Установка конденсационного газового котла

Установка конденсационного газового котла - opechkah.ru

Газовое отопление, несмотря на все аргументы скептиков, еще очень долго будет лидировать среди всех остальных. И это происходит не только благодаря цене на этот вид топлива. Очень большое значение имеет и удобство пользования им, и возможность реализации полной автоматизации. Конечно, инженерная наука всегда старалась «выжать» из сгорающего газа максимум энергии и, надо отметить, что это ей во многом удалось. Коэффициент полезного действия (КПД) современных газовых котлов давно переступил рубеж в 90% и на этом специалисты не намерены останавливаться. Несмотря на то, что в России газ является одним из самых дешевых в мире, всем потребителям голубого топлива уже пора задумываться об экономии и энергоэффективном отоплении, как об этом стали уже давно думать в странах с далеко не слаборазвитой экономикой. Именно поэтому тему нашей статьи – «Конденсационные котлы для отопления: выбор, монтаж и обслуживание», — мы считаем актуальной и жизненной. И пусть скептики говорят, что экономить копейки — это глупо, более прагматичные люди скажут, что копейки за какой-то период превращаются в рубли, а затем в сотни и тысячи их. Поэтому мы предлагаем как минимум прочитать статью, а уже потом принимать какое-то решение. Мы предлагаем вместе с читателями разобраться с этой очень интересной темой – конденсационные котлы.

Мы постарались в данной статье раскрыть все моменты работы конденсационных котлов. Для экономии вашего времени, мы предлагаем воспользоваться содержанием для навигации по материалу.

Теоретические основы конденсационной отопительной техники

Как происходит сгорание газа в котлах? Почему в обычных котлах стараются избавиться от конденсата?

Природный газ, который используется как топливо в котлах, на 70—98% состоит из метана, химическая формула которого CH₄. Кроме этого, в состав добываемого газа входят другие углеводороды: этан (C₂H₆), пропан (C₃H₈) и бутан (C₄H₁₀). А также в разных концентрациях в природном газе может присутствовать водород (H₂), сероводород (H₂S), углекислый газ (CO₂), азот (N₂) и инертные газы, представленные преимущественно гелием (He). В природном газе может присутствовать и радиоактивный газ – радон, но в большинстве случаев его концентрация является абсолютно безопасной. Метан не распознается нашими органами чувств – то есть не имеет запаха, поэтому при подготовке голубого топлива перед подачей потребителям в него подмешивают в очень малой концентрации так называемые одоранты – вещества, имеющие резкий и неприятный запах. В частности, в наш сетевой газ вводят в концентрации 16 грамм на 1000 м³ этилмеркаптан, который мы и воспринимаем как запах газа.

Основную теплоту сгорания в газовых котлах дает именно метан или пропан, если используется сжиженный газ в баллонах. Но мы будем рассматривать именно сгорание метана, так как подавляющее большинство котлов работают именно на нем. Для того чтобы метан загорелся, необходимо обеспечить приток кислорода, который есть в воздухе. На одну часть природного газа необходимо в зону горения подать не менее 10 частей воздуха. Но также много зависит и от качественного перемешивания метана с воздухом. Для того чтобы природный газ загорелся необходимо еще и обеспечить его воспламенение, а это происходит при температуре от 530°C до 640°C (в зависимости от происхождения газа). Если воздух подается в нужном объеме, то говорят о полном сгорании газа и этот процесс выражается следующей химической формулой:

CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O.

Одна молекула метана при сгорании соединяется с двумя молекулами кислорода. В результате получается одна молекула углекислого газа и две молекулы воды. А что происходит, если воздуха будет недостаточно? Тогда говорят о неполном сгорании газа и при этом химическая реакция будет несколько иной:

CH₄+O₂→CO₂+H₂O+CO+H+CH₄+C.

Знак равенства в этом химическом уравнении не ставится, так как неизвестно какое именно количество кислорода участвует в реакции. Видно, что помимо привычных углекислого газа и воды появляются еще не слишком «приятные» компоненты. Прежде всего – это несгоревший метан, который просто «вылетает в трубу», хотя газовые счетчики его исправно считают и за него все равно придется заплатить. Кроме этого при неполном сгорании образуется крайне опасное соединение – монооксид углерода (CO). Этот газ опасен тем, что в легких способен соединяться с гемоглобином, замещая кислород в легких, что приводит к удушью, которое очень часто заканчивается смертельным исходом. Так как моноокись углерода не имеет цвета и запаха, и «захватывается» эритроцитами в легких, то процесс отравления происходит незаметно, чаще всего во сне. Всего лишь 0,1% концентрации CO в воздухе достаточно для того, чтобы в течение часа произошло смертельное удушье, а при 1% это происходит за 2—3 вдоха.

Еще одним неприятным спутником неполного сгорания газа является углерод, который мы можем наблюдать в газовых котлах как обыкновенная сажа, которая тоже доставляет проблемы. Неправильно настроенные котлы очень быстро засоряются продуктами неполного сгорания, что требует или более частого технического обслуживания, или дорогостоящего ремонта. Специалисты-газовики могут на глаз судить о том полностью сгорает газ или нет по цвету пламени. Если оно голубое, то это свидетельствует о полном сгорании, а еслисоломенно-желтое, то явный признак неполного сгорания. Правда, на практике таким методом диагностировать полноту сгорания, не пользуются. Для этого существуют специальные газоанализаторы, которые точно определяют состав уходящих из топки газов. Иметь в каждом котле подобный прибор является дорогостоящей роскошью, но при настройке на производстве обязательно им пользуются.

Не будем забывать о том, что в топку котла еще поступают и другие газы, содержащиеся в воздухе, ведь в нем доля кислорода составляет только 21%, а большую часть составляет азот – 78%. Но этот газ в таких условиях инертен и только малая его часть участвует в процессе горения, поэтому львиная его доля проходит через котел «транзитом», попутно разогреваясь. Другие инертные газы в воздушном «коктейле» также не вступают ни в какие химические реакции.

