Конденсационные настенные котлы принцип работы. Что такое конденсационный котел, и как он работает? Основные узлы конденсационного котла

Стремление сократить потребление энергоресурсов при обогреве жилья, способствуют развитию и внедрению инновационных технологий. Одним из таких достижений является разработка нового вида тепловых генераторов – конденсационных котлов, которые способны максимально использовать энергию сгорания топлива.

Тепловая энергия традиционных котлов передается теплоносителю путем охлаждения продуктов сгорания с 200 до 140-160 градусов. Неизрасходованное тепло выводится на улицу. Увеличить КПД обыкновенных котлов невозможно, так как для их нормальной работы необходима дымоходная тяга (зависит от температуры продуктов сгорания). Кроме того, появление конденсата может вызвать коррозию некоторых элементов оборудования.

В конденсационных газовых котлах, пар, образующийся после сгорании топлива, не выводится на улицу, а поступает в специальную камеру. Происходит охлаждение продуктов сгорания до конденсируемой температуры (около 50 градусов для водяных паров). При изменении состояния вещества выделяется количество теплоты, которое дополнительно нагревает теплоноситель.

Таким образом, использование выработанной энергии в конденсируемых котлах происходит более эффективно и экономно, чем в традиционных.

Внешне котлы конденсационного типа мало чем отличаются от обычных тепловых генераторов. Они имеют отводящую трубочку для конденсата. Установка котлов одинакова – могут монтироваться к полу или к стене.

Принцип работы

Принцип работы сводится к максимальной конденсации водяного пара, который заключен в отходящих газах. Для этого в котлах предусмотрен дополнительный теплообменник (бывают котлы с двухступенчатым теплообменником).

Работу котла можно разбить на несколько этапов:

Продукты сгорания, проходя сквозь первый (стандартный) теплообменник, охлаждаются до температуры выше точки росы, передовая теплоносителю около 90% энергии.
Продукты сгорания поступают во второй (конденсируемый) теплообменник, где происходит снижение их температуры до 50 градусов. Для охлаждения используется обратная линия подачи воды отопительной системы (чем холоднее вода в «обратке», тем выше КПД конденсационного котла).
Происходит конденсация пара и передача теплоносителю дополнительной, скрытой (около 10%) энергии. Продукты сгорания на выходе имеют низкую температуру. Конденсируемый теплообменник изготавливается из противокоррозионных материалов (алюминиево-кремниевого сплава, нержавеющей стали). Это влияет на долговечность эксплуатации котла, теплообменник которого, подвергается воздействию химически агрессивного конденсата.
Конденсат поступает в специальный резервуар, после чего выводится по трубе в канализацию. С целью защиты окружающей среды в некоторых странах установлены правила по забору конденсата (в Германии конденсат подвергается нейтрализации, в России – ограничений нет). Если мощность котла большая, то можно установить нейтрализатор, содержащий магний и кальций, способные «обезвредить» агрессивность конденсата. Емкость с нейтрализатором устанавливается на отводящей трубе.

Отвод продуктов сгорания

В котлах конденсационного типа предусмотрена закрытая камера сгорания с принудительным выводом продуктов сгорания. Это обусловлено следующими причинами:

низкая температура продуктов сгорания на выходе;
повышенное сопротивление выходу продуктов сгорания из-за дополнительного теплообменника.

Подача кислорода в котел осуществляется благодаря встроенной турбине, а удаление продуктов сгорания происходит под воздействием избыточного давления.

Обычно производители предлагают подходящие для конденсационных котлов дымоходные системы. Однако можно приобрести выводящую систему отдельно, подобрав ее оптимально под параметры котла и конструктивные особенности жилья.

Установить приточно-отводящий канал можно через крышу дома или внешнюю стену. Важно, чтоб при горизонтальном расположении канала, учитывался небольшой угол наклона, который позволит стекать образовавшемуся агрессивному конденсату в котел, а не на улицу.

