Caldeiras a gás de condensação - o princípio de operação, vantagens e desvantagens

O custo cada vez maior da energia levou cientistas e engenheiros a criar um novo tipo de gerador de calor - uma caldeira de condensação. Quando instalado em um sistema de aquecimento de baixa temperatura, o capacitor pode mostrar uma eficiência de mais de 100%. Como você consegue isso? Qual é o princípio de operação de uma caldeira a gás de condensação? Quais são as suas vantagens e desvantagens? Depois de ler nosso artigo, você aprenderá sobre tudo ou quase tudo.

Princípio de operação da caldeira de condensação

A caldeira de condensação é o irmão mais novo da caldeira de convecção a gás mais convencional. O princípio de ação deste último é extremamente simples e, portanto, compreensível até para pessoas pouco versadas em física e tecnologia. O combustível para uma caldeira a gás, como o próprio nome indica, é gás natural (principal) ou liquefeito (balão). Durante a combustão do combustível azul, assim como de qualquer outra matéria orgânica, dióxido de carbono e água são formados e uma grande quantidade de energia é liberada. O calor gerado é usado para aquecer o líquido refrigerante - água industrial que circula pelo sistema de aquecimento doméstico.

A eficiência de uma caldeira de convecção a gás é de ~ 90%. Isso não é tão ruim, pelo menos mais alto que o dos geradores de calor de combustíveis líquidos e sólidos. No entanto, as pessoas sempre procuraram trazer esse indicador o mais próximo possível dos estimados 100%. Nesse sentido, surge a questão: para onde vão os 10% restantes? A resposta, infelizmente, é prosaica: eles voam para dentro do cano. De fato, os produtos de combustão que saem do sistema pela chaminé são aquecidos a uma temperatura muito alta (150-250 ° C), o que significa que 10% da energia perdida é gasta no aquecimento do ar fora de casa.

Cientistas e engenheiros há muito procuram a possibilidade de uma recuperação de calor mais completa; no entanto, um método para a incorporação tecnológica de seus desenvolvimentos teóricos foi encontrado apenas 10 anos atrás, quando uma caldeira de condensação foi criada.

Qual é a diferença fundamental de um gerador de calor a gás de convecção tradicional? Tendo completado o processo principal de queima de combustível e transferência de uma parte significativa do calor liberado durante esse processo para o trocador de calor, o condensador atinge os gases de combustão a 50-60 ° C, isto é, até o ponto em que o processo de condensação começa. Isso já é suficiente para aumentar significativamente a eficiência, neste caso, a quantidade de calor transferida para o líquido de refrigeração. No entanto, isso não é tudo.

A uma temperatura de 56 ° C - no chamado ponto de orvalho - a água passa de um estado vaporoso para um estado líquido, em outras palavras, o vapor de água condensa. Nesse caso, é liberada energia adicional, que no devido tempo foi gasta na evaporação da água e nas caldeiras a gás comuns perdidas junto com a mistura vapor-gás volatilizada. Uma caldeira de condensação é capaz de "captar" o calor gerado durante a condensação do vapor de água e transferi-lo para o transportador de calor.

Os fabricantes de geradores de calor do tipo condensação chamam invariavelmente a atenção de seus clientes em potencial para a eficiência incomumente alta de seus dispositivos - acima de 100%. Como isso é possível? De fato, não há contradição com os cânones da física clássica. Apenas neste caso, eles usam um sistema de liquidação diferente.

Frequentemente, avaliando a eficiência das caldeiras de aquecimento, elas calculam quanto do calor liberado é transferido para o líquido de refrigeração. O calor "absorvido" em uma caldeira convencional e o calor do resfriamento profundo dos gases de combustão fornecerão 100% de eficiência.Mas se adicionarmos aqui também o calor liberado durante a condensação do vapor, obteremos ~ 108-110%.

Do ponto de vista da física, esses cálculos não são inteiramente verdadeiros. Ao calcular a eficiência, é necessário levar em consideração não o calor liberado, mas a energia total liberada durante a combustão de uma mistura de hidrocarbonetos de uma determinada composição. Isso incluirá a energia gasta na conversão da água em um estado gasoso (posteriormente liberada durante o processo de condensação).

Daqui resulta que um coeficiente de desempenho superior a 100% é apenas uma jogada complicada dos profissionais de marketing que exploram a imperfeição de uma fórmula de cálculo desatualizada. No entanto, deve-se reconhecer que o condensador, ao contrário de uma caldeira de convecção convencional, consegue "espremer" todo ou quase todo o processo de combustão de combustível. Os aspectos positivos são óbvios - maior eficiência e menor consumo de recursos fósseis.