Цены на конденсационные котлы

В природном газе в различных концентрациях может присутствовать сероводород (H₂S), который при воздействии повышенных температур горит и в прямом и в переносном смысле синим пламенем. Эту реакцию можно выразить следующей химической формулой:

2H₂S+3O₂=2H₂O+2SO₂.

Две молекулы сероводорода соединяются с тремя молекулами кислорода и в результате получается две молекулы воды и две – диоксида серы (сернистого газа). Это очень опасное газообразное соединение, которое прежде всего является токсичным и при концентрациях выше 10 мг/м³ может вызвать удушье. Сернистый газ известен практически всем по свойственному ему резкому характерному запаху загорающейся спички. Кроме токсического действия на организм сернистый газ еще опасен тем, что может взаимодействовать с водой, образуя сернистую кислоту, которая относится к кислотам средней силы. Хоть это соединение и является неустойчивым, но на дымоходы и внутренности газовых котлов оно влияет, попросту постепенно разрушая их.

Кроме диоксида серы при сгорании газа еще и образуется триоксид серы (серный ангидрид), который получается при взаимодействии сернистого газа и моноокиси азота:

SO₂+NO₂→SO₃+NO.

Моноокись азота может взаимодействовать с диоксидом серы, увеличивая долю серного ангидрида:

2SO₂+2NO→2SO₃+N₂.

А серный ангидрид может взаимодействовать с водой, которой образуется немало при сгорании газа. Полученное соединение не что иное, как серная кислота:

SO₃+H₂O→H₂SO₄.

Серная кислота относится к классу сильных кислот и вступает в реакцию окисления практически со всеми металлами. Исключения составляют только золото, платина, иридий, родий и тантал. То есть медные теплообменники и стальные корпуса котлов могут подвергнуться воздействию кислот, но только тогда, когда образуется конденсат, который агрессивен. Для предотвращения его появления есть несколько эффективных решений:

Ранее, когда не было «гонки» за коэффициентом полезного действия газовых котлов, дымовым газам позволялось уходить через дымоходы с высокой температурой, что исключало образование конденсата и его действие на элементы системы отопления. Котлы работали практически постоянно, причем с дымоходами из керамического кирпича, который известен своей способностью к накоплению тепловой энергии. Выхлопы котла просто улетали в разогретый дымоход, не оставляя никаких шансов для образования конденсата.

В дальнейшем, когда инженерам-разработчикам газового отопительного оборудования стало жалко «отпускать» газы с высокой температурой, решили увеличить теплосъем в котлах. Это привело к тому, что дымовые газы стали выходить под меньшими температурами, что увеличило шанс для образования конденсата. Особенно при периодических включениях и отключениях котлов, которые приводят к остыванию дымоходов. Как известно, конденсат образуется только при перепадах температур. Как выход был применен такой эффективный прием, как утепление дымоходов, чтобы они не остывали слишком быстро.
Помимо утепления дымоходов, было решено снизить их сопротивление к протекающим в них дымовым газам из котлов. Для этого на место кирпичных прямоугольных конструкций со множеством швов в кладке, которые только увеличивают сопротивление, стали использовать керамические или металлические сборные круглые, имеющие гладкие стенки, что позволяет газам беспрепятственно выходить через дымоход. Конечно, при этом он еще должен иметь хорошую тягу и диаметр не менее рекомендуемого.
Дальнейшим шагом уменьшить образование конденсата явилось применение так называемых сэндвич-дымоходов, когда между двумя слоями нержавеющей трубы располагается слой негорючего утеплителя. Разогреть такие дымоходы можно очень быстро, а от «криминального» перепада температур спасает утеплитель. Монтаж таких конструкций по сравнению с кирпичом или керамикой прост и такие дымоходы успешно прокладывают даже по внешним стенам домов.

Независимо от того насколько хорошо утеплены дымоходы все равно какое-то время необходима для их разогрева. Но пока это не случилось, могут создаться условия для образования большого количества агрессивного конденсата. Именно поэтому дымоходы делают вертикальными, а подключения выхода котлов под углом. Конденсат, образующийся в основном в вертикальном канале, просто сливается вниз, где его «заботливо» ждет конденсатоотводчик, который требуется периодически сливать.
Конечно, в плане образования конденсата, очень много зависит и от качества самого топлива. Если в природном газе будет большое количество водяных паров, то это, естественно, приведет и к большему количеству конденсата. Но на этот вопрос потребители голубого топлива повлиять не могут, так как это прерогатива газоснабжающих организаций.

Но в какое-то время у инженеров-теплотехников произошел переворот в сознании, когда они поняли, что «ненавистный» конденсат может дать не рассматриваемую ранее порцию энергии. Просто надо учесть его химические свойства и сконструировать такие котлы, которые будут нечувствительны к химическому воздействию и в то же самое время «выжимать» максимум из энергии сгорания газа. Надо отметить, что это неплохо получилось!

Как получается и передается тепловая энергия в газовых котлах

При сгорании газа выделяется большое количество тепла, которая используется в целях отопления. И как бы ни хотелось, все равно не полностью вся энергия используется в нужных для человека целях. Часть ее все равно теряется «по дороге». Для начала надо рассмотреть вопрос о температуре и количестве тепла, которые многие могут считать одним и тем же хотя и из науки, и из практики – это хоть и связанные, но разные вещи.

Температура – это условная величина, которая отражает степень нагретости каких-то объектов, которыми могут быть как твердые тела, так жидкости или газы. Если немного углубиться в физический смысл температуры и нагретости, то все это сведется к кинетической энергии молекул, из которых состоит тело. Другими словами – чем быстрее будут двигаться молекулы – тем больше температура. Наши органы чувств очень хорошо распознают температуру, но они просто позволяют судить какое тело горячее, а какое холоднее. Такая оценка, разумеется, является субъективной, которая не может использоваться в расчетах. Поэтому температуру оценивают по показаниям специальных приборов, которые мы знаем, как термометры.