Достоинства и недостатки

Применение энергоэффективной техники особенно популярно в Европе, где конденсационное оборудование занимают почти 95% всех настенных котлов. Это объясняется их основными достоинствами:

Высокий коэффициент КПД. Некоторые производители заявляют о КПД конденсационных котлов, превышающем 100%. Если рассматривать КПД, с точки зрения физики, то его значение для оборудования не может быть больше 100%. Реальный же КПД котлов, использующих скрытую тепловую энергию, приближается к 100%.
Экономное использование топлива. Благодаря эффективному использованию получаемой энергии, удается значительно сократить расходы на топливо (до 30% по сравнению с традиционными котлами – зависит от климата региона и мощности котла).
Уменьшение вредных выбросов. Благодаря усовершенствованной системе сгорания (высокотехнологические горелки) в окружающую среду поступает меньше загрязненных газов.
Есть возможность использования пластмассовых дымоходов, благодаря низкой температуре отходящих газов. Это несколько может снизить расходы на установку котла.
Безопасность и надежность. Современные конденсационные котлы оснащены многочисленной защитой (образования накипи, замерзания, система защиты от возможной утечки газа).
Длительный срок эксплуатации. Котлы выдерживают колебания давления в сети и продолжают работать, автоматически регулируя мощность.

За эффективное и экономное использование топлива необходимо достаточно дорого заплатить. Высокая стоимость, в два раза превышающая стоимость обычных котлов, — главный недостаток конденсационных котлов. Перед покупкой необходимо просчитать, как скоро окупиться внедрение новой технологии. На рентабельность приобретения влияет: отапливаемая площадь помещения, потребность в теплоте и вид отопительной системы. Максимальная температура теплоносителя (воды) в конденсационных котлах достигает порядка 80 градусов.

Для полноценного обогрева помещения с низкотемпературной или напольной системой отопления рекомендуется расширить площадь радиаторов, что приведет к удорожанию общей отопительной системы.

Обогрев жилья с применением конденсационного котла позволит уменьшить расход топлива, а достичь желаемой температуры в помещении будет проще, если наряду с инновационным котлом использовать современные теплоизоляционные материалы (энергосберегающие окна, газоблоки, утеплители и прочее).

Эксплуатация традиционного газового котла влечет за собой некоторую потерю тепловой энергии вместе с продуктами сгорания. Другим негативным моментом выступает образование химически агрессивного конденсата, который вызывает коррозию в системе.

Конденсационный котел охлаждает продукты сгорания ниже точки образования конденсата. Результатом становится конденсация водяного пара с отдачей скрытой энергии теплоносителю, который нагревается в котле.

Принцип работы конденсационных котлов

При сгорании газа в котлах конденсационного типа возникает эффект образования высокотемпературного водяного пара. Выделенные пары концентрируются в виде жидкости на теплообменнике из нержавеющей стали. Стандартные виды газового отопительного оборудования выводят пар вместе с остальными отработанными продуктами горения через дымоход.

Когда скопления пара образуются на первичном теплообменнике, происходит выделение тепла, которое возвращается обратно в отопительную систему. Этот принцип работы конденсационных котлов обеспечивает высокие показатели КПД и эффективность функционирования всей системы отопления.

Особенности функционирования

Котлы конденсационного типа представляют собой приборы с закрытыми камерами сгорания. Отработанные продукты отводятся наружу принудительным способом. Причем все они имеют минимальную температуру. Наличие дополнительного теплообменника позволяет повысить сопротивление проходу веществ, образованных в процессе сжигания топлива. Данный принцип функционирования делает невозможным эффект естественной тяги. Именно поэтому конденсационный газовый котел работает на основе принципа принудительной тяги.

Конденсационные котлы обладают закрытой камерой сгорания с отводом отработанных газов при помощи специальных турбин. В этом имеются свои преимущества, так как продукты сгорания могут выводиться в любое место за пределы отапливаемого строения, перемещаясь по приточно-отводящим каналам.

