Почему наибольшей популярностью у домовладельцев пользуются, именно, газовые котлы? Ответ прост — более выгодного источника энергии, используемого для отопления дома и нагрева воды для бытовых нужд, чем магистральный природный газ, сегодня не существует.
Итак, остаётся лишь выбрать газовый котёл, руководствуясь… чем? Ценой, увещеваниями продавцов, разношёрстными рекомендациями родственников и знакомых, узнаваемостью брэнда? Описание конденсационных котлов, рекомендации по выбору обычного газового котла — в данном материале.
Конденсационный (конденсаторный) газовый котёл
Рассмотрим один интересный подвид обычных газовых котлов — конденсационные котлы, производители которых обещают КПД свыше 100%. Как это вообще возможно — КПД более 100%, ведь это противоречит основам физики?
Обычный газовый котёл, модели которого широко распространены на территории СНГ, передаёт полученную в результате сжигания природного газа тепловую энергию теплоносителю отопительной системы через стальной или чугунный теплообменник.
Однако, образовавшиеся при этом дымовые газы и водяной пар, температура которого составляет порядка 120 °C, в отопительных целях не используются. Тепло от пара в обычном котле не может быть передано теплоносителю, т. к. содержащаяся в нём влага крайне вредна для его конструкции, поскольку при её охлаждении и конденсации неизбежен коррозийный износ, значительное ухудшение качества сгорания газа и отложения конденсата на поверхностях дымохода. Потери тепловой энергии, улетучивающейся вместе с паром, составляют около 10% от общей производительности газового котла за единицу времени.
Принцип работы обычного газового котла: 1 — подача газа; 2 — атмосферная горелка; 3 — обратка теплоносителя; 4 — выход нагретого теплоносителя; 5 — продукты сгорания
Водяной пар, содержащийся в дымовых газах, конденсируется при определённых температурах теплоносителя — менее 57 °C. Чем ниже температура теплоносителя, тем интенсивнее проходит конденсация, соответственно, тем больше тепловой энергии отнимается у водяного пара. Максимальный КПД конденсационного газового котла достигается при наиболее низкой температуре теплоносителя в обратном контуре отопительной системы. К примеру, при разнице температур между подачей и обраткой в 15 °C (подача 80 °C, обратка 65 °C) КПД конденсационного котла составит не более 97%, т. е. особо заметной разницы с КПД обычного газового котла (93–95%) не будет.
Для достижения наивысшей производительности, конденсационный котёл необходимо устанавливать в низкотемпературные отопительные системы, т. е. оптимальный перепад температур между подачей и обраткой — 50 и 30 °C соответственно. Только в этом случае достигается КПД котла около 107% с одновременной экономией природного газа порядка 17% за счёт атмосферной горелки.
Схема работы конденсационного котла: 1 — горелочный воздух; 2 —подача газа; 3 — выход теплоносителя; 4 — первичный теплообменник; 5 — рекуперационный теплообменник; 6 — подвод теплоносителя; 7 — дымосос; 8 — слив конденсата
Конденсационные газовые котлы, способные извлечь тепловую энергию из водяного пара, оснащены особым теплообменником-рекуператором, в котором этот пар конденсируется и отдаёт тепло воде, циркулирующей в отопительной системе. В конструкции таких котлов применяются теплообменники двух типов — пластинчатые (оребрённые) и трубчатые.
Пластинчатый теплообменник представляет собой сотовую конструкцию, образованную тонкими металлическими панелями, сваренными между собой с поворотом 90° между каждой парой панелей. Рекуператоры пластинчатые обычно имеют значительные размеры, поэтому чаше всего используются в крупногабаритных конденсационных котлах промышленного и бытового назначения. Рекуператор трубчатый состоит из нескольких витых трубок с тонкими стенками — в каждой из них формируется вихревой поток газов, прижимающийся к стенкам, что позволяет повысить интенсивность теплообмена и одновременно понизить сопротивление канала, по которому проходят дымовые газы.
К слову, именно трубчатые рекуператоры используются в приточных клапанах, встраиваемых в воздухонепроницаемые оконные рамы из пластика. Благодаря небольшим размерам и достаточно высокой эффективности, трубчатые теплообменники широко применяются в конструкции бытовых конденсационных котлов.