O dispositivo dos principais componentes da caldeira de condensação

Do ponto de vista estrutural, a caldeira de condensação não é muito, mas ainda é diferente da caldeira a gás usual. Seus principais elementos são:

• uma câmara de combustão equipada com um queimador, um sistema de suprimento de combustível e um ventilador para bombear ar;
• trocador de calor n ° 1 (trocador de calor primário);
• uma câmara para resfriar ainda mais a mistura gás-vapor a uma temperatura o mais próxima possível de 56-57 ° C;
• permutador de calor n ° 2 (permutador de calor de condensação);
• tanque de coleta de condensado;
• chaminé para a remoção de gases de combustão frios;
• uma bomba para a circulação de água no sistema.

No trocador de calor primário acoplado à câmara de combustão, os gases evoluídos são resfriados a uma temperatura significativamente acima do ponto de orvalho (na verdade, é assim que as caldeiras a gás de convecção convencional se parecem). Em seguida, a mistura de combustão é direcionada à força para um trocador de calor de condensação, onde é resfriada a uma temperatura abaixo do ponto de orvalho, ou seja, abaixo de 56 ° C. Nesse caso, o vapor de água condensa nas paredes do trocador de calor, "dando o último". O condensado é coletado em um tanque especial, de onde flui pelo tubo de drenagem para o esgoto.

A água, que atua como refrigerante, se move na direção oposta ao movimento da mistura de vapor e gás. A água fria (água de retorno do sistema de aquecimento) é pré-aquecida em um trocador de calor de condensação. Em seguida, entra no trocador de calor primário, onde é aquecido a uma temperatura mais alta especificada pelo usuário.

Condensado - infelizmente, não água pura, como muitos acreditam, mas uma mistura de ácidos inorgânicos diluídos. A concentração de ácidos no condensado é baixa, mas, considerando que a temperatura no sistema é sempre elevada, pode ser considerado um líquido agressivo. É por isso que na fabricação de tais caldeiras (e principalmente trocadores de calor de condensação) são utilizados materiais resistentes a ácidos - aço inoxidável ou silumin (liga de alumínio e silício). O trocador de calor, em regra, é fundido, pois as soldas são um ponto vulnerável - é aí que o processo de destruição da corrosão do material começa em primeiro lugar.

O vapor deve ser condensado com precisão no trocador de calor de condensação. Tudo o que foi mais longe na chaminé, por um lado, é perdido para aquecimento e, por outro, afeta destrutivamente o material da chaminé. É pela última razão que a chaminé é feita de aço inoxidável ou plástico resistente ao ácido e uma leve inclinação é dada às suas seções horizontais, de modo que a água formada durante a condensação das quantidades insignificantes de vapor que caem na chaminé seja drenada de volta para a caldeira. Deve-se levar em consideração que os gases de combustão que saem do condensador são muito resfriados e tudo o que não condensou na caldeira será necessariamente condensado na chaminé.

Em diferentes momentos do dia, é necessária uma quantidade diferente de calor da caldeira de aquecimento, que pode ser regulada usando um queimador. O queimador na caldeira de condensação pode ser modulado, isto é, com a possibilidade de uma mudança suave de potência durante a operação ou não simulada - com uma potência fixa. Neste último caso, a caldeira se adapta às exigências do proprietário, alterando a frequência do queimador. Nas caldeiras mais modernas, projetadas para aquecimento de casas particulares, são instalados queimadores simulados.

Portanto, esperamos que você tenha uma idéia geral do que é uma caldeira de condensação, como é construída e por que princípio funciona. No entanto, provavelmente, essas informações não serão suficientes para entender se você deve comprar pessoalmente esse equipamento. Para ajudá-lo a tomar essa ou aquela decisão, falaremos sobre todas as vantagens e desvantagens, vantagens e desvantagens de uma caldeira de condensação, comparando-a com a tradicional de convecção.

As vantagens de uma caldeira de condensação

A lista de vantagens da caldeira de condensação é impressionante, o que explica a crescente popularidade deste tipo de equipamento de aquecimento:

• Economia de combustível em comparação com uma caldeira de convecção convencional pode chegar a 35%.
• Redução de emissões na transição dos modelos tradicionais de gás para os de condensação, estima-se uma média de 70%.
• Baixa temperatura dos gases de combustão possibilita a instalação de chaminés de plástico, muito mais baratas que o aço clássico.
• Baixo nível de ruído aumenta o nível de conforto das pessoas que moram na casa.

