Kondenzačné plynové kotly - princíp činnosti, výhody a nevýhody

Stále sa zvyšujúce náklady na energiu viedli vedcov a inžinierov k vytvoreniu nového typu generátora tepla - kondenzačného kotla. Ak je kondenzátor nainštalovaný v nízkoteplotnom vykurovacom systéme, môže vykazovať účinnosť vyššiu ako 100%. Ako sa vám to podarí? Aký je princíp činnosti kondenzačného plynového kotla? Aké sú jeho výhody a nevýhody? Po prečítaní nášho článku sa o tom dozviete všetko alebo takmer všetko.

Princíp činnosti kondenzačného kotla

Kondenzačný kotol je mladší brat najbežnejšieho plynového konvekčného kotla. Princíp činnosti posledne menovaného je extrémne jednoduchý, a preto zrozumiteľný aj pre ľudí, ktorí majú nedostatočnú znalosť fyziky a technológie. Palivo pre plynový kotol, ako naznačuje jeho názov, je prírodný (hlavný) alebo skvapalnený (balónový) plyn. Počas spaľovania modrého paliva, ako aj iných organických látok, sa vytvára oxid uhličitý a voda a uvoľňuje sa veľké množstvo energie. Vyrobené teplo sa používa na ohrev chladiacej vody - priemyselnej vody cirkulujúcej systémom vykurovania domácností.

Účinnosť plynového konvekčného kotla je ~ 90%. To nie je také zlé, aspoň vyššie ako u generátorov tepla na kvapalné a tuhé palivo. Ľudia sa však vždy snažili priblížiť tento ukazovateľ čo najbližšie hodnoteným 100%. V tejto súvislosti vyvstáva otázka: kam ide zvyšných 10%? Odpoveď je, bohužiaľ, prozaická: letí do potrubia. Produkty spaľovania plynu opúšťajúce systém komínom sa skutočne zohrievajú na veľmi vysokú teplotu (150 - 250 ° C), čo znamená, že 10% energie, ktorú sme stratili, sa vynakladá na ohrev vzduchu mimo dom.

Vedci a inžinieri už dlho hľadajú možnosť úplnejšej rekuperácie tepla, avšak metóda technologického stelesnenia ich teoretického vývoja bola nájdená až pred 10 rokmi, keď bol vytvorený kondenzačný kotol.

Aký je jeho zásadný rozdiel v porovnaní s tradičným generátorom tepla na plynné palivo? Po dokončení hlavného procesu spaľovania paliva a prenosu významnej časti tepla uvoľneného počas tohto procesu do výmenníka tepla kondenzátor dosiahne spaliny na 50 až 60 ° C, t.j. do bodu, v ktorom začína proces kondenzácie. To samo o sebe postačuje na významné zvýšenie účinnosti, v tomto prípade množstva tepla preneseného do chladiacej zmesi. To však nie je všetko.

Pri teplote 56 ° C - v takzvanom rosnom bode - prechádza voda z plynného do kvapalného stavu, inými slovami kondenzuje vodná para. V tomto prípade sa uvoľní ďalšia energia, ktorá sa v primeranom čase vynaloží na odparovanie vody a v bežných plynových kotloch stratených spolu so zmesou prchavých plynov a plynov. Kondenzačný kotol je schopný „zachytiť“ teplo vznikajúce pri kondenzácii vodnej pary a preniesť ho na nosič tepla.

Výrobcovia kondenzačných typov generátorov tepla neustále upozorňujú svojich potenciálnych zákazníkov na nezvyčajne vysokú účinnosť svojich zariadení - nad 100%. Ako je to možné? V skutočnosti neexistuje žiadny rozpor s kánonmi klasickej fyziky. Len v tomto prípade používajú iný systém vyrovnania.

Pri hodnotení účinnosti vykurovacích kotlov často vypočítavajú, koľko uvoľneného tepla sa prenáša do chladiva. Teplo „odobraté“ v konvenčnom kotle a teplo z hlbokého chladenia spalín poskytnú celkovú účinnosť 100%.Ak tu však pridáme aj teplo uvoľnené počas kondenzácie pary, získame ~ 108 - 110%.

