Kondenzační plynové kotle - princip činnosti, výhody a nevýhody

Stále rostoucí náklady na energii vedly vědce a inženýry k vytvoření nového typu generátoru tepla - kondenzačního kotle. Při instalaci v nízkoteplotním topném systému může kondenzátor vykazovat účinnost více než 100%. Jak se vám to podaří? Jaký je princip provozu kondenzačního plynového kotle? Jaké jsou jeho výhody a nevýhody? Po přečtení našeho článku se o něm dozvíte všechno nebo téměř všechno.

Princip fungování kondenzačního kotle

Kondenzační kotel je mladší bratr nejběžnějšího plynového konvekčního kotle. Princip činnosti posledně jmenovaného je extrémně jednoduchý, a proto pochopitelný i pro lidi, kteří se špatně orientují ve fyzice a technologii. Palivo pro plynový kotel, jak jeho název napovídá, je přírodní (hlavní) nebo zkapalněný (balónkový) plyn. Během spalování modrého paliva, jakož i všech ostatních organických látek, se tvoří oxid uhličitý a voda a uvolňuje se velké množství energie. Vyrobené teplo se používá k ohřevu chladicí kapaliny - průmyslové vody cirkulující systémem vytápění domácností.

Účinnost plynového konvekčního kotle je ~ 90%. To není tak špatné, alespoň vyšší než u tepelných generátorů kapalných a pevných paliv. Lidé se však vždy snažili přiblížit tento ukazatel co nejblíže k ceněné 100%. V tomto ohledu vyvstává otázka: kam jde zbývajících 10%? Odpověď je bohužel prozaická: létají do dýmky. Produkty spalování plynu opouštějící systém komínem jsou skutečně zahřívány na velmi vysokou teplotu (150 - 250 ° C), což znamená, že 10% energie, kterou jsme ztratili, je vynaloženo na ohřev vzduchu mimo dům.

Vědci a inženýři již dlouho hledají možnost úplnějšího zpětného získávání tepla, ale metoda technologického ztělesnění jejich teoretického vývoje byla nalezena teprve před 10 lety, když byl vytvořen kondenzační kotel.

Jaký je jeho zásadní rozdíl od tradičního generátoru tepla na konvekční plynové palivo? Po dokončení hlavního procesu spalování paliva a přenosu významné části tepla uvolněného během tohoto procesu do tepelného výměníku dosáhne kondenzátor spaliny na 50 až 60 ° C, tj. do bodu, kdy začíná proces kondenzace vody. Už to stačí k významnému zvýšení účinnosti, v tomto případě množství tepla přeneseného do chladicího média. To však není všechno.

Při teplotě 56 ° C - v tak zvaném rosném bodu - voda přechází z plynného stavu do kapalného stavu, jinými slovy kondenzuje vodní pára. V tomto případě se uvolní další energie, která byla v pravý čas vynaložena na odpařování vody a v běžných plynových kotlích ztracených společně se směsí těkavých par a plynu. Kondenzační kotel je schopen „zachytit“ teplo vznikající při kondenzaci vodní páry a přenést jej na nosič tepla.

Výrobci kondenzačních typů generátorů tepla neustále upozorňují své potenciální zákazníky na neobvykle vysokou účinnost svých zařízení - nad 100%. Jak je to možné? Ve skutečnosti neexistuje žádný rozpor s kánony klasické fyziky. Jen v tomto případě používají jiný systém vypořádání.

Při hodnocení účinnosti vytápěcích kotlů často vypočítávají, kolik uvolněného tepla se přenáší do chladicího média. Teplo „odebrané“ v konvenčním kotli a teplo z hlubokého chlazení kouřových plynů zajistí celkovou účinnost 100%.Pokud ale zde přidáme také teplo uvolněné během kondenzace páry, získáme ~ 108-110%.

Z pohledu fyziky nejsou takové výpočty úplně pravdivé. Při výpočtu účinnosti je nutné vzít v úvahu nikoli uvolněné teplo, ale celkovou energii uvolněnou během spalování směsi uhlovodíků dané kompozice. To bude zahrnovat energii vynaloženou na přeměnu vody do plynného stavu (následně uvolněného během kondenzačního procesu).

Z toho vyplývá, že koeficient výkonnosti vyšší než 100% je jen ošidným krokem obchodníků, kteří využívají nedokonalost zastaralého vzorce výpočtu. Je však třeba si uvědomit, že kondenzátor na rozdíl od konvenčního konvekčního kotle dokáže „vytlačit“ celý nebo téměř celý proces spalování paliva. Pozitivní aspekty jsou zřejmé - vyšší účinnost a nižší spotřeba fosilních zdrojů.

