Конденсационные котлы своими руками

Конденсационный котел принцип работы

Принцип работы конденсационного котла

Работа конденсационного котла основана на принципе сжигания топлива и процессах конденсации.

При сжигании углеводородов в ходе химической реакции образуется вода и углекислый газ. Жидкость в высокотемпературной среде за малый интервал времени превращается в пар, расходуя тепловую энергию, которую можно вернуть, превратив пар в воду.

Сложность в создании такой системы заключалась в выделении токсичных веществ при сгорании газа, которые создавали химически-активные соединения, вызывающие коррозионные процессы, а также углекислого газа.

После разработки нержавеющих сталей, способных эксплуатироваться в такой среде, данные проблемы перестали быть существенными.

Работа конденсационного котла поэтапно выглядит следующим образом:

1. Подаётся в котёл вода.
2. В камеру сгорания подаётся газ, разжигается огонь.
3. В процессе горения выделяется тепловая энергия, передаваемая к теплообменнику газовым способом и нагревающая его и воду, которая в нём циркулирует.
4. Газ с температурой выше точки росы переходит во второй теплообменник, в котором его охлаждает циркулирующая вода с более низкой температурой.
5. При достижении газом температуры точки росы происходит передача высвободившейся тепловой энергии пара к жидкости.

Принцип работы конденсационного котла

Теплообменник конденсационного котла разработан таким образом, чтобы обеспечить максимальную площадь контакта газа и охлаждающей жидкости для повышения эффективности работы. Его конфигурация также оказывает значительное влияние на КПД.

Зависимость объёма конденсированной влаги от режима работа котла следующая: чем ниже температура воды в возвратном контуре, тем выше конденсация. Однако при этом температура должна быть на уровне до +500С. В противном случае конденсационный котёл заработает в режиме обычного газового и таким образом его экономичность снизится до 5%.

Для сравнения: при температуре жидкости +400С в контуре прямой подачи и +300С в обратном, КПД конденсационного котла составит 108%, а при 900С и 750С соответственно – 98%.

При эксплуатации котлов необходимо соблюдать рабочие режимы, а также при выборе подходящей модели следует подбирать его оптимальную мощность нагрева.

Тот факт, что котел замкнутый, делает его также безопасным. Дополнительный корпус отделяет от паров и защищает от отравления угарным газом. Уже сам вид плотно «бронированного» котла позволяет чувствовать себя с ним более уверенно и комфортно

Кроме того, приток воздуха в этом типе котлов является более эффективным, так как он автоматизирован и работе датчику выхлопа не помешает любое, даже случайное вмешательство неосторожного члена семьи.

Особенности и принцип работы

Описываемые устройства способны обеспечивать тепловой энергией вспомогательные ветки – например, «теплый пол». Более того, их эксплуатационный срок вдвое больше, чем у обычных моделей, а конфигурационный и производительный диапазоны в разы шире.

Мощность котлов напрямую зависит от типа установки:

• если прибор напольный, то до 35-ти киловатт;
• если навесной, то до 100 киловатт.

Главным элементом является теплообменник. В традиционных моделях он один, в то время как в конденсационных – два.

Более того, они могут быть:

• совмещенными (на две ступени);
• раздельными.

В данном случае первый теплообменник функционирует таким же образом, как в обычных отопительных приборах. Тепловая энергия, образуемая посредством сжигания газа, нагревает поверхность обменника, проходя через него, и рабочую жидкость, двигающуюся по его внутренним полостям. К слову, температура этого первого теплообменника никогда не падает ниже той самой точки росы. А вот второй теплообменник прогревается теми же газами, но рабочая жидкость, идущая по нему, поступает уже из «обратки».

Принцип работы конденсационного котла

• Вода поступает в устройство, газ начинает подаваться в камеру сгорания. Там он поджигается системой розжига.
• При сгорании топливо образуются продукты горения с высокой температурой. Они проходят через первый теплообменник и нагревают его стенки. А стенки, в свою очередь, отдают тепло циркулирующей по теплообменнику воде.
• Далее эти газы с температурой выше точки росы выходят из теплообменника№1 и попадают в теплообменник №2.
• В теплообменнике №2 с помощью циркулирующей по нему воды из системы отопления газы охлаждаются.
• Когда их температура сравняется с температурой точки росы (при ней и осуществляется возникновение конденсата), то жидкости, которая поступает в оборудование для нагрева, передается высвобожденная энергия водяного пара. А высвободилась она при конденсации.

Каскадная схема монтажа

Если необходимо обогреть помещение большой площади (коттедж, особняк на несколько этажей, производственно помещение) используют каскадную схему монтажа.

