Конденсационные котлы

В 70-80-х годах прошлого столетия в Западной Европе повышение стоимости основного энергоносителя – газа привело к разработке, широкому внедрению новых технологий и массовому выпуску котельного оборудования, использующего максимальное количество энергии, выделяющегося при горении топлива. Были разработаны отопительные котлы, конструкция которых позволяет дополнительно получать энергию за счет принудительной конденсации водяных паров, образующихся из продуктов горения природного газа, при эксплуатации котлов при низких температурах теплоносителя. Такие котлы получили название конденсационные – по использующейся в них технологии.

КПД обычного газового конвекционного котла составляет ≈90%. Это не плохо, но люди всегда стремились максимально приблизить этот показатель к 100%. В связи с этим встает вопрос: куда же деваются остальные 10%? Ответ однозначен – вылетают в трубу. Продукты сгорания газа, покидающие систему через дымоход, разогреты до очень высокой температуры (120-150°C) и потерянные нами 10% энергии расходуются на обогрев воздуха за пределами дома.

Принцип работы конвекционного котла следующий. В первичном теплообменнике, который сопряжен с камерой сгорания, выделяющиеся газы охлаждаются до температуры, существенно превышающей точку росы. Затем дымовая смесь принудительно направляется к конденсационному теплообменнику, где происходит ее доохлаждение до температуры ниже точки росы, т. е. ниже 56°C. Водяной пар конденсируется на стенках теплообменника, «отдавая последнее», конденсат собирается в специальном резервуаре, откуда по отводящей трубе стекает в канализацию. Вода, выполняющая роль теплоносителя, движется в направлении, противоположном движению парогазовой смеси. Обратная холодная вода системы отопления предварительно подогревается в конденсационном теплообменнике. Затем она поступает в первичный теплообменник, где нагревается до более высокой температуры, заданной пользователем.

Оценивая КПД отопительных котлов, подсчитывают, какая часть выделившегося тепла передана теплоносителю. Тепло, «отбираемое» в обычном котле, и тепло от глубокого охлаждения дымовых газов дадут в сумме 100% КПД. Но если добавить сюда еще и тепло, выделившееся при конденсации пара, мы получим ≈108-110%, но это, с точки зрения физики, не совсем верно. При расчете КПД нужно учитывать не выделившееся тепло, а полную энергию, высвободившуюся в процессе горения смеси углеводородов. Сюда войдет и энергия, затраченная на перевод воды в газообразное состояние и выделившаяся в дальнейшем в процессе конденсации. Из этого следует, что коэффициент полезного действия, превышающий 100%, это всего лишь хитрый ход маркетологов, использующих несовершенство устаревшей формулы расчета.

Тем не менее, следует признать, что конденсационному котлу удается «выжать» из процесса сгорания топлива почти все и положительные моменты очевидны – более высокая эффективность и снижение потребления ископаемых ресурсов (газа).

Конденсат – это не чистая водичка, а смесь разбавленных неорганических кислот. Концентрация кислот в конденсате невелика, но с учетом того, что температура в системе всегда повышенная, его можно считать агрессивной жидкостью. При производстве конденсационных теплообменников используют кислотостойкие материалы – нержавеющую сталь или силумин (алюминиево-кремниевый сплав).

Конденсироваться пар должен именно на конденсационном теплообменнике. Все, что прошло дальше в дымоход, потеряно для отопления и разрушающе действует на материал дымохода. Поэтому дымоход изготавливают из кислотостойкой нержавеющей стали или пластика, а горизонтальным его участкам придают небольшой уклон, чтобы вода, образовавшаяся при конденсации незначительных количеств пара, все же попавших в дымоход, сливалась обратно, в котел.

В разное время суток и в разные периоды отопительного сезона от котла требуется разное количество тепла, регулировать которое можно с помощью горелки. Горелка у конденсационного котла может быть либо модулируемой, т.е. с возможностью плавного изменения мощности в процессе работы, либо немоделируемой – с фиксированной мощностью. В последнем случае котел подстраивается под требования хозяина путем изменения частоты включения горелки. На большинстве современных котлов, предназначенных для отопления частных домов, устанавливают моделируемые горелки.