Z hľadiska fyziky také výpočty nie sú úplne pravdivé. Pri výpočte účinnosti je potrebné brať do úvahy nie uvoľnené teplo, ale celkovú energiu uvoľnenú počas spaľovania zmesi uhľovodíkov danej zmesi. Toto bude zahŕňať energiu vynaloženú na premenu vody do plynného stavu (následne uvoľneného počas kondenzačného procesu).

Z toho vyplýva, že koeficient výkonnosti vyšší ako 100% je iba chúlostivým krokom obchodníkov, ktorí využívajú nedokonalosť zastaralého výpočtového vzorca. Malo by sa však uznať, že kondenzátor na rozdiel od konvenčného konvekčného kotla dokáže „vytlačiť“ celý alebo takmer všetok proces spaľovania paliva. Pozitívne aspekty sú zrejmé - vyššia účinnosť a nižšia spotreba fosílnych zdrojov.

Zariadenie hlavných komponentov kondenzačného kotla

Z konštrukčného hľadiska kondenzačný kotol nie je moc, ale stále sa líši od zvyčajného plynového kotla. Jeho hlavnými prvkami sú:

• spaľovacia komora vybavená horákom, systémom prívodu paliva a ventilátorom na čerpanie vzduchu;
• výmenník tepla č. 1 (primárny výmenník tepla);
• komoru na ďalšie ochladenie zmesi plyn-para na teplotu čo najbližšie k 56 až 57 ° C;
• výmenník tepla č. 2 (kondenzačný výmenník tepla);
• zberná nádrž na kondenzát;
• komín na odvádzanie studených spalín;
• čerpadlo na cirkuláciu vody v systéme.

V primárnom tepelnom výmenníku pripojenom k ​​spaľovacej komore sa uvoľnené plyny ochladzujú na teplotu výrazne vyššiu ako je rosný bod (v skutočnosti to vyzerá tak, ako to vyzerajú v konvenčných plynových kotloch). Potom sa zmes spalín núti nasmerovať do kondenzačného výmenníka tepla, kde sa ochladí na teplotu pod rosným bodom, t. J. Pod 56 ° C. V tomto prípade vodná para kondenzuje na stenách výmenníka tepla, čím „dáva posledný“. Kondenzát sa zhromažďuje v špeciálnej nádrži, odkiaľ tečie odtokovou trubkou do kanalizácie.

Voda, ktorá pôsobí ako chladivo, sa pohybuje v opačnom smere ako pohyb zmesi pár a plynov. Studená voda (vratná voda z vykurovacieho systému) sa predhrieva v kondenzátorovom výmenníku tepla. Potom vstupuje do primárneho výmenníka tepla, kde je ohrievaný na vyššiu teplotu špecifikovanú používateľom.

Kondenzát - bohužiaľ, nie čistá voda, ako mnohí veria, ale zmes zriedených anorganických kyselín. Koncentrácia kyselín v kondenzáte je nízka, ale vzhľadom na skutočnosť, že teplota v systéme je vždy zvýšená, môže sa považovať za agresívnu kvapalinu. Preto sa pri výrobe takýchto kotlov (a hlavne kondenzačných výmenníkov tepla) používajú materiály odolné voči kyselinám - nehrdzavejúca oceľ alebo silín (zliatina hliník - kremík). Výmenník tepla je spravidla vyrobený z liateho materiálu, pretože zvary sú zraniteľným miestom - tu začína proces deštrukcie materiálu koróziou.

Para by mala kondenzovať presne na kondenzačnom výmenníku tepla. Všetko, čo zašlo ďalej do komína, je na jednej strane stratené kvôli zahrievaniu a na druhej strane deštruktívne ovplyvňuje materiál komína. Z tohto dôvodu je komín vyrobený z nehrdzavejúcej ocele alebo plastu odolného voči kyselinám a jeho vodorovným prierezom je daný mierny sklon, takže voda vytvorená pri kondenzácii nevýznamných množstiev pary, ktorá napriek tomu padá do komína, je odvádzaná späť do kotla. Je potrebné vziať do úvahy, že spaliny opúšťajúce kondenzátor sú veľmi chladené a všetko, čo nekondenzovalo v kotli, bude nevyhnutne kondenzované v komíne.