Её суть в том, что для обеспечения максимальной эффективности и экономности отопительной системы последовательно подключают несколько котлов низкой мощности.

Такой приём позволяет в несколько раз повысить производительность всей системы или значительно снизить расходы на топливо.

Регулировка всех приборов выполняется при помощи специального устройства, которое подключается ко всем котлам.

Каскад из конденсационных котлов – выгодное решение для больших площадей. Для управления системой подключается оборудование, в которое встроены датчики температуры и регуляторы подачи топлива. Это устройство предупреждает холостую работу котлов, выравнивает мощность, обеспечивая правильное распределение температуры в помещениях.

Практическое применение

Выбор системы отопления – теплый пол или радиаторное отопление – также влияет на экономичность конденсационной установки.

Для отопительных систем с радиаторами часто принимают расчетную зимнюю температуру в подающей линии 70 °С и 50 °С – в обратной линии.

Решающей для создания условий конденсации является температура обратной воды. Она должна быть как можно ниже температуры точки росы. Даже если расчетная зимняя температура составляет -20 °с , температура обратной воды как раз достигнет температуры точки росы. Таким образом, конденсационный котел весь год работает в области конденсации.

Чем ниже становится температура воды в обратной линии при уменьшении нагрузки, тем выше становится степень конденсации в конденсационном котле. Здесь необходимо отметить, что в течение отопительного сезона имеют место наружные температуры, превышающие расчетную зимнюю, поэтому обеспечиваются условия высокоэффективной эксплуатации конденсационного котла. Если вместо радиаторного отопления применяют систему теплого пола с температурой подачи 40 °С и температурой в обратной линии 30 °С , полнота конденсации становится еще выше. В результате в течение всего отопительного сезона температура обратной воды существенно ниже температуры точки росы. Условия работы конденсационного котла становятся оптимальными, и он работает еще более эффективно.

Устройство конденсационного отопительного прибора

Конструкция конденсационного котла хоть не существенно, но разнится с простым газовым прибором.

Его важнейшие элементы следующие:

1. Первичный теплообменник.
2. Оборудованная системой, подающей топливо, горелкой и качающим воздух вентилятором камера сгорания.
3. Конденсационный теплообменник.
4. Камера, доохлаждающая парогазовую смесь до 56-57°C.
5. Сборник для конденсата.
6. Дымоход, отводящий холодные дымовые газы.
7. Насос для круговращения воды по системе.

В первичном теплообменнике, который связан с камерой сгорания, выделяемые газы подвергаются охлаждению до температуры, превышающей точку росы. После этого дымовая смесь следует к конденсационному теплообменнику, где доохлождается менее чем до 56°C. На стенках теплообменника накапливается пар, отдавая при этом последнее тепло. Конденсат набирается в резервуар, из которого сливается по трубе в канализацию. Теплоноситель-вода перемещается противоположно парогазовой смеси. Холодная она сначала прогревается в конденсационном теплообменнике, а затем следует в первичный теплообменник, где греется до желаемой потребителем температуры.

Сами котлы изготавливают из нержавейки и силумина, теплообменник делается литым, ведь конденсат представляет собой смесь разведенных неорганических кислот. Такие материалы позволяют продлить срок службы прибора, а отсутствие швов – предотвратить коррозию. Чтобы избежать разрушения дымохода попадающим на него незначительным количеством конденсата, его производят из пластика или кислотостойкой нержавейки.

Регулировать подачу тепла в разное время на протяжении суток помогает горелка. Она может быть моделируемой (позволяет постепенно изменять мощность в процессе работы) или немоделируемой (с установленным значением), при этом частота включения горелки подстраивает прибор под требуемые параметры. В лучших конденсационных чаще монтируют моделируемые горелки.

Современные проектные решения

Естественно, что применение конденсационных котлов предоставляет дополнительные возможности с точки зрения применяемых конструктивных и теплотехнических решений при проектировании котельных. Однако для реализации этих возможностей необходимо выполнить ряд дополнительных требований.

При этом стоит отметить, что большая часть этих требований позволяет так же увеличить эффективность работы котельных с применением неконденсационных котлов, но именно применение конденсационной техники раскрывает возможности в полной мере. То есть ориентировка на применение современного оборудования позволяет повысить уровень проектных решений в целом. Максимальная эффективность от современных проектных решений является отличным преимуществом конденсационных котлов.

Устройство основных узлов конденсационного котла

С конструкционной точки зрения конденсационный котел не сильно, но все же отличается от обычного газового.

