Конденсационный газовый котел: нюансы работы и особенности эксплуатации

Плюсы и минусы

Обычный или конденсационный котел – что лучше, и в каких ситуациях?

Основные преимущества агрегатов конденсационного типа – высокий КПД и экономичность. Благодаря конструкции горелки (виды газовых горелок для котлов отопления) топливо сгорает практически полностью, количество отходов минимально – то есть, в экологическом отношении этот котел тоже лучше.

Температура дыма ниже 40 градусов – это означает, что можно использовать дымоходы из пластика, а они дешевле металлических. За счет меньшего количества продуктов сгорания и встроенной принудительной вентиляции можно использовать трубы меньшего сечения.

К плюсам этого котельного оборудования относятся:

• компактность, небольшой вес;
• проще монтаж;
• модулируемая горелка;
• экономия газа, в среднем 35 %;
• малый уровень шума и вибраций;
• экономия на дымоходе;
• экологичность (в 7 раз меньше вредных выбросов);
• возможна каскадная установка (несколько котлов в общей системе).

Общая информация

Конденсационные котлы представляют собой усовершенствованную версию обычного котла конвекционного типа. При этом принцип работы последнего знаком даже тем, кто никогда раньше не интересовались техническими вопросами или физикой. В качестве источника энергии для таких установок задействуется газ в двух формах:

• природный (магистральный);
• сжиженный (баллонный).

Во время сгорания топлива, как и любых других органических веществ, происходит образование углекислого газа и воды, что приводит к выделению внушительного количества энергии. Это вызывает нагрев теплоносителя — специальной жидкости, которая циркулирует по трубам отопительной системы.

В данном видео рассмотрим какой котел лучше выбрать:

Показатели коэффициента полезного действия достигают 90%, что превосходит аналогичные показатели у котлов, работающих на жидком и твердом топливе. Тем не менее, по мере развития науки и техники люди пытались максимально улучшить продуктивность котлов и достичь 100% результатов. Ведь некоторые продукты сгорания газа, которые составляют 10 процентов от общей массы, банально выходят через дымоходную трубу. Кстати, они разогреты до +150…+250°С.

В поисках оптимальных решений ученые и инженеры старались обеспечить более полную рекуперацию теплового потенциала, но воплотить это в реальность удалось только 10 лет назад, когда на свет вышли первые конденсационные котлы.

Как работает конденсационный котел и в чем заключаются принципиальные отличия от традиционных установок, рассказать просто. После отработки основной процедуры сгорания топлива и передачи выделенного тепла аппарат начинает автоматически остужать газообразные продукты до отметки +50…+60°С, т.е. до начала конденсации воды.

Недостатки конденсационных котлов. Основные компоненты

Естественно, как и любая другая техника, имеют конденсационные котлы недостатки. Конденсационные котлы, недостатки:

• стоимость. Конденсационные газовые котлы в среднем на 50% дороже обычных газовых котлов;
• необходимость установки отдельного резервуара для конденсата. В этих котлах конденсат нельзя сливать в септик, потому как он сразу убьёт все бактерии в септике. Поэтому придётся установить специальный резервуар определенного объема;
• неэффективность при очень низких температурах.

Эти недостатки конденсационных газовых котлов обязательно стоить учесть перед их покупкой и установкой. Перед приобретением нужно узнать, что такое конденсационный газовый котел, принципы работы и, уже, зная все плюсы и минусы, можно сделать свой выбор либо в сторону экономичности, либо в сторону качества и эффективности.

Особенности работы конденсационных котлов

При работе конденсационных котлов образуется кислый конденсат. Разумеется, конденсат образуется и при работе обычных котлов, но чаще всего о его существовании владельцы оборудования не догадываются или не задумываются, т.к. почти весь он улетает в трубу. Хотя задуматься-то как раз не мешало бы – этот конденсат, попадая в атмосферу, приводит к образованию кислотных дождей в местах концентрации обычных котлов.

