Принцип работы конденсационного котла. Конденсатные котлы принцип работы

Строение, принцип работы и преимущества конденсационных котлов

Природный газ всегда имеет в своем составе небольшое количество воды. Во время его сгорания вода превращается в пар, который, будучи горячим, имеет в себе тепло. Конденсационные котлы, в отличие от стандартных газовых котлов, способны впитывать и отдавать это тепло жидкости, которая циркулирует по системе отопления. Они получают это тепло путем преобразования пара в капли воды, то есть путем конденсации. Собственно такой принцип работы и обусловил название этого типа котла.

Строение

Конденсационные котлы имеют практически такую же конструкцию, как и модели обычного газового котельного оборудования. То есть они состоят из:

1. горелки;
2. элемента, который разжигает огонь;
3. автоматики;
4. специально теплообменника;
5. нагнетающего вентилятора;
6. клапана сброса давления;
7. предохранительного клапана;
8. циркуляционного насоса;
9. мембранного бака;
10. коаксильного дымохода.

Их конструкция также предусматривает наличие элемента для сбора и отвода конденсата.

Горелка и теплообменник находятся в закрытой камере сгорания. Это означает, что воздух попадает в ее середину только благодаря работе вентилятора. Принцип использования последнего заключается в подаче такого количества воздуха, которое необходимо для сгорания газа. Причем объем кислорода не должен быть меньшим или большим от потребности. Вентилятор работает синхронно с горелкой. Это означает, что при увеличении подачи газа вентилятор начинает вращаться более интенсивно. И наоборот.

Без вентилятора очень сложно организовать эффективную работу агрегата. Поэтому конденсационные котлы никогда не имеют открытой топки.

Автоматика, будучи подключенной к различным датчикам, управляет работой горелки, вентилятора и циркуляционного насоса. Главным ориентиром в ее работе является температура воздуха в помещении.

Клапаны входят в группу безопасности, которая уменьшает давление в системе, если оно стало слишком большим. Мембранный бак предназначен для компенсации небольших повышений давления.

Коаксильный дымоход является двойной трубой. Внутренняя трубка предназначена для подачи свежего воздуха в камеру сгорания. Внешняя – для отвода угарных газов. Часто его делают из термостойкой пластмассы. Такой подход возможен благодаря сильному охлаждению угарных газов.

Теплообменник

Этот элемент имеет самое важное значение в конденсационном котле. Условно он состоит из двух частей. Первая – основная, находится недалеко от горелки. Вторая – чуть выше. Она представляет собой систему трубок с приваренными к ним металлическими пластинами. Под этой частью находится сборник конденсата, от которого отходит трубка для отвода воды.

Теплообменник конденсационного котла бывает двух видов:

1. Сварным. Его делают из нержавеющей стали. Но он имеет неравномерные химические и механические свойства. Это является следствием сварки его из разных частей. Такая особенность может стать причиной его разрушения. Правда, до поломки этот элемент способен проработать до 10 и более лет.
2. Литым. Этот вид делают из силумина. Благодаря этому он получает такое преимущество, как равномерные химические и механические свойства. Однако он не настолько устойчив к химическому воздействию во время горения газа, как нержавейка. Литые теплообменники могут быть разборными. То есть они состоят из литых частей, которые скручиваются как чугунные батареи отопления. Такие элементы монтируются только в очень мощные конденсационные котлы.

Особенности работы

Главный принцип работы конденсационных устройств заключается в передаче воде того тепла, которое образуется при сгорании газа и конденсации пара. Классические газовые агрегаты способны выполнить только первую функцию. Поэтому их КПД меньше.

Модели конденсационных агрегатов работают следующим образом:

1. Теплоноситель с температурой, меньше 57 °С, поступает в конденсационный теплообменник.
2. Угарные газы, охладившись у основной части теплообменника, двигаются дальше, омывают стенки конденсатора, продолжая охлаждаться. Когда их температура становится меньше 57 °С, начинает выпадать конденсат.
3. Капли воды остаются на внешней стенке теплообменника, нагревают ее. Далее подогревается теплоноситель.
4. Подогретая вода движется в основную часть теплообменника, где нагревается до высокой температуры.
5. Нагретый теплоноситель поступает в систему отопления.
6. Охлажденные дымовые газы выходят через коаксильный дымоход.

