Постоянно растущая стоимость энергоносителей подтолкнула ученых и инженеров к созданию нового типа теплогенераторов – конденсационного котла. При установке в низкотемпературную систему отопления конденсатник может показать КПД более 100%. Как удалось этого достичь? Какой принцип работы конденсационного газового котла? В чем заключаются его преимущества и недостатки? Прочитав нашу статью, вы узнаете об этом все или почти все.
Принцип работы конденсационного котла
Конденсационный котел является младшим братом самого обычного газотопливного конвекционного котла. Принцип действия последнего крайне прост, а потому понятен даже людям, которые плохо разбираются в физике и технике. Топливом для котла, как следует из его названия, служит природный (магистральный) или сжиженный (баллонный) газ. При сгорании голубого топлива, как впрочем и любой другой органики, которая образуется углекислый газ и вода и высвобождается большое количество энергии. Выделяется тепло, которое идет на нагрев теплоносителя – технической воды, циркулирующей по системе отопления дома. Подробнее про конденсационные котлы читайте на страницах нашего специализированного сайта.
КПД газового конвекционного котла составляет ~90%. Это не так уж и плохо, по крайней мере, выше, чем у жидко – и твердотопливных теплогенераторов. Однако люди всегда стремились максимально приблизить этот показатель к заветным 100%. В связи с этим встает вопрос: куда же деваются оставшиеся 10%? Ответ, к сожалению, прозаическая: вылетают в трубу. Действительно, продукты сгорания газа, что покидают систему через дымоход, разогреты до очень высокой температуры (150-250°C), а значит, потерянные нами 10% энергии тратятся на обогрев воздуха за пределами дома.
Ученые и инженеры давно искали возможность более полной рекуперации тепла, однако способ технологического воплощения их теоретических разработок был найден лишь 10 лет назад, когда был создан конденсационный котел.
В чем его принципиальное отличие от традиционного конвекционного газотопливного теплогенератора? Отработав основной процесс сжигания топлива и передачи значительной части выделенного при этом тепла теплообменнику, конденсатник доохолоджує газообразные продукты сгорания до 50-60°C, то есть до точки, когда начинается процесс конденсации воды. Уже этого достаточно для того, чтобы существенно увеличить КПД, в данном случае – количество тепла, переданного теплоносителю. Однако и это еще не все.
При температуре 56°C – в так называемой точке росы – вода переходит из парообразного состояния в жидкое, другими словами, происходит конденсация водяного пара. При этом выделяется дополнительная энергия, в свое время затраченная на испарение воды и в обычных газовых котлах теряется вместе с парогазовою смесью. Конденсационный котел способен «забрать» тепло, выделяемое в процессе конденсации водяного пара, и передать его теплоносителю.
Производители теплогенераторов конденсационного типа неизменно обращают внимание своих потенциальных клиентов на чрезвычайно высокий КПД, что выпускается их устройствами – выше 100%. Как такое возможно? На самом деле никакого противоречия канонам классической физики здесь нет. Просто в данном случае применяют другую систему расчетов.
Часто, оценивая КПД отопительных котлов, подсчитывают, какая часть выделенного тепла передана теплоносителю. Тепло, «отобранное» в обычном котле, и тепло от глубокого охлаждения дымовых газов дадут в сумме 100% КПД. Но если добавить сюда еще и тепло, что выделяется при конденсации пара, мы получим ~108-110%.
С точки зрения физики такие вычисления не совсем верны. При расчете КПД нужно учитывать не образованное тепло, а полную энергию, высвободившуюся в процессе горения смеси углеводородов заданного состава. Сюда войдет и энергия, затраченная на перевод воды в газообразное состояние (впоследствии выделилась в процессе конденсации).
Из этого следует, что коэффициент полезного действия превышает 100%, это всего лишь хитрый ход маркетологов, которые эксплуатируют несовершенство устаревшей формулы расчета. Тем не менее, следует признать, что конденсатнику, в отличие от обычного конвекционного котла, удалось «выжать» из процесса сгорания топлива все или почти все. Положительные моменты очевидны – более высокая эффективность и снижение потребления ископаемых ресурсов.
Устройство основных узлов конденсационного котла
С конструктивной точки зрения конденсационный котел не сильно, но все же отличается от обычного газового. Его основными элементами являются:
- камера сгорания оснащена горелкой, системой подачи топлива и вентилятором для нагнетания воздуха;
- теплообменник № 1 (первичный теплообменник);
- камера доохлождения парогазовой смеси до температуры, максимально приближенной к 56-57°C;
- теплообменник № 2 (конденсационный теплообменник);
- резервуар для сбора конденсата;
- дымоход для отвода холодных дымовых газов;
- насос, обеспечивающий циркуляцию воды в системе.
В первичном теплообменнике, связанном с камерой сгорания, газы, выделяемые охлаждаются до температуры, которые существенно превышают точку росы (собственно, так и выглядят обычные конвекционные газовые котлы). Затем дымовая смесь принудительно направляется к конденсационного теплообменника, где происходит ее доохолодження до температуры ниже точки росы, т. е. ниже 56°C. При этом водяной пар конденсируется на стенках теплообменника, «отдавая последнее». Конденсат собирается в специальном резервуаре, откуда из отводящей трубы стекает в канализацию.
Вода, выполняющая роль теплоносителя, движущегося в направлении, противоположном движению парогазовой смеси. Холодная вода обратная вода системы отопления) предварительно подогревается в конденсационном теплообменнике. Затем она поступает в первичный теплообменник, где нагревается до более высокой температуры, заданной пользователем.
Конденсат – к сожалению, не чистая водичка, как считают многие, а смесь разбавленных неорганических кислот. Концентрация кислот в конденсате небольшая, но с учетом того, что температура в системе всегда повышена, его можно считать агрессивной жидкостью. Именно поэтому при производстве таких котлов (и в первую очередь конденсационных теплообменников) используют кислотостойкие материалы – нержавеющую сталь или силумин (алюминиево-кремниевый сплав). Теплообменник, как правило, делают литым, поскольку сварные швы являются уязвимым местом – именно там в первую очередь начинается процесс коррозионного разрушения материала.
Конденсироваться пар должен именно на конденсационном теплообменнике. Все, что произошло дальше в дымоход, с одной стороны, потеряно для отопления, с другой – разрушительно действует на материал дымохода. Именно в силу последней причины дымоход изготавливают из кислотостойкой нержавеющей стали или пластика, а его горизонтальным участкам придают небольшой уклон, чтобы вода, образовавшаяся при конденсации незначительных количеств пара, все же попала в дымоход, сливалась обратно в котел. Следует принять во внимание, что дымовые газы, выходящие из конденсатника, сильно охлажденные, и все, что не сконденсувалося в котле, обязательно сконденсуєтся в дымоходе.
В разное время суток от отопительного котла требуется разное количество тепла, которую можно регулировать с помощью горелки. Горелка в конденсационного котла может быть модулируемым, то есть с возможностью плавного изменения мощности в процессе работы, или немодулированным – с фиксированной мощностью. В последнем случае котел подстраивается под требования хозяина путем изменения частоты включения горелки. На большинстве современных котлов, предназначенных для отопления частных домов, устанавливают моделированные горелки.
Итак, вы, надеемся, получили общее представление о том, что такое конденсационный котел, как он устроен и по какому принципу работает. Однако, скорее всего, этих сведений недостаточно для того, чтобы понять, стоит ли лично вам покупать подобное оборудование. Чтобы помочь вам принять то или иное решение, расскажем про все преимущества и недостатки, плюсы и минусы конденсационного котла, сравнив его с традиционным конвекционным.