Zařízení hlavních komponent kondenzačního kotle

Z konstrukčního hlediska není kondenzační kotel moc, ale stále se liší od obvyklého plynového kotle. Jeho hlavními prvky jsou:

• spalovací komora vybavená hořákem, systémem přívodu paliva a ventilátorem pro čerpání vzduchu;
• tepelný výměník č. 1 (primární tepelný výměník);
• komoru pro další chlazení směsi plynů a par na teplotu co nejblíže 56 až 57 ° C;
• výměník tepla č. 2 (kondenzační výměník tepla);
• sběrná nádrž kondenzátu;
• komín pro odvádění studených spalin;
• čerpadlo pro cirkulaci vody v systému.

V primárním tepelném výměníku připojeném ke spalovací komoře se vyvíjené plyny chladí na teplotu výrazně nad rosným bodem (ve skutečnosti to vypadá, jak vypadají konvenční konvekční plynové kotle). Potom je kouřová směs násilně poslána do kondenzačního tepelného výměníku, kde je ochlazena na teplotu pod rosným bodem, tj. Pod 56 ° C. V tomto případě vodní páry kondenzují na stěnách tepelného výměníku „dávají poslední“. Kondenzát se shromažďuje ve speciální nádrži, odkud odtéká odtokovou trubkou do kanalizace.

Voda, která působí jako chladivo, se pohybuje v opačném směru než pohyb směsi par a plynů. Studená voda (vratná voda z topného systému) se předehřívá v kondenzačním tepelném výměníku. Poté vstupuje do primárního tepelného výměníku, kde je zahříván na vyšší teplotu specifikovanou uživatelem.

Kondenzát - bohužel ne čistá voda, jak mnozí věří, ale směs zředěných anorganických kyselin. Koncentrace kyselin v kondenzátu je nízká, ale s ohledem na skutečnost, že teplota v systému je vždy zvýšena, lze ji považovat za agresivní kapalinu. Proto se při výrobě takových kotlů (a především kondenzačních výměníků tepla) používají materiály odolné vůči kyselinám - nerezová ocel nebo silumin (slitina hliníku a křemíku). Výměník tepla je zpravidla odlitý, protože svary jsou zranitelným místem - na tomto místě začíná především proces destrukce materiálu korozí.

Pára by měla kondenzovat přesně na kondenzačním tepelném výměníku. Všechno, co šlo dále do komína, je na jedné straně ztraceno kvůli ohřevu a na druhé straně ničivě ovlivňuje materiál komína. Z tohoto posledního důvodu je komín vyroben z kyselinovzdorné nerezové oceli nebo plastu a jeho vodorovným úsekům je věnován mírný sklon, takže voda vytvářená při kondenzaci nevýznamného množství páry, která přesto padá do komína, je vypouštěna zpět do kotle. Je třeba vzít v úvahu, že spaliny opouštějící kondenzátor jsou velmi chlazené a vše, co nekondenzovalo v kotli, bude nutně kondenzováno v komíně.

V různých denních dobách je vyžadováno jiné množství tepla z topného kotle, které lze regulovat pomocí hořáku. Hořák v kondenzačním kotli může být buď modulován, tj. s možností plynulé změny výkonu během provozu nebo neimulované - s pevným výkonem. V druhém případě se kotel přizpůsobí požadavkům majitele změnou frekvence zapnutí hořáku. Na většině moderních kotlů určených pro vytápění soukromých domů jsou instalovány simulované hořáky.

Doufáme tedy, že máte obecnou představu o tom, co je kondenzační kotel, jak je postaven a na jakém principu funguje. S největší pravděpodobností však tyto informace nebudou stačit k pochopení, zda byste si takové zařízení měli osobně zakoupit. Abychom vám pomohli učinit toto nebo takové rozhodnutí, povíme vám o všech výhodách a nevýhodách, kladech a záporech kondenzačního kotle a porovnáme je s tradičním konvekčním kotlem.

Výhody kondenzačního kotle

Seznam výhod kondenzačního kotle je impozantní, což nakonec vysvětluje rostoucí popularitu tohoto typu topného zařízení:

• Úspora paliva ve srovnání s konvenčním konvekčním kotlem může dosáhnout 35%.
• Snížení emisí při přechodu z tradičních plynových modelů na kondenzační se odhaduje na 70%.
• Nízká teplota spalin umožňuje instalaci plastových komínů, které jsou mnohem levnější než klasické oceli.
• Nízká hlučnost zvyšuje úroveň pohodlí lidí žijících v domě.