Во время работы котла направления движения воды и дымовых газов являются встречными.

Впитанное тепло из конденсата повышает КПД конденсационного котла на 11 процентов. В результате этот показатель достигает 108-109%. В голове многих здравомыслящих людей сразу возникает вопрос, а как КПД может быть больше 100%?

Объяснение этого случая является следующим: КПД является относительной величиной, которую для газовых устройств высчитывают по нижнему уровню теплоты сгорания. Для такого расчета используют только то количество тепла, которое выделяется при сгорании газа. Однако есть высший уровень теплоты сгорания. Он больше на 11% нижнего, ведь включает то тепло, которое образуется при конденсации водяного пара. Числа 108-109% получились потому, что за базу сравнения производители взяли КПД по нижнему уровню теплоты сгорания.

Стоит отметить, что разные модели конденсационных устройств могут иметь вышеуказанный КПД только тогда, когда теплоноситель в обратной трубе холоднее 57 °С. Эта температура является точкой росы. При ней водяной пар начинает конденсироваться. Точка росы может быть разной. Она зависит от влажности и температуры воздуха. Для условий, возникающих внутри газового котла, она составляет 57 °С.

Если же теплоноситель является более горячим, конденсация пара также происходит. Однако она является очень слабой и КПД поднимается не более чем на 4-5%.

Виды

Конденсационные котлы классифицируют по двум признакам:

1. Количество контуров.
2. Исполнение корпуса.

По количеству контуров бывают такие виды:

1. Одноконтурные. Они предназначены для отопления дома. В своем составе имеют только один теплообменник. Такие модели могут нагревать воду для ГВС, однако нужно осуществлять подключение бойлера косвенного нагрева.
2. Двухконтурные. С помощью них отапливают дом и подают горячую воду в краны водопроводной системы. Их конструкция дополнена небольшим теплообменником (вместо него может быть накопительный бак или бойлер послойного нагрева) и трехходовым клапаном, который может изменять режим отопления на режим ГВС и наоборот. Работа этого клапана происходит по такому принципу: теплоноситель может поступать либо в дополнительный теплообменник, либо в систему отопления.

Что касается исполнения корпуса, то конденсационные котельные устройства бывают следующими:

1. Настенными.
2. Напольными.

Настенные являются наиболее распространенными, ведь позволяют экономить пространство, и их можно монтировать на кухне. Их мощность не бывает больше 120 кВт. Правда, большинство таких агрегатов имеют мощность меньше 100 кВт. В их составе не бывает большого бойлера послойного нагрева.

Напольные, в отличие от настенных, имеют большие габариты, и поэтому их нужно монтировать в отдельной комнате. Другим их признаком является большая мощность. Также строение многих напольных модификаций может включать объемный накопительный бак или бойлер послойного нагрева.

Плюсы и минусы

Преимущества конденсационных котлов:

1. Высокий КПД. Он достигает 108-109%.
2. Экономия топлива составляет 11%, если сравнивать их с моделями обычных газовых котлов.
3. Наличие высокотехнологичной горелки. Благодаря ей достигается оптимальное соотношение газа и воздуха. А это делает возможность неполного сгорания газа практически нулевой.
4. Из дымохода выходит очень малое количество вредных веществ. Они уходят вместе с конденсированной водой.
5. Возможность подключения теплого пола.
6. Вода в отопительной системе может охлаждаться до любой температуры. Главное, чтобы она была холоднее 57 °С. Для сравнения стандартные газовые котлы при таком обратном теплоносителе быстро выходят из строя, ведь их теплообменники не имеют защиты от кислот, которые оседают на их стенках с конденсатом. При использовании конденсационного котла теплоноситель на входе и выходе отопительной системы может иметь температуру 70 °С и 50 °С соответственно.
7. Бесшумность работы.
8. Простота монтажа и подключения.

