Коаксиальный газовый котел: принцип работы, правила установки, отзывы

Конденсационный котел является достаточно сложным техническим устройством, в конструкции которого необходимо учитывать как различные физические так и химические эффекты. Ниже будут рассмотрены основные моменты связанные с этими эффектами.

Конденсационный газовый котел — принцип работы

Конденсационный газовый котел произошел от самого простого газотопливного конвекционного агрегата, с самым элементарным принципом функционирования. Горючим для него выступает природный либо сжиженный газ. В момент его сгорания образуются вода и углекислый газ, высвобождая энергию в большом количестве. Теплоноситель нагревается освобождающимся теплом, циркулирует по отопительной системе жилья. При таком принципе работы КПД получается около 90%, остальные 10 через дымоход просто вылетают на улицу. Разработанный инженерами конденсационный газовый прибор позволил решить эту проблему.

В агрегате, после сжигания топлива и передачи большей части жара теплообменнику, конденсатник остужает газообразные продукты горения до 50-60°C, тем самым помогая развитию скопления воды. За счет этого увеличивается КПД, а, значит, повышается объем тепла, передающегося теплоносителю. Дополнительная энергия получается также за счет конденсации испарений воды, в обычных устройствах теряемая при улетучивании парогазовой смеси. Прибор забирает тепло, образуемое во время этой процедуры, и передает его теплоносителю. Таким образом, КПД аппарата приближается к 100%, т.к. ему под силу получить от процесса горения почти все возможное. При этом такая высокая эффективность достигается при снижении потребляемых энергоресурсов.

Конденсационный газовый котел: что это такое

Если сравнивать стандартный газовый котел с его конденсационным аналогом, то можно прийти к выводу, что их отличия заключаются не только в некоторых новшествах, а в кардинально различных принципах работы. Да, и в том и в другом случае нагрев теплоносителя происходит благодаря горению газа, но в конденсационном котле нагрев теплоносителя дополнительно еще производится с помощью отработанных газов.

Конденсационный газовый котел: что это такое

Причем система дымоудаления в данном случае производит первичный нагрев жидкости – отработанные газы, в которых в большом количестве содержится водяной пар, сначала подогревают теплоноситель, а уже потом непосредственно газ догревает его до заданной температуры. Именно благодаря всему этому и происходит экономия топлива – КПД конденсационных котлов по сравнению со стандартными агрегатами данного типа выше на 15-20%.

Конденсационный газовый котел: что это такое

Как работает такой котел? Если не вникать подробно в его конструкцию, то описать последовательность технологического цикла нагрева теплоносителя можно следующим образом.

Конденсационный газовый котел: что это такое

Все просто, но на самом деле такой подход к нагреву теплоносителя требует некоторого переоборудования котла. Во-первых, подача теплоносителя в систему отопления в таких агрегатах осуществляется в нижней части котла. Во-вторых, верхний низкотемпературный конденсационный теплообменник оснащается резервуаром для сборки конденсата. В-третьих, все эти нововведения в значительной мере увеличивают габариты котла. В принципе, со всем этим легко мириться, если такое оборудование действительно позволяет экономить газ, что и является основным достоинством котла данного типа. Но кроме него, у этого газового оборудования имеются другие достоинства.

Конденсационный газовый котел: что это такое

Принцип работы

В первую очередь нас будет интересовать принцип работы этого вида котлов. Чтобы показать, чем он отличается от обычных агрегатов, надо разобраться с особенностями функционирования последних.

Что в них происходит?

  • Газ в качестве топлива через горелку подается в камеру сгорания, где и сжигается. При этом выделенная тепловая энергия нагревает металлический теплообменник, в котором движется теплоноситель.
  • Отдавая часть тепловой энергии, топочные газы проходят в дымоход и выводятся через него на улицу.

Казалось бы, что может быть проще. Но тут есть один очень важный нюанс. Для того чтобы тяга в дымоходе была соответствующей, и в нем не образовывался и не скапливался конденсат, необходимо, чтобы температура топочных газов с 200С падала до 140С. То есть должна происходить интенсивная отдача тепловой энергии теплообменнику. Но учитывайте тот факт, что температура отводящих газов не должна быть ниже данного уровня.

