Выбор отопительного оборудования с каждым годом ширится и дополняется новыми моделями и технологиями. В стремлении к увеличению производительности котлов отопления были разработаны газовые конденсационные котлы. В них, кажется, перевыполнен план по увеличению КПД тепловых машин, и это даже настораживает. Однако если разобраться, то все в порядке и законы физики не нарушены, и они эффективнее привычного газового оборудования, достаточно уяснить принцип их действия.
Принцип работы
В любом котле отопления кроме электрического используется энергия, выделяемая при сжигании топлива с последующей передачей тепла посредством теплообменника. Однако задействуется далеко не вся высвобожденная горением теплота. Часть бесцельно рассеивается, часть нужна для поддержания естественной тяги, то есть попросту вылетает в трубу. Даже закрытая камера сгорания и принудительный отвод выхлопа не помогает особенно повысить эффективность теплопередачи. Среднее значение КПД для газового котла – 92%. Повысить коэффициент практически невозможно, это потолок для классической конструкции газового котла.
Однако есть возможность задействовать источники тепла ранее игнорируемые конструкторами и разработчиками котельного оборудования. В выхлопе, в отработанных газах после сгорания природного газа имеется изрядное количество перегретого водяного пара и других включений (зола, смолы и т.п.).
Пар по большей части не из воздуха, поступающего извне, а полученный в результате самого горения, и, следовательно, он таит в себе существенный запас энергии. Прямой теплообмен в этом случае не особенно полезен, зато если заставить водяной пар конденсироваться, то выделится уже приличная по объему теплота, сопоставимая с энергией горения природного газа.
Оказалось, что сконденсировать пар из выхлопа газовой горелки просто. Достаточно на пути от камеры сгорания к дымоходу установить теплообменник с температурой поверхности не более 55°С, что соответствует приблизительно значению точки росы для продуктов сгорания природного газа.
Принцип действия конденсационного котла:
- В камере сгорания сжигается природный газ.
- Теплота от сгорания передается основному теплообменнику.
- В верхней части котла устанавливается дополнительная камера с теплообменником, который нагревается не выше 55°С.
- Пар из выхлопа конденсируется во второй камере и отдает дополнительное тепло.
Если взять классическую теплоту сгорания газа за 100%, то за счет конденсации получается еще дополнительно 15%. С учетом выхода обычных котлов – 92%, получаем 107% КПД для конденсационного котла.
Плюсы и минусы
Переход с обычного котла на конденсационный – это достаточно сложный и затратный процесс. Легче, если отопление в доме формируется с нуля, тогда есть возможность скомпоновать экономически выгодную систему.
Конденсационные котлы существенно снижают затраты газа за отопительный сезон. Этому способствует существенно повышенный КПД. Если же говорить о полноценном обогреве, изначально сработанном для данного типа оборудования, то экономия становится еще заметнее, даже с учетом монтажных работ. Отопление строится с максимальным порогом температуры теплоносителя в 50(80)°С. Этого достаточно для поставленной задачи, и заодно дает широкий выбор по материалам и комплектующим.
Котлы по определению снабжаются функциональным блоком управления с возможностью тонкой настройки параметров обогрева. Это преимущество сказывается на комфорте жильцов и снова на экономичности.
За счет конденсации большей части выхлопа снижается вредный выброс в атмосферу.
Существенным недостатком конденсационных котлов остается стоимость, отбить которую даже в лучших условиях получится только за несколько лет.
Остальные особенности, иногда критикуемые со стороны, сложно назвать недостатками. Это эксплуатационные характеристики, которые отличаются от таковых у классического газового котла. Достаточно учесть эти моменты заблаговременно:
- Энергозависимость.
- Большой объем конденсата, который необходимо удалять вручную или пропускать через фильтр перед сливом в канализацию.
- Зависимость эффективности от параметров системы отопления. Для нормальной эксплуатации требуется перепад температуры между входом и выходом теплообменника по теплоносителю в 20-25°С.
