Конденсационный котел



Материал из ТеплоВики - энциклопедия отоплении

Перейти к: навигация, поиск
Конденсационный котел Vaillant ecoVIT
Основная статья: Котел отопительный

В обычном газовом котле продукты сгорания проходят через теплообменные поверхности котла, где отдают свою энергию теплоносителю (но не всю). Продукты сгорания уходят из котла и через дымоотводную систему выбрасываются в атмосферу. При этом некоторое количество теплоты теряется, поскольку вместе с газами уходит водяной пар, образовавшийся при сгорании топлива из воды, находящейся в природном газе в нормальном состоянии. Этот пар уносит с собой скрытую энергию парообразования, которую способен отобрать и передать системе отопления конденсационный котел.

Конденсационные котлы имеют перед теплообменником нагнетающий вентилятор с изменяемым числом оборотов, поэтому они сделаны с закрытой камерой сгорания и выбросом продуктов сгорания через коаксиальный дымоход. Управление числом оборотов вентилятора дает возможность всегда поддерживать оптимальное для сгорания соотношение воздуха и газа. Такое управление позволяет большинству котлов некоторое время без переналадки работать на сжиженном газе (его можно использовать как резервный). Конденсационный котел не всегда работает с максимально возможной эффективностью. Чтобы потери тепла с дымовыми газами были минимальными, в теплообменнике котла должна происходить конденсация водяных паров из дымовых газов. Это возможно тогда, когда температура хотя бы части теплообменной поверхности равна или ниже температуры точки росы. Для природного газа при обычных условиях она равна +57°С. Поэтому, чтобы котел работал в режиме конденсации, температура теплоносителя в обратной линии (по которой он возвращается из системы отопления в котел) должна быть не выше +57°С. Если это условие не выполняется, то тогда КПД конденсационного котла уменьшается, но все равно оно будет на 4-5% выше, чем КПД неконденсационного котла (за счет большой площади теплообмена и контроля соотношения газ/воздух во всем диапазоне мощности). КПД конденсационного котла тем выше, чем ниже температурный режим системы отопления. Поэтому наиболее эффективен такой котел при работе на водяные теплые полы (с температурой подачи +40…45°С). Отсутствие минимальной рекомендуемой температуры теплоносителя позволяет такому котлу работать с теплыми полами без специальных понижающих температуру приспособлений (но только при большой площади полов и, соответственно, большой тепловой инерционности системы отопления).

Практические рекомендации по применению конденсационных котлов:

Применение конденсационного котла для отопления частного дома позволяет повысить комфорт системы отопления (за счет возможности работы котла при более низких температурах) и уменьшить расход газа на 15-20% (при правильном расчете системы отопления). При дифференцированном тарифе на природный газ в некоторых случаях уменьшение расхода газа на 20% приводит к уменьшению расходов на отопление в 1,5-2 раза.

Содержание

Сравнение конструкции и характеристик конденсационных и обычных котлов

В обычном газовом котле продукты сгорания в виде горячих отходящих газов проходят через теплообменник котла, где отдают большую часть своей энергии теплоносителю. Большую, да не всю. Отходящие газы через дымоход выбрасываются в атмосферу, при этом теряется часть неиспользованной теплоты, поскольку вместе с газами уходит и водяной пар, образующийся при сгорании топлива. Именно этот пар и уносите собой скрытую энергию, которую способен сохранять и передавать системе отопления конденсационный котел.

Основное отличие конденсационного котла от неконденсационного – в специальном теплообменнике увеличенной площади, в котором продукты сгорания охлаждаются до значительно более низкой температуры (иногда ниже +40°С), чем у обычного котла. При охлаждении до низкой температуры водяной пар, содержащийся в дымовых газах, превращается в жидкость, высвобождая при этом определенное количество теплоты. Конденсация происходит в теплообменнике, который сделан из коррозионностойкого материала:

Для получения большой площади сгорания (для мощных котлов) из силумина делают отдельные секции, которые затем стягивают в один теплообменник (подобно чугунным напольным котлам).

