокая стоимость, в два раза превышающая стоимость обычных котлов, — главный недостаток конденсационных котлов. Перед покупкой необходимо просчитать, как скоро окупиться внедрение новой технологии. На рентабельность приобретения влияет: отапливаемая площадь помещения, потребность в теплоте и вид отопительной системы. Максимальная температура теплоносителя (воды) в конденсационных котлах достигает порядка 80 градусов.

Для полноценного обогрева помещения с низкотемпературной или напольной системой отопления рекомендуется расширить площадь радиаторов, что приведет к удорожанию общей отопительной системы.

Обогрев жилья с применением конденсационного котла позволит уменьшить расход топлива, а достичь желаемой температуры в помещении будет проще, если наряду с инновационным котлом использовать современные теплоизоляционные материалы (энергосберегающие окна, газоблоки, утеплители и прочее).