Принцип роботи газового конденсаційного котла? Як вибрати?

Принцип роботи газового конденсаційного котла? Як вибрати?

Конденсаційний газовий котел – це опалювальний пристрій, який використовує не тільки тепло від згоряння газу, а й додатково витягує енергію з водяної пари, що міститься у продуктах згоряння. Основна відмінність від звичайного котла полягає у здатності охолоджувати димові гази до температури нижче точки роси (близько 55-57°C), що призводить до конденсації водяної пари та вивільнення прихованої теплоти пароутворення.

При згорянні 1 м природного газу утворюється близько 1,6 кг водяної пари. У звичайному казані ця пара разом із гарячими димовими газами температурою 120-200°C просто викидається в атмосферу, забираючи з собою значну кількість тепла. Конденсаційний котел охолоджує ці гази до 40-60°C, змушуючи водяну пару конденсуватися і віддавати додаткові 2260 кДж/кг теплової енергії.

Переваги конденсаційної технології виявляються підвищення ефективності на 15-20% проти традиційними котлами. Це досягається за рахунок утилізації прихованого тепла пароутворення, яке становить близько 11% загальної теплотворної здатності природного газу. Додатково знижуються викиди оксидів азоту на 50-70% завдяки нижчій температурі згоряння.

Принцип роботи конденсаційного казана

Процес починається в камері згоряння, де природний газ поєднується з повітрям і згоряє при температурі 800-1200°C. При повному згорянні 1 м? газу утворюється близько 10 м? димових газів, що містять 18-20% водяної пари. Ці гарячі гази надходять у первинний теплообмінник, де віддають основну частину тепла теплоносія, охолоджуючись до 120-150°C.

Далі частково охолоджені гази прямують у вторинний (конденсаційний) теплообмінник. Тут відбувається ключовий процес - гази охолоджуються до температури нижче точки роси (55-57 ° C для природного газу), що викликає конденсацію водяної пари. При конденсації 1 кг пари виділяється 2260 кДж додаткової теплової енергії, що передається теплоносія.

Рух теплоносія в конденсаційному казані організовано за принципом протитечії. Холодна зворотна вода із системи опалення (температура 30-50°C) спочатку надходить у конденсаційний теплообмінник, де нагрівається за рахунок конденсації пари, а потім проходить через основний теплообмінник для остаточного нагрівання до робочої температури 60-80°C.

Конденсат, що утворюється, має слабокислу реакцію (pH 3,5-4,5) через розчинені оксиди вуглецю і сірки. Тому система відведення конденсату виготовляється з корозійностійких матеріалів – нержавіючої сталі чи спеціальних пластиків. Об'єм конденсату становить 0,15-0,20 л/год на кожен кВт потужності котла.

Конструктивні особливості конденсаційних котлів

Теплообмінники конденсаційних котлів виготовляються із спеціальних матеріалів, стійких до дії кислого конденсату. Первинний теплообмінник виконується з нержавіючої сталі марки 316L або алюмінієво-кремнієвих сплавів. Вторинний конденсаційний теплообмінник найчастіше виготовляють із нержавіючої сталі із збільшеною поверхнею теплообміну – до 3-4 м² на 1 кВт потужності проти 1-1,5 м² у звичайних котлах.

Система відведення конденсату включає дренажний піддон, сифон та трубопровід відведення. Сифон необхідний для створення гідрозатвора, що запобігає підсмоктуванню повітря в камеру згоряння. Трубопровід виконується із кислотостійкого пластику діаметром 25-32 мм з ухилом не менше 3% у бік каналізації. Перед скиданням у каналізацію конденсат рекомендується нейтралізувати спеціальними гранулами.

Пальник, що модулюється, - ще одна важлива особливість конденсаційних котлів. Вона автоматично змінює потужність від 20% до 100% номінального значення залежно від потреби в теплі. Це забезпечує оптимальний режим конденсації та максимальну ефективність. Стандартний пальник має діапазон модуляції 1:5, преміальні моделі – до 1:10.

Система управління включає погодозалежну автоматику, яка регулює температуру теплоносія залежно від зовнішньої температури. При потеплінні температура подачі знижується до 30-40°C, що сприяє глибшій конденсації та підвищенню ККД. Контролер безперервно аналізує параметри роботи та оптимізує режим горіння для досягнення максимальної конденсації.

ККД та економічність конденсаційних котлів

Коефіцієнт корисної дії конденсаційних котлів розраховується за нижчою теплотворною здатністю газу і може перевищувати 100%, досягаючи 105-109%. Це не порушує законів фізики – просто не враховується прихована теплота пароутворення, яку утилізує конденсаційний котел. За вищою теплотворною здатністю ККД становить 95-98%, що на 15-20% вище за звичайні котли з ККД 80-85%.

Реальна економія газу залежить від температурного режиму опалення. При високотемпературному режимі (80/60°C подача/обертання) економія становить 8-12%, при низькотемпературному (50/30°C) – 15-20%. Максимальна ефективність досягається в системах теплої підлоги, де температура води не перевищує 30-35°C, забезпечуючи глибоку конденсацію.

Для приватного будинку площею 150 м² із споживанням 2000 м³ газу на рік конденсаційний котел може заощадити 300-400 м³ газу. За вартості газу 7,5 грн/м³ річна економія становитиме 2250-3000 грн. Враховуючи різницю у вартості між конденсаційним та звичайним котлом у 15000-25000 грн, термін окупності становить 5-8 років.