Виды конденсационных котлов

Конденсационные котлы могут быть:

Принцип действия конденсационного котла

При охлаждении пар превращается в жидкость, то есть конденсируется, высвобождая при этом опре­делённое количество теплоты. В обычном котле идет борьба с конденсацией, в этом же варианте конденсация только приветствуется. Конденсация происходит в специальном теплообменнике увеличенной площади, который и отбирает теплота для системы отопления. Количество теплотаты, которое может быть получено при полном сжигании единицы топлива, включая долю, высвобождаемую при конденсации пара, называется «высшей» теплотой сгорания топлива, в то время как-то же количество теплоты, но без учёта теплоты конденсации, называется «низшей» теплотой сгорания топлива. Кстати, принцип работы конденсационного котла был известен более ста лет назад, но эффективно использовать его стали относительно недавно - как только появилась возможность использования при изготовлении котлов устойчивых к коррозии сплавов и различных марок нержавеющей стали.

Преимущества конденсационных котлов

В технических характеристиках конденсационных котлов коэффициента полезного действия порядка 108-109%, но в любом случае более 100%. Понятно, что по законам физики потери энергии неизбежны и КПД не может превышать стопроцентную «планку». В этом и заключается суть такой величины КПД: для возможности сравнения тепловой эффективности конденсационных и обычных газовых котлов вычисление выполняется на основе значения низшей теплоты сгорания. Исторически сложилось так, что все физические расчеты велись на основании измеряемого значения низшей теплоты сгорания. Таким образом, это не реальный КПД, а сравнительный, или условный. Но и при вычислении КПД на основе значения высшей теплоты сгорания величина КПД конденсационных котлов получается достаточно высокой, и значительно выше, чем обычных газовых котлов.

Также среди преимуществ конденсационных котлов можно назвать их более высокую экономичность, примерно на 15-20% выше в сравнении с обычными. Кроме того, в таких котлах используются высокотехнологичные горелки, которые обеспечивают приготовление топливно-воздушной смеси в оптимальных для данного режима горения пропорциях(с непрерывным контролем соотношения «газ-воздух»), что сводит к минимуму вероятность непол­ного сгорания топлива. В результате в отходящих газах значительно снижается количество вредных выбросов, а низкая температура отходящих газов, зачастую ниже 400С, позволяет использовать дымоходы из пластмассы, что уменьшает затраты на их монтаж. По исполнению конденсационные котлы подобны традиционным. Обычно они выполняются в настенном варианте, хотя выпускаются и напольные конденсационные котлы высокой мощности, которые применяются в промышленных или офисных помещениях. Отличаются они от обычных котлов тем, что теплообменник в них иной и выполняется из кислотостойких материалов, таких как силумин или нержавеющая сталь. Ведь образующийся водный конденсат за счет повышенной кислотности может вызвать коррозию стали и чугуна, применяемых при производстве неконденсационных котлов. По форме теплообменник может выполняться, напри­мер, в виде труб сложного сечения с дополнительными спиралевидными ребрами. Все это делается для увеличения площади теплообмена и, соответственно, повышения эффективности работы котла. Кроме этого в конденсационном котле применен вентилятор, установленный перед горелкой, который «высасывает» из газопровода газ, смешиваете воздухом и направляет к горелке рабочую смесь газа с воздухом.

Преимущество конденсационного котла

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.

Удаление дымовых газов

Удаление дымовых газов, как правило, осуществляется через коаксиальные дымоходы, обычно изготовляемые из термостойкого пластика. А управляемый электроникой насос оптимизирует мощность отопления, экономит электроэнергию и снижает шум от протекающего в отопительной системе теплоносителя.

Каким бы совершенным ни был котёл, эффективность его работы в значительной степени зависит от параметров системы отопления. Чем ниже температура воды, тем более полно будет происходить конденсация водяного пара, а значит, тем большая доля скрытой теплоты будет возвращаться в систему. Таким образом, тем выше будет и КПД котла. Разумеется, и систему отопления под конденсационный котел следует применять соответствующую, рассчитанную на более низкую температуру теплоносителя. При проектировании нужно ставить условие, чтобы температура теплоносителя в обратном контуре не превышала 60 °С при любых условиях снаружи. В таком случае при относительно низкой температуре, температура в обратной линии будет составлять около 45-50 °С и котел будет ра­ботать в режиме конденсации. Все необходимые условия соблюдаются в напольных системах отопления или системах низкотемпературного панельного отопления. Режим конденсации в этом случае обеспечивается в течение всего периода отопления. Необходимое условие для работы котла в конденсационном энергосберегающем режиме - температура теплоносителя на входе в котел менее 57 °С. Чем температура ниже, тем лучше будет происходить конденсация и тем выше будет КПД котла.