Устанавливать конденсационный котел можно в домах без дымохода. Такое решение является более безопасным по сравнению с эксплуатацией традиционных газовых котлов, так как процесс сгорания оказывается полностью изолированным от помещения, куда устанавливается отопительный агрегат.

Применение

Настенные конденсационные газовые котлы, как и напольные модели применяются преимущественно в системах радиаторного отопления либо при необходимости обустройства теплого пола.

Обязательным условием для создания эффекта конденсации выступает поддержание определенной температуры воды в обратной линии. Важно, чтобы теплоноситель оставался холоднее температуры, при которой образуется конденсат. При соблюдении данного условия конденсационный газовый котел будет выдавать максимальную мощность работы на протяжении всего года.

Эффективность

Как достигнуть высочайших показателей КПД, эксплуатируя конденсационный котел? В сравнении с обычными газовыми агрегатами конденсационные устройства рассчитаны на применение тепла от конденсации. Благодаря этому становится реальным достижение показателей коэффициента полезного действия на уровне свыше 100 %.

В случае сгорания природного газа в стандартных котлах отопления бесполезный расход тепловой энергии, которую можно было бы применить с пользой, составляет порядка 11 %. Предполагая, что тепловая мощность котла в результате сжигания топлива составляет 100 % и добавив к данному показателю 11 % скрытого тепла, можно достигнуть выхода тепловой мощности, равного 111%.

Чтобы получить высокие показатели КПД, эксплуатируя конденсационный котел, рекомендуется соединение отопительного агрегата с внешним датчиком температуры окружающей среды. Это дает возможность поддерживать стабильный уровень температуры обратной воды на требуемом уровне для эффективного применения эффекта конденсации.

Безопасность

Благодаря наличию эффекта предварительного соединения газов и воздуха в соответствующих горелках, котел настенный конденсационный продуцирует минимальное количество вредных веществ из отработанных продуктов сгорания.

Если проводить параллель с традиционными котлами, то здесь снижение количества CO и NOx составляет от 80 до 90 %. Именно по этой причине с недавнего времени в высокоразвитых странах в качестве отопительных приборов все чаще применяются конденсационные агрегаты.

Преимущества

Конденсационные отопительные котлы представляют собой новейшее слово в области разработки инновационных технологий. Выгодным решением для потребителя подобные приборы становятся благодаря заметному сокращению потребления топлива. В настоящее время данная технология считается одной из наиболее экономичных при отоплении помещений. Снижение потребления газа на протяжении отопительного сезона здесь составляет около 35 %.

Достижение таких внушительных результатов становится возможным благодаря следующим факторам:

возникновению процесса отдачи тепла от конденсации как в режиме отопления, так и подогрева воды для бытовых нужд;
высоким показателям КПД;
возможности достижения комфортной для проживания температуры при отсутствии значительных потерь тепла;
наличию широких возможностей для модуляции пламени.

Сложность применения принципа конденсации раньше заключалась в том, что скапливающийся конденсат в газовом котле отопления приводил к коррозии металлических элементов конструкции. Проблема перестала существовать, когда для изготовления оборудования стали применяться стойкие к коррозии сплавы и нержавейка.

Устройство котла

Конденсационный котел – что это такое в конструкционном плане?

Основной рабочий элемент – теплообменник из нержавейки в форме змеевика. Внутри спирали расположен нагревательный элемент (горелка). В змеевик поступает теплоноситель из обратки, разогревается от горелки.

Со стороны входного патрубка, где вода самая холодная (менее 59 градусов), на стенках камеры пар конденсируется. В конденсационных моделях камера сгорания закрытого типа, т.е. воздух для горения котел забирает с улицы, и продукты сгорания в котельную не просачиваются.

Система оборудована:

циркуляционным насосом, принудительно перегоняющим теплоноситель (располагается на обратной трубе, оснащен фильтром);
коаксиальным дымоходом (двойная труба, для подачи воздуха и отвода дыма одновременно), подсоединена в верхней части агрегата;
вентилятором для принудительного нагнетания воздуха на горелку;
конденсатоотводчиком.