* * *

Перечень достоинств конденсационного котла внушителен и это объясняет растущую популярность этого вида отопительного оборудования:

• Экономия топлива по сравнению с обычным конвекционным котлом может достигать 35%. Расход топлива напрямую зависит от мощности оборудования. Для обогрева дома площадью 250 м² достаточно будет 28-киловаттного конденсационного котла с максимальным расходом газа 2.85 м³/ч. Классический котел той же мощности будет потреблять 3.25 м³/ч. При условии, что котел эксплуатируется шесть месяцев из двенадцати, в год вы будете экономить около 3000 руб. (при существующих ценах на магистральный газ для российских потребителей). Такую экономию нельзя назвать значительной, но для среднего европейского потребителя, которому природный газ обходится в четыре-пять (а то и больше) раз дороже, сумма экономии составит уже около 300 евро, а за это стоит побороться. Существенная экономия будет также и для пользователей сжиженного газа, так как цена на него выше, чем на природный газ.
• Сокращение вредных выбросов при переходе от традиционных газовых моделей к конденсационным оценивается в среднем в 70%. При сгорании органического топлива, имеющего в своем составе примеси соединений серы, фосфора, азота и других элементов, образуются соответствующие оксиды, которые, соединяясь с водой, дают кислоты. У обычных конвекционных котлов пары воды с примесью кислот (угольной, серной, азотной, фосфорной) выбрасываются в атмосферу. В конденсационных котлах этого недостатка нет: кислоты остаются в конденсате и позже нейтрализуются. В связи с высокой экологичностью конденсационных котлов по сравнению с традиционными котлами в некоторых странах Западной Европы использование последних законодательно запрещена.
• Низкая температура отходящих газов дает возможность устанавливать пластиковые дымоходы, которые значительно дешевле, чем классические стальные.
• Низкий уровень шума повышает уровень комфорта проживающих в доме людей.

* * *

Несмотря на массу плюсов, у конденсационных котлов есть и весомые недостатки. Некоторые из них заставляют потребителей отказаться от своего выбора и искать другие варианты:

• Высокая стоимость оборудования.

За дополнительные проценты тепловой энергии приходится немало платить. Технически конденсационный котел сложнее, а потому и стоит дороже. Стоимость хорошего бытового конденсационного котла от известного производителя превышает стоимость классического агрегата такой же мощности практически в 2 раза. Приобретается же подобное оборудование не на одно десятилетие и, значит, имеет смысл отдать предпочтение инновационным технологиям, повышающим комфорт эксплуатации.

• Низкий тепловой потенциал при эксплуатации в высокотемпературных системах.

Газовые конденсационные котлы могут эксплуатироваться с любой системой отопления. Однако, используемая доля конденсационного тепла и общий КПД использования топлива зависят от проектирования, т.е. выбора параметров теплоносителя системы отопления. Оптимальное использование высшей удельной теплоты сгорания обеспечивается при наиболее низком температурном графике 50/30°С (например, напольное отопление). Но, даже в существующих отопительных установках с расчетными температурами 90/70°С и изменяющейся температурой котловой воды в зависимости от наружной температуры, примерно в течении 80% продолжительности отопительного периода можно использовать тепло конденсации. Для высокотемпературной системы обязательна установка погодозависимого регулятора вместе с конденсационным котлом и программирование отопительных контуров по температуре наружного воздуха.

• Сложности утилизации конденсата.

Использование конденсационного котла предполагает утилизацию конденсата. Конденсат – это раствор кислот и вопрос о том, куда его девать, вовсе не праздный. Если ваш дом подключен к централизованной системе канализации, то, даже по строгим европейским нормам, котлам мощностью до 28 кВт специальной утилизации конденсата не требуется. Предполагается, что такое количество конденсата достаточно разбавляется бытовыми стоками, чтобы не нанести вреда канализационным трубам.

