Конденсационный котел система отопления

С тех пор, как конденсационные котлы начали завоевывать рынок теплотехнического оборудования, прошло менее двух десятков лет. Но за это время множество потребителей уже успело оценить их исключительную эффективность и экономичность: по данным показателям эти устройства существенно превосходят обычные конвекционные котлы. За счет чего же достигаются такие результаты?

Как известно, для отопления больших домов требуются мощные напольные теплогенераторы, которые, согласно правилам, должны быть установлены в отдельном, особым образом оборудованном помещении. Если же по каким-то причинам для котельной нет подходящего места, тут и встает проблема с подбором настенного агрегата, способного обогреть значительную площадь, а то еще и обеспечить здание горячей водой. Мощность конвекционных настенников обычно ограничивается 40 кВт, так что в случае коттеджа на 150–200 м² справиться с такой задачей им, скорее всего, будет не по силам. А вот для высокоэффективных конденсационных котлов настенного монтажа мощностью до 80–100 кВт эта миссия выполнима.

Не может быть?!

• 

Принцип работы конденсационного котла

Все знают, что КПД любого устройства не может быть больше 100%. В техпаспорте же конденсационных котлов указана цифра 108–110%. Резонный вопрос – как это возможно? Дело в том, что КПД подобных приборов, так сказать, в чистом виде составляет порядка 98%, а добавочные 10% получаются в результате отъема тепла у отходящих газов, образующихся при сгорании топлива. И если у конвекционных котлов это тепло в буквальном смысле просто улетает в трубу и согревает уличный воздух, то конденсатники заставляют его работать на повышение своего КПД. Суть процесса в следующем: при охлаждении дымовых газов до температуры точки росы (≈ 55°С) содержащиеся в них водяные пары конденсируются, что сопровождается высвобождением значительного количества тепла. Теплотехнические расчеты показывают, что благодаря этому экономия энергии может составить при сжигании природного газа 11%, сжиженного газа (пропан-бутан) – 9%, солярки – 6 % .

Для охлаждения дымовых газов агрегаты используют обратку, то есть теплоноситель, уже прошедший по трубам и имеющий температуру ниже 55°С, необходимую для конденсации пара. Таким образом, конденсационные котлы будут работать со всей возможной отдачей только в низкотемпературных системах отопления (теплые полы, климатические стеновые панели, капиллярные маты). В системах, функционирующих в режиме 90/70°С, они превзойдут по экономичности конвекционные теплогенераторы всего на 3–5%.

Конденсационные газовые котлы позволяют сэкономить за отопительный сезон до 20–25% топлива. Кроме того, при его сгорании на 90% сокращаются выбросы в атмосферу оксидов азота и углерода

Целесообразно ли использовать конденсационный котел в радиаторной системе отопления?

Конденсационным котлам обычно «вменяют в вину» то, что они не годятся для работы в высокотемпературных системах радиаторного отопления. Но так ли это? Ведь при обогреве дома радиаторами, даже в условиях наших зим, делать их горячее 55°С большую часть отопительного периода просто нет необходимости. За исключением максимум двух-трех морозных недель, среднесуточная температура за окном составляет около 0°С, и «раскалять» в это время батареи, расходуя лишнее топливо, совсем ни к чему. Таким образом, когда потребности дома в тепле могут быть полностью удовлетворены при пониженной температуре теплоносителя, конденсационный котел будет прекрасно обслуживать и радиаторные системы отопления. Ну а если ударит настоящий мороз (–25…30°C) и котельная перейдет на усиленный режим работы (к примеру, 90°С), то процесс конденсации прекратится и эффективность котла снизится, но все равно, хоть и незначительно, она будет выше, чем у конвекционных устройств.

Особенности конструкции

Конструктивно конденсационные котлы не слишком отличаются от традиционных газотопливных агрегатов, но от того, какого типа устройства выступают в них в качестве важнейших узлов, напрямую зависят заявленные высокоэффективность, экономичность и надежность данного оборудования.