В схему включены приборы защиты и контроля (). Современные модели котлов допускают возможность дистанционного управления, начиная с пультов и заканчивая СМС.

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 () 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).

Основной минус – высокая цена, но в правильно организованной системе отопления разница себя окупает.

Особенности конденсационных моделей

Принцип работы конденсационных котлов таков, что для эксплуатации нужна маленькая вилка температур между подачей и обраткой. Значит, исходная температура теплоносителя должна быть не слишком высокой. Поэтому считается, что наиболее эффективное использование таких моделей – .

Как и простой газовый котел, конденсационный существует в и исполнении. Преимущество напольного — более высокая мощность, настенного — компактность. Мощность агрегата подбирается из расчета 1 киловатт на 10 квадратов плюс 10 % запаса.

Для маленького дома котел с высокой мощностью не нужен. Компактную и экологичную настенную модель можно повесить в кухне, не потребуется отдельная комната под котельную.

Видео о принципе работы конденсационного котла.

Многих наших заказчиков мучает один и тот же вопрос при выборе отопительного котла - использовать конденсационные котлы или нет? Правда ли, что они эффективнее традиционных и окупаются со временем? И многие другие вопросы.

Попробуем разобраться во всем по порядку и на каждый вопрос ответить обстоятельно, коротко и емко.

! Читателю на заметку
Этот настенный конденсационный котел в марте 2008 года получил престижную премию “iF product design award” в категории Industry/Buildings на выставке CeBIT в немецком Ганновере. Высокую оценку получили конструкция изделия, качество примененных материалов, степень инновационности продукта, уровень влияния на окружающую среду, функциональность, эргономика, безопасность и внешний вид.

Итак, вопросы:

Почему для эффективной работы конденсационного котла требуется температура в системе отопления 50/30°С?
50/30°С - это температурный напор в системе отопления. 50°С - это температура теплоносителя в подающей трубе - «подача». 30°С - это температура теплоносителя в обратной трубе - «обратка». Для эффективной работы конденсационного котла необходимо, чтобы котел работал в режиме конденсации. А режим конденсации напрямую зависит от температуры «обратки». Для начала конденсации водяных паров в составе дымовых газов необходимо, чтобы дымовые газы охладились до температуры 57°С, а это возможно только тогда, когда температура «обратки» ниже 50°С. Другими словами, если система отопления работает при таком режиме, в котором температура «обратки» ниже 50°С, то котел работает в режиме конденсации, а значит эффективно.

Правда ли, что конденсационный котел работает эффективно только при низкотемпературном отоплении (теплый пол) при температуре в системе 50/30°С? А при температуре 80/60°С работает не эффективно?
Для того чтобы ответить на вопрос необходимо разобраться подробнее с работой котла. Дело в том, что температура зимой на улице не постоянна, следовательно, и температура в системе отопления должна меняться, чтобы не перетапливать помещения. Ведь что будет, если, допустим, на улице –10°С, а котел будет подавать в отопительные приборы воду с температурой как при –28°С? Правильно, помещение будет перетапливаться. А значит, будет расходоваться энергия. Чтобы этого не происходило, котел работает в погодозависимом режиме генерации тепла. Т. е. в зависимости от температуры на улице меняется температура в системе отопления. Что это дает? Посмотрим на отопительный график ниже.

Отопительный график построить очень легко: достаточно задаться граничными условиями. При –28°С на улице в системе отопления температура подачи будет +80°С, а «обратки» +60°С. А при температуре +18°С на улице, когда отопление в здании не нужно, подача и «обратка» тоже будут +18°С. Из прошлого вопроса мы помним, что котел работает эффективно при температуре «обратки» 50°С и ниже. Следовательно, по графику видно, что котел работает в режиме конденсации при температуре на улице –18°С и выше. Если посмотреть по времени, сколько часов в Москве зимой температура доходит ниже –18°С, и сколько часов зимой в Москве температура воздуха на улице выше –18°С, то станет понятно, что 95 % времени всего отопительного режима конденсационный котел работает в режиме конденсации. А значит эффективнее традиционных низкотемпературных котлов.

