Устройство и принцип работы газовых конденсационных котлов

Горелка Premix

Горелка так же является важным компонентом любого котла, в том числе конденсационного. Список задач, за которые она отвечает:

• Обеспечение точных пропорций смешения топлива с окислителем (воздухом).
• Качественное перемешивание газовых составляющих.
• Обеспечение экологичности горения.

Первые два пункта необходимы для повышения полноты сгорания топлива и, соответственно, общего КПД котла. Подробно разберем их ниже.

В третьем пункте, в конечном счете, подразумевается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу. В горелках современных конденсационных котлов это достигается за счет сравнительно малых температур горения, что снижает количество образующихся соединений азота и серы. Для достижения необходимых показателей по мощности при снижении температуры площадь пламени в таких горелках обычно достаточно велика.

Наиболее распространены два варианта организации поверхности для горения. Цилиндрическая: И плоская:

цилиндрическая горелка premix	плоская горелка premix

Увеличение поверхности горения так же обеспечивает большую площадь инфракрасного излучения при работе горелки на малой модуляции мощности.

Сам материал поверхности представляет собой ячеистую структуру из металла либо керамики.

Ячеистость обеспечивает дополнительное перемешивание газа с воздухом. Но основное смешение и контроль его пропорций в современных котлах происходит до горелки — в узле “газовый клапан/вентилятор/трубка Вентури”. Его схематичное изображение представлено ниже.

Подобные системы носят общее название “Premix”, то есть система с предварительным смешением. Точное поддержание пропорции воздух-газ обеспечивается за счет приблизительно равных давлений в точке смешения. Причем эта пропорция поддерживается в широком диапазоне расходов смеси и модуляции котла.

Таким образом общую схему можно описать по пунктам:

1. Вентилятор создает высокую тягу, обеспечивая точный расход воздуха в соответствии с требуемой мощностью.
2. Трубка Вентури обеспечивает выравнивание давлений газа и воздуха в точке смешения.
3. Газовый клапан поддерживает оптимальную пропорцию газ-воздух в широком диапазоне скоростей вентилятора.
4. Полученная газовоздушная смесь поступает на поверхность горелки, где происходит дополнительное перемешивание.
5. Смесь поступает в область горения. Причем горение происходит с температурой, достаточно низкой для обеспечения низких выбросов вредных веществ, но при это с высокой суммарной мощностью.

Подводя итог, можно сказать, что конструкция конденсационного котла и принцип его работы не так и сложен. Однако, каждый отдельный элемент требует большого внимания при проектировании. Правильный выбор материала теплообменника, его геометрия, надежные компоненты газово-воздушного тракта — залог эффективной работы и долговечности котла. По сравнению с любым традиционным котлом, конденсационный обеспечивает большие КПД во всех режимах работы. Теплообменник изготовленный из нержавеющей стали обеспечивает долгий срок службы оборудования (вплоть до 50-ти лет) без снижения эффективности при любом качестве топлива и теплоносителя.

Рассмотрим, как описанные выше принципы и технические решения используются в газовых конденсационных котлах HORTEK.

Спектр котлов HORTEK составляют три линейки оборудования:

HORTEK Q — бытовые настенные котлы мощностью 25-60 кВт с вариантами исполнения со встроенным бойлером ГВС

HORTEK XL — настенные котлы промышленной серии 60-120 кВт с возможностью установки в каскад до 960 кВт

HORTEK HL — напольные котлы промышленной серии до 910 кВт с возможностью установки в каскад.

Плюсы и минусы

К достоинствам конденсационных котлов следует отнести:

• высокая производительность отопительной системы;
• экономия топлива достигает 20 %;
• снижается нагрузка на все основные узлы котла, что увеличивает срок службы агрегата;
• при отсутствии необходимых условий работа не останавливается, котел функционирует как обычное устройство конвекционного типа.

Недостатками таких конструкций являются:

• для работы необходимо создать специфические условия, что возможно далеко не всегда;
• для утилизации конденсата необходимо производить специальные мероприятия — в нем содержится большое количество кислоты, поэтому сливать в канализацию запрещено;
• стоимость конденсационных агрегатов намного выше, а ремонт обойдется дороже, чем у традиционных моделей.

Недостатков мало, но они весьма существенны. Для нормальной работы конденсационного котла с радиаторной системой необходимо, чтобы разница температур на улице и в помещении не превышала 20°.