Теплообменник, служащий для охлаждения отходящих газов, постоянно испытывает агрессивное воздействие конденсата, представляющего собой едкую кислотосодержащую жидкость, поэтому основное требование к данному элементу конструкции – высокая химическая стойкость. Теплообменники изготавливают из нержавеющей стали либо из силумина (алюминиево-кремниевого сплава), притом наилучшим вариантом будут литые изделия, так как шов с малейшим изъяном является потенциальным очагом коррозии.

‘ >

Котел в разрезе

Конденсационные теплогенераторы имеют закрытую камеру сгорания и, как правило, оснащены высокопроизводительными вентиляторными (дутьевыми) горелками, регулируемыми в широком диапазоне мощности, что дает возможность максимально точно контролировать температуру отходящих газов (не выше 57°С). За работу горелки отвечает автоматика, которая отслеживает все настройки и параметры безопасности оборудования.

В некоторых моделях котлов установлены модулирующие циркуляционные насосы с плавной регулировкой мощности двигателя и высоты напора теплоносителя. Это позволяет им гибко подстраиваться под заданные гидравлические и температурные параметры, даже когда система отопления работает в режиме неполной нагрузки. Обычные же насосы обеспечивают постоянный поток теплоносителя, а значит, его температура в возвратной линии может превышать значения, необходимые для конденсации водяных паров из отходящих газов. Таким образом, конденсационный котел, по сути, начинает функционировать как простой конвекционный, то есть КПД оборудования падает.

Для организации системы ГВС на базе конденсационного котла многие производители выпускают агрегаты со встроенным вторичным теплообменником и расширительным баком. Компактные настенники комплектуются баками всего на 30–40 л, у напольных же моделей они могут вмещать 150–200 л воды и более

Автоматика управления

• 

Автоматическое управление, тем более дистанционное, существенно повышает уровень комфорта при эксплуатации котельного оборудования, а также предусматривает возможность подключения котла к комплексной системе отопления и ГВС, организованной на основе нескольких источников тепла. Так, автоматика Logamatic EMS plus RC300, которой оснащаются агрегаты марки Buderus, может управлять системой, состоящей из четырех контуров отопления, двух контуров ГВС и гелиоустановки. Принцип удаленного контроля Buderus реализует при помощи электронного термостата Logamatic TC100, а, например, фирма De Dietrich использует для этого настенную панель Diematic VM ISystem.

Управляющий модуль связан с котлом низковольтным проводным соединением. А взаимодействие пользователя с любыми элементами системы (корректировка параметров и режимов работы, краткосрочное или долгосрочное программирование и т. п.) осуществляется по Wi-Fi либо через специальное приложение на компьютере или смартфоне.

Конденсационные котлы большинства марок можно объединять в каскады – группы из нескольких (в быту обычно до четырех) устройств. Такой каскад позволяет очень точно регулировать мощность приборов

Внимание – конденсат!

Сколько конденсата образуется за сутки работы котла, можно определить из расчета 0,14 кг на 1 кВт‧ч. То есть, к примеру, агрегат мощностью 24 кВт, функционирующий в низкотемпературном режиме с 50%-ной нагрузкой (а за счет точной регулировки параметров оборудование, в зависимости от условий, может быть задействовано и всего лишь на четверть своего ресурса) выдает 40 л конденсата.

Сливать кислотосодержащую жидкость на рельеф запрещено, иначе в этом месте появится «мертвое поле». Конденсат от котлов малой мощности можно сливать в центральную (поселковую) канализацию, притом его следует разбавлять в пропорции минимум 10:1, а лучше 25:1.

Если дом оборудован автономной канализацией с септиком, а также в случае котла высокой мощности, перед утилизацией конденсат должен проходить процедуру нейтрализации кислот в особом резервуаре. Его наполнителем служит мраморная крошка, раз в несколько месяцев требующая замены. (Что касается возможности слива нейтрализованного конденсата в ЛОС, то этот вопрос необходимо уточнить у поставщика очистной установки.)

Можно ли перевести систему отопления с обычного котла на конденсационный?