А вот владельцам конденсационных котлов волей-неволей приходится задуматься о том, что делать с конденсатом. А его, кстати, образуется немало. Так конденсационный котел мощностью менее 30 кВт за период работы, равный 1 суткам, собирает около 30 л конденсата. Чаще всего накопленный конденсат просто сливают в канализацию. Согласно правилам эксплуатации котлов, можно сливать конденсат без его нейтрализации из котлов мощностью до 150 кВт, т.е. для большинства моделей бытового класса. В противном случае нужно установить нейтрализатор (емкость с щелочными материалами, например, гранулами магния и калия) и периодически менять его, что, конечно, доставляет некоторые неудобства, но вполне по силам каждому.

Николай Иванов, Региональный менеджер компании «Navien»

«В последних моделях котлов Navien вентилятор установлен под горелкой – в отличие от котлов европейских производителей, где вентилятор расположен в верхней части. Нижнее расположение вентилятора увеличивает длину дымоудаления – до 8 м

Кстати, обычные котлы тоже решают проблему конденсата, только иначе, чем конденсационные. В конвекционных котлах делается все, чтобы вывести как можно больше конденсата в трубу, чтобы он не накапливался на теплообменнике и не разрушал его. Для этого отработанные газы выпускают «в трубу» при температуре 140-160°С, при охлаждении их до более низких температур в дымоходе уменьшается тяга, и конденсат начинает скапливаться в котле, к чему обычный котел абсолютно не готов.

Температура газов на выходе из конденсационного котла гораздо ниже (всего на 10-15°С выше температуры теплоносителя), ведь почти вся тепловая энергия утилизируется в котле. Поэтому отработанные газы из него можно выводить не только вверх на крышу, но и через стену, а сам дымоход делать меньшего диаметра и изготавливать из пластика.

Следует помнить, что выбор материала для дымохода конденсационного котла должен быть строже, чем для обычного. Ведь вся влага, которая не сконденсировалась на теплообменнике в котле, обязательно сконденсируется в дымоходе и начнет разъедать его. Поэтому дымоход для котла конденсационного типа изготавливают устойчивого к кислой среде материала – нержавеющей стали или пластика, а горизонтальным его участкам придают небольшой уклон, чтобы вода, образовавшаяся при конденсации попавшего в дымоход пара, сливалась под действием силы тяжести обратно в котел.

Напольные конденсационные газовые котлы De Dietrich С 230 Eco

Другой значимой особенностью конденсационного котла является его повышенная чувствительность к качеству поступающего в камеру сгорания воздуха. Наличие заметного количества пыли в воздухе приводит к быстрому износу вентилятора. Кстати, это характерно для всех котлов, имеющих закрытую горелку, не только конденсационного типа. Но не только запыленность воздуха влияет на эффективность газового котла, но и его температура.

Как показывает практика, в морозы канал для подвода воздуха может обмерзать, поскольку температура отработанных газов в конденсационном котле довольно низкая, и они не способны в достаточной степени прогревать стенки дымохода. Это приводит к уменьшению поступления кислорода, необходимого для горения топлива, и, как следствие этого, к снижению КПД самого котла. Поэтому в особо суровых климатических условиях смогут работать далеко не все модели конденсационных котлов.

Как видно, проектирование системы отопления с помощью газового конденсационного котла – не простая задача, здесь обязательно требуется помощь специалистов.

Принцип работы конденсационного газового теплогенератора

Прежде чем мы расскажем о нюансах конденсационной технологии, отметим, что энергоэффективный, а значит комфортный и экономичный загородный дом — сбалансированное строение. Это означает, что, помимо замкнутого теплоизоляционного контура, все элементы коттеджа, включая инженерную систему, должны быть оптимально подобраны друг к другу

Поэтому так важно выбрать котёл, который хорошо сочетается с низкотемпературной отопительной системой «теплый пол», а также позволит сократить расходы на покупку энергоносителя в долгосрочной перспективе

Сергей БугаевТехнический специалист компании Ariston

В России, в отличие от европейских стран, конденсационные газовые котлы менее распространены. Помимо экологичности и большего комфорта, данный вид оборудования позволяет уменьшить затраты на отопление, т.к. такие котлы работают на 15-20% экономичнее обычных.

Если посмотреть технические характеристики конденсационных газовых котлов, то можно обратить внимание на КПД оборудования — 108-110%. Это противоречит закону сохранения энергии. В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%

Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?