Иначе условий для конденсации водяного пара не будет. А применение теплого пола возможно и целесообразно не всегда. Эти особенности значительно ограничивают спрос на подобные конструкции.

Возможно, отсюда и берет начало попытка производителей активизировать сбыт, указывая заведомо невозможный КПД.

Плюсы и минусы

Обычный или конденсационный котел – что лучше, и в каких ситуациях?

Основные преимущества агрегатов конденсационного типа – высокий КПД и экономичность. Благодаря конструкции горелки (виды газовых горелок для котлов отопления) топливо сгорает практически полностью, количество отходов минимально – то есть, в экологическом отношении этот котел тоже лучше.

Температура дыма ниже 40 градусов – это означает, что можно использовать дымоходы из пластика, а они дешевле металлических. За счет меньшего количества продуктов сгорания и встроенной принудительной вентиляции можно использовать трубы меньшего сечения.

К плюсам этого котельного оборудования относятся:

• компактность, небольшой вес;
• проще монтаж;
• модулируемая горелка;
• экономия газа, в среднем 35 %;
• малый уровень шума и вибраций;
• экономия на дымоходе;
• экологичность (в 7 раз меньше вредных выбросов);
• возможна каскадная установка (несколько котлов в общей системе).

Что такое конденсационный котел

Конденсационный котел — это газовый котел с установленным вторичным теплообменником. Именно вторичный теплообменник позволяет получить дополнительное тепло из конденсата и продуктов сгорания газа. По этой же причине КПД конденсационного котла выше 100%, в то  время, как у обычного газового котла, КПД редко превышает отметку в 90%.

Особенностью конденсационных котлов отопления является необходимость использования сброса конденсата в канализацию или за пределы дома. Само собой разумеется, что в обычных газовых котлах, ни о каком сбросе конденсата речи не идёт, и он спокойно себе улетучивается через дымоход.

Принцип работы двухконтурных газовых котлов

Часто требуется не только отопить какое-то помещение, но и обеспечить нагрев воды для бытовых нужд. В этом случае помогут двухконтурные газовые котлы. Принцип работы таких устройств практически не отличается от одноконтурных аналогов. Однако есть дополнительные элементы.

Нагрев воды в контуре ГВС происходит косвенным образом. Чтобы получить горячую воду, необходимо на протяжении всего времени поддерживать определенную температуру в основном контуре для отопления. При нагреве воды будет работать и отопительная система. Такой вариант неприемлем летом, поэтому на обратном трубопроводе устанавливается кран, способный прерывать циркуляцию теплоносителя. В этом случае нагревать будет только вода.

Рейтинг конденсационных котлов

Рейтинг конденсационных котлов отличается по производителям и моделям, в зависимости от типа конструкции: настенной или напольной.

Наиболее популярные настенные типы котлов:

1. De Dietrich PMC-M 24/28 MI Plus – двухконтурный навесной котёл с литым, легированным алюминием, теплообменником и пластинчатым для подключения в горячему водоснабжению, а также расширительным баком на 8 л. Мощность нагрева 6,1-24 кВт, максимальная площадь отопления – 248 м2, масса конструкции 29 кг.
2. Ariston Genus Premium Evo 30 – двухконтурный котёл премиум-класса, оснащённый радиальным и пластинчатым теплообменниками, погодозависимой автоматикой. Рассчитан на мощности 3,3-30 кВт и площадь помещений до 311 м2, масса конструкции 35 кг.
3. Viessmann Vitodens 100-W – двухконтурный котёл с высокотехнологичным теплообменником Inox Radial и вторичным пластинчатым для ГВС, модулируемой горелкой Matrix в диапазоне от 20% до 100%. Диапазон мощностей – 11-35 кВт, рассчитан на площадь до 350 м2, масса 44 кг.

Конденсационный котел Viessmann Vitodens 100-W

Рейтинг популярных напольных котлов:

1. Vaillant ecoVIT VKK INT 366 – одноконтурный котёл мощностью 34 кВт, предназначенный для отопления помещений площадью до 340 м2. Оснащён цифровой системой управления DIA-System, электронным поджигом и модулируемой горелкой. Предназначен для отопления и производства горячей воды.
2. Viessmann Vitogas 100-F GS1D870 – одноконтурный котёл, оснащённый открытой камерой сгорания, надёжной и долговечной системой поджига с предварительным смешением, высокоточной автоматикой. Рассчитан на мощность 29 кВт и отапливаемую площадь 300 м2.
3. Buderus Logano G234 WS-38 – одноконтурный котёл мощностью 38 кВт, предназначенный для отопления помещений площадью до 380 м2. Конструкция теплоизолирована, поддерживает подключение дополнительной автоматики, прочна и надёжна в эксплуатации. Предназначен для отопления и нагрева воды для ГВС.