Vamos falar sobre algumas das vantagens listadas das caldeiras de condensação em mais detalhes.

Economia de combustível quando usado em sistemas de baixa temperatura

O consumo de combustível depende diretamente da potência do equipamento e da carga atribuída ao sistema de aquecimento. Para aquecer uma casa com uma área de 250 m² uma caldeira de condensação de 28 quilowatts com um consumo máximo de gás de 2,85 m será suficiente³/ h Uma caldeira clássica de mesma potência consumirá 3,25 m³/ h Desde que a caldeira seja operada por seis meses em doze, você economizará cerca de 3000 rublos por ano. (a preços existentes para o gás principal para os consumidores russos). Provavelmente, é difícil chamar essa economia de significativa - ela nem cobrirá as diferenças no custo de manutenção anual das caldeiras.

Mas vamos dar uma olhada na situação pelos olhos do consumidor europeu médio, que custa de quatro a cinco (ou mais) vezes o preço do gás natural. A quantia de economia nesse caso já é de cerca de 300 euros, e vale a pena lutar por isso.

Consumo de gás em caldeiras de condensação de várias capacidades:

Redução de emissões

Durante a combustão de combustíveis fósseis, forma-se dióxido de carbono que, quando reagido com a água, produz dióxido de carbono. Além disso, em qualquer combustível, sempre existem impurezas de enxofre, fósforo, nitrogênio e alguns outros elementos. No processo de combustão, formam-se óxidos correspondentes que, quando combinados com a água, também produzem ácidos.

Nas caldeiras de convecção convencionais, o vapor de água com uma mistura de ácidos (carbônico, sulfúrico, nítrico, fosfórico) é liberado na atmosfera. Caldeiras de condensação não têm essa desvantagem: os ácidos permanecem no condensado. No entanto, dados os problemas com a utilização de condensado, a notória compatibilidade ambiental deste equipamento pode ser posta em causa.

Contras caldeira de condensação

A caldeira de condensação, por todas as suas vantagens, não pode ser chamada de equipamento de aquecimento ideal, pois não deixa de ter suas desvantagens:

• preço alto;
• o alto custo do trocador de calor (e, como conseqüência disso, a necessidade de monitorar cuidadosamente as condições de todo o sistema de aquecimento);
• inexperiência de uso em sistemas de alta temperatura;
• dificuldade em recuperar a condensação;
• sensibilidade à qualidade do ar.

Preço

Por uma porcentagem adicional de energia térmica você tem que pagar. Tecnicamente, uma caldeira de condensação é mais complicada e, portanto, mais cara. O custo de um bom capacitor doméstico de um fabricante conhecido é várias vezes superior ao custo de uma unidade clássica de mesma potência. Obviamente, esse equipamento é comprado por mais de uma década, o que significa que faz sentido dar preferência a tecnologias inovadoras que aumentam o conforto operacional.

Convencionalmente, todos os modelos de caldeiras de condensação podem ser divididos em três categorias de preços - premium, média e classe econômica:

1. A classe premium é projetada para alguns compradores. As caldeiras de condensação premium incluem, por exemplo, modelos de marcas alemãs. Este equipamento é eficiente na operação e conveniente na operação, atende aos padrões ambientais europeus, feitos de materiais de alta qualidade. As caldeiras "Premium" têm muitas funções úteis que aumentam significativamente o nível de conforto durante a operação: programação dos modos de operação (por exemplo, manutenção da temperatura ambiente em um nível mínimo na ausência de hospedeiros ou uma leve diminuição da temperatura durante a noite), regulação dependente do clima, interação inteligente com outros geradores de calor , controle remoto usando um programa especial em um telefone celular etc. O único aspecto negativo é o alto preço.

2. A classe média inclui produtos mais baratos, mas com qualidades de consumidor um pouco mais modestas. São unidades econômicas e ecológicas que atendem a todos os requisitos e oferecem alto desempenho. Eles se distinguem por uma ampla gama de funções, equipadas com um sistema de controle automático que altera os parâmetros independentemente, dependendo da temperatura do líquido de refrigeração e do ar na sala.

3. A classe econômica é projetada para aqueles que, por uma questão de economia, estão prontos para suportar um nível mais baixo de conforto. Os produtos a granel sempre lideram as vendas. As posições de liderança no mercado de caldeiras de condensação de classe econômica pertencem a empresas coreanas e eslovacas. Seus produtos são duas ou mais vezes mais baratos que os modelos premium. Outra vantagem deste equipamento é sua adaptabilidade às condições operacionais russas. Capacitores baratos com funcionalidade simples suportam calmamente quedas de energia e quedas de pressão quando a automação cara deixa de funcionar.

