Главная › Новости

Плюсы и минусы конденсационных котлов

Опубликовано: 04.10.2018

Устройство и принцип работы конденсационного котла

Чтобы определить, в чем же заключаются плюсы и минусы конденсационных котлов , нужно разобраться, какие плюсы и минусы есть у традиционных котлов .

Самым дешевым топливом для котлов в России является природный газ . Поэтому  именно газовые котлы сегодня – наиболее распространенное отопительное оборудование как в промышленности, так и в быту. Об этих котлах и пойдет речь.

Котлы создавались людьми по образу и подобию того, чем они, люди, пользовались тысячи лет. Костер. А над ним окорок на вертеле или котелок с водой. Так же выглядит и котел: снизу горелка, дающая пламя, сверху – теплообменник, по которому течет вода, нагревается и уходит в систему отопления.

Такие котлы называют традиционными. Это достаточно простое и надежное устройство вполне прилично обеспечивает теплом радиаторы отопления или, допустим, нагревает бойлер с водой. При необходимости уменьшить мощность котел переходит в цикличный режим, начинает включать и выключать горелку. Для системы отопления или бойлера этот режим годится. Почти любая система отопления имеет большую тепловую инерцию и то, что котел подает тепло в систему отдельными порциями, а не постоянно, практически не сказывается на температуре воздуха в доме.

Но есть у всех традиционных котлов, напольных и настенных, есть один серьезный минус . Он заключается в том, что при сгорании топлива, то есть в результате химической реакции его окисления, кроме всего прочего образуется вода. А так как температура дымовых газов котла много выше 100оС, то вода в виде пара улетучивается вместе с дымом и уносит с собой, между прочим, более 10% энергии, полученной при сжигании топлива. 

Неоднократно делались попытки использовать эту энергию, испытывались разные приспособления, на поверхности которых эти водяные пары конденсировались, и энергия конденсата шла в дело. Но конденсат, извлеченный из дымовых газов, представляет собой хоть и слабую, но все-таки кислоту. То есть поверхность, на которой происходит выпадение конденсата, должна быть одновременно и термостойкой, и кислотостойкой. Вот тут-то и крылась основная проблема – долгое время не могли подобрать такие материалы.

Была и вторая проблема в создании конденсационных котлов. Даже если сделать кислотостойкий теплообменник, то надо сделать еще и так, чтобы конденсат с него не попадал на горелку. То есть, во-первых, нужно было радикально изменить геометрию камеры сгорания котла, убрав горелку из-под теплообменника и, во-вторых, добиться, чтобы пламя горелки все-таки попадало на теплообменник. Появился так называемый конденсационный модуль, состоящий из теплообменника – трубы из нержавеющей стали, свернутой спиралью, и расположенной внутри этой спирали цилиндрической горелки, в которую вентилятор котла под довольно большим давлением подает смесь газа с воздухом; и все это закрыто термо- и кислотостойким кожухом.

Есть и другие конструкции конденсационных модулей, но во всех сохранены главные принципы: теплообменник и все внутренние поверхности модуля изготовлены из термо- и кислотостойких материалов, горелка – наддувная, расположена так, что конденсат на нее практически не попадает, и обеспечено удаление из модуля дымовых газов и выпавшего конденсата.

Попутно возник вопрос: как регулировать мощность горелки? Путем включения/выключения – не годится. Сделали так называемую плавно модулирующую горелку , у которой мощность изменяется от максимального до минимального значения путем пропорционального изменения скорости вращения вентилятора.

Так появились конденсационные котлы, практически решившие проблему использования энергии конденсата. За счет этого значительно вырос КПД котла , с ним уменьшился расход газа, что, в свою очередь, привело к снижению эксплуатационных расходов на отопление. Это – их безусловное достоинство перед традиционными котлами.

Однако многие считают это достоинство единственным. И естественным образом возникает сакраментальный вопрос: за сколько лет использования конденсационный котел за счет экономии газа (и, следовательно, экономии его оплаты) окупит разницу в стоимости между ним и его традиционным аналогом? Обычно это разница в полтора – два раза.

Однозначного ответа на этот вопрос нет. Все зависит от конкретных условий, в которых окажется котел. Факторов здесь много. Это и регион, в котором находится дом, и степень утепления дома, и величина отапливаемой площади, и конструкция системы отопления, и режим работы котла, и многое другое. Отсюда и большой разброс значений ответа – экономия газа может быть в пределах от 5% до 35%. Соответственно «гуляет» и срок окупаемости. В России он может составить от 5 до 20 лет.

То есть, если учитывать только один это фактор – более высокий КПД котла и связанный с ним меньший расход газа – конденсационные котлы большого интереса в России не представляют. Большинство потребителей-россиян так и считают.

Но!