Конденсационный трубчатый теплообменник
Конструкция конденсационного котла включает в себя два теплообменника — первичный и рекуперационный. Первичный теплообменник выполнен из чугуна или стали, он идентичен теплообменникам обычных газовых котлов, способен отнимать большую часть тепла, генерируемого пламенем горелки. Пластинчатый или трубчатый рекуператор устанавливается по пути следования дымовых газов внутри корпуса котла — он извлекает оставшуюся тепловую энергию, конденсируя водяной пар при температуре теплоносителя ниже точки росы.
Теплоноситель, проходящий по трубам внутри рекуператора, поглощает тепловую энергию, а образующийся при этом жидкий конденсат накапливается на стенках теплообменника и стекает в специальный поддон, оттуда — по пластиковой трубке в канализацию. Ввиду высокой химической агрессии конденсата рекуператоры и поддоны изготавливаются из стойких к химической коррозии материалов, таких как нержавеющая сталь и силумин (сплав алюминия с кремнием).
Конструкция напольного газового конденсационного котла
Суточный объём выделяемого конденсата примерно соответствует мощности конденсационного котла — к примеру, 20 кВт котёл выделит порядка 20 л конденсата в сутки. В странах Европы действуют жёсткие нормы в отношении такого конденсата, ввиду его химической агрессии требуется обязательная установка фильтров-нейтрализаторов между сливом котла и канализацией, содержащих гранулят кальция либо магния. На данный момент в Украине каких-либо требований в отношении сброса конденсата от конденсационных газовых котлов не существует.
Откуда берётся «лишний» КПД у конденсационных котлов
Тепловая энергия, генерируемая газовыми котлами, традиционно рассчитывалась по сгоранию топлива (низшей теплоте), т. е. тепло, уходящее вместе с водяным паром, в расчёт не принималось, поскольку до появления конденсационных котлов извлечь его было невозможно. Разница в КПД между обычными и конденсационными котлами примерно равна 10–15% — отсюда и преимущества котлов последнего типа, КПД которых рассчитывается по высшей теплоте, учитывающей теплоту конденсации.
Газовый напольный конденсационный котёл
В действительности, с позиции высшей теплоты, КПД газовых котлов не превышает 80%.
Характеристики конденсационных котлов
Положительных сторон у газовых котлов такого типа немало:
- высокая мощность при компактных размерах. К примеру, настенные газовые котлы обычной конструкции не могут быть большей мощности, чем 35 кВт, а у настенных конденсационных котлов мощность ограничена 120 кВт;
- теплопотери не превышают 2% от общей выработанной тепловой энергии;
- горелка особой конструкции позволяет более точно управлять режимами активации и отключения котла, в результате чего достигается экономия топлива;
- низкая рабочая температура позволяет использовать их в таких отопительных системах, как тёплый пол и плинтусное отопление — конденсационные котлы идеальны для двухконтурной системы;
- выбросы тепловой энергии и вредных веществ в атмосферу сведены к минимуму;
- использование высококачественных материалов в конструкции теплообменников увеличивает срок службы таких котлов вдвое по сравнению с обычными;
- при равной мощности, конденсационные котлы занимают меньшую площадь, чем обычные газовые котлы.
Настенный конденсационный котёл
Наибольшая эффективность конденсационных котлов наблюдается в отопительных системах зданий большой площади — от 200 м2. Чтобы обогреть такой дом, требуется мощный котёл с высоким потреблением природного газа и в этом случае котёл-конденсационник с его высоким КПД и экономным расходом топлива просто незаменим.
Недостатки конденсационных котлов
- потребность в герметичном дымоходе с принудительной вытяжкой. При этом следует отметить гибкость котлов такой конструкции в отношении вывода канала дымохода, причём не только у напольных моделей, но и у настенных. У обычных газовых котлов вывод дымохода ограничен строго определённой точкой;
- зависимость от электроэнергии — при её отсутствии котёл автоматически отключится, прекратив работу горелки и подачу природного газа;
- наибольшая эффективность конденсационного котла достигается в низкотемпературных отопительных системах. В обычных системах отопления, с температурой теплоносителя в пределах 80 °C, КПД такого котла ничем не отличается от производительности обычного газового котла, т. к. забор вторичного тепла производиться не будет;
- высокая стоимость, объясняемая дорогостоящими материалами, использованными в конструкции (более дешёвые материалы не могут противостоять химической коррозии, вызываемой конденсатом). Расценки на конденсационные котлы вдвое превышают стоимость обычных котлов.
Котельная частного дома с газовым конденсационным котлом
В Украине конденсационные газовые котлы, в основном, представлены европейской продукцией итальянских компаний Baxi, Ferroli и Hermann.