Получается конденсационный котел при температуре ниже –18°С работает не эффективно?
Это не так. Конденсационный котел эффективнее своих традиционных собратьев минимум на 5 %, даже когда котел работает не в режиме конденсации. В чем секрет? А секрет в потерях тепла при работе котла. Какие потери тепла существуют? Потери тепла отлично проиллюстрированы ниже на изображении.

Видно, что даже без учета конденсации, котел эффективнее своих низкотемпературных собратьев на 5 %. Это наглядно можно увидеть, если сравнить температуру отходящих газов конденсационных котлов и низкотемпературных. Температура дымовых газов низкотемпературных котлов примерно равна 138°С, а конденсационных - 70°C. При такой температуре отходящих газов вместо металлических дымоходов используют пластиковые.

Как обеспечить конденсационный режим работы котла при температуре ниже –18°С при температуре в системе отопления 80/60°С?
Для этого достаточно, просто, увеличить отопительные приборы по размеру на 30 %. А с учетом того, что при проектировании системы отопления проектировщики практически всегда делают запас на 1015 %, то затраты на чуть большие отопительные приборы не будут существенными.

Как насчет загрязнения атмосферы? Говорят, что выброс дымовых газов от конденсационных котлов более вреден для окружающей среды, чем от низкотемпературных.
Это миф. Дымовые газы от конденсационных котлов менее вредны для атмосферы, чем от низкотемпературных котлов. К примеру, углекислого газа (СО 2) выделяется меньше на 20 % в сравнении с низкотемпературным котлом и на 40 % меньше по сравнению со стандартным котлом.

Низкотемпературный котел выбрасывает в атмосферу на 60 % меньше окиси азота (NO x), чем низкотемпературный котел, и на 90 % меньше, чем стандартный котел.

Хорошо, в атмосферу выбрасывает меньше загрязнений, а как насчет канализации? При конденсационном режиме работы котел сливает в канализацию кислую среду. Как быть с этим? Не повредятся ли трубы канализации?
Действительно, при работе котла в конденсационном режиме необходимо сливать в канализацию кислый конденсат. Но для этого случая есть два решения. Первое - для городской канализации есть разрешение от Мосводоканала о том, что конденсат можно сливать в канализацию, но при условии разбавления его в пропорции 1/25, но только для котельных мощностью не больше 260 кВт. Второе решение (простое) - достаточно иметь один нейтрализатор конденсата на всю котельную.

Читателю на заметку

К примеру, на конденсационный котел мощностью 60 кВт за 2000 часов выделяется 14,2 м³ конденсата. За 1 час работы конденсационного котла выделяется 14,2/2000 = 0,0071 м³/час. Нейтрализация не требуется, если соотношение 1:25 - это написано и в каталоге Будеруса, и в требованиях Мосводоканала. Для дома площадью 490 м² водоотведение равно примерно 0,684 м³/час, т. е. соотношение 1:96, что удовлетворяет условиям. Следовательно, для этого котла емкость нейтрализации можно не ставить.
Конденсат - это не что иное, как угольная кислота, которая является слабой кислотой и на полипропиленовые трубы не влияет.
Если есть септик, то лучше поставить емкость нейтрализации.

К примеру, в объеме поставки котла Будерус есть стандартное решение с тремя видами нейтрализатора конденсата, различающимися по «навороченности». Нейтрализатор конденсата - это не что иное, как емкость, заполняемая нейтрализующим средством.

Получается, что если есть емкость и нейтрализующее средство, то это средство периодически необходимо менять? Можно же разориться?
Действительно, нейтрализующее средство необходимо периодически менять. Но одной заправки нейтрализующего средства хватит на 350 м³ конденсата. А при работе котельной на 260 кВт выделяется всего 89 л/ч конденсата при конденсационном режиме работы котла в максимально эффективном режиме, а это практически 7–8 лет работы котельной, не меняя нейтрализатор. Т.е. за весь срок службы котла необходимость в замене нейтрализатора возникнет только 12 раза. Стоимость 10 кг нейтрализатора (одна заправка емкости) равна 5600 рублей, так что разориться не получится.