Однако даже приборы могут измерять только эмпирическую температуру, для чего надо установить на шкале измерений две так называемые реперные точки и разделить интервал между ними на равные части. Было решено единицу измерения температуры назвать градусом, но вот что выбрать в виде реперных точек – возникли некоторые разногласия. В мире сейчас действуют три шкалы измерения температур:

Самая у нас популярная – это, безусловно, шкала Цельсия, названная именем шведского ученого Андерса Цельсия, который в 1742 году предложил в качестве реперных точек выбрать температуру замерзания воды и температуру ее кипения. За 0°C принято считать температуру замерзания, а за 100°С – кипения. Это совершенно логично, так как это непосредственно связано с жизнью человека и поведением одного из главных веществ в обмене веществ – воды. Вся шкала делится на равные части, которые мы знаем, как градус Цельсия – 1°C. Но при этом делается уточнение, что кипение воды происходит при нормальном атмосферном давлении в 760 мм ртутного столба или примерно 100 кПа. Известно, что при пониженном давлении, например, в высокогорье, вода закипает при меньшей температуре, но замерзает «исправно» при 0°C.
Несколько раньше, чем Цельсий, в 1724 году, свою шкалу температур предложил немецкий ученыйГабриэль Фаренгейт. За нуль своей шкалы он почему-то выбрал температуру замерзания «экзотической» смеси из воды, соли и нашатыря в соотношении 1:1:1. Непонятно, какие мотивы руководили Фаренгейтом, но это случилось. Если рассмотреть ноль по Фаренгейту по сравнению с Цельсием, то можно сказать, что-то очень холодно, не шутка ведь —32°C. Похоже, что ученый просто решил испытанный им кошмар в виде зимних морозов принять за ноль. А за 100°F принята температура человеческого тела. Получается, что в привычном нам диапазоне от температуры замерзания воды и ее кипения находится диапазон шкалы Фаренгейта от +32°F до +212°F. Значит от 0°C до 100°C находится 180°F (градусов Фаренгейта). Измерение температуры по Фаренгейту является крайне неудобным, но, тем не менее его используют до сих пор в США и в некоторых других неизвестных многим государствах. Понять «упоротость» американцев, когда даже патриархальная в законотворчестве Великобритания перешла на шкалу Цельсия, трудно, но тем не менее страна с самой развитой экономикой имеет право использовать и градус Фаренгейта, и дюймы, и унции, и галлоны, и прочие единицы измерений, непонятные нам.
Помимо удобства измерения в повседневной жизни, физики высказали свою теорию, что должна существовать такая температура, при которой кинетическая энергия молекул вещества нулевая. И они выяснили, что это происходит при —273,15°C. Этот рубеж назвали абсолютным нулем, который, в принципе, недостижим, но теоретически возможен, а дальнейшую градуировку шкалы сделали точно в соответствии с Цельсием. Получается, что 0°C=273,15°K (Градусов Кельвина), а 100°C=373,15°K. Такой подход предложил английский ученый Уильям Томпсон, который впоследствии был удостоен королевой почетным званием лорда под именем барон Кельвин. Фамилия Томпсон в Англии в процентном отношении превосходит Ивановых в России и чтоб придать важность посвящению в рыцари – его назвали именем речки, протекавшей через университет, где он работал. И, кстати, его было за что чествовать, так как он действительно много внес в науку.

Кроме этих способов измерения температуры, в истории еще упоминаются и другие: Реомюра, Ньютона, Ранкина, Делиля и других. По разным причинам они не прижились и не используются. В международной системе единиц СИ показателем температуры является градус Кельвина – K°. Но при этом упоминается и градус Цельсия, который пересчитывается по простому правилу:

t°K=t°K+273,15.

Для пересчета температуры между самыми используемыми в мире шкалами можно воспользоваться следующей таблицей.

Теперь перейдем к понятию количества тепла, и чтобы понять разницу с температурой, рассмотрим простой пример. Допустим, надо нагреть до определенной температуры два сосуда с водой, но при этом необходимо передать им одинаковое количество тепла, что в отопительных котлах связано с определенным количеством сожженного топлива. Примем то, что в одном сосуде находится 150 литров воды, которую надо нагреть до 80°C от первоначальных 20°C. Другому сосуду мы готовы передать абсолютно такое же количество тепла, но нагревать его будем до 60°С. Вопрос в том, какое количество воды должно быть во втором сосуде, чтобы при одинаковом количестве переданного тепла в нем была достигнута заданная температура. Если пристальней рассмотреть теплопередачу, то она в прямой пропорции зависит от разницы температур по Кельвину или Цельсию. Поэтому мы можем узнать во сколько раз воды должно быть больше или меньше во втором сосуде:

(80°С—20°C)/(60°C-20°C) =60°C/40°C=1,5.

Получается, что если в первом сосуде должно у нас есть 150 литров воды, которую нагрели до 80°C, то во втором при том же количестве тепла переданного воде, но при конечной температуре в 60°C должно быть150/1,5=100 литров. Этот пример явно показывает, что при одинаковом количестве тепла переданного какому-либо телу и температура, и масса может быть разной. Также разные тела даже при одинаковой температуре могут иметь разную тепловую энергию. Для того, чтобы избавиться от этой неопределенности была введена такая величина, как энтальпия, которая показывает какое количество тепла содержится в единице массы вещества. Измеряется она в кДж/кг (килоджоулях на килограмм) или ккал/кг (килокалориях на килограмм).

Вода (и большинство веществ) известна нам в своих трех основных агрегатных состояниях. Это – твердое (в виде льда), жидкое (собственно, в виде привычной воды), а также газообразное (в виде водяного пара).

