Конденсационные котлы принцип работы. Почему конденсирует котел

Конденсатные котлы принцип работы - Всё об отоплении

Изучаем газовый конденсационный котел — принцип работы и устройство

Принцип работы газового котла

То, что система отопления, работающая на природном газе, является самым экономичным и эффективным способом обогрева помещений, знают многие. Но вот что странно — вроде бы использование газа сегодня устраивает всех, но высокие и жесткие требования расхода энергоносителей ставят определенные ограничения. Поэтому на рынке теплотехнического оборудования конденсационные котлы занимают особое место. Кстати, в некоторых европейских странах законом запрещено использовать другие виды нагревательных газовых приборов, кроме конденсационных. Попробуем разобраться с газовыми конденсационными котлами, принципом их работы, достоинствами и недостатками.

Принцип работы

В первую очередь нас будет интересовать принцип работы этого вида котлов. Чтобы показать, чем он отличается от обычных агрегатов, надо разобраться с особенностями функционирования последних.

Что в них происходит?

Газ в качестве топлива через горелку подается в камеру сгорания, где и сжигается. При этом выделенная тепловая энергия нагревает металлический теплообменник, в котором движется теплоноситель.
Отдавая часть тепловой энергии, топочные газы проходят в дымоход и выводятся через него на улицу.

Казалось бы, что может быть проще. Но тут есть один очень важный нюанс. Для того чтобы тяга в дымоходе была соответствующей, и в нем не образовывался и не скапливался конденсат, необходимо, чтобы температура топочных газов с 200С падала до 140С. То есть должна происходить интенсивная отдача тепловой энергии теплообменнику. Но учитывайте тот факт, что температура отводящих газов не должна быть ниже данного уровня.

По сути, температура 140С — это достаточно серьезный потенциал, который попросту улетучивается в атмосферу. Заключенная в отводящих газах тепловая энергия не расходуется по прямому назначению. Тем более что внутри топочных газов всегда присутствуют влажные пары воздуха, которые также обладают определенным температурным потенциалом. Вот почему были изобретены конденсационные котлы, в которых все эти нюансы были собраны и использованы.

Внутри газового конденсационного котла собирается влага, которая при конденсации отдает часть энергии, используемой для нагрева дополнительного теплообменника.

Устройство

Итак, понятно, что в конструкции конденсационного газового котла два теплообменника. Первый работает по стандартному принципу, то есть обогревается за счет сгораемого топлива. Именно на нем и происходит основной отбор тепловой энергии. Второй, который носит название конденсационного, отбирает вторичную энергию конденсируемых влажных паров воздуха.

Конструкция конденсационного теплообменника достаточно сложна. Ведь температура отходящих газов и конденсата не очень большая, поэтому необходимо позаботиться о том, чтобы как можно больше отобрать тепла.

Есть несколько технических решений, которые помогают добиться желаемого результата:

Увеличение площади отбора температуры. Для этого к теплообменнику привариваются ребра в виде спиралей.
Используются внутренние полости с разным сечением. Это позволяет интенсивно отбирать тепловую энергию за счет уменьшения объема проходимого потока теплоносителя.
Устанавливается вторичный теплообменник на обратный контур отопительной системы. Таким образом достигается быстрая конденсация влажных паров отводящих газов за счет снижения точки росы. Получается, что в нагревательный газовый котел теплоноситель поступает уже подогретым. А это влияет на уменьшение расхода топлива и эффективность работы самого агрегата.

Если рассматривать принцип работы агрегата данного вида с позиции традиционного котла, то в нем происходит своеобразная рекуперация, которая обычно используется в системах кондиционирования зданий.

Хотелось бы добавить, что в конструкцию конденсационного газового котла производители устанавливают только высокотехнологичные горелки, с помощью которых достигается оптимальное смешивание магистрального газа и воздуха. Это опять-таки повышает эффективность работы газового аппарата.

Плюсы конденсационного агрегата

Настенный газовый конденсационный котел Buderus

К чему все это приводит, если сравнивать традиционные и конденсационные газовые котлы?

Экономичность потребления топлива газового конденсационного котла на 20% выше, чем традиционного.
Выброс угарных газов и других продуктов сгорания меньше практически на 70%.

Вот, что удивительно. Принцип работы котла и его устройство были изобретены около столетия назад. Но только сейчас его использование стало возможным. Дело в том, что металлические узлы и конструкции прибора не могли долго выдерживать серьезные нагрузки, связанные с процессом конденсации влажных паров и высокой температурой.

В настоящее время эти проблемы решены за счет использования в котлах коррозионостойких материалов. Ведь образующийся конденсат является химически активным веществом, который за короткий срок действия выводит из строя любые прочные материалы. Поэтому в котлах данной модели применяются или нержавейка, или силумин — сплав из алюминия и кремния.

Если говорить о внешнем отличии двух моделей, то неопытному человеку сделать это будет сложно. Но конденсационные газовые котлы — это настенные агрегаты с закрытой камерой сгорания. Кто имеет представление, о чем идет речь, поймет, сколько достоинств добавляется только за счет этих двух показателей.

Реальное положение вещей

Итак, конденсационные газовые котлы экономичнее — здесь спору нет. Но за эту экономию все равно придется заплатить хотя бы один раз. Эти модели раза в полтора дороже традиционных. Это первое.

Второе. Хотелось бы обратить ваше внимание на некоторые позиции, которые на первый взгляд в глаза не бросаются. И даже некоторые специалисты не всегда обращают на них внимание. К примеру, конденсационный котел — это настенный вариант — по показателю мощности находится в диапазоне 20–110 кВт. Традиционные агрегаты настенного типа имеют более скромные показатели — максимум до 36 кВт.