В то время как, указывая КПД обычного конвекционного котла, производители пишут, что оно составляет 92-95%. Возникают вопросы: откуда появляются эти цифры, и почему конденсационный газовый котёл работает эффективнее традиционного?

Дело в том, что такой результат получается благодаря методике теплотехнического расчёта, применяемой для обычных газовых котлов, не учитывающей один важный момент испарение/конденсацию. Как известно, при сгорании топлива, например, магистрального газа (метана CH4), выделяется тепловая энергия, а также образуется углекислый газ (CO2), вода (H2O) в виде пара и ряд других химических элементов.

В обычном котле температура дымовых газов после прохождения через теплообменник может доходить до 175-200 °C.

 И водяной пар в конвекционном (обычном) теплогенераторе фактически «вылетает в трубу», унося с собой в атмосферу часть теплоты (выработанной энергии). Причём величина этой «потерянной» энергии может доходить до 11%.

Чтобы повысить эффективность работы котла, надо задействовать это тепло до того, как оно уйдёт, и передать его энергию через специальный теплообменник теплоносителю. Для этого нужно охладить дымовые газы до температуры т.н. «точки росы» (около 55 °C), при которой происходит конденсация паров воды с выделением полезной теплоты. Т.е. — задействовать энергию фазового перехода для максимального использования теплотворной способности топлива.

Возвращаемся к методике расчёта. Топливо имеет низшую и высшую теплотворную способность.

• Высшая теплотворная способность топлива — это количество теплоты, выделившейся при его сгорании с учётом энергии водяного пара, содержащегося в дымовых газах.
• Низшая теплотворная способность топлива — это количество выделившейся теплоты без учёта энергии, скрытой в водяном паре.

КПД котла выражается в количестве тепловой энергии, полученной при сгорании топлива и переданной теплоносителю. Причём, указывая КПД теплогенератора, производители могут по умолчанию рассчитать его по методике с применением низшей теплотворной способности топлива. Получается, что реальный коэффициент полезного действия конвекционного теплогенератора на самом деле составляет около 82-85%, а конденсационного (помним об 11% дополнительной теплоты сгорания, которые он может «забрать» из водяного пара) – 93 – 97%.

Отсюда и появляются цифры КПД конденсационного котла, превышающие 100%. Благодаря высокому КПД такой теплогенератор расходует меньше газа, чем обычный котёл.

Сергей Бугаев

Максимальную эффективность конденсационные котлы обеспечивают, если температура обратной линии теплоносителя меньше 55 °C, а это низкотемпературные системы отопления «тёплый пол», «тёплые стены» или системы с увеличенным количеством секций радиаторов. В обычных высокотемпературных системах котёл будет работать в конденсационном режиме. Только в сильные морозы нам придётся поддерживать высокую температуру теплоносителя, в остальное время, при погодозависимом регулировании, температура теплоносителя будет ниже, и за счёт этого в год мы сэкономим 5-7%.

Максимально возможная (теоретическая) экономия энергии при использовании теплоты конденсации составляет:

• при сгорании природного газа – 11%;
• при сгорании сжиженного газа (пропан-бутан) – 9%;
• при сгорании дизельного топлива (солярки) – 6%.

Критерии выбора газового котла

Одним из основных критериев выбора газового котла является требуемая мощность и потребность дома в горячей воде. В идеале, необходимая мощность котла подбирается на основании теплового расчета здания, которое будет им обогреваться. В процессе теплового расчета учитываются тепловые потери помещений, количество окон, дверных проемов, высота потолков, материалы изготовления стен и характеристики выбранной теплоизоляции.

Бытует мнение, что можно подбирать мощность агрегата из расчета 1 кВт на 10 квадратных метров площади, но эта величина достаточна условна. Современные теплоизоляционные материалы, пластиковые окна и утепленные двери существенно повышают класс энергетической эффективности зданий, и этот показатель может быть уменьшен на 20-30%.

