Внедрение энергосберегающих и природоохранительных технологий давно уже стало приоритетным направлением развития отопительной техники в развитых странах. По своим характеристикам конденсационный газовый котел полностью отвечает принятым экологическим стандартам и во многих странах занимает лидирующие позиции на рынке продаж отопительного оборудования. В Европе котлы данного типа используются более чем в 60% домохозяйств, а в части стран переход на такое оборудование поддерживается на государственном уровне. Постепенно инновационные технологии завоевывают и отечественный рынок, несмотря на сравнительно высокую стоимость, спрос на экономичные газовые конденсационные котлы постоянно растет.
Внутреннее устройство конденсационного газового котла
История создания
Эффект конденсации водяного пара, при котором высвобождается тепловая энергия, известен более 100 лет. Первые экспериментальные модели отопительного оборудования, использующие высвободившуюся энергию для нагрева воды, были разработаны в 50-х годах прошлого века, однако в то время они не нашли практического применения. Кислота, содержащаяся в конденсате, быстро приводила в негодность стальные и чугунные элементы конструкции котла, вступающие в непосредственный контакт с агрессивной средой. Кроме того в те времена не существовало единых стандартов состава газовой смеси, что делало невозможным проведение расчета температуры конденсации пара (точки росы).
Применения для изготовления теплообменников нержавеющей стали дало новый толчок развитию этого направления в теплотехнике и уже с 70-х годов в продажу поступили эффективные котлы, принципиальная конструкция которых схожа с устройством современных моделей. В дальнейшем схема конденсационного котла совершенствовалась, а экономическая эффективность повышалась, что постепенно позволило данному оборудованию завоевать популярность среди пользователей. Сегодня конденсационный котел это не только экономичное, но и эффективное отопительное устройство.
Принцип работы и особенности конструкции
Во всех без исключения моделях обычных газовых котлов при сжигании газа большая часть полученной энергии используется для нагрева воды поступающей в систему отопления, а меньшая вместе с выделяющимся в результате горения водяным паром и углекислым газом улетучивается в атмосферу. При снижении температуры до определенного уровня (точки росы) водяной пар переходит из газообразного состояния в жидкое (конденсируется в виде капель) выделяя в процессе преобразования тепловую энергию. На использовании этой энергии для обогрева и основывается принцип работы конденсационного газового котла.
Главным отличием конденсационного котла является наличие в его конструкции дополнительного теплообменника (рекуператора). Описать процессы, приводящие к экономии энергоносителя, можно следующим образом:
- Проходя через основной теплообменник продукты сгорания отдают теплоносителю до 90% тепловой энергии, после чего поступают на расположенный выше рекуператор.
- Поступающий на дополнительный теплообменник из системы отопления по обратной трубе теплоноситель охлаждает отводимые газы до точки росы. На поверхности теплообменника образуется конденсат, остаточная тепловая энергия (около 10%) продуктов сгорания подогревает теплоноситель.
- Уже подогретая вода из обратки поступает на основной теплообменник, где и происходит ее догревание до заданной температуры. Таким образом, разогрев теплоносителя происходит при меньших затратах времени и энергоносителя.
Учитывая, что конденсат является химически агрессивным веществом и содержит примеси угольной, азотной и серной кислоты, для изготовления теплообменников применяются материалы, устойчивые к химическим воздействиям – нержавеющая сталь или сплав кремния и алюминия (силумин).
Применяются рекуператоры двух конструкций:
- Пластинчатые. Громоздкая конструкция, состоящая из тонких металлических пластин.
- Трубчатые. Компактное устройство, состоящее из спиралевидных трубок.
Принимая во внимание, что конденсация происходит при температуре, не превышающей 57°C, температура теплоносителя на обратке должна составлять от 30°C до 50°C. Таким образом, низкотемпературное отопление способствует получению оптимальных результатов работы котла. Хороших результатов можно достичь, применяя для отопления систему теплых полов. При высокой температуре теплоносителя КПД котла падает, но даже в этом случае его эффективность выше, чем у обычных газовых котлов.
