Kondenzacijski plinski kotlovi - načelo rada, prednosti i nedostaci

Sve veći troškovi energije gurali su znanstvenike i inženjere na stvaranje nove vrste generatora topline - kondenzacijskog kotla. Kada se ugrađuje u sustav grijanja na niskim temperaturama, kondenzator može pokazati učinkovitost veću od 100%. Kako uspijevate to postići? Koji je princip rada kondenzacijskog plinskog kotla? Koje su njegove prednosti i nedostaci? Nakon što pročitate naš članak, naučit ćete o tome sve ili gotovo sve.

Princip rada kondenzacijskog kotla

Kondenzacijski kotao mlađi je brat najkonvencionalnijeg kotla za konvekciju plina. Načelo djelovanja ovog posljednjeg krajnje je jednostavno, pa je razumljivo čak i ljudima koji slabo poznaju fiziku i tehnologiju. Gorivo za plinski kotao, kao što mu ime govori, je prirodni (glavni) ili ukapljeni (balon) plin. Tijekom izgaranja plavog goriva, kao i bilo koje druge organske tvari, nastaje ugljični dioksid i voda te se oslobađa velika količina energije. Proizvedena toplina koristi se za zagrijavanje rashladne tekućine - industrijske vode koja cirkulira kroz kućni sustav grijanja.

Učinkovitost plinskog konvekcijskog kotla je ~ 90%. To i nije tako loše, barem veće od generatora topline za tekuća i kruta goriva. Međutim, ljudi su uvijek nastojali približiti ovaj pokazatelj stopostotnijoj stopi. S tim u vezi postavlja se pitanje: kamo idu preostalih 10%? Nažalost, odgovor je prozaičan: oni lete u cijev. Doista, proizvodi izgaranja plina koji izlaze iz sustava kroz dimnjak zagrijavaju se na vrlo visoku temperaturu (150-250 ° C), što znači da 10% izgubljene energije trošimo na zagrijavanje zraka izvan kuće.

Znanstvenici i inženjeri dugo su tražili mogućnost potpunijeg povrata topline, međutim, metoda tehnološkog utjelovljenja njihovih teorijskih razvoja pronađena je tek prije 10 godina, kada je stvoren kondenzacijski kotao.

Koja je njegova temeljna razlika od tradicionalnog konvekcijskog generatora topline za plinsko gorivo? Završivši glavni proces izgaranja goriva i prenošenje znatnog dijela topline koja se oslobađa tijekom ovog procesa na izmjenjivač topline, kondenzator doseže izgarajuće plinove na 50-60 ° C, tj. do točke u kojoj započinje proces kondenzacije. To je samo po sebi dovoljno za značajno povećanje učinkovitosti, u ovom slučaju, količine topline koja se prenosi na rashladno sredstvo. Međutim, to nije sve.

Na temperaturi od 56 ° C - na takozvanoj točki rose - voda prelazi iz isparavanja u tekuće stanje, drugim riječima, vodena para se kondenzira. U tom se slučaju oslobađa dodatna energija koja se u dogledno vrijeme trošila na isparavanje vode i u običnim plinskim bojlerima izgubljenim zajedno s isparljivom smjesom isparenja i plina. Kondenzacijski kotao može „pokupiti“ toplinu koja nastaje tijekom kondenzacije vodene pare i prenijeti je na nosač topline.

Proizvođači kondenzacijskih generatora topline uvijek upozoravaju svoje potencijalne kupce na neobično visoku učinkovitost svojih uređaja - iznad 100%. Kako je to moguće? U stvari, nema proturječnosti kanonima klasične fizike. Samo u ovom slučaju koriste drugačiji sustav namirenja.

Često, ocjenjujući učinkovitost kotlova za grijanje, izračunavaju koliki dio oslobođene topline prenosi se na rashladno sredstvo. Toplina "uzeta" u uobičajenom kotlu i toplina iz dubokog hlađenja dimnih plinova dat će ukupno 100% efikasnost.Ali ako tome dodamo i toplinu koja se oslobađa tijekom kondenzacije pare, dobivamo ~ 108-110%.