Его основными элементами являются:

• камера сгорания, оснащенная горелкой, системой подачи топлива и вентилятором для нагнетания воздуха;
• теплообменник № 1 (первичный теплообменник);
• камера доохлождения парогазовой смеси до температуры, максимально приближенной к 56-57°C;
• теплообменник № 2 (конденсационный теплообменник);
• резервуар для сбора конденсата;
• дымоход для отведения холодных дымовых газов;
• насос, обеспечивающий циркуляцию воды в системе.

В первичном теплообменнике, сопряженном с камерой сгорания, выделяющиеся газы охлаждаются до температуры, существенно превышающей точку росы (собственно, так и выглядят обычные конвекционные газовые котлы). Затем дымовая смесь принудительно направляется к конденсационному теплообменнику, где происходит ее доохлаждение до температуры ниже точки росы, т. е. ниже 56°C. При этом 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. Холодная вода (обратная вода системы отопления) предварительно подогревается в конденсационном теплообменнике. Затем она поступает в первичный теплообменник, где нагревается до более высокой температуры, заданной пользователем.

Конденсат – увы, не чистая водичка, как полагают многие, 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. Именно поэтому при производстве подобных котлов (и в первую очередь конденсационных теплообменников) используют кислотостойкие материалы – нержавеющую сталь или силумин (алюминиево-кремниевый сплав). Теплообменник, как правило, делают литым, поскольку сварные швы являются уязвимым местом – именно там в первую очередь начинается процесс коррозионного разрушения материала.

Конденсироваться пар должен именно на конденсационном теплообменнике. Все, что прошло дальше, в дымоход, с одной стороны, потеряно для отопления, с другой – разрушающе действует на материал дымохода. Именно в силу последней причины 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

Следует принять во внимание, что дымовые газы, выходящие из конденсатника, сильно охлаждены, и все, что не сконденсировалось в котле, обязательно сконденсируется в дымоходе

В разное время суток от отопительного 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.

Источник

Конденсационные котлы отопления и их особенности

В последнее время владельцы домов и коттеджей при выборе отопительного оборудования все чаще отдают предпочтение газовым конденсационным котлам. Эти устройства отличаются высокой эффективностью и экономичностью, а также обладают другими некоторыми достоинствами. Ниже мы подробней ознакомимся с устройством и особенностью этих аппаратов.

Принцип работы

Как известно, обычные газовые котлы не полностью используют потенциал энергоносителя, т.е. газа, поэтому их КПД в лучшем случае составляет не более 80 процентов. Связано это с тем, что часть энергии просто выбрасывается через дымоход наружу.

Однако, не так давно в газовые котлы была внедрена технология, которая позволяет увеличить КПД свыше 100 процентов. Суть этого процесса заключается в следующем – так как горючая смесь в своем составе содержит некоторое количество пара, при сжигании, часть тепла уходит с этим паром, так вот, чтобы не допустить его потерю, осуществляется конденсация этого пара.

Данный процесс позволяет использовать образовавшуюся горячую воду для обогрева теплоносителя. Отсюда и такое название котлов. Процесс конденсации происходит в теплообменнике, который немного крупней, чем в обычном газовом котле.

Схема устройства конденсационного котла

Тепло, образовавшееся при полном сгорании топливной единицы, с учетом высвобождающегося путем конденсации пара, называется «высшей» теплотой сгорания. Соответственно, «низшей» теплотой сгорания называется тепло, образовавшееся в результате сгорания топлива без конденсации.

Как уже было сказано выше, конденсационные газовые котлы отопления были придуманы не так давно, однако, технология конденсации была придумана более 100 лет назад. Такое запоздалое ее применение отчасти связано с тем, что только в наше время технологический прогресс позволил применять доступные сплавы, которые не подвержены коррозии, а также реализовать другие конструктивные решения.

Особенности конденсационных котлов

Достоинства

Вследствие более высокого КПД, чем у обычных газовых котлов, конденсационные аппараты более экономичные (примерно на 15-20 процентов).

Кроме того, они обладают и другими многими достоинствами, которые приведены ниже:

• Оснащаются более совершенными горелками, которые предотвращают неполное сгорание топлива.
• С отработанными газами выделяется значительно меньше вредных веществ. Кроме того, температура отходящих газов редко превышает 40 градусов.

Благодаря этому для таких котлов можно использовать пластиковый дымоход и тем самым сэкономить на устройстве данной конструкции. Единственное, следует иметь в виду, что для этих целей подойдет не каждый пластик. Поэтому необходимо использовать специальные трубы.