Вы можете себе представить, что небольших размеров конденсационный аппарат двухконтурного типа способен обеспечить теплом и горячей водой для хозяйственных нужд большой частный дом? К примеру, общей площадью 800 м². Если использовать традиционный отопительный агрегат, то только напольного типа.

Уже исходя из этого можно сопоставить стоимость двух моделей. Она практически выравнивается. Но плюсов у конденсационных моделей гораздо больше:

Экономия топлива.
Уменьшение вредных выбросов в атмосферу.
Эффективность работы оборудования.
К тому же под них нет необходимости выделять отдельное помещение для организации котельной, как это обычно происходит с напольными агрегатами.

Самое главное, что эффективность работы прибора зависит от того, насколько интенсивно пользуются им. Ведь чем меньше температура теплоносителя в обратном контуре, тем полноценнее конденсация во вторичном теплообменнике, тем больше выделяется тепловой энергии, и тем выше становится коэффициент полезного действия оборудования. Вот почему этот вид отопительных приборов более рентабелен в так называемых низкотемпературных системах отопления — теплые полы как пример.

Схема котла газового

Но в реальности российские условия эксплуатации совершенно иные, чем в той же Европе. Например, когда температура за окном минус 20–50С, надо повысить температуру теплоносителя. Сделать это можно, лишь увеличив расход топлива, потому что основной источник тепловой энергии — это сжигаемый газ. А это значит, что температура теплоносителя в обратном контуре не опустится ниже 60С. При таком показателе нельзя говорить о конденсации влажных паров. То есть установленный вами конденсационный газовый котел начинает работать, как обычный. Так стоит ли приобретать такое дорогое устройство?

Однако не будем умалять достоинств конденсационных моделей. Даже при работе в таком режиме они экономичнее традиционных. Правда, на первый взгляд экономия не очень большая — до 5%, но если пересчитать на годовой расход газа, то сумма получится внушительной. К тому же конструкция котла устроена таким образом, что даже при максимальном падении давления газа в трубной магистрали он будет продолжать работать. Эффективность, если и упадет, то незначительно.

Заключение по теме

Тот, кто считает себя человеком экономным и держит расходы семейного бюджета в жестких рукавицах, должен приобретать именно конденсационный газовый котел для отопления и ГВС собственного дома. С помощью такого агрегата можно отлично сэкономить на потреблении топлива, не снижая такой показатель, как эффективность. Тем более что цены на газ каждый год растут.

Принцип работы конденсационного котла

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.

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

Горелки.
Элемента, который разжигает огонь.
Автоматики.
Теплообменника. Но он является не обычным.
Нагнетающего вентилятора.
Клапана сброса давления.
Предохранительного клапана.
Циркуляционного насоса.
Мембранного бака.
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:

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.
Литым. Этот вид делают из силумина. Благодаря этому он получает такой плюс: свойства являются равномерными. 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 так:

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

Во время работы котла направления движений 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 таким: 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% от 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. Для большего понимания, 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%.

Конденсационные котлы классифицируют по двум признакам:

Количество контуров.
Исполнение корпуса.

По количеству контуров бывают такие виды:

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.
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 такими:

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, меньшую 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 являются такими:

Высокий КПД. Он достигает 108-109%.
Экономия топлива составляет 11%. Это, если сравнивать их с моделями обычных газовых котлов.
Наличие высокотехнологичной горелки. Благодаря ей достигается оптимальное соотношение газа и воздуха. А это делает возможность неполного сгорания газа практически нулевой.
С дымохода выходит очень малое количество вредных веществ. Они выплывают вместе с конденсированной водой.
Возможность подключения теплого пола.
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.
Бесшумность работы.
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.

Конденсационный котёл: что это такое

Сегодня для организации отопительной системы загородного дома применяются разные виды оборудования. Это приборы, функционирующие на дровах, газе или электрической энергии. В ассортименте магазинов представлены, как традиционные модели, так и современные, изготовленные по сложным схемах, но, тем не менее, просты в использовании. Помимо обычных котлов можно купить агрегаты конденсационные.

Конденсационные котлы стремительно завоёвывают рынок, и причина тому не только экологическая безопасность. Оборудование помогает существенно снизить расходы на топливо, обеспечивая КПД до 98%. Такие агрегаты представлены в ассортименте всех крупных фирм, которые занимаются изготовлением отопительного оборудования.

Более полвека назад появится первый конденсационный котёл. Что это тако е, мало кто знал. Они были только по принципу действия похожи на современные агрегаты. Сегодня выпускают высококачественные приборы, при производстве которых применяются прочные и надёжные материалы, инновационные технологии.

Внутренность конденсационного котла

Особенности конденсационного котла

Конденсационные котлы обеспечивают максимальное сгорание топлива и минимальное количество продуктов сгорания. Согласно физическим законам КПД не может быть равен 100%. Какое-то количеств тепла всё равно расходуется. КПД конденсационных котлов максимальный, если сравнить со всеми известными видами отопительного оборудования.

Приборы оснащены горелками улучшенной конструкции, за счёт чего топливо и сгорает насколько, насколько это возможно, обеспечивая комфортную температуру в помещениях. В процессе переработки топлива выделяется незначительное количество вредных соединений. Дымоход для обслуживания такого оборудования может быть выполнен даже из пластика, так как температура отработанных газов не превышает 40 градусов.

Обратите внимание! Максимальная эффективность работы этого вида отопительного оборудования достигается только при правильной установке и обеспечении качественного обслуживания агрегата.