Я хочу разместить котел в помещении кухни. Нужна емкость нейтрализации. Будет ли гранулянт в емкости нейтрализации испаряться и «отравлять» помещение?
Нет, не будет. Заполнитель емкости нейтрализации - это диоксид магния (MgO), который не испаряется.

В нейтрализаторе производится нейтрализация угольной кислоты (H 2 CO 3), которая представляет собой реакцию замещения. Испаряться ничего не будет, т. к. в процессе реакции образуются:

карбонат магния (MgCO 3)
Основной карбонат магния 3MgCO 3 ·Mg(OH) 2 ·3H 2 O (так называемая белая магнезия) применяют как наполнитель в резиновых смесях, для изготовления теплоизоляционных материалов. В медицине и в качестве пищевой добавки E504 используется основной карбонат магния 4MgCO 3 ·Mg(OH) 2 ·nH 2 O.
вода (H 2 O) - ну никак не вредное вещество.

Карбонат магния может распадаться на углекислый газ (CO 2) и оксид магния, что является в первом случае продуктом жизнедеятельности человека, а во втором - порошок, который используют в спортивной гимнастике.

Как уже было сказано, используются дымоходы из пластика для отвода дымовых газов от конденсационных котлов. Будут ли проблемы при сдаче котельной надзорным органам?
Нет, проблем не будет. Все оперируют старыми сведениями о стальных дымоходах. В техническом регламенте по пожарной безопасности описано, что дымоход может быть из любого материала, если рекомендован производителем. У компании Будерус есть все разрешения и сертификаты, доказывающие, что дымоходы из пластика - это стандартное, заводское решение от компании Будерус.

Вдруг случится так, что температура дымовых газов превысит температуру 70–80°С и расплавит дымоход?
Такая ситуация невозможна. В котле установлен датчик отсечки на 85°С, т. е. котел выключается, если такая ситуация происходит. Дело в том, что часть котла выполнена из того же пластика, что и дымоходы, поэтому повышение температуры отходящих газов в первую очередь повредило бы конструкцию котла, что не может быть допущено.

Настенный конденсационный котел - это сравнительно компактный агрегат. Видимо, не очень большой мощности. Что делать, если у объекта большая тепловая нагрузка?
Несмотря на свою компактность настенные конденсационные котлы Будерус очень мощные. При одном типоразмере есть два варианта мощности - 80 и 100 кВт.

Что делать, если нужно больше тепловой мощности?
Дело в том, что конденсационные котлы можно объединять в каскад и получать необходимую мощность. К примеру, одной автоматикой Будерус можно объединить до 16 конденсационных котлов в каскад и получить 1,6 МВт мощности (!), а это уже совсем не мало. Но все плюсы каскада не заканчиваются на этом. Используя специальные каскадные монтажные блоки можно получить до 400 кВт тепловой мощности всего с 1 м²! Выглядеть это будет так, 4 котла спина-к-спине:

При использовании каскада можно не только сэкономить место, но и в разы повысить надежность системы отопления дома. При выходе из строя одного отопительного котла автоматика распределяет нагрузку на остальные. А в системах отопления домов с одним напольным котлом, при выходе из строя любого элемента, система отопления перестает работать и дом остывает. При использовании каскада есть возможность объединять все дымовые выводы котла в один дымоход, для этого есть стандартное решение от компании Будерус.

По нормам нельзя объединять несколько дымоходов в один! Котельную не примут?
Котельную примут. Достаточно взять инструкцию по монтажу и сертификаты. Это заводское решение со всеми элементами. В сертификате соответствия оговорено, что котлы сертифицированы вместе с дымоходами.

Продолжение следует.