Более высокая экономичность котла – далеко не единственное достоинство конденсационных котлов в сравнении с традиционными , есть и другие. Это и сниженное количество вредных веществ, уходящих в атмосферу с дымом, и более низкая температура дымовых газов. Но мы остановимся на двух других очень важных факторах, позволяющих считать конденсационные котлы более подходящими для выполнения основных задач котлов – обеспечение комфортной температуры в доме.

Одним из них является то, что традиционные теплообменники «не любят» низкой температуры в системе отопления.

Дело в том, что при установленной на котле низкой температуре отопления происходит следующее: из горячих дымовых газов на внешних стенках «холодного» теплообменника начинает выпадать конденсат (напомню, что конденсат – это все-таки кислота). А традиционный теплообменник к этому не приспособлен. Он начинает «плакать» (на нем появляются капли конденсата), покрываться бурым или зеленым (в зависимости от материала теплообменника) налетом, а затем появляется течь – это когда кислота проедает стенку теплообменника насквозь. Все, теплообменник – в утиль! Особенно это касается теплообменников настенных котлов.

«Низкой» температурой для традиционных котлов можно считать +60оС. То есть НА ТРАДИЦИОННЫХ КОТЛАХ НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ УСТАНАВЛИВАТЬ ТЕМПЕРАТУРУ ОТОПЛЕНИЯ НИЖЕ +65 о (как обычно, с небольшим запасом относительно граничного значения). Назовем это правилом №1.

Кстати, следствием правила №1 является то, что традиционные котлы НЕЛЬЗЯ подключать «напрямую» к системе «теплый пол» . Из-за того, что температура в этой системе не должна быть выше 40 – 50о.

Подобный эффект может наблюдаться и при использовании на традиционных котлах погодозависимой автоматики. Это когда автоматика меняет температуру отопления на котле при изменении температуры на улице. Обратно пропорционально. То есть если на улице довольно тепло, то температура отопления на котле этой автоматикой будет установлена низкая, то есть запросто может оказаться ниже +60оС и тогда – см. выше…

Отсюда вытекает правило №2 – ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОГОДОЗАВИСИМОЙ АВТОМАТИКИ В ТРАДИЦИОННЫХ КОТЛАХ НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ , если нет возможности ограничить нижнюю температуру контура отопления котла (в некоторых котлах это сделать можно, но в большинстве котлов – нет).

А как же тогда регулировать температуру воздуха в комнатах?

Для этого существует прекрасный прибор – комнатный термостат.

Или можно установить термостатические вентили на радиаторы (их еще называют термоголовками).

А для конденсационных котлов низкая температура в контуре отопления не только не страшна, она, наоборот, предпочтительна. Судите сами.

На улице относительно тепло. Устанавливаем на котле низкую температуру отопления, в теплообменнике начинает выпадать конденсат. Конденсационный теплообменник к этому приспособлен. Выделенная энергия конденсата «впитывается» в теплообменник, что приводит к повышению его КПД . И чем ниже температура теплообменника, тем КПД выше.

Кстати сказать, погодозависимая автоматика котла в этих условиях работает эффективно.

И, кроме того, есть устройство, которое делает работу связки «котел – система отопления – температура в помещении» максимально эффективной. Это – ДАТЧИК комнатной температуры (подчеркиваю, не термостат, а именно датчик), который является элементом почти каждого пульта дистанционного управления котлов. При подключении его к котлу и установке на нем того значения температуры, которое мы бы хотели иметь в помещении, автоматика котла в каждый момент времени будет определять и устанавливать в котле такую минимальную температуру системы отопления, которая обеспечивает заданную нами температуру в помещении. При этом, естественно, горелка котла будет работать в оптимальном для котла непрерывном режиме.

Еще один момент. У традиционных котлов на минимальной мощности КПД падает, а у конденсационных – растет. А если учесть, что чаще всего котлы на отопление работают именно на минимальной мощности (в силу ряда причин, о которых, возможно, поговорим в другой раз), то разница в КПД достигает 30 – 35%.

И еще один момент. Высокотемпературная система отопления, которую только и  могут обеспечить традиционные котлы, имеет свои недостатки. Во-первых, на радиаторах возникает так называемый «каминный эффект», это когда значительно возрастает передача тепла за счет инфракрасного излучения: подходишь к радиатору – жарко, отходишь – холодно. А, во-вторых, воздух, проходящий через радиатор, сильно нагревается, скорость его увеличивается – и он начинает подсасывать за собой пыль. А пыль в комнате есть всегда. И она начинает летать по комнате. И мы ею дышим. А когда температура радиаторов низкая, как в случае с конденсационными котлами, то и каминного эффекта нет, и пыль практически не поднимается в воздух.   

   Отдельно нужно сказать о настенных двухконтурных котлах. Уже в традиционных настенных котлах была применена плавно модулирующая горелка, так как горячую воду в проточном теплообменнике этих котлов нужно греть постоянным пламенем, мощность которого может изменяться в соответствии с изменением протока или температуры воды. В этих котлах мощность горелки изменяется путем автоматического регулирования подачи на нее газа.