Для обеспечения экономного расхода газа и продления срока эксплуатации оборудования рекомендуется приобретать котлы, оснащенные модулируемой горелкой. Если при помощи обычной горелки температура теплоносителя регулируется при помощи включения и выключения, что приводит к ее быстрому износу и увеличению расхода газа, то модулируемая снижает или понижает мощность постепенно. Коэффициент модуляции регулируется при помощи газового клапана.
Сгорание газов происходит в камере закрытого типа. Благодаря встроенному вентилятору, создающему дополнительную тягу, труба для конденсационного котла имеет меньший диаметр и длину, чем у стандартных устройств.
Процесс монтажа и эксплуатации конденсационных котлов не имеет принципиальных отличий. Главной особенностью является потребность в утилизации конденсата, количество которого за год достигает нескольких тонн. Для этих целей рекомендуется приобрести нейтрализатор. При помощи диоксида магния или других веществ кислоты, содержащиеся в конденсате, нейтрализуются. Нейтрализаторы просты в использовании, а замена реагентов потребуется не более двух-трех раз за весь период эксплуатации котла. Также разрешается отвод конденсата в канализацию в пропорции с водой 1:25.
Расчет КПД
Часто консультанты, описывая технические характеристики устройства, акцентируют внимание на том, что КПД парового котла находится на уровне 107-109%. Такое заявление вызывает настороженность, так как со школьной скамьи известно, что коэффициент полезного действия даже теоретически не бывает выше 100%. Однако названная цифра не является обманом или рекламным трюком, просто производители принимают за точку отсчета (100%) КПД стандартного котла. Учитывая, что принцип работы конденсационного котла предполагает использование вторичного тепла и получение дополнительных 7-9% практически из отходов горения, которые в других устройствах просто выбрасываются в атмосферу, ничего удивительного в этой цифре нет.
Приобретать ли конденсационный котел: «за» и «против»
В итоге возникает вопрос: почему конденсационный газовый котел так популярен в европейских странах и почему у нас переход на это оборудование происходит относительно медленно? Чтобы разобраться в причинах такого положения дел нужно проанализировать плюсы и минусы конденсационных газовых котлов. К преимуществам относятся следующие характеристики:
- По сравнению с обычными котлами аналогичной мощности расход газа снижается на 10-30%.
- В атмосферу поступает в 5-7 раз меньше углекислого газа и других продуктов сгорания, что соответствует экологическим стандартам.
- Низкая температура отводимых газов позволяет использовать более дешевые пластиковые дымоходы.
- Оборудование компактно, что облегчает транспортировку и монтаж, мощность некоторых моделей навесных котлов составляет 120 кВт (например, конденсационный котел Vaillant ecoTEC plus), в то время как верхняя планка для обычных котлов в настенном исполнении – 35 кВт.
- Некоторые производители выпускает оборудование, рассчитанное на работу на сжиженном газе (конденсационный котел висман Vitoladens и Vitorondens), что делает возможной установку в негазифицированных районах.
- Допускается каскадное подключение котлов.
Недостатков не так уж много, однако, зачастую они играют решающую роль при выборе:
- Газовые настенные конденсационные котлы стоят в среднем в два раза дороже обычных.
- Проблема с отводом конденсата. Вещество обладает повышенной кислотностью, что исключает отвод в открытые водоемы, а использование для утилизации станций биологической очистки приводит к гибели бактерий. Таким образом, возникает потребность в использовании дополнительного оборудования, нейтрализатора. При этом к не такой уж низкой стоимости нейтрализатора нужно прибавлять стоимость расходного материала, гранул.
В результате перед покупателем встает вопрос: сэкономить на оборудовании сейчас или экономить на расходе газа постепенно, но постоянно? К сожалению, учитывая низкие расценки на газ, большинство отечественных потребителей останавливается на первом варианте, в то время как в западных странах высокая цена на энергоносители оказывает гораздо большее влияние на выбор оборудования. Второй фактор, влияющий на выбор, отношение к охране окружающей среды в разных странах. У нас пока для большинства потребителей вопрос выброса в атмосферу большого количества отработанных газов стоит далеко не на первом месте.