Ao avaliar suas capacidades financeiras, você deve levar em consideração os custos inevitáveis ​​de instalação e comissionamento de equipamentos, que também custarão muito, muito caro.

Não se esqueça que durante a operação, a caldeira de condensação proporciona economia de gás. No entanto, essa economia é tão fantasmagórica que o investimento não será recompensado em breve. Isso significa que, antes de comprar calor de condensação, vale a pena fazer uma avaliação preliminar: se o custo do combustível economizado justificará o alto preço do equipamento.

Um efeito econômico positivo da compra de uma caldeira desse tipo deve ser esperado apenas sob certas condições - se for instalado em uma nova casa (leia-se “em construção”) projetada para residência permanente com um sistema de aquecimento organizado de baixa temperatura e aquecimento de piso. Além disso, a magnitude do efeito depende diretamente da temperatura média do inverno, ou seja, da região em que a casa está localizada (o princípio é simples: quanto mais calor for necessário, mais sentido haverá nessa técnica).

O alto custo do trocador de calor usado

Um trocador de calor é um elemento tecnicamente complexo e caro. No caso de falha, você, como dizem, "sobe no cabeçote". Pelo dinheiro gasto na compra de um novo trocador de calor e no pagamento da obra para substituí-lo, você pode facilmente comprar uma nova caldeira de convecção com a mesma capacidade.

Daí resulta que é necessário monitorar cuidadosamente as condições do trocador de calor. Será extremamente difícil lavá-lo quando entupir.Ao instalar uma caldeira de condensação, é necessário auditar todo o sistema de aquecimento - não deve haver tubos e radiadores enferrujados.

A segurança do trocador de calor também depende da qualidade do líquido de refrigeração usado. A água deve ser macia, caso contrário, os tubos crescerão rapidamente com espuma por dentro. A presença de ferrugem na água, suspensões estranhas, sais de cálcio e ferro é inaceitável.

Como o condensado contém ácidos, o trocador de calor deve ser capaz de suportar seus efeitos. Na maioria das vezes, os trocadores de calor são feitos de silumina e aço inoxidável de alta qualidade. O trocador de calor de silumin é produzido fundindo metol. Devido ao menor custo do material e da tecnologia de produção, esses trocadores de calor são mais baratos que os trocadores de calor de aço inoxidável. Mas há uma desvantagem nesses trocadores de calor - eles são menos resistentes a ambientes ácidos agressivos.

Os trocadores de calor de aço inoxidável são produzidos soldando peças individuais. O custo final desses trocadores de calor é maior que o silumina. No entanto, eles resistem melhor a ambientes ácidos e agregam confiabilidade ao equipamento.

Uso inadequado em sistemas de alta temperatura

A eficiência prometida de 108-110% nem sempre pode ser obtida - o valor real depende do sistema de aquecimento. Existem dois tipos fundamentalmente diferentes de sistemas de aquecimento - alta e baixa temperatura. Eles diferem na faixa de temperatura do líquido de arrefecimento na entrada e na saída do gerador de calor.

Nos sistemas de aquecimento convencionais de alta temperatura, a proporção entre a temperatura da água fornecida e a água de retorno é geralmente de 75 a 80 ° C a 55 a 60 ° C. Um sistema com uma caldeira de condensação é eficaz apenas no modo de baixa temperatura, ou seja, quando a relação entre as temperaturas de fornecimento e retorno é de 50-55 ° C a 30-35 ° C. Essa proporção é ideal se o aquecimento da casa for realizado com piso aquecido. Caso contrário, para aquecer a sala, será necessário instalar radiadores adicionais com um aumento de 2,5 a 3 vezes na área útil da superfície, projetada para uma temperatura do líquido de refrigeração não superior a 50 ° C.

A eficiência da caldeira de condensação é determinada principalmente pela temperatura do líquido de arrefecimento na entrada. Isso é explicado simplesmente: quanto menor a temperatura da água no circuito de retorno, mais intensa ocorre a condensação. A eficiência da caldeira em um sistema de aquecimento de baixa temperatura (temperatura de entrada / saída é de aproximadamente 30/50 ° C) pode atingir os mesmos 108-110%. Se uma caldeira desse tipo for projetada para funcionar em um sistema de alta temperatura (60/80 ° C), não haverá condensação e a eficiência cairá para 98-99% - isso é mais do que as caldeiras de convecção convencionais, mas menos do que poderia ser.