Z vykurovacieho kotla je potrebné v rôznych denných dobách odobrať rôzne množstvo tepla, ktoré je možné regulovať pomocou horáka. Horák v kondenzačnom kotle môže byť buď modulovaný, t.j. s možnosťou plynulej zmeny výkonu počas prevádzky alebo neimulované - s pevným výkonom. V druhom prípade sa kotol prispôsobuje požiadavkám majiteľa zmenou frekvencie zapínania horáka. Na väčšine moderných kotlov určených na vykurovanie súkromných domov sú nainštalované simulované horáky.

Dúfame teda, že máte všeobecnú predstavu o tom, čo je kondenzačný kotol, ako je postavený a na akom princípe funguje. S najväčšou pravdepodobnosťou však tieto informácie nebudú stačiť na pochopenie toho, či by ste si takéto zariadenie mali osobne kúpiť. Aby sme vám pomohli urobiť toto alebo také rozhodnutie, povieme vám všetky výhody a nevýhody, výhody a nevýhody kondenzačného kotla v porovnaní s tradičným konvekčným kotlom.

Výhody kondenzačného kotla

Zoznam výhod kondenzačného kotla je pôsobivý, čo nakoniec vysvetľuje rastúcu popularitu tohto typu vykurovacieho zariadenia:

• Úspora paliva v porovnaní s konvenčným konvekčným kotlom môže dosiahnuť 35%.
• Zníženie emisií pri prechode z tradičných plynových modelov na kondenzačné sa odhaduje na 70%.
• Nízka teplota spalín umožňuje inštaláciu plastových komínov, ktoré sú oveľa lacnejšie ako klasické ocele.
• Nízka hlučnosť zvyšuje úroveň pohodlia ľudí žijúcich v dome.

Hovorme o niektorých z uvedených výhod kondenzačných kotlov podrobnejšie.

Úspora paliva pri používaní v nízkoteplotných systémoch

Spotreba paliva priamo závisí od výkonu zariadenia a zaťaženia priradeného vykurovaciemu systému. Na vykurovanie domu s rozlohou 250 m² postačí kondenzačný kotol s výkonom 28 kilowattov s maximálnou spotrebou plynu 2,85 m³/ h Klasický kotol s rovnakým výkonom spotrebuje 3,25 m³/ h Ak je kotol v prevádzke šesť mesiacov z dvanástich, ušetríte ročne asi 3 000 rubľov. (za existujúce ceny hlavného plynu pre ruských spotrebiteľov). Pravdepodobne je ťažké označiť takúto úsporu za výraznú - nebude pokrývať ani rozdiely v nákladoch na ročnú údržbu kotlov.

Pozrime sa však na situáciu očami priemerného európskeho spotrebiteľa, ktorý stojí zemný plyn štyrikrát až päť (alebo viac) krát viac. Výška úspor je v tomto prípade už okolo 300 eur a stojí za to bojovať.

Spotreba plynu v kondenzačných kotloch rôznych výkonov:

Zníženie emisií

Pri spaľovaní fosílnych palív sa vytvára oxid uhličitý, ktorý po reakcii s vodou vytvára oxid uhličitý. Okrem toho v každom palive sú vždy nečistoty síry, fosforu, dusíka a niektoré ďalšie prvky. V procese spaľovania sa z nich vytvárajú zodpovedajúce oxidy, ktoré po zmiešaní s vodou tiež produkujú kyseliny.

V konvenčných konvekčných kotloch sa do atmosféry uvoľňuje vodná para s prímesou kyselín (uhličitá, sírová, dusičná, fosforečná). Kondenzačné kotly nemajú túto nevýhodu: kyseliny zostávajú v kondenzáte. Vzhľadom na problémy s využívaním kondenzátu však možno spochybniť notoricky znášanlivosť tohto zariadenia z hľadiska životného prostredia.