Максимальна ефективність конденсаційного котла досягається при дотриманні певних умов:

• Температура зворотної води не вище 50-55 ° C
• Низькотемпературні опалювальні прилади (тепла підлога, фанкойли)
• Правильно підібрана потужність котла
• Якісна теплоізоляція будівлі

При температурі зворотної води вище 60°C конденсація практично припиняється і котел працює як звичайний конвекційний, втрачаючи свої переваги.

Критерії вибору конденсаційного казана

Розрахунок необхідної потужності починається з визначення тепловтрат будівлі. Для утепленого будинку потрібно 60-80 Вт/м², для середньоутепленого - 80-120 Вт/м², для старих будинків без утеплення - 120-200 Вт/м². Будинок площею 150 м² з якісним утепленням вимагатиме котел потужністю 9-12 кВт, без утеплення – 18-30 кВт. До розрахункової потужності додають 15-20% запас покриття пікових навантажень.

Наступним кроком визначають тип котла за кількістю контурів. Одноконтурні моделі працюють лише на опалення та вимагають окремого бойлера для гарячої води. Їх ККД вищий на 2-3% через оптимізацію під одне завдання. Двоконтурні котли забезпечують і опалення, і гаряче водопостачання, але мають обмеження продуктивності ГВП – зазвичай 10-15 л/хв при нагріванні на 30°C.

Вибір між підлоговим та настінним виконанням залежить від потужності та умов установки. Настінні моделі випускаються потужністю до 40-50 кВт, відрізняються компактністю та вбудованою обв'язкою (насос, розширювальний бак, група безпеки). Котли підлоги можуть мати потужність до 100-200 кВт, але вимагають окремого приміщення і додаткового обладнання.

Матеріал теплообмінника впливає на довговічність та вартість. Нержавіюча сталь служить 15-20 років, але підвищує ціну на 20-30%. Алюмінієві сплави дешевші, але менш довговічні – 10-12 років. Чавунні теплообмінники в конденсаційних казанах не застосовуються через чутливість до кислого конденсату.

Технічні характеристики при виборі

1. Діапазон модуляції потужності визначає здатність котла підлаштовуватись під поточну потребу в теплі. Стандартні моделі мають діапазон 1:4 (наприклад, 6-24 кВт), преміальні – 1:8 чи 1:10. Широкий діапазон модуляції забезпечує більш стабільну температуру в приміщенні та знижує частоту включень-вимкнень котла, продовжуючи термін служби компонентів.
2. Температурний режим роботи впливає ефективність конденсації. Котли з низькотемпературним режимом (30-60 ° C) показують максимальний ККД у системах теплої підлоги. Високотемпературні моделі (50-80 ° C) підходять для радіаторних систем, але з меншою ефективністю конденсації. Сучасні казани автоматично адаптують температуру під тип опалювальної системи.
3. Важливо врахувати тиск у системі опалення. Більшість настінних котлів розраховані на максимальний тиск 3 бар, підлогових – до 6 бар. Для багатоповерхових будинків або систем з великою довжиною може знадобитися казан з підвищеним робочим тиском. Мінімальний тиск для запуску зазвичай становить 08-10 бар.
4. Вимоги до димаря відрізняються від звичайних котлів. Температура димових газів становить 40-60 ° C проти 120-200 ° C у конвекційних котлів, тому підходять димарі з пластику або нержавіючої сталі. Цегляні димарі вимагають гільзування кислотостійкою трубою. Довжина горизонтальної ділянки коаксіального димаря може досягати 10-15 м проти 3-5 м у звичайних котлів.

Особливості встановлення та підключення

Приміщення котельні для конденсаційного котла повинне відповідати певним вимогам. Мінімальний об'єм приміщення становить 15 м3 для котлів до 30 кВт, 0,2 м3 на кожен кВт понад 30 кВт. Температура повітря повинна бути не нижче +5°C і не вище +35°C. Обов'язковою є наявність вентиляції з припливом повітря з розрахунку 8 см² на 1 кВт потужності котла.

Система відведення конденсату потребує підключення до каналізації. Трубопровід прокладають з ухилом 2-3% із кислотостійкого пластику діаметром 25-32 мм. Перед підключенням до каналізації встановлюють нейтралізатор конденсату з гранулами карбонату кальцію, який підвищує pH від 3,5-4,5 до 6,5-8,5. Об'єм нейтралізатора розраховують, виходячи з 0,5 кг гранул на 1 кВт потужності котла.

Підключення до димоходу здійснюється коаксіальними трубами діаметром 60/100 або 80/125 мм. Внутрішня труба відводить димові гази, зовнішня повітря подає для горіння. Це виключає забір повітря з приміщення та підвищує безпеку. Максимальна довжина коаксіального димаря становить 25-30 м з урахуванням поворотних елементів (кожен поворот на 90 ° еквівалентний 1 м прямої ділянки).

Налаштування параметрів роботи включає програмування контролера під конкретну систему опалення. Встановлюють температурну криву залежно від типу опалювальних приладів: теплої підлоги 30-45°C, для радіаторів 60-75°C. Налаштовують параметри модуляції, час антициклування (5-10 хвилин) та захисні функції. Правильне налаштування забезпечує ККД на рівні 105-108%.