Podívejme se podrobněji na některé z uvedených výhod kondenzačních kotlů.

Úspora paliva při použití v nízkoteplotních systémech

Spotřeba paliva přímo závisí na výkonu zařízení a zatížení přiřazeném topnému systému. K vytápění domu o rozloze 250 m² postačí kondenzační kotel o výkonu 28 kilowattů s maximální spotřebou plynu 2,85 m³/ h Klasický kotel se stejným výkonem spotřebuje 3,25 m³/ h Pokud bude kotel provozován po dobu šesti měsíců z dvanácti, ušetříte ročně asi 3000 rublů. (za stávající ceny hlavního plynu pro ruské spotřebitele). Pravděpodobně je obtížné nazvat takovou úsporu významnou - nepokryje ani rozdíly v nákladech na roční údržbu kotlů.

Podívejme se však na situaci očima průměrného evropského spotřebitele, který stojí čtyřikrát až pětkrát (nebo více) cenu zemního plynu. Výše úspor je v tomto případě již kolem 300 eur a stojí za to bojovat.

Spotřeba plynu v kondenzačních kotlích různých výkonů:

Snížení emisí

Při spalování fosilních paliv se vytváří oxid uhličitý, který při reakci s vodou dává oxid uhličitý. Kromě toho jsou v každém palivu vždy nečistoty síry, fosforu, dusíku a některých dalších prvků. Při spalování se z nich vytvářejí odpovídající oxidy, které při kombinaci s vodou produkují také kyseliny.

V konvenčních konvekčních kotlích se do atmosféry uvolňuje vodní pára s příměsí kyselin (uhličitá, sírová, dusičná, fosforečná). Kondenzační kotle nemají tuto nevýhodu: kyseliny zůstávají v kondenzátu. Vzhledem k problémům s využitím kondenzátu však může být známá ekologičnost tohoto zařízení pro životní prostředí zpochybněna.

Nevýhody kondenzačního kotle

Kondenzační kotel pro všechny jeho výhody nelze nazvat ideálním topným zařízením, protože není bez jeho nevýhod:

• vysoká cena;
• vysoké náklady na tepelný výměník (a v důsledku toho potřeba pečlivě sledovat stav celého topného systému);
• neschopnost použití ve vysokoteplotních systémech;
• obtížné využití kondenzátu;
• citlivost na kvalitu ovzduší.

Cena

Za další procento tepelné energie musíte zaplatit. Technicky je kondenzační kotel komplikovanější, a proto dražší. Náklady na dobrý domácí kondenzátor od známého výrobce jsou několikrát vyšší než náklady na klasickou jednotku se stejnou energií. Taková zařízení se samozřejmě kupují na více než jedno desetiletí, což znamená, že má smysl dávat přednost inovativním technologiím, které zvyšují komfort obsluhy.

Obvykle lze všechny modely kondenzačních kotlů rozdělit do tří cenových kategorií - prémiové, střední a ekonomické třídy:

1. Prémiová třída je určena pro několik kupujících. Mezi prémiové kondenzační kotle patří například modely německých značek. Toto zařízení je efektivní v provozu a pohodlné v provozu, splňuje evropské environmentální normy, vyrobené z vysoce kvalitních materiálů. Kotle „Premium“ mají mnoho užitečných funkcí, které významně zvyšují úroveň komfortu během jejich provozu: programování provozních režimů (například udržování pokojové teploty na minimální úrovni v nepřítomnosti hostitelů nebo mírný pokles teploty v noci), regulace závislá na počasí, inteligentní interakce s jinými generátory tepla , dálkové ovládání pomocí speciálního programu na mobilním telefonu atd. Jediným negativním je vysoká cena.

2. Střední třída zahrnuje levnější zboží, ale s mírně skromnějšími spotřebitelskými vlastnostmi. Jedná se o ekonomické a ekologické jednotky, které splňují všechny požadavky a poskytují vysoký výkon. Vyznačují se širokou škálou funkcí, vybavenými automatickým regulačním systémem, který nezávisle mění parametry v závislosti na teplotě chladicí kapaliny a vzduchu v místnosti.

3. Třída Economy je určena pro ty, kteří jsou v zájmu hospodárnosti připraveni nabídnout nižší úroveň pohodlí. Hromadné zboží vždy vede v prodeji. Přední pozice na trhu kondenzačních kotlů ekonomické třídy patří korejským a slovenským společnostem. Jejich výrobky jsou dvakrát nebo více levnější než prémiové modely. Další výhodou tohoto zařízení je jeho přizpůsobivost ruským provozním podmínkám. Levné kondenzátory s jednoduchou funkcí klidně vydrží výpadky napájení a poklesy tlaku, když drahá automatizace přestane fungovat.