Владельцам частных домов с автономной канализацией необходимо предусмотреть собственную отдельную систему для нейтрализации кислот, содержащихся в конденсате. Выливать в септик нельзя – погибнут полезные (и дорогие) бактерии. Сливать на грунт недопустимо – произойдет засоление почвы, и со временем в этом месте ничего не будет расти. На Западе, где требования к соблюдению экологических стандартов более жесткие, чем у нас, при установке конденсационного котла автоматически приобретается каталитический нейтрализатор.

• Высокая чувствительность к качеству забираемого воздуха.

В конденсационных котлах используются камеры сгорания закрытого типа, при котором забор воздуха для горения забирается с улицы. Отвод продуктов сгорания в них осуществляется принудительно. Циркулируют воздушные массы, как правило, по коаксиальному дымоходу, представляющему собой конструкцию типа «труба в трубе». Из этого следует, что конденсационные котлы должны быть очень чувствительны к качеству забираемого воздуха. Наличие заметного количества пыли в воздухе приводит к быстрому износу турбины (вентилятора).

* * *

Ежегодно число устанавливаемых в России конденсационных котлов заметно растет. Популярностью пользуются, безусловно, настенные модели.

При установке конденсационных котлов специалисты Группы Компаний «Гидрокомплект» отдают предпочтение настенным конденсационным котлам ведущих немецких производителей «Viessmann» и «Buderus». Это оборудование эффективно в работе и удобно в эксплуатации, отвечает европейским экологическим стандартам, изготовлено из материалов высокого качества. Котлы этих брендов обладают множеством полезных функций, существенно повышающих уровень комфорта при их эксплуатации: программирование режимов работы (например, поддержание температуры в помещении на минимальном уровне в отсутствие хозяев или небольшое снижение температуры в ночное время), погодозависимое регулирование, интеллектуальное взаимодействие с другими теплогенераторами, удаленное управление с помощью специальной программы на мобильном телефоне и т.д. Единственный минус – высокая цена.

Основным отличием конденсационных котлов марок «Viessmann» и «Buderus» является материал из которого выполнен вторичный (конденсационный) теплообменник. При производстве конденсационных теплообменников в обоих случаях используют кислотостойкие материалы, но в котлах «Viessmann» – нержавеющую сталь, а в котлах «Buderus» – силумин (алюминиево-кремниевый сплав).

Теплообменник – технически сложный и дорогой элемент. В случае выхода его из строя вы, за те деньги, которые потратите на покупку нового теплообменника и на оплату работы по его замене, легко можете приобрести новый конвекционный котел той же мощности.

Из этого следует, что необходимо тщательно следить за состоянием теплообменника. Промыть его, когда он забьется, будет крайне сложно. Устанавливая конденсационный котел, необходимо провести ревизию всей системы отопления – в ней не должно быть ржавых труб и радиаторов. Сохранность теплообменника зависит и от качества используемого теплоносителя. Вода должна быть мягкой, иначе трубки быстро зарастут изнутри накипью. Наличие в воде ржавчины, посторонних взвесей, солей кальция и железа недопустимо.

Теплообменник из силумина производят методом литья. Благодаря более низкой стоимости материала и технологии производства эти теплообменники стоят дешевле, по сравнению с теплообменниками из нержавеющей стали. Но есть у данных теплообменников и недостаток - они менее устойчивы к агрессивной кислотной среде.

Теплообменники из нержавеющей стали производятся путем сваривания отдельных деталей. Конечная стоимость таких теплообменников выше чем силуминовых и, следовательно, котлы с теплообменниками из нержавеющей стали стоят дороже. Однако они лучше противостоят кислотной среде и добавляют надежности оборудованию.

Производитель котлов «Buderus» дает гарантию на свои конденсационные котлы 24 месяца со дня пуска оборудования в эксплуатацию и гарантирует, что при условии выполнения ежегодного сервисного обслуживания, эти котлы безотказно проработают в течение 15-20 лет.

Производитель котлов «Viessmann» дает гарантию на свои конденсационные котлы также 24 месяца со дня пуска оборудования в эксплуатацию, а на свои теплообменники из нержавеющей стали (самая дорогостоящая деталь котла) дает дополнительную заводскую гарантию – 10 лет.