Есть и еще одно состояние воды, а также любого другого вещества – плазма, которая получается при нагреве газа до таких высоких температур, что он становится ионизированным. В частности, плазма образуется при различных электрических разрядах. Кстати 99,9% всего вещества во Вселенной находится именно в состоянии плазмы, так как звезды состоят именно из нее. Кроме этого, и в межзвездном пространстве находится огромное количество разреженного ионизированного газа – той же плазмы.

Если вещество в силу каких-то причин меняет свое агрегатное состояние, то говорят, что произошелфазовый переход. Чтобы понять это рассмотрим следующий рисунок:

На этой схеме показаны четыре агрегатных состояния вещества: твердое, жидкое, газообразное и плазма. Последнее мы рассматривать не будем вообще, так как пока в бытовом отоплении плазма не используется. Все переходы веществ из твердого в жидкое (плавление, для воды — таяние), из жидкого в газообразное (испарение или парообразование) и из твердого в газообразное (возгонка или сублимация) идут только при возрастании энтальпии, что видно по стрелочке в правой части схемы. Рассмотрим процесс нагрева воды до перехода ее в парообразное состояние, ведь именно это происходит в камерах сгорания газовых котлов. Вода содержится и в воздухе, и в топливе, а еще может быть и в виде конденсата, когда котел остывает во время пауз в своей работе. Для удобства восприятия также воспользуемся простой схемой:

На графике по горизонтальной оси абсцисс показана энтальпия, а по вертикальной оси ординат – температура. При этом сразу оговорено условие, что нагрев воды происходит строго при атмосферном давлении, так как при его уменьшении температура кипения будет меньше 100°C, а при увеличении – больше 100°C. Какие процессы мы наблюдаем:

Во-первых, на интервале A—B графика происходит линейный рост температуры воды от 0°C и до 100°С. Все подводимое тепло идет только на нагрев.
Во-вторых, в точке B графика при нормальном атмосферном давлении начинается кипение воды, что инициирует процесс интенсивного испарения. При этом нагрев не прекращается.
В-третьих, на интервале B—C продолжается нагрев воды, энтальпия растет, но температура будет оставаться на том же уровне 100°C. Это будет продолжаться до тех пор, пока вся жидкость не перейдет в газообразное состояние – пар. Другими словами, идет изменение агрегатного состояния от воды к пару.
И, наконец, в точке C происходит то, что вся вода после интенсивного кипения испаряется, но нагрев не прекращается. Тогда начинает расти также прямо пропорционально энтальпии температура пара. И она будет расти дальше, пока не достигнет состояния перегретого пара (более 100°C), который в традиционных котлах просто уходит вместе с другими дымовыми газами в дымоход. В современных газовых котлах температура водяного пара, входящего в «букет» дымовых газов – примерно 130°C.

На этом графике, мы уже замечали, что в одних его интервалах идет вместе с увеличением энтальпии (количества тепла, переданного воде) растет и температура, о чем можно легко судить просто по показателям приборов. Именно поэтому такую теплоту и называют явной теплотой.

На горизонтальном отрезке B—C также идет передача тепла с той же интенсивностью, но термометр будет «стоять» на отметке в 100°C. Поэтому такую теплоту и называют скрытой (или невидимой) теплотой. Здесь идет уже фазовый переход, который также требует энергии, но она идет на то, чтобы молекулы воды развили такую скорость, котораябы позволила им «оторваться» от взаимного притяжения. Каждый такой единичный «отрыв» забирает небольшую порцию энергии, но в сумме получается весьма солидно. Это и объясняет, то, что при фазовых переходах температура не растет.

Если представить, что в вышеуказанном примере прекратился нагрев пара, то пойдет его остывание, соответственно и переданная тепловая энергия будет отдаваться обратно. Процесс пойдет вспять точно по такому же графику. Когда температура водяного пара упадет до 100°C, начнется выпадение конденсата и оно будет происходить до тех пор, пока весь пар не превратится обратно в воду. На вышеуказанном графике это отрезок от точки C до точки B. При этом вся скрытая теплота парообразования (в данном примере 638—100=538 ккал/кг) также отдается обратно, но называется в этом случае она скрытой теплотой конденсации.

Высшая и низшая теплота сгорания топлива

Получается, что если специально создать такие условия, при которых содержащийся в дымовых газах пар сконденсировался, то можно получить неплохую порцию дополнительного тепла, которую можно использовать в целях отопления. Как это правильно сделать? Для начала рассмотрим три важных понятия, применяемых в термодинамике.

Теплота сгорания – это не что иное, кок количество выделившейся теплоты, которая была получена при полном сгорании твердого, жидкого или газообразного топлива. Измеряется теплота сгорания в джоулях (Дж) или калориях (кал). Для того чтобы узнать какое количество теплоты сгорания приходится на единицу массы или объема того или иного вида топлива, была введена такая единица, как удельная теплота сгорания, измеряемая в Дж/кг (кал/кг) или Дж/м³ (кал/м³).
Низшая теплота сгорания топлива (Qн, PCI) – это количество выделившейся теплоты, полученной только при сгорании топлива, без учета скрытой теплоты парообразования или конденсации.
Высшая теплота сгорания топлива (Qв, PCS) – это сумма низшей теплоты сгорания топлива и скрытой теплоты парообразования (конденсации).

В традиционных газовых котлах при всех расчетах используют низшую теплоту сгорания топлива, так как энергия конденсации пара не используется. Наоборот, стараются температуру дымовых газов сделать такой, чтобы исключить или максимально снизить образование конденсата в камере сгорания и дымоходе. Но соблазн использовать энергию конденсации возник очень давно. Рассмотрим характеристики Qн и Qв для различных видов топлива и посмотрим насколько выгодно использовать скрытую теплоту конденсации. Величина Nм³ в таблице означает, что показатели рассчитаны для условий давления в 1 атмосферу и температуры в 0°C.

