Газовые конденсационные котлы принцип работы и особенности использования

Ассортимент

Что входит в комплект при покупке конденсационного котла

На рынке представлен довольно широкий ассортимент отопительного оборудования этого типа. Между собой они отличаются мощностью, дизайном, габаритами, исполнением. Популярностью пользуются настенные котлы благодаря своим компактным размерам. Под них нет необходимости выделять отдельное помещение, их можно установить на кухне или в ванной. Мощность настенного конденсационного оборудования может существенно превышать мощность традиционных котлов. Показатель производительности отдельных агрегатов достигает 105 кВт.

Напольное оборудование этого типа используется реже. Котлы могут применяться для обогрева больших площадей. Их мощность колеблется в диапазоне от 87 до 628 кВт.

В продаже есть одноконтурные и двухконтурные модели. Последние кроме обогрева дома обеспечивают ещё и горячее водоснабжение. Они довольно производительны. Прибор, мощность которого 105 кВт, способен обеспечить тепло и горячую воду в доме площадью до 500 м.кв.

Образование конденсата

Полученный конденсат уже не является чистой H20, а представляет собой смесь из различных неорганических кислот с относительно невысокой концентрацией. Однако из-за постоянного повышения температуры внутренних узлов его относят к агрессивным составам. Чтобы предотвратить развитие деформации из-за воздействия конденсатов, конструкции котлов изготовляют из кислотостойких материалов. В их качестве может использоваться:

• нержавеющая сталь;
• симулин (алюминиево-кремниевый сплав).

Конденсация пара должна происходить только во вторичном теплообменнике. Если она пойдет дальше, в дымоход, это снизит тепловой потенциал установки, а также негативно повлияет на материал трубы. Из-за этого для производства дымоходов тоже принято использовать нержавейку или пластик, а отдельные горизонтальные узлы помещают под небольшим углом, чтобы конденсат сливался обратно в котел, а не выходил наружу

Важно понимать, что газы, которые выходят из конденсатника, остужены до невероятно низких температур, а все, что не перешло в состояние конденсации в котле, начнет конденсироваться непосредственно в дымоходе

В разную пору года и суток от котловой установки требуется определенный объем тепла, который регулируется горелкой. Этот элемент может быть как модулируемый, поддерживающий плавное изменение мощности, так и немоделируемый, у которого показатели мощности фиксированы в определенном диапазоне. Последний вариант подразумевает регулировку частоты включения горелки исходя из предпочтений хозяина. Однако в современных котлах для жилых помещений задействуются моделируемые горелки.

Получив общее представление об кондиционных котлах отопления, принципе их действия, а также типах горелок, можно более серьезно подходить к вопросу приобретения системы и последующего монтажа. Но в большинстве случаев базовой информации не хватает, чтобы убедиться, что предстоящий выбор оправдает себя. Поэтому многие люди желают подробно изучить основные преимущества и недостатки конденсационных котлов.

Достоинства и недостатки конденсационных котлов

Настенный отопительный котел

Конденсационный газовый котел можно назвать одним из самых экономичных и высокоэффективных отопительных приборов. Его  КПД на 10-15% выше, чем коэффициент полезного действия у традиционного котла. Кроме того по экономичности конденсационные котлы на 20 % превышают обычное котельное оборудование.

В конструкциях конденсационных котлов применяются высокотехнологичные горелки, которые готовят топливно-воздушные смеси в оптимальных  пропор­циях, что минимизирует возможность непол­ного сгорания топлива. Благодаря этому снижается количество выбросов вредных веществ.

Отходящие газы имеют  низкую температуру (ниже 40 °С), что дает возможность применять для конденсационных котлов дымо­ходы из пластмассы, тем самым уменьшая затраты на монтаж отопительной системы.

Преимуществами конденсационных котлов можно назвать:

• небольшие габариты и небольшой вес котельного оборудования;
• экономичность (экономия газа составляет 35% за сезон);
• глубокую модуляцию (экономия газа при частичных нагрузках);
• невысокий уровень вибраций и низкий уровень шума;
• возможность каскадной установки;
• экономия на дымоходе (можно устанавливать дымоходы с меньшим диаметром);
• уменьшение выбросов вредных веществ NO_X и CO₂ (ниже в 7 раз, чем у обычных  котлов).