Напольные и настенные
Конденсационные котлы выпускаются в напольном и в настенном исполнении, при этом камера сгорания может быть открытой с атмосферной горелкой или закрытой. Это дает широкий выбор пользователю. Практически у любого производителя найдется котел требуемой мощности для жилого дома или квартиры с нужной комбинацией характеристик, чтобы установить оборудование самым оптимальным образом.
Некоторые модели подойдут для замены старых котлов в гравитационных системах отопления. Обязательное наличие перепада температуры на входе и выходе, а также наличие встроенной накопительной емкости, этому как раз способствуют. Преимущество конденсационных котлов в том, что при замене громоздкого напольного старого оборудования его вполне возможно заменить компактным настенной моделью.
Одноконтурные и двухконтурные
Конденсационные котлы с одноконтурным теплообменником способны обеспечить нагрев только теплоносителя. Горячую воду в этом случае можно получить, подключив внешний бойлер косвенного нагрева который будет отбирать часть мощности на себя. Выбор одноконтурной модели – единственный разумный вариант, если есть централизованная подача ГВС без сбоев и длительных перерывов.
Если требуется горячая вода и для бытовых нужд, то лучше подойдет двухконтурный конденсационный котел со встроенным теплообменником ГВС. Отличительные особенности конденсационных двухконтурных котлов:
- Возможность нагрева воды до 60°С, так как используется теплообменник прямого действия без учета конденсационной камеры.
- Во время подготовки горячей воды контур отопления частично или полностью перекрывается, так что наличие накопительной емкости обязательно для снижения нагрузки на котел.
- Чаще используется внешняя накопительная емкость для ГВС, что следует учитывать при выборе места и способа установки.
С импульсным горением
Недавно наряду с уже описанными конденсационными котлами начался выпуск устройств с импульсным горением. Это совершенно новый подход в плане конструкции отопительных котлов. В них нет привычной горелки, и теплообменник используется специфический. Тепловая энергия вырабатывается при организации огромного числа микровзрывов подготовленной газовоздушной смеси в камере сгорания специальной формы. Это позволяет выработать больше энергии при меньшей затрате топлива, при этом значительная часть теплообмена происходит за счет конденсации выхлопа.
В котлах с импульсным горением камера сгорания располагается фактически внутри накопительной емкости, притом в верхней ее части. Внутрь подается подготовленная топливная смесь из газа и воздуха в строго заданной пропорции. Далее с помощью искры или впоследствии за счет перегретых стенок камеры провоцируются микровзрывы с частотой в несколько сотен за секунду.
Выхлоп под воздействием высокой температуры сильно расширяется, а в камере перекрывается входной клапан в верхней части. За счет создаваемого давления газы поступают в блок трубок, уходящих вниз через накопительную емкость с теплоносителем. Отдавая свое тепло воде, газы остываю, пар конденсируется. На выходе из такого своеобразного теплообменника отработанные газы уже имеют температуру менее 40°С и отводятся принудительно за пределы помещения. При этом используются обычные пластиковые трубы, а дымоход прокладывается любым удобным способом.
Дымоходы
Для отвода отработанных газов в конденсационных котлах используется классический дымоход для открытой камеры сгорания и коаксиальный дымоход для закрытых камер с надувными горелками. Требования к дымоотводящей системе предписаны производителем для каждой модели, и отступать от этих условий категорически нельзя.
С учетом относительно низкой температуры выхлопа классический дымоход должен быть существенно выше и больше по диаметру, чем аналогичного котла с использование только низшей теплоты горения. Только так будет поддерживаться достаточная тяга для отвода продуктов горения без риска опрокидывания тяги или задымления помещения.
В случае с закрытой камерой сгорания все проще. Следует по наименьшему маршруту проложить коаксиальный дымоход требуемого сечения, и вывести его з пределы здания. Об остальном позаботится автоматика.