Как при установке, так и при замене любой газотопливной техники придется собрать соответствующий пакет документов и пройти установленные разрешительные процедуры. Но прежде всего, реорганизацию системы следует обосновать инженерными расчетами. Безусловно, перевод котельной с одного вида газового оборудования на другой потребует материальных вложений. Львиную долю всех расходов составит стоимость самого конденсатника, а собственно монтаж и подключение нового котла не станет крупной статьей расходов (например, компания Buderus предусматривает для этого целый набор специальных аксессуаров).

Основной проблемой может стать необходимость замены дымохода. Газы от конденсационного котла должны отводиться через канал, материал которого способен противостоять разрушительному воздействию содержащихся в дыме кислот. На данные условия эксплуатации рассчитаны керамические модульные системы, двухконтурные утепленные «сандвич»-конструкции из нержавеющей стали, трубы из жестких полимеров. Чтобы сократить затраты, имеющийся дымоход можно модернизировать путем его гильзования с помощью одностенной трубы из нержавейки или гибкого пластикового рукава.

Конденсационный газовый котёл: особенности и преимущества

Об особенностях выбора и работы газового конденсационного котла в формате мастер-класса вам расскажет технический специалист компании Ariston.

• Принцип работы конденсационного газового теплогенератора.
• Преимущества использования конденсационного газового котла.
• В какой системе отопления лучше всего использовать это оборудование.
• На что обратить внимание при эксплуатации конденсационного газового котла.

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.

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.

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%.

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%.

Преимущества использования конденсационного газового котла

Итак, мы разобрались с теоретической частью. Теперь расскажем, как особенности конструкции конденсационного котла влияют на эффективность его работы и долговечность. На первый взгляд кажется, что использовать дополнительную энергию водяного пара, скрытую в дымовых газах, можно и в обычном котле, специально «загнав» его в низкотемпературный режим работы. Например, подключив котёл (это неправильно) напрямую к системе теплого пола или значительно понизив температуру теплоносителя, циркулирующего в радиаторной системе отопления. Но, выше мы уже писали, что при сгорании магистрального газа образуется целый «букет» химических элементов. В водяном паре содержатся: углекислый и угарный газы, окислы азота, а также примеси серы. При конденсации и переходе пара из газообразного в жидкое состояние эти примеси оказываются в воде (конденсате) и на выходе получается слабый кислотный раствор.

Теплообменник обычного котла не выдержит длительной работы в агрессивной химической среде, со временем он проржавеет и выйдет из строя. Теплообменник конденсационного котла сделан из материалов, отличающихся коррозионной стойкостью и устойчивостью к кислотным средам. Наиболее стойким материалом является нержавеющая сталь.

Кроме этого, повышенные требования предъявляются и к другим конструкционным элементам конденсационного теплогенератора, т.к. требуется охладить дымовые газы до нужной температуры. Для этого котёл оснащается наддувной горелкой с высокой степенью модуляции. Такая горелка работает в широком диапазоне мощностей, что позволяет оптимальным образом регулировать нагрев воды. Также конденсационные котлы оснащаются автоматикой, обеспечивающей точное поддержание режима горения, температуры отходящих газов и воды в обратной линии. Для чего ставятся циркуляционные насосы, плавно изменяющие силу напора протока теплоносителя, а не как простые 2-х и 3-х скоростные. С обычным насосом теплоноситель проходит через котёл с постоянной скоростью. Это приводит к росту температуры в «обратке», повышению температуры дымовых газов выше точки росы, а следовательно, снижению эффективности работы оборудования. Также возможен перегрев системы отопления (тёплого пола) и уменьшение теплового комфорта.

Важный нюанс: горелка обычного котла не может работать на мощности ниже 1/3 от максимальной (номинальной) мощности теплогенератора. Горелка конденсационного котла может работать на мощности, составляющей 1/10 (10%) от максимальной (номинальной) мощности теплогенератора.