S gledišta fizike, takvi proračuni nisu u potpunosti istiniti. Pri proračunu učinkovitosti potrebno je uzeti u obzir ne oslobođenu toplinu, već ukupnu energiju koja se oslobađa tijekom izgaranja smjese ugljikovodika određenog sastava. To će uključivati ​​energiju potrošenu na pretvaranje vode u plinovito stanje (naknadno oslobođeno tijekom postupka kondenzacije).

Iz toga slijedi da je koeficijent učinkovitosti veći od 100% samo škakljiv potez trgovca koji iskorištavaju nesavršenost zastarjele formule za izračunavanje. Ipak, treba priznati da kondenzator, za razliku od konvencionalnog konvekcijskog kotla, uspijeva istisnuti sve ili gotovo sve iz procesa izgaranja goriva. Pozitivni su aspekti očigledni - veća učinkovitost i manja potrošnja fosilnih resursa.

Uređaj glavnih komponenti kondenzacijskog kotla

Sa strukturnog stajališta, kondenzacijski kotao nije puno, ali se još uvijek razlikuje od uobičajenog plinskog kotla. Njeni glavni elementi su:

• komora za izgaranje opremljena plamenikom, sustavom za dovod goriva i ventilatorom za crpljenje zraka;
• izmjenjivač topline br. 1 (primarni izmjenjivač topline);
• komora za daljnje hlađenje smjese plina-pare do temperature koja je što bliža 56-57 ° C;
• izmjenjivač topline br. 2 (kondenzacijski izmjenjivač topline);
• spremnik za prikupljanje kondenzata;
• dimnjak za uklanjanje hladnih dimnih plinova;
• pumpa za cirkulacijsku vodu u sustavu.

U primarnom izmjenjivaču topline spojenom s komorom za izgaranje, razvijeni plinovi hlade se na temperaturu znatno iznad točke rosišta (zapravo tako izgledaju konvencionalni kondenzacijski plinski kotlovi). Zatim se dimna smjesa prisilno usmjerava do kondenzacijskog izmjenjivača topline, gdje se hladi na temperaturu ispod točke rosišta, tj. Ispod 56 ° C. U ovom se slučaju vodena para kondenzira na zidovima izmjenjivača topline, "dajući posljednju". Kondenzat se skuplja u posebnom spremniku, odakle se odvodi niz odvodnu cijev u kanalizaciju.

Voda, koja djeluje kao rashladna tekućina, kreće se u suprotnom smjeru od kretanja smjese pare i plina. Hladna voda (povratna voda iz sustava grijanja) prethodno se zagrijava u kondenzacijskom izmjenjivaču topline. Tada ulazi u primarni izmjenjivač topline, gdje se zagrijava na višu temperaturu koju odredi korisnik.

Kondenzat - nažalost, ne čista voda, kako mnogi vjeruju, već mješavina razrijeđenih anorganskih kiselina. Koncentracija kiselina u kondenzatu je niska, ali uzimajući u obzir činjenicu da je temperatura u sustavu uvijek povišena, može se smatrati agresivnom tekućinom. Zato se u proizvodnji takvih kotlova (i prvenstveno kondenzacijskih izmjenjivača topline) koriste kiselinski otporni materijali - nehrđajući čelik ili silumin (aluminij-silicijska legura). Izmjenjivač topline u pravilu je izrađen u lijevu, budući da su zavareni dijelovi ranjivo mjesto - tu prvo započinje proces uništavanja materijala od korozije.

Pare treba kondenzirati točno na kondenzacijskom izmjenjivaču topline. Sve što je otišlo dalje u dimnjak, s jedne strane, gubi se za zagrijavanje, a s druge strane destruktivno utječe na materijal dimnjaka. Upravo iz ovog posljednjeg razloga dimnjak je izrađen od nehrđajućeg čelika ili plastike otporne na kiselinu, a lagani nagib daje se njegovim vodoravnim odsjecima, tako da se voda koja nastaje tijekom kondenzacije neznatne količine pare koja ipak padne u dimnjak odvede natrag u kotao. Treba uzeti u obzir da se dimni plinovi koji izlaze iz kondenzatora jako hlade, a sve što se nije kondenziralo u kotlu, nužno će se kondenzirati u dimnjaku.