Цифры в таблице явно свидетельствуют о том, что самой большой разницей между низшей и высшей теплотой сгорания обладает именно газовое топливо. А самым большим – в 11,2% может «похвастаться» метан, который составляет основу природного газа. Другими словами – «овчинка выделки стоит», так как такой «довесок» поможет сильно сэкономить природный газ. Только осталось разобраться как это реализовать на практике.

Что такое точка росы?

Теоретически водяной пар в продуктах сгорания должен уже начинать конденсироваться при 100°C и давлении в 1 атмосферу, но это будет происходить если кроме пара нет ничего. В «выхлопе» любого газового котла имеются еще и другие дымовые газы, о чем мы писали ранее, которые оказывают сильное влияние на температуру начала конденсации водяного пара. Поэтому в реальности она начнется не при 100°C, а при меньших значениях. Это зависит и от состава дымовых газов, и от количества избыточного воздуха, который, не участвуя в горении, также уходит в дымоход. Поэтому рассмотрим дополнительное понятие – точка росы.

Точкой росы называют ту температуру, при которой начинается конденсация водяных паров, присутствующих в продуктах сгорания топлива. Для лучшего понимания необходимо рассмотреть зависимость на следующем графике.

Очевидно, что чем будет выше температура конденсации водяных паров в каком-либо топливе, тем будет лучше для технической реализации теплосъема с конденсата. И, рассматривая этот график, можно сделать определенные выводы:

Газообразное топливо по температуре точки росы выигрывает у жидкого. Твердое топливо мы не рассматриваем, так как для страны с огромными запасами газа это должно быть как минимум стыдно не на одну сотню лет вперед. Другими словами – использовать скрытую теплоту конденсации лучше всего, да и проще всего, именно в газовых котлах.
Температура точки росы очень требовательна к избытку воздуха. Чем меньше его будет – тем легче будет сконденсировать водяные пары из дымовых газов и получить из них дополнительное тепло. Другими словами – к приготовлению смеси воздуха и природного газа предъявляются повышенные требования.

Запомним эти выводы, так как они в дальнейшем помогут понять сложное внутреннее устройство конденсационного котла.

Мифы и правда о конденсационных котлах, относящиеся к его КПД

Важнейшей технической характеристикой любого газового котла, является его мощность. Она является отражением способности производить определенное количество тепловой энергии за определенный промежуток времени. Мощность в отоплении может традиционно измеряется в киловаттах, что является производной от одного ватта, который равен 1 Вт=1 Дж/1 с (один ватт мощности равен одному джоулю энергии, за 1 секунду), а 1 кВт=1000 Вт. Эта единица является системной, входящей в Международную систему единиц СИ, чьи стандарты уже очень давно приняты во всем мире. Но иногда могут встречаться и внесистемные единицы, которые, там не менее, можно перевести в системные. Самым распространенным «изгоем» в системе СИ является измерение мощности в ккал/час. Для перевода этой единицы в киловатты можно воспользоваться простым отношением:

1 кВт=0,860 ккал/час.

Проще всего это сейчас сделать при помощи онлайн-калькуляторов, которыми изобилует интернет. Но смеем заверить наших читателей в том, что все отопительное оборудование, продаваемое на территории России, имеет характеристики именно в киловаттах, так как наша страна (тогда еще в виде СССР) приняла еще в 1960 г Систему СИ и строго следует ей.

Мощность бывает разной – она подразделяется на полную мощность и полезную мощность. Например, есть котел, горелка которого может развивать максимальную мощность в 26,7 кВт. Это и будет полной мощностью котла. В то же самое время теплоносителю системы отопления передается только 24,03 кВт.

Коэффициент полезного действия котла – это отношение полезной мощности к полной. Если этот показатель надо выразить в процентах, то это можно записать следующим образом:

η=(Pпол/Pоб) *100%, где:

Pоб – максимальная (общая) мощность котла;
Pпол – полезная мощность котла.

В нашем случае η= (24,03/26,7) *100%=90%. Получается, что эта разница в 26,7—24,03=2,67 кВт, что в процентном отношении составляет 10%, куда-то девается. И это действительно так. Около 8% «улетучивается» вместе с дымовыми газами, а остальные 2% приходятся на тепловые потери в окружающую среду. Ведь как ни изолируй топку котла, все равно его корпус будет нагреваться и «отбирать» энергию и себе, и отдавать всему вокруг, что имеет меньшую температуру.

Если учесть то, что котел не работает все время, а запускается и отключается по сигналам автоматики, то во время этих переключений также есть потери. Допустим, котел остановился, насос системы отопления (если он есть) через некоторое время тоже, а теплообменник котла еще горячий. Это тепло остается невостребованным для отопления и поэтому так называемым цикличным потерям отдают еще 1%, хотя в реальной жизни они могут быть гораздо больше. В неправильно спроектированных системах отопления, когда мощность котла намного превышает нужную наблюдается такое явление, как тактование. Мощный котел очень быстро подогревает теплоноситель в отоплении и отключается. Затем, после остывания на несколько градусов, опять включается и работает непродолжительное время. Тактование очень сильно снижает ресурс котла и увеличивает расход газа.

Следует отметить, что КПД рассчитывается для того случая, когда котел работает на полную мощность. Если в нем установлена многоступенчатая горелка или реализована модуляция пламени, то КПД в тех режимах, когда котел работает не на полную мощность будет всегда ниже. Хоть ненамного, но все равно ниже.

Рассмотрим диаграмму, где очень наглядно показаны потери в обычных, не конденсационных газовых котлах.