Рассмотрим следующую ситуацию: начался отопительный сезон, температура на улице -15 °C. Мощность обычного котла, установленного в доме – 25 кВт. Минимальная мощность (1/3 от максимальной), на которой он может работать – 7.5 кВт. Предположим, что теплопотери здания составляют 15 кВт. Т.е. котёл, непрерывно работая, компенсирует эти теплопотери, плюс остаётся запас по мощности. Через несколько дней случилась оттепель, что, согласитесь, часто случается за зиму. В итоге уличная температура теперь около 0 °C или чуть ниже. Теплопотери здания, из-за повышения температуры на улице, сократились и теперь составляют примерно 5 кВт. Что произойдёт в этом случае?

Обычный котёл не сможет, работая в непрерывном режиме, выдавать необходимые для компенсации теплопотерь 5 кВт мощности. В результате он перейдёт в так называемый цикличный режим функционирования. Т.е. будет постоянно включать и отключать горелку, либо будет перегреваться система отопления.

Конденсационный котёл, при той же мощности и в аналогичной ситуации, в непрерывном режиме работы спокойно выдаст 2.5 кВт мощности (10% от 25 кВт)¸ что напрямую влияет на срок службы теплогенератора и уровень комфорта в загородном доме.

Современная автоматика позволяет значительно упростить процесс управления котлом, в том числе и дистанционно, с помощью специального мобильного приложения для смартфонов, что повышает удобство пользования оборудованием.

Добавим, что отопительный сезон в России, в зависимости от региона, в среднем составляет 6-7 месяцев, начинаясь осенью, когда на улице ещё не очень холодно, и длится до весны.

Получается, что максимальная мощность котла может потребоваться только в относительно короткий период времени (декабрь, январь), когда установились настоящие морозы.

В другие месяцы от котла не требуется выход на максимальный режим работы и повышенная теплоотдача. Следовательно, конденсационный котёл, в отличие от обычного, будет эффективно работать и при температурных перепадах, и при небольшом морозе. При этом снизится потребление газа, что в тандеме с низкотемпературной системой отопления (теплым полом) уменьшит затраты на покупку энергоносителя.

Помимо экономичности, важным преимуществом конденсационных котлов является возможность получения большой мощности при компактных размерах оборудования. Конденсационный газовый котёл в настенном исполнении особенно актуален для небольших котельных.

Кроме этого, конденсационный котёл имеет турбированную горелку, что позволяет отказаться от стандартного дорогостоящего дымохода и просто вывести коаксиальную дымоходную трубу через отверстие в стене. Это упрощает монтаж оборудования или установку нового конденсационного котла взамен старого – обычного, при реновации существующей системы отопления.

Особенности эксплуатации конденсационного газового котла

Частые вопросы потребителей: что делать с конденсатом, получаемым в процессе эксплуатации котла, насколько он вреден, и как его утилизировать.

Количество конденсата можно рассчитать так: на 1 кВт*ч приходится 0,14 кг. Следовательно, конденсационный газовый котёл мощностью в 24 кВт при работе на 12 кВт мощности (т.к. большую часть отопительного периода котел работает с модуляцией, а средняя нагрузка на него, в зависимости от условий, может составлять ниже 25%) в достаточно холодный день вырабатывает 40 литров конденсата при низкотемпературном режиме.

Конденсат можно слить в центральную канализацию, при условии, что его разбавили в пропорции 10 или лучше 25 к 1. Если дом оборудован септиком или локальной очистной станцией, требуется нейтрализация конденсата.

Нейтрализатор представляет из себя ёмкость, заполненную мраморной крошкой. Вес наполнителя – от 5 до 40 кг. Менять её надо вручную в среднем раз в 1-2 месяца. Конденсат, обычно пройдя через нейтрализатор, самотёком попадает в канализацию.

Подведение итогов

Настенный конденсационный газовый котёл — это современное оборудование, отличающееся надёжностью, экономичностью и эффективностью работы. Также сокращаются выбросы вредных веществ в атмосферу, что особенно актуально при ужесточении норм по экологичности. Кроме этого, установка данного типа теплогенератора, за счёт уменьшения расхода газа, позволит уменьшить затраты на отопление в долгосрочной перспективе и повысить уровень комфорта в загородном доме.