Каскад конденсационных котлов

Благодаря небольшим габаритам и малому весу котельного оборудования, для установки котла требуется меньше места, в то же время снижаются затраты на его транспортировку и монтаж. Существует такое заблуждение, что конденсационные котлы эффективно работают только с системой отопления теплый пол. В другом случае эффективность их не  больше, чем у традиционных котлов. Но это не так. В конструкции  конденсационного котла есть модуляционная горелка, позволяющая достигать глубокой модуляции мощности, уменьшая при этом затраты газа и воздуха.

Процесс конденсации в  котле идет и при работе отопительного оборудования с радиаторной системой отопления. При пониженных нагрузках КПД конденсационного котла вполне может достигать высоких значений, в отличие от обычных газовых котлов, у которых КПД  в таком режиме падает из-за переизбытка воздуха.

Преимуществами  каскадной системы является легкость монтажа и компактные размеры котельной. Благодаря пониженным вибрациям и низкому уровню шума при установке конденсационных котлов,  нет надобности делать виброизолирующие платформы и звукоизоляцию помещения, предназначенного для котельной.  Что тоже позволяет сэкономить денежные средства при установке отопительной системы.

Благодаря низким выбросам NO_X и CO₂,конденсационные котлы относятся к разряду экологичного оборудования,  их часто используют для оборудования котельных в курортных и заповедных зонах. Отыскать недостатки в котлах конденсационных очень трудно. Главным минусом этого отопительного оборудования является высокая цена, которая в два раза выше цены обычных котлов.

Применение

По внешнему виду конденсационные котлы мало чем отличаются от традиционных. Изготавливают их  в настенном варианте и наполь­ном варианте. Настенные газовые конденсационные котлы обладают меньшей мощностью, чем напольные и применяются в быту для отопления частных домов и коттеджей.

Напольные конденсационные котлы с высокой мощностью используют для отопления промышленных объектов и офис­ных помещений.

Конденсационные газовые котлы выпускают одно-,  и двухконтурные. Применяются двухконтурные котлы и   для отопления и для нагревания  воды.  Мощность одно- и двухконтурных котлов  составляет —  20-100 кВт. Этого достаточно для бытового использования котлов. Для   промышленного применения выпускают модели большей мощности.

Что такое конденсационный газовый котел и как он работает

Сегодня газогорелочное оборудование представлено большим количеством агрегатов. Выделяют несколько видов отопительных котлов, каждый из которых обладает своим преимуществами и недостатками.

Электрические котлы – это простые в монтаже конструкции, для функционирования которых нет необходимости проводить газ в дом. При этом стоимость эксплуатации такой техники выше, нежели моделей, работающих на газе.

Жидкотопливные котлы – отличная альтернатива электрическим моделям. Они идеально подходят для отопления помещений без газоснабжения. При этом большинство моделей данного типа комплектуются двумя горелками для жидкого топлива и для природного газа, что делает их универсальным оборудованием.

Сегодня все большие обороты популярности набирают конденсационные котлы, принцип работы которых отличается новаторством и технической продвинутостью. Появились они на рынке относительно недавно, но успели завоевать свою нишу, в которой их объем продаж стабильно растет. Рассмотрим подробнее, в чем же заключается особенность конденсационных котлов.

Принцип работы традиционного отопительного оборудования достаточно прост. Теплообменные поверхности пропускают горячий дым, и тем самым отдается часть энергии теплоносителю. Через узел отвода дыма продукты горения выводятся на улицу. КПД таких систем недостаточно высок, так как водяной пар, который образуется при сгорании топлива, выводится вместе с газами. Стандартный котел не в состоянии отдать эту энергию теплоносителю, в то время как конденсационная техника способна это делать. Выброс дыма осуществляется через специальный коаксиальный дымоход.

Такие агрегаты оснащаются вентилятором, который нагнетает воздух, с изменяемой частотой оборотов. Это позволяет автоматике подбирать нужные условия для создания наиболее эффективной смеси воздуха и газа. Конденсационные индивидуальные котлы в большинстве своем способны функционировать от сжиженного газа, что очень актуально для регионов с неразвитой инфраструктурой.

Далеко не всегда конденсационная техника работают с предельной эффективностью. Для минимизации потерь тепла в котле происходит конденсация пара. КПД подобного агрегата повышается с понижением температурного режима отопительной системы. Именно поэтому конденсационные котлы являются лучшим выбором для отопления полов. В данном случае температура теплоносителя будет составлять около сорока пяти градусов.