Сильное завышение мощности котла может привести к снижению эффективности его работы. Современные газовые котлы позволяют регулировать мощность в достаточно широком диапазоне, но следует учитывать, что максимальная эффективность и экономичность котла будет достигнута при его работе на номинальной мощности. Постоянная работа котла на 

нижней границе мощности снижает КПД агрегата примерно на 12-15%. Информация по величине КПД при разных режимах работы, как правило, указана в паспорте или инструкции на устройство. Завышение мощности котла также чревато слишком частыми включениями-выключениями устройства, что негативно сказывается на исполнительных механизмах и электронике. 

Некоторые специалисты при выборе мощности рекомендуют учитывать необходимость приготовления горячей воды и увеличивать мощность на 20%, а то и в два раза. Естественно, что при выборе газового котла для отопления частного дома предполагается, что жильцам будет необходима и горячая вода тоже, но руководствоваться правильнее будет не мощностью, а количеством точек разбора ГВС и их удаленностью от котельной.

Часто итоговая мощность и тип котла подбирается исходя из потребностей в приготовлении горячей воды.

В зависимости от этого критерия может быть несколько вариантов:

• двухконтурный газовый котел

• котел с встроенным бойлером

• одноконтурный котел и бойлер косвенного нагрева

Дымоход

Удаление отработавших газов и подача воздуха в камеру сгорания в конденсационном котле осуществляется принудительно, так как котлы данного типа имеют закрытую камеру сгорания. Конденсационники довольно безопасны, потому что для их использования не нужен традиционный дымоход. Котлы данного типа используют коаксиальную или двухтрубную дымоудаляющую систему. Эти системы сделаны из пластика, так как конденсационник имеет ничтожно малую температуру продуктов сгорания. Применение дешевых материалов при изготовлении систем дымоудаления позволяет существенно снизить стоимость котла.

Viessmann Vitodens 050-W BPJC 24 кВт двухконтурный

Фото:https://beru.ru

Компактность и долговечность являются главными козырями двухконтурного котла Viessmann Vitodens 050-W BPJC. Модель обладает максимальной тепловой мощностью 24 кВт, чего хватит для отопления дома и обеспечения жильцов горячей водой. Эксперты похвалили производителя за качественную сборку и 10-летнюю гарантию. Прибор укомплектован циркуляционным насосом, расширительным баком (8 л), вытяжным вентилятором и цифровым дисплеем. Автоматика самостоятельно выбирает оптимальный режим работы, сводя к минимуму участие современного человека.

Газовый котел Viessmann Vitodens 050-W BPJC 24 кВт двухконтурный

Методы борьбы с задуванием бездымоходного турбированного котла

Чтобы быстро и навсегда избавится от проблемы задувания пламени в турбо-котле, нужно в первую очередь установить дефлектор, остужающий воздух и увеличивающий тягу. Если вы находитесь в ветреном районе, обязательно установите ветрозащиту. Это специальный блочок, который монтируется на самую верхушку, то есть оголовок выходящей трубы.

Если ни один из способов не поможет решить проблему, следует переделать дымоотводящую трубу в соответствии со всеми требованиями, предъявляемыми к такого рода конструкциям. Указанные стандарты устанавливаются официально и являются общедоступной информацией.

Устройство

Данный агрегат состоит из следующих узлов:

1. Камера сгорания. Бывает открытого и закрытого типа. Первый вариант встречается редко и подразумевает присутствие в здании дымохода. Котлы с закрытой камерой сгорания оснащаются выводом для подсоединения коаксиальной трубы. В камере имеются система подачи топливной смеси, вентилятор для принудительной подачи воздуха.
2. Горелка. Расположена в камере сгорания. В новых агрегатах устанавливается моделируемая камера с функцией плавного регулирования тепловой мощности в диапазоне 20–100%. Немоделируемая с неизменной мощностью (требуемые параметры отопления регулируются частотой включения при помощи автоматики) используется редко, в основном на дешёвых моделях.
3. Первичный (основной) теплообменник для передачи тепловой энергии от сгораемого топлива теплоносителю.
4. Камера доохлаждения парогазовой смеси до точки росы снабжена ёмкостью для конденсата или дренажной системой.
5. Вторичный (конденсационный) теплообменник. Расположен в камере доохлаждения. Снабжён конденсатором, на стенках которого из паров образуется конденсат и аккумулируется выделяемое тепло. Изготавливается литым из стойких к агрессивной среде нержавеющей стали и силумина (сплав алюминия с кремнием).
6. Электронный блок управления, оснащённый датчиками контроля и регулирования работы узлов котла.
7. Насос для принудительной циркуляции теплоносителя в системе.

