Устройство
Как устроен конденсатор в котле
Основным отличием инновационных приборов от обычных котлов является наличие двух теплообменников. Первый работает по традиционной схеме, забирает тепло из камеры сгорания и передаёт его теплоносителю, второй получает энергию из отработанных газов и перерабатывает её в дополнительное тепло. Этот теплообменник носит название конденсационного, отличается довольно сложной конструкцией.
Учитывая то, что температура продуктов сгорание довольно высокая, задание вторичного теплообменника в том, чтобы отобрать максимальное количество тепла. Это достигается при помощи таких решений:
- приваривание дополнительных элементов в виде спиралей к теплообменнику с целью увеличить область забора высокой температуры;
- более интенсивного добора добиваются за счёт использования внутренних элементов с разным сечением;
- конденсационный теплообменник устанавливают на обратный контур системы отопления.
Обратите внимание! Максимальная эффективность функционирования отопительного оборудования достигается за счёт использования в газовых котлах высокотехнологических горелок, которые в оптимальном количестве смешивают воздух и магистральный газ
Режимы работы конденсационного газового котла
Только специалисты смогут спроектировать системы отопления дома так, чтобы она работала наиболее эффективным образом. Прежде всего необходимо выбрать режим работы котла, от которого будут зависеть почти все параметры системы отопления.
Настенный газовый котел NAVIEN DELUXE PLUS
В разное время суток от отопительного котла требуется разное количество тепла, регулировать которое можно с помощью газовой горелки. Горелки у большинства современных газовых котлов конденсационного типа являются модулируемыми, т.е. с возможностью плавного изменения мощности котла в процессе работы. Горелки, как правило, имеют широкий диапазон модуляции тепловой мощности в пределах 20-100%. Это позволяет легко поддерживать в доме требуемую температуру и экономить дорогостоящее топливо.
Следует отметить, что модулируемые газовые горелки устанавливают и на многие модели обычных котлов.
Конвекционный газовый котел, как правило, работает в режиме 80/60 или 75/60. Где 75 – это температура теплоносителя на выходе из котла, равная 75°С, а 60 – температура теплоносителя 60°С, поступающего в котел после прохождения по всем радиаторам (так называемая обратка). Если температура обратки будет ниже, в котле начнет скапливаться конденсат, на который обычный котел совсем не рассчитан, т.к. точка росы (температура конденсации влаги) находится на уровне около 58°С.
Иное дело котел конденсационного типа. Наиболее эффективен он как раз при низкотемпературных режимах работы, т.к. конденсация в нем только приветствуется. В конденсационных котлах специально понижают температуру теплоносителя до режима 50/30 (выход – 50°С, обратка – 30°С). Именно в этом режиме происходит максимальное извлечение тепла из продуктов сгорания газа и тепла за счет конденсации водяных паров. И тут возникает вопрос, как спроектировать систему отопления, чтобы котел мог работать в режиме, близком к 50/30, а хозяева при этом получали столько тепла, сколько им надо.
Понятно, что при применении обычного котла лучше всего отапливать дом с помощью радиаторов. А вот для конденсационного котла многие предлагают использовать систему «водяной теплый пол». Именно с помощью водяных теплых полов можно заставить котел конденсационного типа использовать энергию от конденсации водяных паров весь отопительный период и обеспечить максимальную экономию газа.
Но если по каким-то причинам установить водяной теплый пол вы не сможете, конденсационный котел все же окажется неплохим решением для обустройства отопительной системы. Попробуем это доказать. На большей части территории страны и смежных государств в зимний период суровые холода держатся относительно недолго – до 10 дней. Да, в это время придется «гонять» ваш конденсационный котел в обычном высокотемпературном режиме, без конденсации, что вполне допустимо, т.к. КПД этого котла все равно будет на уровне 93-97%. Это больше, чем у лучших моделей традиционных котлов. Зато в остальное время зимы конденсационный котел сможет работать при меньшем температурном режиме и в режиме частичной конденсации.
Зависимость КПД котла от режима работы
Специалисты предлагают маленькие хитрости, позволяющие настроить режим работы конденсационного котла так, чтобы и КПД сохранить выше 100%, и на топливе сэкономить, и тепло в доме обеспечить. Например, изначально проектировать систему отопления не для оптимального режима 50/30, а для режима 60/40. Тогда расход газа будет немного больше, зато и в холода мерзнуть не придется.
Есть и другие варианты – к примеру, установить в доме дополнительные радиаторы, с увеличенной в 2,5-3 раза полезной площадью поверхности, рассчитанные на температуру теплоносителя не выше 50°C. Но в этом случае увеличатся капитальные затраты. Хотя эксплуатационные расходы на топливо снизятся. Что лучше – решать только вам.
