Газовий котел - один із найефективніших способів забезпечити опалення будинку, тому котли такого типу користуються незмінною популярністю у споживачів. Коефіцієнт корисної дії (ККД) звичайного газового котла, в середньому, становить 90% і вище.
Це дуже хороший показник - за своєю ефективністю газовий котел опалення поступається тільки тепловим насосам.
Але є спосіб ще більше збільшити цю ефективність - використовувати газовий котел конденсаційного типу або конденсаційний газовий котел.
На відміну від звичайних котлів, які ще називають конвекційними, конденсаційний дає змогу досягти дуже високої ефективності корисного використання тепла від спалювання палива - у певних режимах роботи коефіцієнт корисного використання тепла згораючого газу конденсаційного газового котла перевищує 100% і досягає величини 108% і навіть 109%.
Зрозуміло, згідно із законом збереження і перетворення енергії, ККД вище 100% недосяжний у принципі - додаткова енергія "з нізвідки" взятися не може. Проте, як і у випадку з тепловими насосами, існують пристрої, які володіють ефективністю вище 100%, і конденсаційний газовий котел належить до їх числа.
Звідки ж у конденсаційному котлі береться додаткове тепло, і чому воно не з'являється в конвекційному? Відповідь лежить вже в самій назві - конденсаційний котел використовує не тільки енергію, "закладену" в паливі, в даному випадку, в газі, а й енергію, що виділяється в процесі конденсації вологи, що є одним з продуктів згоряння газу. Звичайний котел цю додаткову енергію просто викидає в атмосферу разом з димом, а ось конденсаційний котел - направляє її на обігрів будинку.
Таким чином, якщо конвекційний котел може витратити на обігрів будинку тільки 100% енергії, що утворюється в процесі спалювання газу, то конденсаційний котел вже на старті має солідну перевагу - окрім цих 100% він використовує ще й додаткову енергію, що виділяється в процесі конденсації води, яка, в разі спалювання в котлі природного газу, дорівнює 11%.
Ще раз для розуміння - ці додаткові 11% енергії НЕ містяться в паливі, що спалюється, тому ККД конденсаційного газового котла фактично менший за 100%, якщо брати до уваги тільки процес згоряння газу і вироблення теплової енергії за рахунок цього. Конденсаційний котел для обігріву всього лише використовує два послідовних процеси вироблення тепла, а не один, як звичайний котел, причому ККД кожного з них менше 100%.
Але для звичайного споживача, головною турботою якого є вартість спожитого газу, не має значення походження цих додаткових 11% енергії, тому з повною підставою виробники газового обладнання говорять про ККД конденсаційного котла на рівні 106-108%.
У процесі роботи котла будь-якого типу неминуче виникають втрати, але й у цьому разі котел конденсаційного типу має перевагу - втрати в ньому, навіть без урахування конденсації, як правило, нижчі. І втрати ці залежать від режиму експлуатації котла, поговоримо про це нижче.
Звичайні газові котли, своєю чергою, поділяються на котли з атмосферним пальником (або з відкритою камерою згоряння) і котли з вентиляційним пальником (із закритою камерою згоряння).
Найпростішу будову мають газові котли з атмосферним пальником. Центральним елементом такого котла слугує газовий пальник. Він розігріває теплообмінник, по якому протікає вода (або теплоносій), що подається в систему опалення, за рахунок спалювання газу. Продукти згоряння відводяться через димохід завдяки природній тязі, що виникає через різницю температур продуктів згоряння, що відводяться, і зовнішньої температури повітря. З приміщення в котел постійно відбувається приплив повітря, необхідного для спалювання газу. Приплив повітря теж відбувається природним шляхом. Відведення продуктів горіння забезпечується за рахунок стаціонарних димоходів.
Інакше справа йде для котлів, обладнаних вентиляційним пальником. У таких котлах забір повітря здійснюється за допомогою вентилятора, який нагнітає в топку необхідне для спалювання повітря. А відведення газів здійснюється за допомогою коаксіальних димоходів. Останні відрізняються від стаціонарних тим, що трубу для відведення газів прокладено в центрі труби, що підводить повітря в топку (ця конструкція ще називається "труба в трубі").
Сьогодні на ринку представлені в різних модифікаціях настінні газові котли та підлогові газові котли. Як уже випливає з назви, настінні газові котли встановлюються в навісному варіанті, що економить місце, а підлогові газові котли - на горизонтальній поверхні. Споживачеві потрібно знати, що настінні газові котли, в середньому, мають меншу потужність, ніж підлогові.
