Когда мы выбираем в дом какое-либо оборудование длительного использования, то хотим чтобы этот выбор был максимально выгодным. В то же время не каждая новая технология перечеркивает старую. Сегодня отдельные поколения оборудования могут сосуществовать. Таким образом, все, что сегодня предлагается производителями в той или иной мере востребовано. В этой статье поговорим о конденсационных котлах – насколько они выгодны и каковы их особенности.
Прежде всего, замечу, что для современной отопительной техники одним из немаловажных критериев выбора является ее стоимость и эксплуатационные расходы. Если сравнивать обычный котел с конденсационным, то первый окажется дешевле, но менее экономичным. КПД такого котла около 90%, а у более дорогого конденсационного – 110%. Чтобы подсчитать выгоду от экономичности конденсационного котла, необходимо прежде разобраться с тем, что же такое КПД 110% – ошибка, научный парадокс или обоснованный факт?
Все мы знаем со школьной скамьи, что КПД любой системы в теории не может превышать 100%, как не может и равняться этой цифре. И это никто не берется оспаривать. Но в конденсационных котлах КПД считается по-другому. У некоторых конденсационных котлов КПД может быть 106%, у других – 109% и даже 110%, но всегда более 100% – так указывается в их технических характеристиках. Попробуем понять, откуда берутся «лишние» проценты.
Любое органическое топливо сгорает с выделением воды, углекислоты и тепла. До момента сжигания все эти компоненты как бы находятся в одной «оболочке». Но, как только газ, пар и тепло высвобождаются в процессе горения топлива, все они с точки зрения физики оцениваются как отдельные энергетические потенциалы. Углекислый газ в поле нашего интереса не попадает, а вот водяной пар становится весьма интересной субстанцией. Когда его температура снижается, то он превращается в жидкость. При этом пар теряет много тепла, которое можно вовремя отобрать и пустить себе на пользу, т.е. использовать скрытую теплоту конденсации. Эта теплота в простых расчетах КПД конвекционных котлов не учитывается.
По-другому скрытая теплота конденсации может называться высшей теплотой сгорания. Для природного газа данная величина может составлять 11%. Определенный потенциал скрытой теплоты сгорания имеется у всех видов органического топлива. Таким образом, если сжигать топливо в установках, способных отбирать скрытую теплоту конденсации, то можно повысить их КПД. В случае с газовым оборудованием дополнительный прирост теплоты может заставить выйти показатель совокупного КПД за рамки 100%. Вот собственно и весь секрет.
Как отбирается скрытая теплота конденсации? Для сбора скрытой теплоты требуется дополнительное оборудование, которое неизбежно приводит к усложнению конструкции котла и соответственно к его удорожанию. Нечто подобное можно применять и во всех других системах, где сжигается органическое топливо, но не везде это нужно и целесообразно. Обычные конвекционные котлы не используют высшую теплоту сгорания. Для этого у них нет технической возможности. Все это тепло уходит в дымоход вместе с продуктами сгорания. Конденсация водяного пара в этом случае происходит в атмосфере и не играет для нас никакой роли.
Конденсационные котлы способны существенно снизить температуру дымовых газов, попадающих в дымоход, а разницу в виде тепла – использовать для нагрева теплоносителя. При этом газы значительно осушаются, но полностью лишить их паров не реально. При работе на природном газе такие котлы в сумме способны показать КПД на уровне 108-109%. Это, примерно, на 15% больше, чем у традиционных газовых котлов. По крайней мере, такие цифры выходят из физических расчетов. Но теория и практика если и пересекаются, то при соблюдении целого ряда условий.