Что касается минусов разных моделей конденсационных котлов, то их практически нет. Главным из них является большая цена. Она превышает стоимость обычных газовых моделей в два раза. Также минусом можно назвать более дорогой, связанный с заменой и подключением нового теплообменника, ремонт.

poluchi-teplo.ru

Принципы работы конденсационных котлов в фото

Газовые котлы, как неотъемлемая часть современной системы отопления, уже давно вошли в нашу жизнь. Но мало кто слышал и мало кто знает, что принцип работы конденсационного котла обеспечивает высокую степень экономии.

Схема конденсационного котла с двумя теплообменниками.

Сравнение газового и конденсационного котла

Чтобы понять принцип действия конденсационного газового котла, необходимо рассмотреть работу обычного котла, работающего на газу.

Работа обычного газового котла

В котел подается газ, где он сгорает. Сильно нагретые газы, проходя через теплообменник, почти всю свою энергию отдают теплоносителю системы отопления. Однако ключевое слово здесь «почти». После этого отходящие газы выбрасываются в атмосферу через дымоходную систему. Но поскольку в один момент отходящие газы просто не могут передать всю свою энергию, то в дымоход уходит и некоторая ее часть.

Эта энергия уходит в виде водяного пара.

Работа конденсационного газового котла

Схема устройства газового котла.

Принцип работы такого котла основывается на способности пара превращаться в жидкость при его охлаждении. В процессе перехода воды из одного агрегатного состояния в другое всегда высвобождается некоторое количество тепловой энергии. Вот именно эта часть энергии и помогает экономить на топливе, а также увеличивает КПД такого котла.

Если в обычном приборе идет постоянная борьба с конденсатом, то конденсационный котел как раз только приветствует его образование.

Конденсация пара происходит в специальной камере, которая называется теплообменником. Такой теплообменник имеет большую площадь, чем другие газовые котлы. Здесь происходит отбор тепловой энергии и возврат ее в систему отопления.

Если принять за 100% всю энергию от сгорания топлива в котле без учета процесса конденсации, то высшая теплота составляет примерно 111%.

Однако эти цифры показывают, что, благодаря конденсированию пара, получается еще дополнительных 11% тепловой энергии. Причем эти 11% образуются без добавления топлива.

Хотя, конечно, по всем законам физики вечный двигатель просто невозможен и при совершении какой-либо работы потери энергии просто неизбежны. По этой причине КПД в 100% достичь просто невозможно. Однако в данном случае КПД для такого котла рассчитывается без учета энергии, полученной из конденсированного пара.

Схема работы напольного газового котла.

Например, в современном газовом котле распределение энергии такое:

Что касается конденсационного котла, то лучистые потери тепла остаются примерно на том же уровне, то есть около 1%, а вот вместо них в систему возвращается примерно 11% процентов энергии, которая образовалась в процессе конденсации пара.

Стоит заметить, что конструкция теплообменника более полно использует и энергию отходящих газов. Здесь потери составляют уже не 6% , как в обычных котлах, а порядка 2%. Это позволяет прибавить к КПД конденсационного котла еще 4%.

Если вести точку отсчета КПД от низшей теплоты, то с учетом всего вышесказанного можно действительно убедиться, что КПД котла больше 100%, то есть сумма 93%, 11% и 4% равна 108%.

Следует заметить, что данные цифры никак не отражают работу конденсационного котла, они всего лишь помогают увидеть разницу. Если в обычном котле КПД один, то конденсационный котел имеет КПД на 15% выше.

При этом количество сгоревшего газа остается одинаковым. Это означает, что достигается экономия топлива на 15%.

Конденсационный котел: принцип действия

Схема работы конденсационного котла.