Установка конденсационных котлов в современных системах отопления является весьма выгодной, даже несмотря на их высокую стоимость. Они безопасны в эксплуатации, неприхотливы в обслуживании, ремонтопригодны, эффективны и универсальны в применении. Являются отличной альтернативой обычным котлам за счёт высокого КПД и экономного расхода газа.

Правила эксплуатации

Во время эксплуатации газового котлоагрегата открытого типа нужно гарантировать достаточную подачу воздуха, для того чтобы обеспечить полноту сжигания газа.

В противном случае КПД агрегата будет низким, а объем несгоревшего газа большим, с возможным выбросом в помещение

В топках закрытого типа, также важно следить за достаточностью воздуха и работоспособностью дутьевого вентилятора.

Основные правила по безопасной эксплуатации отопительного котла, работающего на газовом топливе при возникновении запаха газа:

• немедленно перекрывают газовый кран на горелочное устройство;
• открывают окна для проветривания;
• в котлах закрытого типа включают принудительную вентиляцию в системе дымохода газового котла;
• не пользуются электровыключателями и спичками;
• немедленно перекрывают открытое пламя;
• сообщают об аварийной ситуации в газовую службу.

Автономное отопление набирает популярность, для многих домовладельцев оно стало такой же необходимостью в холодный период года, как система кондиционирования летом – доступный уровень комфорта в жилых помещениях, обеспечивающий нормальную жизнедеятельность.

Главную функцию в этом выполняют современные котельные установки – технологичные, инновационные агрегаты способные решать многоуровневые тепловые задачи.

Требования к системе отопления

Прежде, чем с нуля заниматься монтажом оборудования для отопления, необходимо иметь на руках полный пакет документов, включающий план с системой распределения, а также соответствующими инженерными расчетами.

Если у вас уже имелся, допустим, одноконтурный котел, то практически не составит никого труда заменить его на такой же конденсаторный вариант, только двухконтурный.

Может возникнуть такая ситуация, что вы полностью захотите заменить систему отопления, с обычной на конденсационную. Для этого, разумеется, потребуются дополнительные материальные вложения. Основные расходы возьмет на себя сам конденсатник. Однако, монтаж и установка уже не будут такими затратными.

При смене системы отопления на рассматриваемый вариант, может потребоваться замена дымохода. Ведь специфика отработанных газов данного котла такова, что они обязательно должны отводиться через трубы из определенного материала изготовления.

Для того, чтобы избежать лишних трат, можно модернизировать имеющийся вариант дымохода, применив гильзование одно стенной трубой из нержавейки, а также отвода из пластиковой трубы.

Образование конденсата

Отмечается, что при работе конденсационного устройства мощностью 24 кВт, включенном на низкотемпературный режим, имеющем нагрузку 50%, оно дает около 40 литров конденсата в сутки.

Утилизировать кислоту из конденсата прямо в почву не разрешается, так как может образоваться «мертвое пятно». Конденсат низкой концентрации возможно сливать в канализацию, при этом разбавляя примерно 10:1 или 25:1.

Если в доме имеется автономная канализация, а также котел, работающий в полную мощь, то рекомендуют проводит процедуру нейтрализации. Для этого жидкость пропускают через специальный резервуар, заполненный мраморной крошкой. И только после этого сливают.

Требования к дымоходу

Для отвода отработанных веществ вместе с данными отопительными устройствами используются дымоходы облегченных конструкций или коаксиальные (труба внутри трубы).

Подобная дымоходная конструкция, одновременно с выводом дыма, засасывает воздух с улицы. Это позволяет агрегату не забирать чистый воздух из помещения, что одновременно повышает КПД.

Монтаж дымохода производится под небольшим углом наклона для того, чтобы избежать попадания кислотных соединений внутрь котла.

Выбор материала для вторичного теплообменника

Силуминовый теплообменник характеризуется меньшим весом и лучшей теплопроводностью. Эти качества материала позволяют производить из силумина компактные теплообменники большой мощности. Теплообменник, как правило, делают литым, поскольку сварные швы являются уязвимым местом – именно там в первую очередь начинается процесс коррозионного разрушения материала.