Одноконтурный котел и бойлер косвенного нагрева
Бойлер косвенного нагрева – это емкость для запаса воды, в которой нет собственного нагревательного элемента, а нагрев происходит за счет внешних источников (например, котла или солнечных батарей). По мнению многих специалистов, применение в схеме отопления одноконтурного котла и бойлера наиболее предпочтительно. От предыдущего варианта такая схема отличается объемом самого бойлера в сторону увеличения. Бойлер подбирается исходя из потребностей жильцов частного дома в горячей воде. Для выбора существуют различные методики, калькуляторы – это тема отдельного обзора. Индивидуально необходимо определиться с максимально возможным разовым потреблением воды, например, в утренние часы и подобрать емкость нужного объема. Производительность бойлера будет зависеть от мощности котла, потому что мощность самого бойлера ограничивается мощностью его змеевика. Объем бойлера выбирается от пиковых значений потребления воды. Если усреднить, можно дать следующие рекомендации: до 80 литров для семьи из 1-2 человек, до 150 литров для семьи из 3-4 человек и от 200 литров для семей более 5 человек. В нестандартных случаях необходимо осуществлять проектировочные расчеты.
Таким образом, получаем следующие преимущества использования бойлера:
постоянный запас горячей воды (максимальный комфорт)
меньшее гидравлическое сопротивление по сравнению с пластинчатым теплообменником
уменьшение количества запусков котла
снижения расхода воды (не нужно сливать воду в ожидании нагрева)
не образовывается накипь (не отменяет регулярное обслуживание)
У некоторых производителей отопительного оборудования есть готовые варианты котел + бойлер, которые устанавливаются в единую систему.
Итак, в итоге – котел подбираем по тепловым потерям дома, бойлер – по потребностям в количестве горячей воды.
Открытая или закрытая камера сгорания?
Открытые еще называют атмосферниками (с полноценным дымоходом), а закрытые – турбированными (с вентилятором, принудительно выгоняющим продукты сгорания на улицу через коаксиальный дымоход в стене).
Ошибка №15
У настоящего котла обязательно должен быть полноценный дымоход и отдельное помещение (котельная), все остальное — это компромиссы для нищих.
Да, действительно, настенные турбированные устройства придумали для экономии. Атмосферные котлы более дорогие, но менее привередливые.
Вам придется вложиться в дымоход, предусмотреть отдельное помещение с соответствующей высотой потолков, куботурой, вентиляцией, освещением, сигнализаторами газовой безопасности. А еще не забывайте про повышенный расход газа.
Ошибка №16
Поэтому сравнивать только разницу в цене самих устройств (открытая-закрытая камера) нельзя.
Если в вашем регионе газ относительно недорогой и бюджет позволяет потратиться на все требования безопасной эксплуатации + оплачивать последующие квитанции от газового монополиста, то ваш выбор – атмосферный отопительный прибор.
Он по праву считается более надежным. Для подавляющего большинства жителей не только нашей страны, но и Европы, самый оптимальный вариант – это турбированный настенный газовый котел.
Его спокойно можно запихнуть хоть в шкафчик на кухне или незаметно спрятать где-нибудь под лестницей.
Устройство основных узлов котла
Конденсационные котлы отопления состоят из следующих основных узлов:
- стального корпуса, в котором расположены все конструктивные элементы;
- циркуляционного насоса, для циркуляции воды в системе теплообменников;
- камеры сгорания, внутри которой размещены горелки;
- камеры доохлаждения парогазовой смеси до температуры +57С;
- вентилятора (турбина), расположенного над камерой сгорания, предназначенного для перемешивания газовой и воздушной смеси;
- двух теплообменников: для передачи тепла воде от продуктов сгорания камеры и для конденсации влаги и получения тепловой энергии;
- патрубков и трубок для подачи воды в систему циркуляции;
- резервуара для сбора конденсата;
- дымохода для отвода продуктов сгорания;
- панели управления.
Нормы размещения конденсационных котлов
Конденсационные котлы для отопления и горячего водоснабжения дома, устанавливаются в строгом соответствии с действующими СНиП и санитарными нормами. Отдельно оговариваются требования, предъявляемые к помещению, используемому под нужды котельной и системе дымоотведения.
Рекомендации направлены на обеспечение безопасности и сведению к минимуму вероятности возникновения аварийных ситуаций. Нормы оговариваются в СП 60.13330 (СНиП 41-01-2003) , СП 62.13330 (СНиП 42-01-2002) .