Крім цього розрізняють одноконтурні газові котли і двоконтурні газові котли. Двоконтурні газові котли, на відміну від одноконтурних, дають змогу не тільки забезпечити опалення будинку, а й забезпечити його гарячою водою з крана. Зрозуміло, вигідніше застосовувати газовий котел і для опалення, і для виробництва гарячої води, тому двоконтурні газові котли більш популярні. Поки що йшлося про конвекційні газові котли.
У випадку з конденсаційними газовими котлами виробники теж пропонують як настінні, так і підлогові моделі. Причому останнім часом неофіційне лідерство захопив конденсаційний настінний котел. Це пов'язано з можливістю каскадного встановлення газових конденсаційних настінних котлів.
Конденсаційний газовий котел має більш складну будову, ніж традиційний. По-перше, продукти згоряння в такому котлі мають значно нижчу температуру, ніж у звичайному, тож без вентилятора та коаксіального димоходу в цьому випадку не обійтися. По-друге, в котлі конденсаційного типу встановлено два теплообмінники - первинний і вторинний. Саме вторинний теплообмінник дає змогу в буквальному сенсі "забрати" тепло, що виділяється в процесі конденсації водяної пари, і передати його теплоносію, тобто утилізувати. Нагадаємо, що водяна пара є одним із продуктів згоряння, тобто утворюється під час горіння газу. По-третє, в конденсаційному котлі слід передбачити пристрій для збору і відведення конденсату.
Дія конденсаційного котла спочатку нічим не відрізняється від звичайного. Нагрівання теплоносія в первинному теплообміннику відбувається за допомогою газового пальника, але потім, відпрацювавши основний процес спалювання палива та передавши значну частину виділеного при цьому тепла первинному теплообміннику, конденсаційний котел не викидає одразу газоподібні продукти згоряння з температурою 150-250°C у трубу, а остуджує їх до 50-60°C.
Саме за цієї температури починається перехід газоподібної водяної пари в рідкий стан. Цей перехід називається конденсацією вологи. Під час конденсації виділяється додаткова теплова енергія, свого часу витрачена на випаровування води, яку у звичайних газових котлах просто викидають у трубу разом з іншими продуктами згоряння. Ця енергія передається через вторинний теплообмінник так званій обратці, тобто воді, що надходить у котел після проходження всіх радіаторів. Зазначимо, що рух теплоносія в конденсаційному котлі здійснюється в напрямку, зворотному руху відпрацьованих газів.
А конденсат стікає теплообмінником і збирається в спеціальному резервуарі. І тут починаються проблеми. Річ у тім, що хімічний склад конденсату виявляється далеким від чистої води. У ньому присутні, нехай і в розведеному вигляді, кілька неорганічних кислот: азотна, вуглекисла, сірчана. Температура сконденсованої вологи доволі велика, що робить її вельми агресивною і насамперед до теплообмінника, на якому вона конденсується. Тому матеріал, з якого виготовляється теплообмінник, має бути стійким до впливу конденсату.
Найчастіше вторинний теплообмінник виготовляють із силуміну, що являє собою алюмінієво-кремнієвий сплав, або з нержавіючої сталі.
Силуміновий теплообмінник характеризується меншою вагою і кращою теплопровідністю. Ці якості матеріалу дають змогу виробляти із силуміну компактні теплообмінники великої потужності. Теплообмінник, як правило, роблять литим, оскільки зварні шви є вразливим місцем - саме там насамперед починається процес корозійного руйнування матеріалу.
Оскільки силумінові теплообмінники збираються з литих секцій, вони простіші у виробництві та більш технологічні, що дає змогу експериментувати з їхньою формою для оптимізації руху димових газів і теплоносія, з метою ще більше підвищити ККД котла. Високими антикорозійними властивостями силумін завдячує алюмінію, який, з'єднуючись з киснем, утворює на поверхні металу шар оксиду алюмінію, що надійно захищає теплообмінник від корозії.
А ще силумінові теплообмінники мають більшу водозаповненість і менший гідравлічний опір. Завдяки цьому вони більш гідравлічно стійкі і не висувають такі високі вимоги до циркуляції теплоносія, як теплообмінники з нержавіючої сталі. Однак конденсаційні котли із силуміновими теплообмінниками мають вищу ціну.