• Как правило, производители этих аппаратов уделяют особое внимание их дизайну. В результате котлы привлекательно смотрятся, кроме того, не составит труда подобрать модель, которая хорошо впишется в интерьер помещения.

Привлекательный и необычный дизайн является отличительной особенностью этих котлов

• Возможность настройки минимальной температуры теплоносителя до 30 градусов. Правда, такой низкий предел редко когда требуется.
• Гораздо больший срок службы, чем у обычных аппаратов при тех же нагрузках. Связано это в первую очередь с применением самых передовых технологий при изготовлении этих устройств.
• Бесшумность при работе.
• Простая инструкция по эксплуатации.

В результате этих достоинств такие аппараты нашли особое применение на западе, в частности в Германии, согласно статистике, более 30 процентов всех газовых котлов именно конденсационные. А в некоторых странах использование обычных газовых аппаратов даже запрещено.

Постепенно такие котлы становятся популярными и в нашей стране.

Схема КПД отопительного прибора

Недостатки

Конечно, наряду с достоинствами, как и любое другое оборудование для отопления, эти устройства имеют некоторые свои недостатки:

• Высокая цена – конденсационные аппараты стоят как минимум в два раза дороже, чем традиционные приборы.
• Требуют особого расчета отопительной системы под более низкую температуру теплоносителя (не более 70 градусов). Потребность в более низкой температуре внутри системы продиктована необходимостью конденсации.
• Потребность в обустройстве специального водовода для отвода скопившейся жидкости наружу. При постоянной работе котла объем жидкости может достигать 30 литров в день. Чаще всего вода отводится в общую канализационную систему.
• Для установки и обслуживания этого оборудования требуется профессиональный персонал.
• Потребность в электричестве, что свойственно практически всем современным газовым котлам.

Коаксиальная пластиковая труба для дымохода газового котла

Особенности конструкции

Одной из основных отличительных особенностей конденсационных котлов является теплообменник. Его изготавливают в форме трубок со сложным сечением, что необходимо для увеличения объема конструкции и, как следствие, повышения эффективности работы аппарата.

Кроме того, отличается и материал теплообменника, который, как уже было сказано выше, обладает хорошей устойчивостью к негативным воздействиям различных кислот. Чаще всего таким материалом служит силумин или нержавеющая сталь. Связано это с тем, что эффективное образование конденсата происходит как раз благодаря высокой кислотности, которая вызывает коррозию многих металлов.

Перед горелкой обязательно устанавливается вентилятор, задача которого состоит в засасывании газа из газопровода и смешивании его с воздухом. После этого горючая смесь направляется в горелку.

Горелка конденсационного котла

Всеми процессами работы устройства управляет электроника, в том числе она оптимизирует его мощность, в результате чего снижается расход газа и электричества (потребляемого насосом).

Обратите внимание! Эффективность работы аппарата зависит во многом от параметров отопительной системы. К примеру, при низкой температуре теплоносителя конденсация будет происходить более эффективно, поэтому в обратном контуре температура воды не должна превышать 60 градусов по Цельсию. В этом случае и КПД котла будет значительно выше.

Следует отметить, что изначально конденсационные котлы изготавливались как двухконтурные, однако, в настоящее время существуют и одноконтурные модели. Они не способны обеспечить в доме горячее водоснабжение, но зато стоят немного дешевле.

Кроме того, все существующие устройства различаются по способу монтажа:

Напольные	Представляют собой агрегаты мощностью 100-120 кВт. Применяются для обогрева офисных и производственных помещений.
Настенные	Аппараты мощностью 30-40 кВт – применяются в автономных системах отопления домов и квартир.

Совет! Для обеспечения горячего водоснабжения, можно подключить бойлер к одноконтурному котлу.

На фото – настенный конденсационный котел

Для подключения этих аппаратов можно приобрести специальные комплекты, в перечень которых входят:

• Расширительные баки;
• Предохранительные устройства;
• Комплекты трубной обвязки;
• Системы для отвода продуктов горения и пр.

Правда, в любом случае установить устройство своими руками не получится, поэтому все работы должны выполнять квалифицированные специалисты.

Вот, собственно, и все основные особенности газовых котлов нового поколения.

Вывод

Как мы выяснили, конденсационные котлы обладают рядом достоинств, и основное из них – это экономия топлива, которая снижает расходы на отопление. Правда, в нашей стране эти устройства еще не сильно распространены, что связано с их высокой стоимостью. Но это, как говорится, дело времени.

Из видео в данной статье можно получить дополнительную информацию по этой теме.

Источник