Читайте также:  Отопление на отработанном масле для частного дома: как организовать

По сути, температура 140С — это достаточно серьезный потенциал, который попросту улетучивается в атмосферу. Заключенная в отводящих газах тепловая энергия не расходуется по прямому назначению. Тем более что внутри топочных газов всегда присутствуют влажные пары воздуха, которые также обладают определенным температурным потенциалом. Вот почему были изобретены конденсационные котлы, в которых все эти нюансы были собраны и использованы.

Внутри газового конденсационного котла собирается влага, которая при конденсации отдает часть энергии, используемой для нагрева дополнительного теплообменника.

Процесс горения

Рассмотрение принципа работы конденсационных котлов имеет смысл начать с того, за счет чего вообще происходит нагрев теплоносителя в данном оборудовании — горения топлива. Основные химические элементы, участвующие в процессе горения любого углеводородного топлива:

  • Углерод (С), водород (H2), сера (S) — содержатся в топливе. Содержание серы может быть достаточно высоким в дизельном или твердом топливе (дрова, уголь). Для природного газа максимальное содержание сероводорода согласно нормам составляет 20 мг/м3, фактическое обычно гораздо меньше.
  • Кислород (О2), азот (N2) — содержатся в воздухе. Так же в воздухе присутствуют другие газы, но они либо инертны, либо их процентное содержание крайне мало.

Далее будем рассматривать горение на примере простейшего углеводорода — метана (CH4). Строго говоря, данная реакция представляет собой достаточно сложную цепочку с образованием промежуточных соединений, мы приведем итоговую формулу:

CH4+2O2 ? CO2+2H2O+Q

Реакция проходит с выделением энергии и образованием углекислого газа и воды. Важным моментом здесь является то, что при недостатке кислорода в реагирующей смеси, помимо углекислого газа образуется так же угарный (СО), который даже в сравнительно малых концентрациях опасен для человека. Кроме того, при этом снижается количество получаемой энергии. Для предотвращения данного эффекта существуют определенные особенности в конструкции элементов котла, которые мы обсудим в последующем.

Другой важной группой реакций при горении метана в воздухе является окисление азота и серы:

N2+O2 = { NO | NO2 | N2O }

S+O2 = { SO2 | SO3 }

Оксиды азота NO и NO2 обычно обозначают общим наименованием NOx. При реакции с водой они образуют азотную (HNO3) и азотистую (HNO2) кислоты. При выбросе в атмосферу последние становятся одним из основных компонентов кислотных дождей. Закись азота N2O кислот не образует, но участвует в разрушении озонового слоя. Естественно, что в конструкции современных котлов предпринимаются меры для снижения данных выбросов. Мы рассмотрим эти меры при обсуждении отдельных компонентов оборудования.

Оксиды серы при реакции с водой образуют серную кислоту. Но их содержание в продуктах сгорания крайне мало, поэтому как фактор загрязнения среды они не рассматриваются. Но они могут оказывать сильное воздействие на элементы конденсационного котла.

Факторы, влияющие на производительность котла

Из вышеописанного становится понятным, что от самого котла зависит многое, но не все. Эффективность котла зависит и от некоторых параметров каждой конкретной системы отопления. Например, от температуры циркулирующей в ней воды. Чем ниже температуры прямого и обратного потока воды, тем выше степень конденсации.

Становится понятным, что наилучшим температурным режимом будет пара температур 40/30 градусов. Такой температурой обладают почти все напольные системы, а также панельные низкотемпературные системы отопления. При таких температурных режимах процесс работы котла основан на постоянной конденсации пара.

Если брать в рассмотрение радиаторные системы отопления, которые являются сейчас самыми распространенными, то в них эффективность значительно ниже, но остается высокой. Кроме того, в некоторые периоды, самые холодные, требуется максимальная температура теплоносителя. Это приводит к тому, что отходящие газы нагреваются больше чем на 50 градусов. В таком случае конденсация становится невозможной и эффективность котла резко снижается.

Схема системы отопления.

Становится понятным, что если сильно не нагревать теплоноситель, то конденсационный котел способен выдавать максимальную производительность. Такой режим работы возможен только тогда, когда само здание достаточно теплое и требуется лишь поддерживать определенный температурный режим. В свою очередь это возможно при максимальном снижении уровня тепловых потерь здания, что достигается его утеплением.