Nevýhody kondenzačného kotla

Kondenzačný kotol pre všetky svoje výhody nemožno označiť za ideálne vykurovacie zariadenie, pretože nie je bez jeho nevýhod:

• vysoká cena;
• vysoké náklady na výmenník tepla (av dôsledku toho potreba starostlivo monitorovať stav celého vykurovacieho systému);
• neskúsenosť použitia vo vysokoteplotných systémoch;
• ťažkosti s regeneráciou kondenzátu;
• citlivosť na kvalitu ovzdušia.

cena

Za ďalšie percento tepelnej energie musíte zaplatiť. Z technického hľadiska je kondenzačný kotol komplikovanejší a preto drahší. Cena dobrého domáceho kondenzátora od známeho výrobcu je niekoľkonásobne vyššia ako cena klasickej jednotky s rovnakým výkonom. Takéto zariadenie sa, samozrejme, kupuje na viac ako jedno desaťročie, čo znamená, že má zmysel uprednostňovať inovatívne technológie, ktoré zvyšujú komfort obsluhy.

Obvykle je možné všetky modely kondenzačných kotlov rozdeliť do troch cenových kategórií - prémiová, stredná a ekonomická trieda:

1. Špičková trieda je určená pre niekoľko kupujúcich. Medzi špičkové kondenzačné kotly patria napríklad modely nemeckých značiek. Toto zariadenie je efektívne v prevádzke a pohodlné v prevádzke, spĺňa európske environmentálne normy, vyrobené z vysoko kvalitných materiálov. Kotly „Premium“ majú veľa užitočných funkcií, ktoré významne zvyšujú úroveň pohodlia počas ich prevádzky: programovanie prevádzkových režimov (napríklad udržiavanie teploty miestnosti na minimálnej úrovni v neprítomnosti hostiteľov alebo mierny pokles teploty v noci), regulácia závislá od počasia, inteligentná interakcia s inými výrobcami tepla , diaľkové ovládanie pomocou špeciálneho programu na mobilnom telefóne atď. Jedinou negatívou je vysoká cena.

2. Stredná trieda zahŕňa lacnejší tovar, ale s mierne skromnejšími spotrebiteľskými vlastnosťami. Jedná sa o ekonomické a ekologické jednotky, ktoré spĺňajú všetky požiadavky a poskytujú vysoký výkon. Vyznačujú sa širokou škálou funkcií, vybavenými automatickým riadiacim systémom, ktorý nezávisle mení parametre v závislosti od teploty chladiacej kvapaliny a vzduchu v miestnosti.

3. Ekonomická trieda je určená pre tých, ktorí sú kvôli hospodárnosti pripravení zmieriť sa s nižšou úrovňou pohodlia. Hromadný tovar vždy vedie k predaju. Vedúce postavenie na trhu kondenzačných kotlov ekonomickej triedy patria kórejským a slovenským spoločnostiam. Ich výrobky sú dvakrát alebo viackrát lacnejšie ako prémiové modely. Ďalšou výhodou tohto zariadenia je jeho prispôsobiteľnosť ruským prevádzkovým podmienkam. Lacné kondenzátory s jednoduchou funkciou pokojne vydržia výpadky energie a poklesy tlaku, keď drahá automatizácia prestane fungovať.

Pri posudzovaní svojich finančných možností musíte vziať do úvahy nevyhnutné náklady na inštaláciu a uvedenie zariadenia do prevádzky, čo vás tiež bude stáť veľmi, veľmi drahé.

Nemalo by sa zabúdať, že kondenzačný kotol počas prevádzky poskytuje úspory plynu. Tieto úspory sú však také strašidelné, že sa ich investície čoskoro nevrátia. To znamená, že pred nákupom kondenzačného tepla je potrebné vykonať predbežné posúdenie: či náklady na ušetrené palivo odôvodnia vysokú cenu zariadenia.

Pozitívny ekonomický efekt z nákupu takého kotla by sa mal očakávať iba za určitých podmienok - ak je nainštalovaný v novom (čítaj „vo výstavbe“) dom určený na trvalé bývanie s organizovaným nízkotepelným vykurovacím systémom podlahového vykurovania. Okrem toho rozsah účinku priamo závisí od priemernej zimnej teploty, t. J. Od oblasti, v ktorej sa nachádza dom (princíp je jednoduchý: čím viac tepla je potrebné, tým väčší zmysel je v tejto technike).

Vysoké náklady na použitý výmenník tepla

Výmenník tepla je technicky zložitý a nákladný prvok. V prípade zlyhania vás, ako sa hovorí, „vrhnite na vreteník.“ Za peniaze, ktoré miniete na nákup nového výmenníka tepla a zaplatenie za prácu na jeho výmene, môžete ľahko kúpiť nový konvekčný kotol s rovnakou kapacitou.