Особенности работы конденсационных котлов в системах отопления
Если не заострять внимание на технических тонкостях, то принцип конденсационного котла можно описать как работу двух блоков, один из которых работает по принципу традиционного котла, а другой – представляет собой некий теплообменник из кислотоустойчивого материала, в котором происходит конденсация пара, образующегося при сгорании горючего газа. В этом втором теплообменнике происходит отбор скрытого тепла и его передача теплоносителю. Однако эффективность такого отбора будет зависеть от температуры теплоносителя: чем он холоднее, тем больше тепла сможет взять. Это означает, что в низкотемпературных системах отопления конденсационный котел более эффективен. Температура теплоносителя в них не превышает 30-35°С (теплый пол), тогда как в системах в с радиаторами температура от 50°С и выше.
Дымовые газы конденсируются при температуре 55-60°С. Она практически совпадает с температурой возвращенного теплоносителя в радиаторных системах. А вот разница с температурой обратки теплых полов составит более 30°С. Это означает, что конденсация во втором случае будет происходить более эффективно. В результате котел может выйти на те самые 109-110%. Но в системах, где температура обратки окажется выше температуры конденсации, на получение дополнительного тепла можно не надеяться. На практике выгода от использования конденсационного котла в системах с радиаторами составляет не больше 5%, а КПД не превысит 95-99%. С одной стороны даже 5%-ная экономия в долгосрочной перспективе и при существующей динамике роста цен на газ может быть существенной. Но тут нужно учесть, насколько дороже и сложнее становится система и чем приходится жертвовать.
У конденсационных котлов теплообменник цилиндрического типа, где газовая горелка устанавливается с торца. Образовавшийся конденсат, который представляет собой хоть и слабый, но довольно агрессивный кислотный раствор, собирается и отводится в канализацию. Для таких котлов характерны закрытые камеры сгорания, а также модульные горелки. Теплообменник в них изготавливается из силумина либо из кислотоустойчивой нержавеющей стали.
В двухконтурных конденсационных котлах могут быть установлены раздельные или битермические теплообменники. Последние более дешевые, но требуют умягчения воды. Их довольно узкие каналы легко забиваются накипью, которая в изобилии образуется из жесткой воды. К растворенным солям не так чувствительны раздельные теплообменники, поскольку имеют более широкие каналы. По той же причине они позволяют получать большие объемы горячей воды в единицу времени. Двухконтурные котлы конденсационного типа могут иметь встроенный бойлер.
Дымоходы конденсационных котлов отличаются от традиционных. Температура газов, проходящих по ним ниже, поэтому остаточный конденсат образуется прямо в них. Дымоходы преимущественно коаксиальные (труба в трубе), но есть и модели обычным выводом. Наиболее дешевые дымоходы в пластиковом исполнении, при этом они не менее надежны, чем из нержавейки. Такие дымоходы не боятся кислот. Длина коаксиального дымохода не превышает 5 метров. Горизонтальные участки делаются под небольшим уклоном к котлу (у конвекционных котлов уклон горизонтальных участков дымохода делается, наоборот – от котла). Это необходимо для того, чтобы то большое количество конденсата, сливалось не наружу, а в конденсатосборник.
Целесообразность применения конденсационных котлов
Конденсационные котлы преимущественно европейского производства. Их популярность вызвана, прежде всего, высокой стоимостью газа для европейского потребителя. Мы платим в 5-10 раз меньше, чем в жители Европы. Понятно, что при столь высокой цене и 15%- и даже 5%-ная экономия ощутима и целесообразно. При российской цене на газ конденсационные котлы будут окупаться довольно долго, поэтому у нас они не так популярны. Традиционные (конвекционные) котлы по-прежнему остаются лидерами продаж.
Выгода конденсационных котлов зависит не только от цены на газ, но и от их мощности. Для маленького котла – маленькая экономия, для большого – большая. Одним словом, чем больше расходуется газа на отопление, тем ощутимее экономия. При этом не стоит забывать и о главном факторе экономии КПД. Если в высокотемпературных системах отопления экономии может вообще не быть или она не превысит 5%, то в низкотемпературных может достичь 15% по сравнению с котлами традиционного (конвекционного) типа.
Автор текста: М. Тамилин