Как уже стало понятно, конденсационный котел работает так, что отходящие газы, которые несут в себе некоторое количество тепла, попадают в специальный отсек, в котором происходит конденсация этого пара, а выделяемая энергия поступает обратно.

Стоит заметить, что конденсация пара наступает только в так называемой точке росы, что для простой воды составляет примерно 50 градусов.

Таким образом, основной задачей перед инженерами, которые проектируют подобные газовые установки, состоит в том, чтобы просто не дать отходящим газам, имеющим температуру выше данной, покинуть пределы котла.

Чтобы решить эту задачу, были спроектированы и разработаны теплообменные камеры специальной конструкции. Такие теплообменники обеспечивают наиболее полный отбор тепловой энергии путем снижения температуры газов до температуры точки росы. Вся отобранная тепловая энергия, как уже было сказано, возвращается в систему отопления.

Принцип работы такого теплообменника заключается в следующем. Чтобы конденсация пара была возможной, применяется обратная линия отопления, которая содержит воду. Конденсация происходит тем интенсивнее, чем ниже температура этой обратной воды. Разумеется, что максимальная температура не должна превышать 50 градусов, а иначе конденсация вовсе будет невозможной.

Получается, что чем ниже температура, тем выше КПД котла. Это видно из сравнения:

Схема монтажа котла отопления.

Стоит заметить, что данный показатель даже при максимально высоких температурах выше, чем у котлов, которые не используют данный принцип действия.

Помимо того что принцип работы обеспечивает высокий КПД всей отопительной системы, экономия достигается и другим показателем. Газовые горелки такого современного оборудования способны очень точно рассчитать и по этим расчетам приготовить горючую смесь (газ и воздух) таким образом, чтобы достигалось ее максимальное сгорание при выбранном режиме работы котла.

Это приводит не только к экономии топлива, но и к снижению вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, по той причине, что температура выходных газов не превышает 45 градусов, а иногда и гораздо ниже, есть возможность изготовления дымоходных систем из обычной пластмассы.

Факторы, влияющие на производительность котла

Из вышеописанного становится понятным, что от самого котла зависит многое, но не все. Эффективность котла зависит и от некоторых параметров каждой конкретной системы отопления. Например, от температуры циркулирующей в ней воды. Чем ниже температуры прямого и обратного потока воды, тем выше степень конденсации.

Становится понятным, что наилучшим температурным режимом будет пара температур 40/30 градусов. Такой температурой обладают почти все напольные системы, а также панельные низкотемпературные системы отопления. При таких температурных режимах процесс работы котла основан на постоянной конденсации пара.

Если брать в рассмотрение радиаторные системы отопления, которые являются сейчас самыми распространенными, то в них эффективность значительно ниже, но остается высокой. Кроме того, в некоторые периоды, самые холодные, требуется максимальная температура теплоносителя. Это приводит к тому, что отходящие газы нагреваются больше чем на 50 градусов. В таком случае конденсация становится невозможной и эффективность котла резко снижается.

Схема системы отопления.

Становится понятным, что если сильно не нагревать теплоноситель, то конденсационный котел способен выдавать максимальную производительность. Такой режим работы возможен только тогда, когда само здание достаточно теплое и требуется лишь поддерживать определенный температурный режим. В свою очередь это возможно при максимальном снижении уровня тепловых потерь здания, что достигается его утеплением.

Стоит заметить и тот факт, что принцип работы котла позволяет регулировать его мгновенную мощность, то есть производительность в каждый момент времени. Однако вручную сделать это правильно достаточно сложно. Поэтому, чтобы повысить эффективность, была создана система автоматической регулировки, которая получила название погодозависимой. Принцип ее работы заключается в том, что с переменой температуры наружного воздуха, она автоматически увеличивает или уменьшает температуру теплоносителя.

Такая автоматика позволяет максимально долго удерживать температуру обратного потока ниже 50 градусов.