Portanto, se você deseja extrair o máximo benefício do capacitor, a decisão de instalá-lo deve ser tomada no estágio de design da casa. Se você comprar uma caldeira para uma casa existente com um sistema de aquecimento existente, isso significa a reconstrução inevitável do edifício com a substituição de um sistema de aquecimento de radiador de alta temperatura por um sistema de aquecimento de piso de baixa temperatura (e esse reparo em larga escala é novamente uma despesa considerável e o efeito econômico de toda a empresa é perdido).

Dificuldade de recuperação condensada

O uso de uma caldeira de condensação envolve o descarte de condensado. Além disso, este último é formado em quantidades consideráveis ​​- um litro de um metro cúbico de gás queimado. Por exemplo: uma caldeira com capacidade de 25 kW por hora consome cerca de 2,8 m³ gás, isto é, em apenas uma hora de operação, um pouco menos de 3 litros de condensado será liberado por dia - 70 litros.

Lembre-se de que o condensado é uma solução de ácidos, o que significa que a questão de onde colocá-lo não é de todo ociosa. É bom que sua casa esteja conectada a um sistema de esgoto centralizado. Mesmo de acordo com rígidos padrões europeus, caldeiras com capacidade de até 28 kW não requerem descarte especial de condensado.Supõe-se que essa quantidade de condensado seja suficientemente diluída com águas residuais domésticas para não danificar os canos de esgoto.

Mas o que os proprietários de casas particulares com esgoto autônomo fazem? É impossível derramar em uma fossa séptica - bactérias benéficas (e caras) morrerão. Despejar no chão é inaceitável - a salinização do solo ocorrerá e, com o tempo, nada crescerá neste local. É extremamente difícil transportar 70 litros diariamente para descarte. Existe apenas uma saída - fornecer seu próprio sistema separado para neutralizar os ácidos contidos no condensado. No Ocidente, onde os requisitos para conformidade com as normas ambientais são mais rigorosos que os nossos, um conversor catalítico é adquirido automaticamente quando uma caldeira de condensação é instalada.

Sensibilidade à qualidade do ar

Um ponto importante que você deve prestar atenção se quiser que sua caldeira funcione normalmente é a remoção de produtos de combustão e o acesso ao ar de combustão.

Uma das diferenças entre caldeiras de condensação e de convecção é o uso de uma câmara de combustão fechada. Caldeiras por convecção retiram o ar da sala, caldeiras de condensação da rua. No primeiro, a circulação de ar natural (convecção) é usada para saturar a mistura ar-combustível com oxigênio e, no segundo, é fornecido um ventilador que bombeia o ar para o queimador. A remoção de produtos de combustão neles, a propósito, também é realizada à força. As massas de ar são circuladas, via de regra, por uma chaminé coaxial, que é uma construção de cano a cano. O ar de entrada se move através da cavidade externa da chaminé, os produtos de exaustão da combustão - através do interior.

Por tudo isso, segue-se que os capacitores devem ser muito sensíveis à qualidade do ar de admissão. A presença de uma quantidade notável de poeira no ar leva ao desgaste rápido da turbina (ventilador).

De grande importância para o funcionamento normal da caldeira de condensação não é apenas a limpeza, mas também a temperatura externa. Se o ar entrar no sistema através de um tubo de chaminé coaxial, então, como mostra a prática, o duto de entrada de ar no inverno, nas geadas, poderá congelar, porque a temperatura dos gases de exaustão é bastante baixa e eles não são capazes de aquecer as paredes da chaminé. Isso leva a uma diminuição no suprimento de oxigênio necessário para queima de combustível e, como conseqüência disso, a uma diminuição na eficiência do equipamento.

Para evitar que isso aconteça e você não precisa aquecer periodicamente os tubos para liberá-los de gelo, o cálculo do sistema, sua instalação, inicialização e configuração devem ser realizados por especialistas certificados. Para ajustar o parâmetro responsável pela entrada de ar na quantidade necessária para queima de combustível em uma caldeira de uma determinada potência, eles usam um analisador de gás. Sem esse equipamento especial, a eficiência necessária da caldeira não pode ser alcançada. Além disso, os residentes de áreas com condições climáticas adversas, ao decidir sobre a instalação de uma caldeira de condensação, devem procurar esclarecimentos dos representantes do fabricante sobre a possibilidade de operar esse equipamento em uma determinada faixa de temperatura externa local.