Z toho vyplýva, že je potrebné starostlivo sledovať stav výmenníka tepla. Keď sa upchá, bude mimoriadne ťažké ho vypláchnuť.Pri inštalácii kondenzačného kotla je potrebné skontrolovať celý vykurovací systém - v ňom by nemali byť hrdzavé rúrky a radiátory.

Bezpečnosť výmenníka tepla tiež závisí od kvality použitého chladiva. Voda by mala byť mäkká, v opačnom prípade rúrky z vnútornej strany rýchlo prerastú spodinou. Prítomnosť hrdze vo vode, cudzie suspenzie, soli vápnika a železa je neprijateľná.

Pretože kondenzát obsahuje kyseliny, musí byť výmenník tepla schopný odolať ich účinkom. Výmenníky tepla sa najčastejšie vyrábajú zo silikónu a vysokokvalitnej nehrdzavejúcej ocele. Silikátový výmenník tepla sa vyrába liatím metolu. Z dôvodu nižších nákladov na materiál a technológiu výroby sú tieto výmenníky tepla lacnejšie ako výmenníky tepla z nehrdzavejúcej ocele. Nevýhodou týchto výmenníkov tepla je však to, že sú menej odolné voči agresívnym kyslým prostrediam.

Výmenníky tepla z nehrdzavejúcej ocele sa vyrábajú zváraním jednotlivých častí. Konečné náklady na takéto výmenníky tepla sú vyššie ako silumin. Lepšie však odolávajú kyslým prostrediam a zvyšujú spoľahlivosť zariadení.

Nevhodné použitie v systémoch s vysokou teplotou

Sľubovanú účinnosť 108 - 110% nie je možné vždy dosiahnuť - skutočná hodnota závisí od vykurovacieho systému. Existujú dva zásadne odlišné typy vykurovacích systémov - vysoká teplota a nízka teplota. Líšia sa teplotným rozsahom chladiva na vstupe a výstupe z generátora tepla.

V konvenčných vysokoteplotných vykurovacích systémoch je pomer teploty privádzanej vody k vratnej vode obvykle 75 až 80 ° C až 55 až 60 ° C. Systém s kondenzačným kotlom je účinný iba v režime nízkej teploty, t.j. keď je pomer vstupnej a výstupnej teploty 50 až 55 ° C až 30 až 35 ° C. Tento pomer je ideálny, ak sa vykurovanie domu vykonáva pomocou podlahového vykurovania. V opačnom prípade budete musieť na zahriatie miestnosti nainštalovať ďalšie radiátory s 2,5 až 3-násobným zvýšením úžitkovej plochy, navrhnuté pre teplotu chladiacej kvapaliny nie vyššiu ako 50 ° C.

Účinnosť kondenzačného kotla je určená predovšetkým teplotou chladiacej kvapaliny na vstupe. Toto je vysvetlené jednoducho: čím nižšia je teplota vody vo vratnom okruhu, tým intenzívnejšia kondenzácia nastane. Účinnosť kotla v nízkoteplotnom vykurovacom systéme (vstupná / výstupná teplota je približne 30/50 ° C) môže dosiahnuť týchto veľmi 108 - 110%. Ak je taký kotol vyrobený tak, aby fungoval vo vysokoteplotnom systéme (60/80 ° C), potom nedôjde ku kondenzácii a účinnosť klesne na 98 - 99% - je to viac ako konvenčné konvekčné kotly, ale menšie, ako by mohlo byť.

Preto, ak chcete získať maximálny úžitok z kondenzátora, rozhodnutie o jeho inštalácii sa musí prijať vo fáze projektovania domu. Ak si kúpite takýto kotol pre existujúci dom s existujúcim vykurovacím systémom, znamená to nevyhnutnú rekonštrukciu budovy nahradením vysokoteplotného vykurovacieho systému s radiátorom s nízkotepelným podlahovým vykurovaním (a takáto rozsiahla oprava je opäť značným nákladom a stratí sa ekonomický efekt celého podniku).