Під час роботи конденсаційних котлів утворюється кислий конденсат. Зрозуміло, конденсат утворюється і під час роботи звичайних котлів, але найчастіше про його існування власники обладнання не здогадуються або не замислюються, тому що майже весь він відлітає в трубу. Хоча задуматися якраз не завадило б - цей конденсат, потрапляючи в атмосферу, призводить до утворення кислотних дощів у місцях концентрації звичайних котлів.
А ось власникам конденсаційних котлів волею-неволею доводиться замислитися над тим, що робити з конденсатом. А його, до речі, утворюється чимало. Так конденсаційний котел потужністю менше 30 кВт за період роботи, що дорівнює 1 добі, збирає близько 30 л конденсату. Найчастіше накопичений конденсат просто зливають у каналізацію. Згідно з правилами експлуатації котлів, можна зливати конденсат без його нейтралізації з котлів потужністю до 150 кВт, тобто для більшості моделей побутового класу. В іншому разі потрібно встановити нейтралізатор (ємність із лужними матеріалами, наприклад, гранулами магнію і калію) і періодично міняти його, що, звісно, завдає певних незручностей, але цілком під силу кожному.
До речі, звичайні котли теж вирішують проблему конденсату, тільки інакше, ніж конденсаційні. У конвекційних котлах робиться все, щоб вивести якомога більше конденсату в трубу, щоб він не накопичувався на теплообміннику і не руйнував його. Для цього відпрацьовані гази випускають "у трубу" за температури 140-160°С, під час охолодження їх до нижчих температур у димоході зменшується тяга, і конденсат починає накопичуватися в котлі, до чого звичайний котел абсолютно не готовий.
Температура газів на виході з конденсаційного котла набагато нижча (лише на 10-15°С вища за температуру теплоносія), адже майже вся теплова енергія утилізується в котлі. Тому відпрацьовані гази з нього можна виводити не лише вгору на дах, а й через стіну, а сам димохід робити меншого діаметру та виготовляти із пластику.
Слід пам'ятати, що вибір матеріалу для димоходу конденсаційного котла має бути суворішим, ніж для звичайного. Адже вся волога, яка не сконденсувалася на теплообміннику в котлі, обов'язково сконденсується в димоході й почне роз'їдати його. Тому димар для котла конденсаційного типу виготовляють зі стійкого до кислого середовища матеріалу - неіржавкої сталі або пластику, а горизонтальним його ділянкам надають невеликий нахил, щоб вода, що утворилася під час конденсації пари, яка потрапила до димаря, зливалася під дією сили тяжіння назад у котел.
Іншою значущою особливістю конденсаційного котла є його підвищена чутливість до якості повітря, що надходить у камеру згоряння. Наявність помітної кількості пилу в повітрі призводить до швидкого зносу вентилятора. До речі, це характерно для всіх котлів, що мають закритий пальник, не тільки конденсаційного типу. Але не тільки запиленість повітря впливає на ефективність газового котла, а й його температура.
Як показує практика, в морози канал для підведення повітря може обмерзати, оскільки температура відпрацьованих газів у конденсаційному котлі доволі низька, і вони не здатні достатньою мірою прогрівати стінки димоходу. Це призводить до зменшення надходження кисню, необхідного для горіння палива, і, як наслідок цього, до зниження ККД самого котла. Тому в особливо суворих кліматичних умовах зможуть працювати далеко не всі моделі конденсаційних котлів.
Як видно, проектування системи опалення за допомогою газового конденсаційного котла - не просте завдання, тут обов'язково потрібна допомога фахівців.
Тільки фахівці зможуть спроектувати системи опалення будинку так, щоб вона працювала найбільш ефективним чином. Насамперед необхідно вибрати режим роботи котла, від якого залежатимуть майже всі параметри системи опалення.
У різний час доби від опалювального котла потрібна різна кількість тепла, регулювати яке можна за допомогою газового пальника. Пальники у більшості сучасних газових котлів конденсаційного типу є модульованими, тобто з можливістю плавної зміни потужності котла в процесі роботи. Пальники, як правило, мають широкий діапазон модуляції теплової потужності в межах 20-100%. Це дає змогу легко підтримувати в будинку необхідну температуру й економити дороге паливо.
Слід зазначити, що модульовані газові пальники встановлюють і на багато моделей звичайних котлів.