Каким должно быть помещение под котел
Конденсационный котел, во время работы не сжигает воздух из помещения, поэтому, требования, указанные в СНиП, гораздо ниже, чем для атмосферного оборудования. Обязательные нормы для установки:
- Площадь помещения не менее 8 м². Места должно быть достаточно, чтобы обеспечить возможность подключения бойлера и беспрепятственного доступа ко всем важным узлам для обслуживания.
- Котлы с закрытой камерой сгорания, можно закрывать декоративными перегородками, встраивать в мебель.
- Обязательно оснащение системой водоподготовки и фильтрации.
- Допускается подключение в любом нежилом помещении, отделенном от коридора или жилых комнат, дверным проемом.
- Стены и пол, облицовываются негорючими отделочными материалами. Высота потолков, не менее 2,2 м. Навесной котел располагают в пределах 0,8 -1,6 м от уровня пола.
Устройство отвода дымовых газов
В котлах закрытого типа, используется принудительный отвод продуктов сгорания и забор воздуха. Циркуляция воздушных масс, осуществляется посредством коаксиальных дымоходов, представляющих собой конструкцию типа «труба в трубе».
Современное котельное оборудование, снабжено независимыми выходами дымоудаления. Отвод продуктов сгорания, осуществляется в обычный дымоход, а забор воздуха, выполняется через небольшое отверстие в стене.
Принцип работы газового котла конденсационного типа с коаксиальным дымоходом, заключается в следующем:
- Внутри корпуса котла, расположены две турбины. Первая, нагнетает воздух на горелку и соединяется с наружной трубой, вторая, отводит продукты сгорания и подключена к внутренней полости коаксиального дымохода.
- Забор воздуха происходит принудительно, через верхнюю полость трубы. Отвод продуктов сгорания, через сердцевину дымохода.
Дымоходы для котлов конденсационного типа, выполняют в нескольких вариантах. Так как температура отходящих газов не превышает 110°С, можно поставить пластиковую трубу, отличающуюся простотой монтажа и дешевизной, либо, выбрать вариант из нержавеющей стали. При обустройстве общего вертикального дымохода, как правило, выбирают утепленную сэндвич-трубу.
Плюсы и минусы конденсационных котлов
Перед тем как окончательно решиться на приобретение, необходимо тщательно проанализировать все плюсы и минусы конденсационных газовых котлов. Преимущества и недостатки становятся очевидными, если учесть теплотехнические характеристики, реальный опыт эксплуатации и другие аспекты.
На некоторые нюансы обращают внимание отзывы тех, кто уже какое-то время пользуется конденсационным отопительным оборудованием. Что показывает практика?
Преимущества конденсационного оборудования
Выгода от установки конденсационного газового котла, очевидна. Экономия, по сравнению с атмосферным котельным оборудованием, составляет порядка 30-45%. В режиме конденсатообразования, КПД конденсационных котлов достигает 108-109%. Если учесть, постоянное повышение расценок на «голубое топливо», с каждым годом, установка становится экономически целесообразнее.
Дополнительные преимущества установки конденсационного котельного оборудования:
- Возможность отопления теплых полов – конденсационное оборудование разрабатывалось с учетом подключения к низкотемпературным системам обогрева (теплым полам). Но, при необходимости, допускается монтаж комбинированной системы отопления (одновременно подключаются радиаторы и теплые полы).
- Экономичность – модуляционная горелка, высокий КПД и погодозависимая автоматика, существенно снизили расход топлива, что особенно заметно, если планируется сделать отопление на сжиженном газе. При установке газгольдера или газобаллонного узла, оптимальным выбором остается подключение конденсационного агрегата.
- Срок службы конденсационных котлов – минимальный период эксплуатации 12-15 лет. За это время, котел полностью окупается и со временем начинает приносить стабильный доход, в виде сокращения расходов на обогрев жилых помещений.
Устройство и функционирование котлов на сжиженном газе
Как и для традиционных моделей, в качестве энергоносителя для конденсационных котлов используется магистральный или сжиженный газ.
Фото 1. Изображение внутреннего устройства котла (слева) и его схема (справа). Подписаны основные части конструкции.
Чаще применяется первый вариант, прежде всего, ввиду высокой стоимости сжиженного газа (и, как следствие, из-за низкой экономической эффективности подобного способа обогрева). Однако второй вариант нередко реализуется в промышленности.
Главное отличие конденсационных котлов заключается в несколько ином принципе работы. В традиционных моделях для нагрева теплоносителя, циркулирующего в отопительном контуре, используется только тепловая энергия, образующаяся непосредственно от сжигания газа. При этом часть ее теряется, оставаясь в продуктах горения.