U različito doba dana potrebna je različita količina topline iz kotla za grijanje, što se može regulirati pomoću plamenika. Plamenik na kondenzacijskom kotlu može biti ili moduliran, tj. s mogućnošću glatke promjene snage tijekom rada, ili ne-simulirane - s fiksnom snagom. U potonjem slučaju, kotao se prilagođava zahtjevima vlasnika mijenjanjem učestalosti uključivanja plamenika. Na većini modernih kotlova dizajniranih za grijanje privatnih kuća ugrađeni su simulirani plamenici.

Stoga se nadamo da ste stekli opću ideju o tome što je kondenzacijski kotao, kako je izgrađen i po kojem principu radi. No, najvjerojatnije, ove informacije neće biti dovoljne da biste shvatili trebate li osobno kupiti takvu opremu. Da bismo vam pomogli u donošenju ove ili one odluke, reći ćemo vam o svim prednostima i nedostacima, plusima i minusima kondenzacijskog kotla, uspoređujući ga s tradicionalnim konvekcijskim.

Prednosti kondenzacijskog kotla

Popis prednosti kondenzacijskog kotla je impresivan, što u konačnici objašnjava rastuću popularnost ove vrste opreme za grijanje:

• Ekonomičnost goriva u usporedbi s konvencionalnim konvekcijskim kotlom može doseći 35%.
• Smanjenje emisija pri prijelazu s tradicionalnih modela plina na kondenzacijske, procjenjuje se u prosjeku 70%.
• Niska temperatura dimnih plinova omogućuje ugradnju plastičnih dimnjaka, koji su mnogo jeftiniji od klasičnih čelika.
• Slaba buka povećava razinu udobnosti ljudi koji žive u kući.

Let's razgovarati o nekim od navedenih prednosti kondenzacijskih kotlova detaljnije.

Potrošnja goriva kada se koristi u sustavima niskih temperatura

Potrošnja goriva izravno ovisi o snazi ​​opreme i opterećenju dodijeljenom sustavu grijanja. Za grijanje kuće s površinom od 250 m² kondenzacijski kotao od 28 kilovata s maksimalnom potrošnjom plina 2,85 m bit će dovoljan³/ h Klasični kotao iste snage potrošit će 3,25 m³/ h Pod uvjetom da bojler radi šest mjeseci od dvanaest, uštedjet ćete oko 3000 rubalja godišnje. (po postojećim cijenama glavnog plina za ruske potrošače). Vjerojatno je teško nazvati takvim uštedama značajnim - neće pokriti niti razlike u troškovima godišnjeg održavanja kotlova.

No, pogledajmo situaciju očima prosječnog europskog potrošača koji košta četiri do pet (ili čak i više) cijene prirodnog plina. Količina uštede u ovom slučaju je već oko 300 eura, i za to se vrijedi boriti.

Potrošnja plina u kondenzacijskim bojlerima različitih kapaciteta:

Smanjenje emisija

Tijekom izgaranja fosilnih goriva nastaje ugljični dioksid koji, kada reagira s vodom, daje ugljični dioksid. Pored toga, u bilo kojem gorivu uvijek postoje nečistoće sumpora, fosfora, dušika i nekih drugih elemenata. U procesu izgaranja iz njih nastaju odgovarajući oksidi koji u kombinaciji s vodom stvaraju i kiseline.

U konvencionalnim konvekcijskim kotlovima vodena para s dodatkom kiselina (ugljične, sumporne, dušične, fosforne) ispušta se u atmosferu. Kondenzacijski kotlovi nemaju taj nedostatak: kiseline ostaju u kondenzatu. Međutim, s obzirom na probleme s korištenjem kondenzata, notorna briga za okoliš ove opreme može biti dovedena u pitanje.