Při posuzování vašich finančních možností musíte vzít v úvahu nevyhnutelné náklady na instalaci a uvedení do provozu zařízení, což vás také bude stát velmi, velmi drahé.

Nelze zapomenout, že během provozu kondenzační kotel poskytuje úspory plynu. Tato úspora je však tak strašidelná, že se investice nevrátí brzy. To znamená, že před nákupem kondenzačního tepla je vhodné provést předběžné posouzení: zda náklady na ušetřené palivo odůvodní vysokou cenu zařízení.

Pozitivní ekonomický efekt z nákupu takového kotle lze očekávat pouze za určitých podmínek - pokud je instalován v novém domě (čtěte „ve výstavbě“), který je určen k trvalému pobytu s organizovaným nízkoteplotním topným systémem podlahového vytápění. Kromě toho velikost účinku přímo závisí na průměrné zimní teplotě, tj. Na oblasti, kde se dům nachází (princip je jednoduchý: čím více tepla je potřeba, tím větší smysl je v takové technice).

Vysoké náklady na použitý tepelný výměník

Výměník tepla je technicky složitý a nákladný prvek. V případě jeho selhání, jak říkají, „nastupte na vřeteník.“ Za peníze, které utratíte za nákup nového výměníku tepla a za práci na jeho výměně, můžete snadno koupit nový konvekční kotel stejné kapacity.

Z toho vyplývá, že je nutné pečlivě sledovat stav výměníku tepla. Když bude ucpáno, bude velmi obtížné to opláchnout.Při instalaci kondenzačního kotle je nutné prověřit celý topný systém - v něm by neměly být žádné rezavé trubky a radiátory.

Bezpečnost výměníku tepla také závisí na kvalitě použitého chladicího média. Voda by měla být měkká, jinak zkumavky rychle přerostou spodinou zevnitř. Přítomnost rzi ve vodě, cizí suspenze, soli vápníku a železa je nepřijatelná.

Protože kondenzát obsahuje kyseliny, musí být tepelný výměník schopen odolat jejich účinkům. Nejčastěji jsou tepelné výměníky vyrobeny ze siluminu a vysoce kvalitní nerezové oceli. Siluminový tepelný výměník se vyrábí litím metolu. Vzhledem k nižším nákladům na materiál a technologii výroby jsou tyto výměníky tepla levnější než výměníky z nerezové oceli. Tyto výměníky tepla mají však nevýhodu - jsou méně odolné vůči agresivním kyselým prostředím.

Tepelné výměníky z nerezové oceli se vyrábějí svařováním jednotlivých dílů. Konečné náklady na takové výměníky tepla jsou vyšší než silumin. Raději však odolávají kyselým prostředím a zvyšují spolehlivost zařízení.

Nevhodné použití ve vysokoteplotních systémech

Slíbené účinnosti 108 - 110% nelze vždy dosáhnout - skutečná hodnota závisí na topném systému. Existují dva zásadně odlišné typy topných systémů - vysokoteplotní a nízkoteplotní. Liší se teplotním rozsahem chladicí kapaliny na vstupu a výstupu generátoru tepla.

V konvenčních vysokoteplotních topných systémech je poměr teploty přiváděné vody k vratné vodě obvykle 75-80 ° C až 55-60 ° C. Systém s kondenzačním kotlem je účinný pouze v režimu nízké teploty, tj. když poměr přívodní a zpětné teploty je 50-55 ° C až 30-35 ° C Tento poměr je ideální, pokud se vytápění domu provádí pomocí podlahového vytápění. V opačném případě budete muset pro zahřátí místnosti nainstalovat další radiátory s 2,5–3násobným zvětšením užitečného povrchu, navrženého pro teplotu chladicí kapaliny nepřesahující 50 ° C.

Účinnost kondenzačního kotle je určována především teplotou chladicí kapaliny na vstupu. To je vysvětleno jednoduše: čím nižší je teplota vody ve zpětném okruhu, tím intenzivnější kondenzace nastane. Účinnost kotle v nízkoteplotním topném systému (vstupní / výstupní teplota je přibližně 30/50 ° C) může dosáhnout těchto velmi 108-110%. Pokud je takový kotel připraven k provozu ve vysokoteplotním systému (60/80 ° C), nedochází ke kondenzaci a účinnost klesne na 98-99% - to je více než u konvenčních konvekčních kotlů, ale méně, než by to mohlo být.