Читайте также:  Как сделать своими руками электрический котел для отопления дома

Стоит заметить и тот факт, что принцип работы котла позволяет регулировать его мгновенную мощность, то есть производительность в каждый момент времени. Однако вручную сделать это правильно достаточно сложно. Поэтому, чтобы повысить эффективность, была создана система автоматической регулировки, которая получила название погодозависимой. Принцип ее работы заключается в том, что с переменой температуры наружного воздуха, она автоматически увеличивает или уменьшает температуру теплоносителя.

Такая автоматика позволяет максимально долго удерживать температуру обратного потока ниже 50 градусов.

Стоит заметить одно большое преимущество таких котлов: при средней мощности в 24 кВт за один сезон эксплуатации образуется в среднем 1200 литров конденсата. При этом кислотность такого пара составляет примерно 3,5 единицы. Это позволяет сливать такой пар даже в систему центральной канализации. Кислотность не превышает допустимых норм при мощности ниже 50 кВт.

Производители коаксиальных котлов

Лидирующие позиции на рынке коаксиальных газовых установок разделяют между собой несколько компаний:

Baxi

Первое предприятие было основано в Англии в 1866 г. В настоящее время в состав холдинга входит 16 производственных предприятий, расположенных в 7 странах западной Европы. Основное производство сосредоточено в Италии. Производственные мощности концерна позволяют обеспечить выпуск более полумиллиона высококачественных газовых теплогенераторов, среди которых и коаксиальные установки. Продукцию предприятия отличает высокий уровень автоматизации и большие функциональные возможности.

Navien

Эта южнокорейская корпорация является одним из крупнейших производителей отопительного оборудования. Продукция предприятия пользуется спросом более чем в 30 странах мира, а в 2008 году была представлена на российском рынке. Изделия отличает высокая надежность автоматики, способной переносить значительные перепады напряжения и длительный срок эксплуатации. Выпускаемые концерном коаксиальные установки, как правило, укомплектованы оригинальным дымоходом.

Vaillant

Официально компания была зарегистрирована в 1873 г. На сегодняшний день, эта немецкая компания обладает производственными мощностями, позволяющими выпускать более 2,5 млн. отопительных устройств в год. Благодаря качеству и надежности выпускаемой продукции, теплогенераторы Vaillant успешно продаются более чем в 70 странах мира, включая РФ и страны СНГ. Особое место в модельном ряде отводится коаксиальным установкам. Эти изделия отличаются простотой эксплуатации и обслуживания, а также возможностью подключения большого количества дополнительных модулей.

Из отечественных производителей коаксиальных котлов можно отметить такие компании как Лемакс, Ростовгазаппарат, ЖМЗ и Конрод. Продукция, выпускаемая этими компаниями, полностью адаптирована к российским реалиям и отличается высокой надежностью и доступной ценой.

Выбирая коаксиальную газовую установку, будет не лишним ознакомиться с отзывами владельцев подобного оборудования.

Конструкционные особенности

Что касается конструкции кондиционного котла отопления, то она мало чем отличается от обычного газового. Тем не менее некоторые отличия все-таки присутствуют, и их роль очевидна. К ключевым элементам системы следует отнести:

  1. Камеру сгорания топлива с горелкой, вентиляционным оборудованием и элементом подачи топливной смеси.
  2. Первичный теплообменник.
  3. Камеру охлаждения смеси до температуры, равной «точке росы» (+56…+57°С).
  4. Вторичный теплообменник, в котором осуществляются конденсационные процессы.
  5. Емкость для хранения конденсата.
  6. Дымоходная труба, по которой происходит отвод холодных дымовых газов.
  7. Насос для циркуляции жидкости в системе.

Задача первичного теплообменника, соединенного с камерой сгорания, заключается в охлаждении выделяющихся газов до температуры, которая намного выше «точки росы» (по аналогичному принципу работают традиционные газовые котлы конвекционного типа). После этого смесь дыма перемещается к вторичному теплообменнику, в котором осуществляется доохлаждение до температурных показателей ниже +56°С. При этом водяной пар переходит в состояние конденсата и скапливается на стенках теплообменника, а затем собирается в специальном контейнере и стекает в канализационное отверстие.

Жидкость, которая используется в качестве теплоносителя, перемещается противоположно направлению паровой смеси. В свою очередь холодная вода проходит через конденсационный теплообменник и нагревается, а затем переходит в первичный теплообменник и становится еще более горячей.

Расчет расхода газа на однокомнатную квартиру

На обогрев 10 квадратов нужен 1 кВт мощности котла. Чтобы получить 1 кВт тепловой энергии нужно сжечь 0,1 м³ газа за час. Имею 40 квадратных метров однушки, буду пользоваться автономным отоплением впервые: 4 кВт * 0,1 м³ = 0,4 м³/час.