Как видно, самыми большими «потерями» является так называемая скрытая теплота от неконденсированных водяных паров. Мы недаром слово потерями заключили в кавычки, так как в обычных котлах скрытая теплота конденсации водяных паров вообще не рассматривается. Все расчеты КПД в обычных котлах ведутся только с учетом низшей теплоты сгорания топлива – PCI (Qн). То есть 11% скрытой теплоты конденсации, которые могут быть использованы в отоплении не учитываются. Наоборот, для долгой жизни котлов и дымоходов стараются всеми способами избавиться от конденсата, стараясьчтобы дымовые газы имели достаточную температуру, чтобы выйти за пределы дома, увлекая за собой все водяные пары.

Если теперь рассмотреть вопрос о КПД конденсационных котлов, применив тот же подход, то окажется, что он может быть выше, чем 100%. Но тем, кто хоть немного знаком с курсом физики хотя бы в размере программы средней школы, известно, что КПД в 100% уже означает существование вечного двигателя, а более 100% — это уже, с точки зрения науки, означает шарлатанство в чистом виде. Для того чтобы правильно рассчитать КПД конденсационного котла, следует учитывать не низшую теплоту сгорания (PCI), а высшую (PCS). Тогда диаграмму потерь можно представить в следующем виде.

Циклические потери и потери в окружающую среду у конденсационных котлов такие же, как и у обычных, но в других показателях они отличаются. И если рассматривать КПД конденсационных котлов относительно высшей теплоты сгорания, то он не будет «зашкаливать» за 100%. Раз мы уже начали считать эффективность котла, то наиболее честно учитывать все процессы, которые задействованы для получения энергии. Поэтому настоящий КПД конденсационных котлов никак не может быть больше 100%, а рассчитанный по отношению к высшей теплоте сгорания он может составлять примерно 89—90%, что тоже вовсе не маленькая цифра.

Конечно, энергию конденсации водяных паров надо воспринимать как «подарок», который просто грех не использовать. Но это тепло можно «снять» только в специально предназначенных для этого устройствах – конденсационных котлах. О том, как на деле это можно реализовать рассмотрим в последующих разделах статьи.

Как можно реализовать конденсацию пара в продуктах сгорания

Мы выяснили, что для того чтобы началась конденсация водяного пара в дымовых газах необходимо обеспечить их охлаждение до 55°C и ниже. Но как это сделать, если на выходе из камеры сгорания температура всегда больше 100°C. Если

Конденсационный котел

Отопительная система включает в себя не только отопительное оборудование, но и комплекс определенных мероприятий по его установке и монтажу. Правильный и качественный монтаж, безусловно, отразится в дальнейшем на работе котла.

Существует целый ряд стандартов и предписаний по установке газовых конденсационных котлов. В первую очередь нужно знать, что установка конденсационного котла требует разрешения газовой инспекции. При подключении котла следует соблюдать технические правила подключения газа и необходимые меры безопасности.
Это обязательное условие, чтобы предотвратить поломку котла и возможные травмы людей.

А еще лучше, если установку и монтаж конденсационного котла будут проводить квалифицированные специалисты.

Как выбрать место установки котла

Лучшим местом для того чтобы установить конденсационный котел, является нежилое помещение. Если в доме нет такого отдельного помещения, то котел можно установить на кухне. В идеале стены помещения, где будет устанавливаться котел, должны быть отделаны плиткой, но ни в коем случае не пожароопасными материалами. Пол должен быть услан негорючим покрытием, желательно, чтобы в помещении находилась канализация. Отопительные котлы конденсационные предусматривают наличие вытяжки в помещении, где они установлены.

Навесной конденсационный котел закрепляется на стене специальными крючками при помощи дюбелей. Правильно, если конденсационный котел расположен таким образом, что его нижняя часть отступает от стены больше чем верхняя.

Если, наоборот, то это значит, что котел закреплен неправильно. Монтаж конденсационного котла делается таким образом, чтобы не было крена, иначе это может привести к замыканию.

Поэтому при закреплении котла на крючки, нужно очень хорошо проверить вертикальность котла, чтобы он не был наклонен вперед или вбок.

Дымоходы конденсационных котлов

Вариантов подключения дымохода к конденсационному котлу много. Основное требования к дымоходам для конденсационных котлов является герметичность стыков элементов дымохода.

В целом конструкция дымоходов конденсационных котлов не сильно отличается от конструкции дымохода обычных газовых котлов.

Особенности дымоходов для конденсационных котлов:

материал, из которого они сделаны. Дымоход для конденсационного котла должен быть сделан из кислотоупорных материалов, например, нержавеющая сталь или пластик. Это связано с тем, что конденсат, который проходит по дымоходу является легкой кислотой, поэтому материал дымохода должен быть защищен от коррозий.
Дымоход для конденсационного котла должен быть расположен под таким углом, чтобы образующийся конденсат попадал обратно в котел, но при этом туда не попадали осадки. Попадание атмосферных осадков в котел может привести к короткому замыканию или поломке котла.

Отвод конденсата и основные ошибки при монтаже конденсационных котлов

Конденсационный котел предусматривает такую систему работы, при которой из водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания, образовывается конденсат.

В зависимости от мощности и температурного режима, в сутки может образовываться до 50 литров конденсата невысокого уровня кислотности. Это позволяет сливать его в сифон бытовых отходов и не наносить вред окружающей среде.

Однако существуют некоторые ошибки при установке конденсационных газовых котлов:

Отсутствие отвода конденсата или установка неподходящей для этих целей емкости. Такую ошибку могут допустить и специалисты в силу неопытности. Они могут или совсем не установить отвод для конденсата или установить в качестве отвода некую емкость, например, обычное ведро. Такого допускать нельзя, потому что это является грубой ошибкой.
Отвод конденсата выведен на улицу, что, конечно же, в минусовую температуру приведет к обледенению и замерзанию трубки. Это заблокирует котел и может стать причиной его поломки.
Монтаж котлов на стенах с легковоспламенняемым покрытием.
Применение газового счетчика, который не соответствует мощности котла.
Отсутствие газовых фильтров.
Несоблюдения правильного угла уклона котла.