Поскольку силуминовые теплообменники собираются из литых секций, они проще в производстве и более технологичны, что позволяет экспериментировать с их формой для оптимизации движения дымовых газов и теплоносителя, с целью еще больше повысить КПД котла. Высокими антикоррозионными свойствами силумин обязан алюминию, который, соединяясь с кислородом, образует на поверхности металла слой оксида алюминия, надежно защищающий теплообменник от коррозии.

А еще силуминовые теплообменники имеют большую водозаполненность и меньшее гидравлическое сопротивление. Благодаря этому они более гидравлически устойчивы и не предъявляют такие высокие требования к циркуляции теплоносителя, как теплообменники из нержавеющей стали. Однако конденсационные котлы с силуминовыми теплообменниками имеют более высокую цену.

Газовые котлы – как выбрать правильно ✮Большой выбор газовых котлов на портале TopClimat.ru

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.

Режимы работы конденсационного газового котла

Только специалисты смогут спроектировать системы отопления дома так, чтобы она работала наиболее эффективным образом. Прежде всего необходимо выбрать режим работы котла, от которого будут зависеть почти все параметры системы отопления.

Настенный газовый котел NAVIEN DELUXE PLUS

В разное время суток от отопительного котла требуется разное количество тепла, регулировать которое можно с помощью газовой горелки. Горелки у большинства современных газовых котлов конденсационного типа являются модулируемыми, т.е. с возможностью плавного изменения мощности котла в процессе работы. Горелки, как правило, имеют широкий диапазон модуляции тепловой мощности в пределах 20-100%. Это позволяет легко поддерживать в доме требуемую температуру и экономить дорогостоящее топливо.

Следует отметить, что модулируемые газовые горелки устанавливают и на многие модели обычных котлов.

Конвекционный газовый котел, как правило, работает в режиме 80/60 или 75/60. Где 75 – это температура теплоносителя на выходе из котла, равная 75°С, а 60 – температура теплоносителя 60°С, поступающего в котел после прохождения по всем радиаторам (так называемая обратка). Если температура обратки будет ниже, в котле начнет скапливаться конденсат, на который обычный котел совсем не рассчитан, т.к. точка росы (температура конденсации влаги) находится на уровне около 58°С.

Иное дело котел конденсационного типа. Наиболее эффективен он как раз при низкотемпературных режимах работы, т.к. конденсация в нем только приветствуется. В конденсационных котлах специально понижают температуру теплоносителя до режима 50/30 (выход – 50°С, обратка – 30°С). Именно в этом режиме происходит максимальное извлечение тепла из продуктов сгорания газа и тепла за счет конденсации водяных паров. И тут возникает вопрос, как спроектировать систему отопления, чтобы котел мог работать в режиме, близком к 50/30, а хозяева при этом получали столько тепла, сколько им надо.

Понятно, что при применении обычного котла лучше всего отапливать дом с помощью радиаторов. А вот для конденсационного котла многие предлагают использовать систему «водяной теплый пол». Именно с помощью водяных теплых полов можно заставить котел конденсационного типа использовать энергию от конденсации водяных паров весь отопительный период и обеспечить максимальную экономию газа.

Но если по каким-то причинам установить водяной теплый пол вы не сможете, конденсационный котел все же окажется неплохим решением для обустройства отопительной системы. Попробуем это доказать. На большей части территории страны и смежных государств в зимний период суровые холода держатся относительно недолго – до 10 дней. Да, в это время придется «гонять» ваш конденсационный котел в обычном высокотемпературном режиме, без конденсации, что вполне допустимо, т.к. КПД этого котла все равно будет на уровне 93-97%. Это больше, чем у лучших моделей традиционных котлов. Зато в остальное время зимы конденсационный котел сможет работать при меньшем температурном режиме и в режиме частичной конденсации.

Зависимость КПД котла от режима работы

Специалисты предлагают маленькие хитрости, позволяющие настроить режим работы конденсационного котла так, чтобы и КПД сохранить выше 100%, и на топливе сэкономить, и тепло в доме обеспечить. Например, изначально проектировать систему отопления не для оптимального режима 50/30, а для режима 60/40. Тогда расход газа будет немного больше, зато и в холода мерзнуть не придется.

Есть и другие варианты – к примеру, установить в доме дополнительные радиаторы, с увеличенной в 2,5-3 раза полезной площадью поверхности, рассчитанные на температуру теплоносителя не выше 50°C. Но в этом случае увеличатся капитальные затраты. Хотя эксплуатационные расходы на топливо снизятся. Что лучше – решать только вам.