Конвекційний газовий котел, як правило, працює в режимі 80/60 або 75/60. Де 75 - це температура теплоносія на виході з котла, що дорівнює 75°С, а 60 - температура теплоносія 60°С, що надходить до котла після проходження всіма радіаторами (так звана "зворотня"). Якщо температура обратки буде нижчою, в котлі почне накопичуватися конденсат, на який звичайний котел зовсім не розрахований, тому що точка роси (температура конденсації вологи) перебуває на рівні близько 58°С.
Інша справа котел конденсаційного типу. Найефективніший він якраз за низькотемпературних режимів роботи, тому що конденсація в ньому тільки вітається. У конденсаційних котлах спеціально знижують температуру теплоносія до режиму 50/30 (вихід - 50°С, обратка - 30°С). Саме в цьому режимі відбувається максимальне вилучення тепла з продуктів згоряння газу і тепла за рахунок конденсації водяної пари. І тут виникає питання, як спроектувати систему опалення, щоб котел міг працювати в режимі, близькому до 50/30, а господарі при цьому отримували стільки тепла, скільки їм треба.
Зрозуміло, що при застосуванні звичайного котла найкраще опалювати будинок за допомогою радіаторів. А ось для конденсаційного котла багато хто пропонує використовувати систему "водяна тепла підлога". Саме за допомогою водяних теплих підлог можна змусити котел конденсаційного типу використовувати енергію від конденсації водяної пари весь опалювальний період і забезпечити максимальну економію газу.
Але якщо з якихось причин встановити водяну теплу підлогу ви не зможете, конденсаційний котел все ж виявиться непоганим рішенням для облаштування опалювальної системи. Спробуємо це довести. На більшій частині території країни і суміжних держав у зимовий період суворі холоди тримаються відносно недовго - до 10 днів. Так, у цей час доведеться "ганяти" ваш конденсаційний котел у звичайному високотемпературному режимі, без конденсації, що цілком припустимо, тому що ККД цього котла все одно буде на рівні 93-97%. Це більше, ніж у найкращих моделей традиційних котлів. Зате в інший час зими конденсаційний котел зможе працювати за меншого температурного режиму і в режимі часткової конденсації.
Фахівці пропонують маленькі хитрощі, що дають змогу налаштувати режим роботи конденсаційного котла так, щоб і ККД зберегти вище 100%, і на паливі заощадити, і тепло в будинку забезпечити. Наприклад, спочатку проектувати систему опалення не для оптимального режиму 50/30, а для режиму 60/40. Тоді витрата газу буде трохи більшою, зате і в холоди мерзнути не доведеться.
Є й інші варіанти - наприклад, установити в будинку додаткові радіатори, зі збільшеною в 2,5-3 рази корисною площею поверхні, розраховані на температуру теплоносія не вище 50°C. Але в цьому разі збільшаться капітальні витрати. Хоча експлуатаційні витрати на паливо знизяться. Що краще - вирішувати тільки вам.
Нерідко споживач стоїть перед непростим вибором - придбати один опалювальний котел великої потужності або встановити кілька котлів малої потужності, з'єднаних між собою (так званий каскад). Останнім часом популярності набуває саме останній варіант. Річ у тім, що каскадні установки мають низку переваг:
Сьогодні установки з декількох настінних конденсаційних газових котлів у каскаді можна зустріти дедалі частіше. Особливо в сегменті середніх і великих потужностей обладнання, де конденсаційні котли успішно конкурують із традиційними котлами. Найчастіше каскадні установки використовуються для опалення комерційних приміщень, для дахових котелень житлових будинків та для інших об'єктів, де важливо забезпечити найвищу потужність джерела тепла в найменшому просторі.
У наш час, коли вартість палива з кожним роком зростає, майбутнє за енергоефективними рішеннями, і тут газові конденсаційні котли на висоті - і за своїм ККД понад 100%, і за багатьма іншими характеристиками. Зрозуміло, як і все на цьому світі, є і мінуси у конденсаційних газових котлів, до числа яких належить і більш висока, порівняно з конвекційними моделями, ціна цих пристроїв. Але переваги конденсаційного газового котла настільки великі, що з легкістю затьмарюють усі мінуси. Хоча ще раз обмовимося, що і звичайні газові котли теж вельми енергоефективне і сучасне рішення. Ось лише кілька переваг конденсаційних газових котлів над звичайними газовими котлами:
27.09.2022