Производители котлов рекомендуют агрегировать конденсационное оборудование с системами отопления, рассчитанными на невысокую температуру теплоносителя, а также комплектовать керамическим или специальным пластиковым дымоходом.

Покупка такого инновационного котла целесообразна для повышения удобства использования отопительной системы, поскольку оборудование способно функционировать при невысоких температурах. Кроме того, подобные агрегаты позволяют сократить потребление топлива на 20%. Чтобы понять их преимущества в сравнении с традиционным оборудованием, имеет смысл сопоставить технические характеристики обычных и конденсационных котлов, принципы работы которых очень отличаются.

Стандартный газовый агрегат функционирует следующим образом: в специальной камере происходит сгорание топлива, газы проходят по специальному теплообменнику, отдавая при этом энергию воде, играющей роль теплоносителя. Затем газы через отводящий контур уходят на улицу. Происходит потеря энергии вместе с водяным паром, который всегда образуется при сгорании газа.

В свою очередь конденсационный котел способен извлекать дополнительную энергию из этого пара и оставлять ее в системе, повышая тем самым ее КПД.

Главное различие между обычным и конденсационным котлом заключается в том, что второй оснащается специальным теплообменником большой площади. За счет этого дым охлаждается эффективней, и его температура может опускаться до сорока градусов. Разумеется, в традиционном котле это невозможно. Пар, который содержится в дыму, становится жидким теплоносителем. Часть энергии, которая теряется в стандартном котле, остается в системе, повышая ее КПД.

Сегодня существует множество конструктивных вариаций конденсационных котлов. В частности, выделяют модели, которые монтируются на пол или фиксируются на стене. Также выделяют одно- и двухконтурные агрегаты. Такое разнообразие позволяет покупателю подобрать идеальное техническое решения для удовлетворения своих конкретных потребностей.

Преимущества и недостатки конденсационных котлов

Газовый конденсационный котёл ценой немного выше остальных типов оборудования, но он того стоит. Этот тип оборудования экономит энергию и в долгосрочном периоде является более экономичным. Он считается более прогрессивным видом аппаратов для отопления.

Для конденсационного оборудования необходим дымоход. Его установка обойдётся совсем дёшево, так как конструкции данного типа могут использовать даже пластиковые конструкции. Но, как правило, никто не рискует, и устанавливают дымоходы из нержавейки. Они просто и быстро собираются. Имеют конденсационные газовые котлы и плюсы и минусы.

Преимущества конденсационных котлов

Преимущества конденсационных котлов К преимуществам можно отнести:

• экономичность;
• высокую мощность;
• безопасность;
• высокую степень автоматизации;
• небольшие габариты;
• быструю окупаемость;
• бесшумность;
• устойчивость к коррозии;
• экологичность.

Экономия этого оборудования считается самым значимым плюсом. Она действительно существенна в сравнении с любым другим газовым оборудованием для отопления.

Бесшумность работы очень важна для маленьких помещений. Есть дома с метражом всего в 30–40 кв.м. так вот для них этот показатель жизненно необходим для постоянного проживания. Безопасность системы обеспечена автоматизацией процессов. Система самонастраивается и не требует дополнительного вмешательства или отслеживания.

Устойчивость к коррозии важна для тех, кто использует оборудование в промышленных целях, на производствах и т. п.

Высокая стоимость газовых котлов конденсационного типа быстро окупается за счёт экономичного расходования энергии.

Небольшой размер аппаратов даже со значительной мощностью позволяет использовать и напольные котлы в любом помещении, не прибегая к установке в отдельный блок.

Мощность аппарата может варьироваться. Есть котлы и с невысокими показателями. Это происходит, благодаря его уникальной конструкции и принципу работы, когда нагретый водяной пар отдаёт своё тепло системе повторно. Для этого оборудования нет необходимости при покупке создавать задел прочности про запас. Он способен на большее, чем указано в документах

Недостатки оборудования

Недостатки оборудования К минусам установки можно отнести:

• необходимость монтажа отводящей системы для конденсата;
• соблюдение требований по установке;
• получение разрешения на установку.

Сама необходимость дополнительной установки угнетает, хотя на самом деле не представляет собой ничего сложного. Оформление документов на газовое оборудование — это закономерный процесс, который придётся пройти в любом случае (если используется любой тип газового отопительного оборудования).