Ima kondenzacijskog kotla

Kondenzacijski kotao, bez obzira na njegove prednosti, ne može se nazvati idealnom opremom za grijanje, jer nema nedostataka:

• visoka cijena;
• visoki trošak izmjenjivača topline (i, kao posljedica toga, potreba da se pažljivo nadzire stanje cijelog sustava grijanja);
• neprimjerenost uporabe u visokotemperaturnim sustavima;
• poteškoća oporavak kondenzata;
• osjetljivost na kvalitetu zraka.

cijena

Za dodatni postotak toplinske energije morate platiti. Tehnički je kondenzacijski kotao složeniji, a samim tim i skuplji. Trošak dobrog kućnog kondenzatora poznatog proizvođača nekoliko je puta veći od troškova klasične jedinice iste snage. Naravno, takva se oprema kupuje duže od jednog desetljeća, što znači da ima smisla dati prednost inovativnim tehnologijama koje povećavaju udobnost rada.

Uobičajeno, svi modeli kondenzacijskih kotlova mogu se podijeliti u tri cjenovne kategorije - premium, srednji i ekonomski razred:

1. Premium razred dizajniran je za nekoliko kupaca. Premium kondenzacijski kotlovi uključuju, primjerice, modele njemačkih marki. Ova je oprema učinkovita u radu i praktična u radu, u skladu s europskim ekološkim standardima, izrađena od visokokvalitetnih materijala. Kotlovi „Premium“ imaju brojne korisne funkcije koje značajno povećavaju razinu udobnosti tijekom rada: programiranje načina rada (na primjer, održavanje sobne temperature na minimalnoj razini u odsustvu domaćina ili blagi pad temperature noću), regulacija ovisna o vremenskim prilikama, inteligentna interakcija s drugim generatorima topline , daljinsko upravljanje pomoću posebnog programa na mobilnom telefonu itd. Jedina negacija je visoka cijena.

2. Srednja klasa uključuje jeftiniju robu, ali s nešto skromnijim potrošačkim osobinama. Riječ je o ekonomičnim i ekološki prihvatljivim jedinicama koje udovoljavaju svim zahtjevima i pružaju visoke performanse. Odlikuje ih širok raspon funkcija, opremljen automatskim upravljačkim sustavom koji neovisno mijenja parametre ovisno o temperaturi rashladne tekućine i zraka u sobi.

3. Ekonomska klasa dizajnirana je za one koji su zbog ekonomičnosti spremni staviti na niži stupanj udobnosti. Skupna roba uvijek vodi u prodaji. Vodeće pozicije na tržištu kondenzacijskih kotlova ekonomske klase pripadaju korejskim i slovačkim tvrtkama. Njihovi su proizvodi dva ili više puta jeftiniji od premium modela. Još jedna prednost ove opreme je njezina prilagodljivost ruskim radnim uvjetima. Jeftini kondenzatori jednostavne funkcionalnosti mirno podnose prekide napajanja i pad tlaka kada skupa automatizacija prestane raditi.

Procjenjujući vaše financijske mogućnosti, morate uzeti u obzir neizbježne troškove ugradnje i puštanja u rad opreme, što će vas također jako, jako skupo koštati.

Ne treba zaboraviti da tijekom rada kondenzacijski kotao omogućuje uštedu plina. Međutim, ta je ušteda toliko sablasna da se investicija neće uskoro isplatiti. To znači da prije kupnje kondenzacijske topline vrijedi napraviti preliminarnu procjenu: hoće li trošak uštedenog goriva opravdati visoku cijenu opreme.

Pozitivan ekonomski učinak kupnje takvog kotla treba očekivati ​​samo pod određenim uvjetima - ako je ugrađen u novu kuću (čitaj „u izgradnji“) dizajniranu za stalni boravak s organiziranim niskotemperaturnim sustavom grijanja podnog grijanja. Štoviše, veličina učinka izravno ovisi o prosječnoj zimskoj temperaturi, tj. O regiji u kojoj se nalazi kuća (načelo je jednostavno: što je više topline potrebno, više smisla ima u takvoj tehnici).

Visoki troškovi korištenog izmjenjivača topline

Izmjenjivač topline tehnički je složen i skup element. U slučaju njezinog neuspjeha, vi se, kako kažu, "smjestite u stožer". Za novac koji potrošite za kupovinu novog izmjenjivača topline i plaćanje posla koji je zamijenio, lako biste mogli kupiti novi konvekcijski bojler istog kapaciteta.