Стоит заметить одно большое преимущество таких котлов: при средней мощности в 24 кВт за один сезон эксплуатации образуется в среднем 1200 литров конденсата. При этом кислотность такого пара составляет примерно 3,5 единицы. Это позволяет сливать такой пар даже в систему центральной канализации. Кислотность не превышает допустимых норм при мощности ниже 50 кВт.

Химический анализ работы газовых котлов

Итак, становится понятен принцип работы котла. Однако не совсем понятно, откуда берется пар, почему такие требования по кислотности и так далее.

Для детального рассмотрения этого вопроса придется изучить процесс горения с химической точки зрения.

Конденсационные газовые котлы в качестве топлива используют сжиженный или природный газ. При сгорании жидкого топлива в большом объеме выделяется водород и углерод. По этой причине топливо получило название углеводородного. Поскольку ни один процесс горения не возможен без кислорода, то в камеру сгорания подается воздух, в котором содержится азот и кислород.

В результате окисления (реакции горения) образуются некоторые химические продукты горения: при взаимодействии углерода с кислородом образуется двуокись углерода, а при взаимодействии кислорода с водородом образуются молекулы воды. Поскольку процесс горения сопровождается обильным выделением тепла, то молекула воды находится не в жидком, а газообразном состоянии (водяной пар).

Все эти продукты горения попадают в теплообменник, где немного остывают, примерно до 160 градусов, при этом они отдают большую часть своей энергии в виде тепла теплоносителю. Некоторая часть вместе с ними и водяным паром уходит в дымоход.

Конденсационные газовые котлы имеют высокий КПД только за счет повторного использования уже отходных газов и забора у них оставшейся части тепловой энергии. Вся отобранная энергия возвращается в систему отопления.

Конденсационные котлы именно этим процессом отличаются от других газовых установок.

Вам также может понравиться

stroitelstvo21.ru

Конденсатные котлы: принцип работы

Из элементарной физики известно, что при сгорании топлива и выделении тепла образуются продукты сгорания. Продукты сгорания в виде горячих отходящих газов проходят через газоходы котла, где отдают большую часть своей энергии теплоносителю. Охладившись, отходящие газы через дымоход отводятся в атмосферу, унося с собой часть неиспользованной теплоты. С отходящими газами уходит и водяной пар, который образовался в результате сгорания топлива.

Этот пар уносит с собой скрытую энергию, которая теряется. Представляете, а ведь это тепло могло бы быть использовано для дополнительного обогрева помещений! Если бы уходящее тепло можно было бы вернуть в котел, система отопления получила бы дополнительное количество теплоты!

Принцип работы конденсатного котла основан на использовании теплоты отходящих газов. Прежде чем попасть в дымоход отработанные дымовые газы проходят через специальный теплообменник, конденсируются и отдают дополнительное тепло, которое высвобождается при конденсации водяного пара. В конденсатных котлах обеспечен наиболее полный отбор тепла отходящих газов, снижение их температуры до точки росы и конденсация содержащегося в них водяного пара. В результате освобождается дополнительное тепло, которое может быть отдано системе отопления.

При правильной эксплуатации конденсационных котлов экономия расходов на топливо весьма существенная. Конденсационная техника должна работать в диапазоне температур 40/30° С. Только в этом случае происходит наиболее полное освобождение теплоты из отработанных газов. Конечно в результате конденсации образуется легкий кислотный остаток, так называемый конденсат. Кислотность в этих котлах небольшая и при мощности котла до 50 кВт конденсат разрешается сливать в городскую канализационную сеть.

thermo-tek.ru

• 
  Газовый котел настенный вулкан
• 
  Пеллетный котел с автоподачей
• 
  Замена секции чугунного котла
• 
  Уровнемерная колонка парового котла
• 
  Сусловарочный котел с корзиной
• 
  Монтаж котла напольного цена
• 
  Котлы газовые твердотопливные напольные
• 
  Газовые бытовые водогрейные котлы
• 
  Твердотопливный комбинированный котел отопления
• 
  Котел газовый rs a100
• 
  Газовый котел rs a100