8. Дымоход, соединяемый с коаксиальной трубой. Во избежание разрушения конденсатом изготавливают из пластика или кислотостойкой нержавеющей стали.

Принцип работы конденсационных котлов

Теперь перейдем к рассмотрению использования тепловой энергии, образующейся при горении топлива. Цепочку преобразований энергии в котле условно можно выразить в следующем виде:

Горение ? Выход энергии ? Использование энергии

? На первом этапе получаемое тепло можно разделить на три части:

1. Излучение;
2. Нагрев продуктов сгорания;
3. Испарение воды, находящейся в продуктах сгорания.

? На втором этапе, соответственно:

1. Нагрев теплоносителя;
2. Потери через корпус котла;
3. Потери с уходящими газами.

Главная цель котлового агрегата — обеспечить максимальное получение тепла на первом этапе (качество горения) и передачу его теплоносителю (сокращение потерь).

Основная идея «конденсационные котлы принцип работы» в том, что теплота, расходующаяся на испарение воды на первом этапе, с точки зрения дальнейшего использования, принципиально отличается от излучения и нагрева продуктов сгорания. Дело в том, что нагрев теплоносителя с помощью излучения или контакта с разогретыми газами происходит в любом случае, пусть и с разной эффективностью. В то же время, чтобы использовать энергию, заключенную в водяном паре, необходимо обеспечить условия, при которых произойдет фазовый переход: переход из пара в жидкость (конденсат). Происходит это при охлаждении пара до так называемой точки росы, которая для метана при нормальных условиях примерно равна 55 °C.

В силу того, что в продуктах сгорания содержится определенное количество оксидов азота и серы, при выпадении конденсата они вступают в реакцию с образованием соответствующих кислот. Кроме того, при определенных условиях, может образоваться угольная кислота как продукт реакции углекислого газа и воды. Но данная кислота достаточно неустойчива и в атмосфере быстро распадается.

Соответственно, используются два термина для энергии, получаемой при горении:

• Высшая теплота сгорания (Qs) — полная тепловая энергия.
• Низшая теплота сгорания (Qi) — полная тепловая энергия за вычетом энергии заключенной в водяном паре.

Эффективность конденсационного котла

В соответствии с описанным выше вводится понятие КПД — коэффициента полезного действия котла как отношения тепла, переданного теплоносителю, к теплоте сгорания топлива. При чем обычно, если не указано обратного, используется именно низшая теплота сгорания, то есть без учета энергии конденсации пара.

Вообще говоря, любой котел можно поставить в условия, когда он начнет работать в конденсационном режиме — достаточно, чтобы температура теплоносителя была ниже определенной величины. Но оборудование, не предназначенное для такой работы крайне чувствительно к кислотному составу конденсата и быстро выходит из строя. Поэтому в документации к неконденсационным котлам обычно приводится ограничение температуры обратного теплоносителя “не ниже 60 °C”. Исключение составляют чугунные котлы некоторых производителей, где за счет толщины металла даже при низких температурах теплоносителя дымовые газы не остывают до точки росы. Впрочем, данных фактор сильно сказывается на эффективности таких котлов.

Для повышения коэффициента полезного действия нужно предпринимать действия в нескольких связанных направлениях:

1. Повышение качества горения.
2. Снижение тепловых потерь с уходящими газами.
3. Повышение количества тепла, передаваемого теплоносителю.
4. Снижение тепловых потерь через корпус котла.

Мероприятия, связанные с последним пунктом достаточно очевидны — тепловая изоляция корпуса и отдельных элементов, так что отдельно мы его рассматривать не будем.

В решении задач, связанных с первым и вторым пунктами большую роль играет конструкция горелочных устройств.

За повышение количества передаваемого теплоносителю тепла отвечает, в первую очередь, конструктив теплообменника котла.

Теперь рассмотрим основные конструктивные особенности котлов, позволяющие им работать в режимах с выпадением конденсата и направленные на повышение эффективности.