Устройство основных узлов котла

Конденсационные котлы отопления состоят из следующих основных узлов:

• стального корпуса, в котором расположены все конструктивные элементы;
• циркуляционного насоса, для циркуляции воды в системе теплообменников;
• камеры сгорания, внутри которой размещены горелки;
• камеры доохлаждения парогазовой смеси до температуры +57С;
• вентилятора (турбина), расположенного над камерой сгорания, предназначенного для перемешивания газовой и воздушной смеси;
• двух теплообменников: для передачи тепла воде от продуктов сгорания камеры и для конденсации влаги и получения тепловой энергии;
• патрубков и трубок для подачи воды в систему циркуляции;
• резервуара для сбора конденсата;
• дымохода для отвода продуктов сгорания;
• панели управления.

Образование конденсата

Полученный конденсат уже не является чистой H20, а представляет собой смесь из различных неорганических кислот с относительно невысокой концентрацией. Однако из-за постоянного повышения температуры внутренних узлов его относят к агрессивным составам. Чтобы предотвратить развитие деформации из-за воздействия конденсатов, конструкции котлов изготовляют из кислотостойких материалов. В их качестве может использоваться:

• нержавеющая сталь;
• симулин (алюминиево-кремниевый сплав).

Конденсация пара должна происходить только во вторичном теплообменнике. Если она пойдет дальше, в дымоход, это снизит тепловой потенциал установки, а также негативно повлияет на материал трубы. Из-за этого для производства дымоходов тоже принято использовать нержавейку или пластик, а отдельные горизонтальные узлы помещают под небольшим углом, чтобы конденсат сливался обратно в котел, а не выходил наружу

Важно понимать, что газы, которые выходят из конденсатника, остужены до невероятно низких температур, а все, что не перешло в состояние конденсации в котле, начнет конденсироваться непосредственно в дымоходе

В разную пору года и суток от котловой установки требуется определенный объем тепла, который регулируется горелкой. Этот элемент может быть как модулируемый, поддерживающий плавное изменение мощности, так и немоделируемый, у которого показатели мощности фиксированы в определенном диапазоне. Последний вариант подразумевает регулировку частоты включения горелки исходя из предпочтений хозяина. Однако в современных котлах для жилых помещений задействуются моделируемые горелки.

Получив общее представление об кондиционных котлах отопления, принципе их действия, а также типах горелок, можно более серьезно подходить к вопросу приобретения системы и последующего монтажа. Но в большинстве случаев базовой информации не хватает, чтобы убедиться, что предстоящий выбор оправдает себя. Поэтому многие люди желают подробно изучить основные преимущества и недостатки конденсационных котлов.

Отрицательные качества

Сами котлы работают на простых физических принципах. Но и они имеют ряд отрицательных качеств. Влага, которая появляется в виде конденсата на стенках, имеет в своем составе достаточно агрессивные химические соединения. Эта влага в последствии может разрушать узловые части котла. Помимо этого, существуют и другие усугубляющие факторы:

• Высокая стоимость.
• В сравнении: одноконтурный котел типа конденсаторного и аналогичного обычного будет намного дороже.
• Высокая стоимость сервисного обслуживания.
• Дорогие запасные части и комплектующие.
• Эффективность работы оправдана в режиме невысоких температур.

Таким образом, приобретение и установка конденсационного газового котла является оправданным, когда приследуются явные цели экономии бюджета. Цены на газ имеют только тенденцию к росту ежегодно, но наоборот к снижению, показателей не наблюдается. Поэтому котел такого формата станет надежным агрегатом, который сэкономит газ и не навредит окружающей среде.

https://youtube.com/watch?v=1YTU7h4zod4

Принцип работы конденсационного котла

Конденсационные котлы получили название от слова «конденсат». В процессе работы они преобразуют продукты сгорания газа в конденсат, который, в свою очередь, отдаёт дополнительную тепловую энергию теплоносителю.

По этой причине КПД конденсационного котла превышает 100%. Само собой разумеется, что подобного рода оборудование не может стоить дёшево. Стоимость конденсационных котлов на порядок выше стоимости обычных газовых котлов отопления.

Однако использование конденсационных котлов полностью себя оправдывает, поскольку заплатив один раз, в итоге, можно получить достаточно неплохую экономию на отоплении.