Требования на установку такого аппарата немного жёстче, чем на другие. Здесь придётся идеально выровнять поверхность пола или стены, идеально соблюсти расстояния до объектов, обязательно подключить дымоход и т. п.

Но ни один из недостатков нельзя назвать существенным. Это скорее хлопоты, связанные с установкой и не зависящие от особенностей самого оборудования.

3 Популярные модели

Практически все производители газовых котлов выпускают обогреватели такого вида. Отличаются они друг от друга мощностью, способом монтажа, системой управления и стоимостью. К наиболее популярным моделям относятся:

1. 1. Vaillant eco TEC plus VU INT IV 346/5−5H — одноконтурный обогреватель от немецких производителей, который устанавливают на стену. Обладает коэффициентом полезного действия, превышающим 100%. Расход газа составляет 3,5 м³/час, мощность — 34,7 квт. Для изготовления теплообменника используют нержавеющую сталь, что позволяет увеличить срок службы агрегата.
2. 2. Buderus Logamax plus GB 172−32iK — двухконтурный котел, способный без бойлера производить нагрев воды для горячего водоснабжения. Корпус обладает привлекательным внешним видом, а передняя панель выполнена из черного титанового стекла. Коэффициент полезного действия обогревателя — 109%.
3. 3. Baxi LUNA Platinum+ 1.32 — одноконтурный обогреватель, выпускаемый в Италии. Представляет собой настенный агрегат, который предназначен для работы в отоплении. Корпус экономайзера и основного теплообменника выполнены из нержавеющей стали.
4. 4. Wolf CGB 2−24 — этот обогреватель обладает высоким КПД, около 110%. Расход топлива — 2,79 м³ при мощности 24 квт. Единственный его недостаток — это высокая стоимость, которая составляет почти 200 тыс. рублей.

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.

Конденсационные котлы обеспечивают КПД 110%

Отопительная система с конденсационным котлом благодаря особой конструкции поверхностей нагрева теплообменника отбирает у продуктов сгорания не только явное тепло, но и теплоту конденсации водяного пара и передает это суммарное тепло в отопительную систему. Используя принятые термины, можно сказать, что в конденсационном котле располагаемым теплом является не низшая теплота сгорания топлива, которая упоминалась в предыдущих разделах и выпусках, а высшая теплота сгорания, которая включает также теплоту конденсации, или «скрытую теплоту парообразования», водяного пара, образующегося при сгорании углеводородного топлива. Обе эти величины относятся к количеству тепла, высвобождающемуся при сгорании. При этом высшая теплота сгорания дополнительно включает теплоту конденсации, которая в случае обычных котлов безвозвратно покидает отопительную установку через дымовую трубу.

Количественная оценка разности между высшей и низшей теплотой сгорания зависит от вида топлива. Для природного газа она составляет около 11%. Это приводит к тому, коэффициент полезного действия, который принято определять по низшей теплоте сгорания, при полной конденсации может теоретически доходить до 111%. В высокоэффективном теплообменнике конденсационного котла уходящие газы охлаждаются почти до температуры воды в обратной линии. При этом КПД приближается к 110% и, стало быть, практически достигает физической границы.

Степень использования теплоты конденсации зависит, в первую очередь, от температурного режима системы отопления. Чем ниже температура воды на входе в конденсационный аппарат, тем глубже могут быть охлаждены дымовые газы и тем более полно может быть использован эффект конденсации. Этому вопросу придается большое значение при использовании конденсационного котла в составе отопительных установок как новых, так и модернизируемых. Целью проектирования такой установки должно быть обеспечение как можно более полной конденсации при любой температуре воды в обратной линии отопительной системы

Естественно, при реализации этой задачи следует уделять внимание и температуре точки росы. Чем выше температура точки росы, тем лучше возможности использования теплоты конденсации.

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?

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%.

Заключение

Эксплуатация конденсационных газовых котлов требует особых условий. Иначе добиться ожидаемого результата не получится. Специфика состоит в необходимости работы с низкотемпературными системами.

Степень нагрева обратного потока не должна превышать температуру конденсации дыма, что невозможно для обычного радиаторного контура в условиях суровой российской зимы. Поэтому надо либо использовать теплый пол, либо решать вопрос с помощью низкотемпературного отопительного контура.

В целом, конденсационные котлы подходят только для южных регионов с мягкими и непродолжительными зимами.