Но даже если установить такой котел на место старого обычного, не меняя систему отопления, все равно большую часть времени он будет работать с эффектом конденсации, то есть более эффективно, чем старый. Связано это с тем, что самые холодные дни составляют в нашем климатическом поясе порядка 10% длительности отопительного периода, следовательно, в течение девяти десятых этого периода конденсация возможна.

Наконец, конденсационные газовые котлы могут быть как одно-, так и двухконтурными, применяемыми как для отопления, так и для нагревания горячей воды, и мощность их может составлять 20-100 кВт. Для бытовых целей этого более чем достаточно, а для промышленного или офисного применения выпускаются более мощные модели в напольном исполнении. Предлагаются также комплекты для подключения котлов, расширительные баки, нейтрализаторы конденсата в зависимости от мощности установки, средства для нейтрализации, предохранительные устройства, а также комплекты трубной обвязки котлов и подключения гидравлической стрелки, системы отвода дымовых газов. В Европе это самый массовый тип отопительных приборов, а во многих странах установка любых других газовых котлов, кроме конденсационных, запрещена. Причина - более низкие выбросы вредных веществ и более высокий КПД. Так некоторые государства заботятся о своих гражданах, запрещая продавать не экономичное и не экологичное оборудование.

Практическое применение

Выбор системы отопления – теплый пол или радиаторное отопление – также влияет на экономичность конденсационной установки. Для отопительных систем с радиаторами часто принимают расчетную зимнюю температуру в подающей линии 70 градусов Цельсия и 50 градусов – в обратной линии. Решающей для создания условий конденсации является температура обратной воды. Она должна быть как можно ниже температуры точки росы. Даже если расчетная зимняя температура составляет минус 20 градусов, температура обратной воды как раз достигнет температуры точки росы. Таким образом, конденсационный котел весь год работает в области конденсации.

Чем ниже становится температура воды в обратной линии при уменьшении нагрузки, тем выше становится степень конденсации в конденсационном котле. Здесь необходимо отметить, что в течение отопительного сезона имеют место наружные температуры, превышающие расчетную зимнюю, поэтому обеспечиваются условия высокоэффективной эксплуатации конденсационного котла. Если вместо радиаторного отопления применяют систему теплого пола с температурой подачи 40 градусов и температурой в обратной линии 30 градусов, полнота конденсации становится еще выше. В результате в течение всего отопительного сезона температура обратной воды существенно ниже температуры точки росы. Условия работы конденсационного котла становятся оптимальными, и он работает еще более эффективно.

При использовании конденсационного котла образующийся конденсат составляет незначительную часть суммарного водоотведения и до теплопроизводительности 200 кВт может удаляться в канализационную сеть. При этом не следует ожидать отрицательного влияния на работу канализационной системы или осветлительных установок.

Личные инструменты

Уважаемые участники проекта ТеплоВики!

Из соображений безопасности изменена система регистрации новых пользователей. Теперь, во время регистрации, вам нужно будет заполнить данную форму (все поля обязательны для заполнения) и подать запрос на регистрацию. Администрация сайта проверит вашу заявку и вам на e-mail придет письмо с подтверждением регистрации и данными для входа. При первом входе временный пароль рекомендуется изменить.

С уважением, администрация ТеплоВики!

Ваше реальное имя: *
Желаемый логин в системе: *
Номер телефона для связи: *
Ваш email: *

Ваши данные успешно отправлены администрации ТеплоВики. После проверки ваших данных, Вы будете зарегистрированы и получите письмо с временным паролем для входа.

Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструкции
Инструменты
Печать/экспорт

Реклама