При функционировании конденсационного котла, теряемое в обычных условиях, тепло извлекается из продуктов горения посредством передачи кинетической энергии от постоянно образующегося конденсата к дополнительному теплообменнику.
Элементы и принцип работы
Основные элементы конденсационного котла:
- патрубки прямой и обратной подачи;
- насос, отвечающий за циркуляцию;
- камера сгорания с горелкой, форсунками подачи газа и вентилятором, нагнетающим воздух;
- первичный (основной) теплообменник и емкость для нагрева воды;
- охлаждающая камера — в ней температура получаемых продуктов горения снижается до температуры, максимально близкой к «точке росы» (~56 °C);
- вторичный (конденсационный) теплообменник и емкость для конденсата;
- дымоход для отведения охлажденных газов.
Функционирование конденсационного котла происходит следующим образом: газовоздушная смесь подается в камеру сгорания и воспламеняется, после чего высвобождаемая тепловая энергия, она проходит через основной теплообменник, тем самым нагревая теплоноситель. Продукты горения перемещаются в конденсационный теплообменник. Пар охлаждается до температуры ниже «точки росы», вследствие чего образуется конденсат.
Высвобождаемая энергия улавливается вторичным теплообменником и также используется для нагрева теплоносителя. Таким образом, за счет конденсации паров аккумулируются дополнительные объемы тепловой энергии.
Особенности
Среди основных особенностей конструкции конденсационных котлов выделяются следующие решения:
- Теплообменник, состоящий из трубок, имеет форму спирали для увеличения площади соприкосновения с циркулирующим теплоносителем.
- Охлажденный теплоноситель (обратной подачи) сначала подогревается за счет конденсационного теплообменника и лишь затем получает основной объем тепловой энергии от первичного теплообменника.
- Из-за высокой химической активности образующегося конденсата, основные составляющие котлов производятся из нержавеющей стали или силумина — сплава кремния и алюминия.
- В конструкции котлов используются высокотехнологичные горелки, наиболее эффективно смешивающие магистральный газ и воздух.
История появления конденсационного газового котла
В далеких пятидесятых годах впервые стали появляться модели котлов конденсационного типа. Эти модели не были совершенны как сегодня, и за время своей эволюции претерпели множественные изменения. Ну уже в те далекие годы котлы данного типа демонстрировали довольно серьезные показатели экономии топлива. Этот важный фактор и по сей день является основным, который делает кондиционные котлы очень привлекательными для покупателей.
В те годы использовались теплообменники из чугуна или из стали, что делало их недолговечными. Под воздействием конденсата котлы быстро выходили из строя из-за сильнейшей коррозии. Лишь в семидесятых годах на смену чугуну из стали пришли новые материалы и технологии. Многие элементы котлов, в том числе и теплообменники, начали изготавливать из нержавеющей стали. Подобная модернизация в разы продлила срок службы конденсационного котла. Множественные эксперты сходятся в Едином мнении, что котлы данного типа в современном виде представляют собой надежные, очень экологичные, и очень эффективные в плане КПД отопительные устройства. Эксперты также считают, что кондиционные котлы ожидает очень перспективное будущее. В СССР тоже проводились исследования в этом направлении, но какого-либо серьёзного развития данная технология не получила.
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
Теплообменники котлов HORTEK
Принципиальным решением для всех перечисленных котлов является использование теплообменников только из кислотоустойчивой нержавеющий стали AISI 316. С точки зрения конструктива все теплообменники представляют собой набор гладких трубок, сообщающихся через коллекторы. Данное решение позволило обеспечить высокую устойчивость к загрязнениям как по стороне теплоносителя так и по стороне дымовых газов. Кроме того, распределение потоков в теплообменнике рассчитано на высокие скорости теплоносителя, что дополнительно повышает устойчивость к засорению. Благодаря данным факторам эффективность котлов с такими теплообменниками остается на постоянном уровне на протяжении всего срока службы.
Принцип работы конденсационного котла
- Вода поступает в устройство, газ начинает подаваться в камеру сгорания. Там он поджигается системой розжига.
- При сгорании топливо образуются продукты горения с высокой температурой. Они проходят через первый теплообменник и нагревают его стенки. А стенки, в свою очередь, отдают тепло циркулирующей по теплообменнику воде.
- Далее эти газы с температурой выше точки росы выходят из теплообменника№1 и попадают в теплообменник №2.
- В теплообменнике №2 с помощью циркулирующей по нему воды из системы отопления газы охлаждаются.
- Когда их температура сравняется с температурой точки росы (при ней и осуществляется возникновение конденсата), то жидкости, которая поступает в оборудование для нагрева, передается высвобожденная энергия водяного пара. А высвободилась она при конденсации.