Конденсационный котел предусматривает обязательно наличие всех вышеперечисленных пунктов, а также предусматривает соблюдение всех технических правил и стандартов по установке и монтажу.

Советы по успешной установке высокоэффективного конденсационного котла

Рон Бек, внешний технический консультант и менеджер по обучению в компании U.S. Boiler Company

Успешная установка высокоэффективного конденсационного котла начинается с правильного планирования и выбора правильного размера котла . Да, это означает, что вы должны выполнить тщательный расчет тепловых потерь. Я часто спрашиваю на обучающих семинарах: «Что важнее: правильно подобрать размер чугунного котла или модулирующего конденсационного котла?» Правильный ответ заключается в том, что одинаково важно правильно подобрать размер обоих. Одной из основных причин этого является меньший объем воды. Однако многие отвечают на мой вопрос, что чугун важнее правильно подобрать по размеру. Если бы мне пришлось выбирать, я бы выбрал высокий КПД из-за гораздо более высоких потерь в режиме ожидания. Затем я слышу тот же опровержение: «Но высокоэффективные котлы модулируют!» Да, это так, но они все же могут слишком быстро повышать температуру воды и вызывать короткие циклы. При оптимальной работе котел должен продолжать работать по запросу от термостата до тех пор, пока запрос не исчезнет.

Итак, как добиться бесперебойной установки? Вот несколько советов.

Правильный размер котла.

Это обеспечит более точную модуляцию, более длительное время работы, лучшее соответствие потребностям в нагреве и повысит эффективность работы.

Надлежащая вентиляция.

С появлением модулирующих котлов с динамическим диапазоном 10:1 очень важно уделять больше внимания надлежащей вентиляции. Воздуходувка будет прогонять меньше воздуха через теплообменник и не выталкивать продукты сгорания так далеко от вентиляционного отверстия. Обратите особое внимание на вентиляцию и следуйте Руководству по установке и эксплуатации (I&O). Из-за меняющихся погодных условий вы можете захотеть увеличить горизонтальное разделение и, возможно, добавить вертикальное разделение вентиляционных и воздухозаборных окончаний.

Трубопровод котла в соответствии с инструкцией по вводу-выводу.

Все конденсационные водотрубные котлы Boiler, включая модели Alpine, K2 и K2 Combi, имеют более высокое сопротивление в теплообменнике и требуют первичного/вторичного (p/s) трубопровода. Aspen имеет жаротрубный теплообменник и не требует трубопроводов p/s, но все же является хорошей практикой. Если вы решите не использовать трубопровод p/s на Aspen, вы должны убедиться, что у вас всегда есть надлежащий поток через котел. Для проверки подачи заблокируйте котел на большой огонь и включите самую маленькую зону. Нажмите кнопку состояния и перейдите на один экран вправо. Это будет отображать температуру подачи и обратки. ΔT – разница температур. Посчитайте и убедитесь, что ΔT не превышает 35°F. Опять же, я бы предложил использовать трубопровод p / s и определить размер насоса котла, используя диаграмму в руководстве по I&O.

Трубопровод системы может быть немного больше, чем трубопровод котла.

Используя схемы трубопроводов высокоэффективного котла в Помощнике по отоплению котлов США, выберите соответствующий размер коллектора системы. Например, если конденсационный котел 150K, размер трубопровода котла будет 1 дюйм. Чтобы подать 150К в дом при температуре 20°F, трубопровод системы должен быть 1-1/4 дюйма. Если трубопровод с близко расположенными тройниками, тройники должны быть размером 1-1/4” на 1-1/4”. Никогда ничего не устанавливайте между тройниками и держите их как можно ближе.

Используйте Sage Zone Control.

Для увеличения экономии топлива установите Sage Zone Control (SZC) компании U.S. Boiler Company. Этот элемент управления ограничивает мощность котла в соответствии с потребностями зоны. По мере того, как дополнительные зоны требуют тепла, SZC добавит все требования и ограничит скорость вращения вентилятора. Это означает, что котел очень редко будет работать с вентилятором на максимальных оборотах. Это увеличит время работы при более низком входе BTU. При программировании SZC на дисплее котла, когда теплопотери по зонам неизвестны, запрограммируйте зоны в соответствии с размером трубы следующим образом:

• 3,4 дюйма = 30 000

• 1 дюйм = 60 000

• 1-1/4 дюйма = 120 000 – 140 000

от 15 минут до 60 минут. Следующие несколько предложений могут быть сделаны для более высоких и лучших скоростей циклов, но не являются обязательными. В том же меню найдите Максимальную ожидаемую скорость ГВС и измените вход, чтобы он соответствовал требуемому входу для IWH. Затем перейдите к «Центральное отопление» и измените параметр «Скорость отклика» на номер 1 (центральный номер на дисплее).

Выполните правильный запуск.

Обратите внимание, что при переходе на НД котел Alpine требует замены дроссельной заслонки на газовом клапане. K2, K2 Combi и Aspen требуют замены трубки Вентури. Для этих котлов вам необходимо будет заказать соответствующий комплект для переоборудования низкого давления.

Проверить давление газа на входе в газовый клапан. Убедитесь, что оно превышает минимальное значение, указанное на этикетке котла, даже когда другие приборы работают. Затем, заблокировав котел в режиме сильного огня в меню «Ручное управление», проведите тест горения. Обязательно отрегулируйте газовый клапан для достижения надлежащего O2 в соответствии с руководством I&O. Затем заблокируйте котел на малое пламя и отрегулируйте малый огонь O2 так, чтобы он был немного выше, чем большой огонь O2. Это важно! Низкое пламя O2 должно быть равно или больше, чем сильное пламя O2. Я предлагаю иметь низкое пламя O2 на пару десятых выше, чем сильное пламя O2.