Problémy s regeneráciou kondenzátu

Použitie kondenzačného kotla zahŕňa likvidáciu kondenzátu. Okrem toho sa tento tvorí v značných množstvách - jeden liter kubického metra spáleného plynu. Napríklad: kotol s kapacitou 25 kW za hodinu spotrebuje asi 2,8 m³ plyn, t. j. len za jednu hodinu od jeho prevádzky, sa uvoľní o niečo menej ako 3 litre kondenzátu za deň - 70 litrov.

Pripomeňme, že kondenzát je roztokom kyselín, čo znamená, že otázka, kam ho umiestniť, nie je vôbec prázdna. Je dobré, ak je váš dom pripojený k centralizovanému kanalizačnému systému. Aj podľa prísnych európskych noriem si kotly s kapacitou do 28 kW nevyžadujú špeciálnu likvidáciu kondenzátu.Predpokladá sa, že také množstvo kondenzátu je dostatočne zriedené domovou odpadovou vodou, aby nedošlo k poškodeniu kanalizačných potrubí.

Čo však vlastníci súkromných domov so samostatnou kanalizáciou robia? Nie je možné naliať do septiku - prospešné (a drahé) baktérie odumrú. Nalievanie na zem je neprijateľné - dôjde k zasoleniu pôdy a časom na tomto mieste nebude rásť nič. Je mimoriadne ťažké prepravovať 70 litrov denne na likvidáciu. Existuje iba jedna cesta von - zabezpečiť vlastný systém, ktorý neutralizuje kyseliny obsiahnuté v kondenzáte. Na Západe, kde sú požiadavky na dodržiavanie environmentálnych noriem prísnejšie ako naše, sa katalyzátor po inštalácii kondenzačného kotla automaticky nakupuje.

Citlivosť na kvalitu ovzdušia

Dôležitým bodom, ktorému by ste mali venovať pozornosť, ak chcete, aby váš kotol fungoval normálne, je odstránenie spalín a prístup spaľovacieho vzduchu.

Jedným z rozdielov medzi kondenzačnými a konvekčnými kotlami je použitie uzavretej spaľovacej komory. Konvekčné kotle odvádzajú vzduch z miestnosti, kondenzačné kotly z ulice. V prvom sa používa prirodzená cirkulácia vzduchu (konvekcia) na nasýtenie zmesi vzduch-palivo kyslíkom a v druhom sa nachádza ventilátor, ktorý pumpuje vzduch do horáka. Mimochodom, odstraňovanie produktov spaľovania v nich sa vykonáva násilne. Vzduchové hmoty cirkulujú spravidla cez koaxiálny komín, ktorý je konštrukciou potrubia v potrubí. Nasávaný vzduch sa pohybuje pozdĺž vonkajšej dutiny komína, výfukové produkty spaľovania - vo vnútri.

Z toho vyplýva, že kondenzátory musia byť veľmi citlivé na kvalitu nasávaného vzduchu. Prítomnosť značného množstva prachu vo vzduchu vedie k rýchlemu opotrebeniu turbíny (ventilátora).

Pre normálnu funkciu kondenzačného kotla má veľký význam nielen čistota, ale aj vonkajšia teplota. Ak vzduch vstupuje do systému cez koaxiálnu komínovú rúrku, potom, ako to ukazuje prax, môže zamrznúť prívodný vzduchový kanál v zime, pretože teplota výfukových plynov je nízka a nie sú schopné ohriať steny komína. To vedie k zníženiu prívodu kyslíka potrebného na spaľovanie paliva, a v dôsledku toho k zníženiu účinnosti zariadenia.

Aby sa tomu zabránilo a nemusíte pravidelne ohrievať rúry, aby ste ich zbavili ľadu, výpočet systému, jeho inštalácia, uvedenie do prevádzky a konfigurácia by mali vykonávať certifikovaní servisní špecialisti. Na nastavenie parametra zodpovedného za prívod vzduchu do množstva potrebného na spaľovanie paliva v kotli s daným výkonom používajú analyzátor plynu. Bez takého špeciálneho vybavenia nie je možné dosiahnuť požadovanú účinnosť kotla. Okrem toho by sa obyvatelia oblastí s nepriaznivými klimatickými podmienkami mali pri rozhodovaní o inštalácii kondenzačného kotla usilovať o objasnenie od zástupcov výrobcu o možnosti prevádzkovať takéto zariadenie pri danom rozsahu miestnych vonkajších teplôt.