Читайте также:  Делаем электрический котел отопления своими руками

Примерно прикинем, что действительно холодных месяцев будет 3, и 4 межсезонных, то 90 дней котел будет маслать на полную и 120 дней вполсилы. Считаем расход газа в сутки на холодные месяцы: 4 х 0,1 х 24 ≈ 10 м³, в межсезонье ≈ 5 м³. Весь отопительный сезон:(10 х 90)+(5 х 120) = 1500 м³.

Добавим к этой цифре расход горячей воды. Моя суперэкономная семья из 2 человек использует около 2 кубов газа в месяц ГВ, в кухне пользуемся, в основном, холодной. Считаю по отопительному сезону: 2 м³ х 7 месяцев = 14 м³. На приготовление пищи уходит около 4 м³ газа, готовим чаще в мультиварке, нет газового духового шкафа:      4 м³ х 7 = 28 м³. Получаем вот такую цифру на отопительный сезон: 1500+14+28 = 1542 м³, округлю до 1600 м³, на всякий случай.

Тариф на газ в отопительный сезон (2015, Украина) составляет 3,60 грн за м³ при расходе не более 200 м³ в месяц, или $0,16. Если за месяц перейти рубеж 200 м³, остальные кубы стоят 7,19 грн. Предположительно заплачу за отопительный сезон: 1600 м³ : 7 ≈ 229 м³, (200 м³ х 3,6)+(29 м³ х 7,19) ≈ 930 грн, $40 за месяц, или 930 х 7 = 6500 грн, $280 за сезон.

Судя по расходу газа у нормальных людей (данные собирал на форумах в сети) — мои подсчеты еще довольно скромны. И это удручает. Вне льгот на отопительный сезон, а это 5 месяцев в году, тариф 7,19 за м³. Мои 6 м³ стоят 43 грн ≈ $2.

Возник вопрос — будет ли подогретая электрическим бойлером вода стоить дешевле, чем газ? Хотя-бы вне отопительного сезона? Посчитаем.

Особенности эксплуатации

Некоторые основные нюансы эксплуатации котлов конденсационного типа:

  • запрещается снижать мощность горелки ниже 10% от общей мощности, так как из-за постоянного включения и отключения она выйдет из строя намного раньше расчётного периода;
  • повышать температуру нагрева на выходе из котла выше +500С не рекомендуется, так как существенно повысится расход газа;
  • конденсат можно сливать в канализацию при условии разбавления в пропорции 10:1, а также в септик, если выполнить его нейтрализацию.

Устройство

Конструкция конденсационных котлов полностью повторяет устройство базовых конвекционных моделей. Отличием является лишь присутствие конденсационной камеры.

Она выполняет двойную функцию:

  • обеспечивает оседание водяного пара на стенках специальной емкости с выделением тепловой энергии;
  • передает тепло обратному потоку теплоносителя, действуя как своеобразный теплообменник.

Из конденсационной камеры теплоноситель сразу поступает в первичный теплообменник, где получает заданную режимом максимальную температуру.

Затем он поступает во вторичный (пластинчатый) теплообменник и способствует нагреву воды для бытовых нужд. После этого жидкость поступает в трехходовой кран, где окончательно получает нужную по условиям работы температуру путем подмешивания в горячий поток некоторого количества остывшей «обратки».

Готовый теплоноситель выводится из котла и совершает очередной круг циркуляции, после чего весь цикл повторяется снова.

Конструкция конденсационных котлов создавалась на базе обычные моделей.

Существуют разные виды, которые обладают типичными признаками:

  • одноконтурные. Выполняют только нагрев теплоносителя для отопительного контура;
  • двухконтурные. Способны совместно с подготовкой ОВ нагревать воду для бытовых потребностей.

По типу установки:

  • напольные. Устанавливаются на пол или специальную негорючую подставку. Не имеют ограничений по весу и мощности;
  • настенные. Для монтажа используются прочные несущие стены. Это накладывает ограничения по весу и мощности котла. Пределом обычно бывает 45-50 кВт.

Все конденсационные котлы имеют горелку закрытого типа, так как работа требует четкого регулирования на всех этапах и не допускает использования естественных процессов.

Они нестабильны и не могут быть основой для тонких настроек.