Iz ovoga proizlazi da je potrebno pažljivo pratiti stanje izmjenjivača topline. Izuzetno će ga biti teško isprati kad se začepi.Prilikom ugradnje kondenzacijskog kotla potrebno je izvršiti reviziju cijelog sustava grijanja - u njemu ne bi trebalo biti hrđavih cijevi i radijatora.

Sigurnost izmjenjivača topline također ovisi o kvaliteti korištenog rashladnog sredstva. Voda bi trebala biti meka, jer će se u protivnom cijevi brzo razmnožiti iznutra. Prisutnost hrđe u vodi, stranih suspenzija, soli kalcija i željeza neprihvatljiva je.

Budući da kondenzat sadrži kiseline, izmjenjivač topline mora biti u stanju podnijeti njihove učinke. Najčešće, izmjenjivači topline izrađeni su od silina i visokokvalitetnog nehrđajućeg čelika. Silumin izmjenjivač topline proizvodi se lijevanjem metola. Zbog nižih troškova materijala i proizvodnje, ovi izmjenjivači topline jeftiniji su od izmjenjivača topline od nehrđajućeg čelika. Ali postoji nedostatak ovih izmjenjivača topline - manje su otporni na agresivna kisela okruženja.

Izmjenjivači topline od nehrđajućeg čelika proizvode se zavarivanjem pojedinih dijelova. Konačni trošak takvih izmjenjivača topline veći je od silumina. Međutim, bolje se odupiru kiselom okruženju i dodaju pouzdanost u opremu.

Neprimjerena upotreba u visokotemperaturnim sustavima

Obećana učinkovitost od 108-110% ne može se uvijek dobiti - stvarna brojka ovisi o sustavu grijanja. Postoje dvije bitno različite vrste sustava grijanja - visokotemperaturni i niskotemperaturni. Razlikuju se u rasponu temperature rashladne tekućine na ulazu i izlazu generatora topline.

U konvencionalnim sustavima grijanja na visokoj temperaturi omjer temperature dovedene vode i povratne vode obično je 75-80 ° C prema 55-60 ° C. Sustav s kondenzacijskim kotlom učinkovit je samo u načinu niske temperature, tj. kada je omjer temperature dovoda i povratka 50-55 ° C do 30-35 ° C. Ovaj omjer je idealan ako se grijanje kuće vrši podnim grijanjem. Inače, za zagrijavanje prostorije bit će potrebno ugraditi dodatne radijatore s 2,5-3 puta povećanjem korisne površine, dizajnirane za temperaturu rashladne tekućine koja nije viša od 50 ° C.

Učinkovitost kondenzacijskog kotla određuje se prvenstveno temperaturom rashladnog sredstva na ulazu. To se objašnjava jednostavno: što je niža temperatura vode u povratnom krugu, to je intenzivnija kondenzacija. Učinkovitost kotla u sustavu grijanja na niskim temperaturama (temperatura dovoda / izlaza je otprilike 30/50 ° C) može dostići onih 108-110%. Ako takav kotao radi u visokotemperaturnom sustavu (60/80 ° C), kondenzacija neće biti, a učinkovitost će pasti na 98-99% - to je više nego kod konvencionalnih konvekcijskih kotlova, ali manje nego što bi moglo biti.

Dakle, ako želite izvući maksimalnu korist iz kondenzatora, odluka o njegovom instaliranju mora se donijeti u fazi projektiranja kuće. Ako kupite takav kotao za postojeću kuću s postojećim sustavom grijanja, to znači neizbježnu rekonstrukciju zgrade zamjenom visokotemperaturnog radijacijskog grijanja s niskotemperaturnim sustavom podnog grijanja (a takav popravak velikih razmjera opet je znatan trošak, a ekonomski učinak cijelog poduhvata je izgubljen).