Настенные двухконтурные котлы прочно обосновались в своей нише – это обеспечение отопления и горячего водоснабжения малоэтажных строений (дач, коттеджей и пр.) и так называемое поквартирное отопление, когда в каждой квартире многоквартирного дома установлен свой котел.

Однако, у традиционных настенных двухконтурных котлов, при всех их безусловных достоинствах – малых габаритах, относительно небольшой стоимости, самодостаточности и безопасности – к двум перечисленным недостаткам, свойственным всем традиционным котлам, добавился еще один, характерный именно для настенных котлов.

Как уже говорилось, в традиционном настенном двухконтурном котле изначально применялась горелка с плавной модуляцией мощности. Казалось бы, все хорошо. Но модуляция на этой горелке, в силу ее конструктивных особенностей, ограничена диапазоном от 30% до 100% максимальной мощности. Дело в том, что при мощности ниже 25% пламя такой горелки становится нестабильным .

Для системы отопления это значения практически не имеет, а вот при производстве горячей воды в проточном теплообменнике, который стоит на большинстве настенных двухконтурных котлов (то есть на всех, кроме котлов с встроенным бойлером и одноконтурных настенных котлов), возникает проблема.

Допустим, у нас 24-киловаттный котел, мы устанавливает температуру горячей воды на 40оС и открываем кран на большой проток воды, литров на 7 – 8 в минуту. Котел включается, находит ту мощность, которой нужно греть такой проток воды – и мы имеем то, что хотим, т.е. воду нужной нам температуры. В данном случае котлу нужно вырабатывать мощность 17 – 20 кВт, что находится в диапазоне его возможностей (для 24-киловаттного котла диапазон модуляции мощности – от 7 до 24 кВт). Но если, допустим, хозяйке надо помыть посуду, она не будет сильно открывать кран, а откроет литра на 2 – 3 в минуту. Котел включается… Однако для нагрева такого маленького протока воды до заданной температуры ему надо вырабатывать мощность около 5 кВт, а он меньше 7 кВт не может. И тогда котел либо перегревает воду, работая на минимальной мощности, и перегревает порой очень сильно, либо, если в его автоматике имеется соответствующий режим, переходит на цикличный режим работы, то есть начинает включать и выключать горелку.

В системе отопления такой режим включается довольно часто и там его можно назвать «цикличным» - один период включения/выключения составляет примерно 5 - 10 минут. А вот в режиме ГВС назвать его «цикличным» язык не поворачивается: период включения/выключения тут составляет 3 – 5 СЕКУНД! Правильнее, пожалуй, назвать его «судорожным».

Ну, вроде бы, и что?

Дело в том, что в котле достаточно много элементов, ресурс которых определяется количеством включений/выключений. Это насос, вентилятор, газовый клапан, реле электронной платы и некоторые другие. А в течение года количество включений/выключений котла в цикличном режиме на систему отопления и на систему ГВС примерно одинаково, если пользоваться малым протоком горячей воды хотя бы 10 – 15 минут в день. То есть, ежедневно моя посуду и «гоняя» при этом котел в цикличном режиме ГВС, мы СОКРАЩАЕМ СРОК СЛУЖБЫ КОТЛА ЧУТЬ ЛИ НЕ ВДВОЕ .

И еще. В цикличном режиме ГВС наблюдаются колебания температуры горячей воды, хоть и небольшие, но чувствительные. Пользоваться такой водой, конечно, можно, но не очень комфортно.

Горелка же конденсационного котла позволила значительно расширить диапазон модуляции мощности, нижняя граница которого составляет 15%, а то и 10% от максимальной мощности. То есть для 24-киловаттного котла это 2,5 – 3 кВт. Расчеты и практика показывают, что как бы немного мы ни открыли кран горячей воды, котел будет нагревать ее до заданной температуры. В непрерывном режиме.

Попутно заметим, что и при работе на систему отопления конденсационный котел значительно реже традиционного вынужден переходить на цикличный режим.

Все это дает значительное сбережение ресурса котла и высокий комфорт по горячей воде.

Подводя итог, можно сказать следующее: преимущества конденсационных котлов перед традиционными – значительно более высокий КПД и, как следствие, меньший расход газа ; возможность обеспечивать низкотемпературное отопление , что для человека более комфортно, чем высокотемпературное; более низкие , чем у традиционных котлов, выбросы в атмосферу вредных веществ ; значительно меньшая температура дымовых газов . А дополнительно для настенных двухконтурных котлов – возможность обеспечивать значительно более высокий комфорт горячего водоснабжения (при использовании проточного теплообменника ГВС) и более низкий уровень шума .

Все это говорит о том, что конденсационные котлы – это огромный шаг на пути развития котельного оборудования.

Что касается недостатков конденсационных котлов – большей стоимости и большей сложности используемых в них элементов – то за все приходится платить. И, поверьте, оно того стоит!