Суть процесса

Идея заключается в следующих постулатах:

• газ – неоднородный источник тепла, в своём составе он имеет и водяной пар;
• оказывается, при сжигании газа мы выбрасываем наружу не только продукты сгорания, но и этот самый пар;
• и возникает идея – а почему бы этот пар не конденсировать и получающуюся горячую воду тоже не использовать для нагрева теплоносителя в системе отопления.

Так и было сделано – на свет появились новейшие газовые отопительные котлы конденсационного типа. Котлы, так широко завоёвывающие популярность, что по статистике более 30% всех газовых котлов в Германии именно компенсационные.

Конденсационные газовые котлы отопления имеют очень много всевозможных модификаций, а, учитывая их популярность, модификации часто связаны и с дизайном корпусов таких котлов

Родившись в пору, когда на создаваемые в мире изделия стали предъявляться повышенные требования с точки зрения дизайна, конденсационные котлы разрабатываются с упором и на эту характеристику – все они страшно привлекательно выглядят.

Ну, а то, что скрывается внутри, благодаря такой «двойной очистке» газа и позволяет достичь реального расчётного КПД от 105 до 110%. Другими словами, конденсационные котлы, по сути процесса работы, являются двухконтурными.

Преимущества конденсационных котлов

Среди преимуществ бытовых газовых котлов отопления следующие:

у них максимальный КПД из всех возможных устройств аналогичного назначения – а, значит, вы имеете возможность уменьшить потребление газа при тех же калориях выработанной энергии; по статистике, потребление газа у конденсационных котлов на 15-20% меньше, чем у обычных;

гораздо больший диапазон регулировки температуры теплоносителя – такая регулировка возможна на всех котлах, но работающие с газом и «попутным» паром, имеют максимальный диапазон от 30 до 85 градусов (кстати, такой максимум, как правило, нет необходимости подавать в систему, обычная температура теплоносителя в отопительных системах не превышает и 40 градусов);

меньший выход вредных веществ в атмосферу – газовая смесь сгорает в гораздо большем объёме;

инновационная технология подстегивает и конструкторов, и технологов – все конденсационные котлы изготавливаются по самых передовым технологиям, что обеспечивает им гораздо больший срок службы при тех же нагрузках.

Не составляет труда подобрать конденсационный котёл, который прекрасно впишется в любой дизайн помещения

Из недостатков

Но надо отдавать себе отчёт, что такие котлы имеют и некоторые недостатки, больше житейского плана:

самое главное – они стоят минимум в два раза дороже обычных газовых котлов; и это на сегодняшний день – главный тормоз их массового использования;

во-вторых, такие агрегаты очень привередливы к материалу, из которого сделан дымоход – необходимо использовать только высококачественный пластик и керамику;

в-третьих, требует специального расчёта системы отопления под более низкие внутренние температуры (не выше 70 градусов) – это требование уже выдвигает необходимость конденсирования пара внутри;

в-четвёртых, требуется специальный водовод для вывода наружу, как правило, в канализацию, скопившейся внутри воды (обычно, не более 30 литров в день при постоянной работе котла); тут необходимо отметить, что в той же Германии существуют ограничения на вывод подобной воды в общую канализационную систему;

в-пятых, требует наличия опытного персонала для их установки и сопровождения.

Когда инновация содержания вдруг поддерживается и инновацией формы, то получается вот такая оригинальная конструкция, тоже вполне работоспособная, а главное, всё с тем же КПД под 110%

Несмотря на то, что эти котлы изначально разрабатывать как двухконтурные, существуют и одноконтурные модели. Но самое главное, разработано несколько модификаций конденсационных котлов в зависимости от места их установки.

Конденсационные агрегаты прекрасно вписываются в любую систему отопления, они «дружат» и со всем существующим контролирующим оборудованием и с бойлерами

Существует модификации:

• напольные – самые мощные и распространённые; мощность подобных котлов может составлять 100-120 кВатт;
• настенные газовые котлы отопления – очень изящно выглядящие аппараты с мощностью в 30-40 кВатт, чего часто с лихвой и хватает.

Чаще применяется более мощные напольные конденсационные котлы, обеспечивающие большие возможности контроля своей работы