Poteškoća s oporavkom kondenzata

Korištenje kondenzacijskog kotla uključuje odlaganje kondenzata. Štoviše, potonji se formira u znatnim količinama - jedna litra kubnog metra izgaranog plina. Na primjer: kotao kapaciteta 25 kW na sat troši oko 2,8 m³ plina, tj. u samo sat vremena rada otpustit će se nešto manje od 3 litre kondenzata, dnevno - 70 litara.

Podsjetimo da je kondenzat otopina kiselina, što znači da pitanje gdje ga staviti uopće ne ide. Dobro je ako je vaša kuća povezana s centraliziranim kanalizacijskim sustavom. Čak i prema strogim europskim standardima, kotlovi kapaciteta do 28 kW ne zahtijevaju posebno zbrinjavanje kondenzata.Pretpostavlja se da je takva količina kondenzata dovoljno razrijeđena s kućnim otpadnim vodama da ne bi naštetila kanalizacijskim cijevima.

Ali što rade vlasnici privatnih kuća s autonomnom kanalizacijom? Nemoguće je sipati u septičku jamu - korisne (i skupe) bakterije će umrijeti. Izlijevanje na tlo je neprihvatljivo - dogodit će se slanje tla i s vremenom na ovom mjestu neće rasti ništa. Izuzetno je teško transportirati 70 litara dnevno za odlaganje. Postoji samo jedan izlaz - osigurati svoj zasebni sustav koji će neutralizirati kiseline sadržane u kondenzatu. Na zapadu, gdje su zahtjevi za usklađenošću s ekološkim standardima strožiji od naših, katalizator se automatski kupuje kada se ugradi kondenzacijski kotao.

Osjetljivost na kvalitetu zraka

Važna stvar na koju biste trebali obratiti pažnju ako želite da vaš bojler normalno funkcionira je uklanjanje produkata izgaranja i pristup zraka za izgaranje.

Jedna od razlika između kondenzacijskih i konvekcijskih kotlova je uporaba zatvorene komore za izgaranje. Konvekcijski kotlovi uzimaju zrak iz prostorije, kondenzacijski kotlovi s ulice. U prvom se prirodna cirkulacija zraka (konvekcija) koristi za zasićenje smjese zraka i goriva kisikom, a u drugom je predviđen ventilator koji pumpa zrak u plamenik. Uklanjanje proizvoda izgaranja u njima, usput, također se provodi prisilno. Zračne se mase u pravilu cirkuliraju kroz koaksijalni dimnjak, koji je konstrukcija cijev u cijev. Ulazni zrak kreće se kroz vanjsku šupljinu dimnjaka, a ispušni proizvodi izgaranja - kroz unutarnju.

Iz svega navedenog proizlazi da kondenzatori moraju biti vrlo osjetljivi na kvalitetu zraka za usisavanje. Prisutnost primjetne količine prašine u zraku dovodi do brzog trošenja turbine (ventilatora).

Od velike važnosti za normalno funkcioniranje kondenzacijskog kotla nije samo čistoća, već i vanjska temperatura. Ako zrak ulazi u sustav kroz koaksijalnu cijev za dimnjak, tada, kao što pokazuje praksa, ulazni kanal za zrak zimi, u mrazima, može se smrznuti, jer je temperatura ispušnih dimnih plinova prilično niska i oni nisu u mogućnosti zagrijati zidove dimnjaka. To dovodi do smanjenja opskrbe kisikom potrebnog za sagorijevanje goriva i, kao posljedica toga, do smanjenja učinkovitosti opreme.

Da biste to spriječili i ne morate povremeno grijati cijevi da biste ih oslobodili od leda, proračun sustava, njegovu instalaciju, pokretanje i konfiguraciju trebali bi provesti certificirani servisni stručnjaci. Za podešavanje parametra odgovornog za usis zraka u količini potrebnoj za sagorijevanje goriva u kotlu određene snage koriste analizator plina. Bez takve posebne opreme, ne može se postići potrebna učinkovitost kotla. Osim toga, stanovnici područja s teškim klimatskim uvjetima, koji odlučuju o ugradnji kondenzacijskog kotla, trebaju zatražiti pojašnjenje od proizvođača proizvođača o mogućnosti korištenja takve opreme u određenom rasponu lokalnih vanjskih temperatura.