Pokud tedy chcete z kondenzátoru získat maximální užitek, rozhodnutí o jeho instalaci musíte učinit ve fázi návrhu domu. Pokud zakoupíte takový kotel pro stávající dům se stávajícím topným systémem, znamená to nevyhnutelnou rekonstrukci budovy nahrazením vysokoteplotního topného systému s radiátorem nízkoteplotním podlahovým vytápěním (a taková rozsáhlá oprava je opět značným nákladem a ztrácí se ekonomický efekt celého podniku).

Potíže s regenerací kondenzátu

Použití kondenzačního kotle zahrnuje likvidaci kondenzátu. Kromě toho se tento tvoří ve značném množství - jeden litr krychlového metru spáleného plynu. Například: kotel o výkonu 25 kW za hodinu spotřebuje asi 2,8 m³ plyn, tj. během jedné hodiny od jeho provozu se uvolní o něco méně než 3 litry kondenzátu za den - 70 litrů.

Připomeňme, že kondenzát je roztok kyselin, což znamená, že otázka, kam ho dát, není vůbec prázdná. Je dobré, když je váš dům napojen na centralizovaný kanalizační systém. Ani podle přísných evropských norem nevyžadují kotle s výkonem do 28 kW zvláštní likvidaci kondenzátu.Předpokládá se, že takové množství kondenzátu je dostatečně zředěno domovní odpadní vodou, aby nedošlo k poškození kanalizačních trubek.

Co ale vlastníci soukromých domů s autonomní kanalizací dělají? Je nemožné nalít do septiku - prospěšné (a drahé) bakterie umřou. Nalévání na zem je nepřijatelné - dojde k zasolení půdy a postupem času na tomto místě nebude růst. Je mimořádně obtížné přepravit 70 litrů denně k likvidaci. Existuje pouze jedna cesta ven - vytvořit svůj vlastní samostatný systém pro neutralizaci kyselin obsažených v kondenzátu. Na Západě, kde jsou požadavky na dodržování environmentálních norem přísnější než naše, se po instalaci kondenzačního kotle automaticky zakoupí katalyzátor.

Citlivost na kvalitu ovzduší

Důležitým bodem, kterému byste měli věnovat pozornost, pokud chcete, aby váš kotel fungoval normálně, je odstraňování spalin a přístup spalovacího vzduchu.

Jedním z rozdílů mezi kondenzačními a konvekčními kotli je použití uzavřené spalovací komory. Konvekční kotle odvádějí vzduch z místnosti, kondenzační kotle z ulice. V první je použita přirozená cirkulace vzduchu (konvekce) k nasycení směsi vzduch-palivo kyslíkem a ve druhé je poskytnut ventilátor, který pumpuje vzduch do hořáku. Mimochodem, odstraňování produktů spalování v nich se provádí násilně. Masy vzduchu cirkulují zpravidla koaxiálním komínem, což je konstrukce potrubí v potrubí. Nasávaný vzduch se pohybuje skrz vnější dutinu komína, výfukové produkty spalování - skrz vnitřní.

Z toho všeho vyplývá, že kondenzátory musí být velmi citlivé na kvalitu nasávaného vzduchu. Přítomnost znatelného množství prachu ve vzduchu vede k rychlému opotřebení turbíny (ventilátoru).

Pro normální fungování kondenzačního kotle má velký význam nejen čistota, ale také venkovní teplota. Pokud je do systému přiváděn vzduch přes koaxiální komínovou trubku, pak, jak ukazuje praxe, může přívodní vzduchový kanál v zimě v mrazu zamrznout, protože teplota výfukových plynů je poměrně nízká a nejsou schopny zahřát stěny komína. To vede ke snížení přívodu kyslíku nezbytného pro spalování paliva a v důsledku toho ke snížení účinnosti zařízení.

Abyste tomu zabránili a nemusíte pravidelně ohřívat potrubí, abyste je mohli osvobodit od ledu, výpočet systému, jeho instalace, uvedení do provozu a konfigurace by měli provádět certifikovaní servisní specialisté. K úpravě parametru zodpovědného za přívod vzduchu v množství nezbytném pro spalování paliva v kotli s daným výkonem používají analyzátor plynu. Bez takového speciálního vybavení nelze dosáhnout požadované účinnosti kotle. Kromě toho by se obyvatelé oblastí s drsnými klimatickými podmínkami, kteří se rozhodují o instalaci kondenzačního kotle, měli od zástupců výrobce usilovat o objasnění možnosti použití takových zařízení při daném rozmezí místních venkovních teplot.