Рон Бек является внешним техническим консультантом и менеджером по обучению в компании U.S. Boiler Company, где он работает с 1998 года. 36-летний опыт работы Рона в отопительной отрасли включает в себя продвижение по служебной лестнице в компании HVAC, от ученика до менеджера по обслуживанию. С Роном можно связаться по адресу: [email protected]

Руководство по замене газового конденсационного котла

Что такое газовые конденсационные котлы?

По закону все котлы, продаваемые в Великобритании, теперь должны быть конденсационными. Разница между конденсационным котлом и котлом без конденсации заключается в том, как приборы используют отработанное тепло. В неконденсационных котлах отработанное тепло – это именно тепло, которое тратится впустую. Однако в конденсационном котле выхлопные газы в дымоходе проходят через теплообменник, и скрытая теплота извлекается, а не выбрасывается в атмосферу. Это делает конденсационные котлы как минимум на 25 % более эффективными, чем неконденсационные котлы, и позволяет новым котлам Viessmann достигать КПД до 98 процентов. По данным Energy Saving Trust, благодаря их эффективности экономия при использовании конденсационного котла может составить до 310 фунтов стерлингов по сравнению с котлом без конденсации.

Итак, вы решили приобрести для дома новый газовый конденсационный котел. Следующим шагом будет его установка. Следующее руководство по установке конденсационного котла должно ответить на любые ваши вопросы об этом процессе.

Кто может установить газовый конденсационный котел?

Когда дело доходит до установки газового котла, по закону эти приборы должен устанавливать сертифицированный инженер по газовой безопасности. Реестр газовой безопасности содержит сведения обо всех инженерах-газовиках, которые имеют квалификацию и разрешение на законную и безопасную работу с газовыми приборами.

При выборе установщика вы можете получить несколько предложений, чтобы выбрать наиболее конкурентоспособный. Вам также может быть полезно ознакомиться с отзывами клиентов, прежде чем принять окончательное решение.

Ваш зарегистрированный установщик позаботится о том, чтобы ваш новый прибор соответствовал всем применимым строительным нормам, и предоставит вам документацию, подтверждающую это. Убедитесь, что вы храните эти документы в безопасности, так как вам нужно будет предоставить их, если вы продаете свой дом.

Когда мне установить бойлер?

Если вам нужно получить новый котел из-за того, что ваш текущий вышел из строя, у вас может не быть выбора с точки зрения времени установки вашего прибора. Однако, если вы можете быть гибкими при замене котла, обычно лучше всего установить его весной или летом. В эти месяцы у инженеров-теплотехников может быть больше возможностей, и, поскольку вы не будете так сильно зависеть от отопления и горячей воды, процесс должен быть максимально плавным и удобным.

Что происходит во время установки?

Перед установкой конденсационного котла ваш инженер по газовой безопасности должен будет задать вам несколько вопросов, чтобы подготовиться к работе. Например, они захотят узнать о расположении вашего котла и дымохода, а также о том, сколько у вас радиаторов и ванных комнат.

В тот же день ваш инженер должен принести все материалы, необходимые для эффективного и безопасного выполнения задачи. Хороший инженер также позаботится о том, чтобы они покрыли ваши поверхности и полы, чтобы защитить их, и они уберут за собой, как только закончат установку.

При простой установке работа должна быть завершена в течение дня. Однако более сложные работы могут занять больше времени. Например, если вы меняете тип или местоположение котла, этот процесс может занять больше суток. Ваш инженер сможет дать вам точную оценку того, сколько времени потребуется, прежде чем они начнут работу.

Важно убедиться, что вы находитесь дома, когда установка будет завершена, чтобы ваш инженер мог показать вам новые элементы управления. Они также должны предоставить вам сертификат строительных норм.

Сколько будет стоить установка котла?

Стоимость установки котла варьируется в зависимости от ряда факторов, в том числе от того, есть ли у вас аналогичный переключатель с вашим существующим устройством или вы собираетесь использовать другой тип котла. Цена также будет выше, если вам нужно установить дополнительные трубопроводы или вам требуется промывка вашей системы.

Чтобы дать вам очень приблизительное представление, замена существующего комбинированного котла может стоить около 600 фунтов стерлингов, а частичная замена обычного котла может стоить около 700 фунтов стерлингов. Установка комбинированного котла на новом месте может стоить примерно 1100 фунтов стерлингов.

Это хорошая идея, чтобы присмотреться к ценам и убедиться, что вы заранее получаете котировки с фиксированной ценой, чтобы вы точно знали, чего ожидать.

Как часто нужно обслуживать бойлер?

После замены газового котла важно регулярно проводить техническое обслуживание нового прибора в соответствии с инструкциями производителя.

Для обеспечения наилучших характеристик и длительного срока службы вашего котла мы рекомендуем проводить его техническое обслуживание ежегодно. Однако, если вы являетесь домовладельцем, ежегодное техническое обслуживание котла не только рекомендуется, но и является обязательным требованием безопасности.

По закону обслуживание котла должно производиться сертифицированным инженером по газовой безопасности.

Зачем мне обслуживать бойлер?

Планирование регулярного обслуживания поможет вам обеспечить максимально эффективную и действенную работу вашего котла, снизить расходы и продлить срок службы вашего прибора. Эти проверки также снижают риск неудобных поломок котла.

Обслуживание также важно для обеспечения безопасности. Во время проверок инженеры могут обнаружить потенциально опасные утечки угарного газа.

Как упоминалось ранее, если вы являетесь арендодателем, ежегодная проверка бойлеров в вашем доме также является законным требованием.

Какой тип газового конденсационного котла выбрать?

Прежде чем организовать замену конденсационного котла, вы должны быть уверены, что выбрали правильный прибор для своего дома. Конденсационные модели очень эффективны, но какой тип прибора подойдет вам лучше всего?

При принятии решения следует учитывать целый ряд вопросов, в том числе количество потребляемой горячей воды, количество ванных комнат и доступное пространство в вашем доме.