тех. директор ППК "Азов-Интерм" Кузьмин Роман Владимирович

               ПРЕИМУЩЕСТВА КОНДЕНСАЦИОННОЙ                             ОТОПИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ

     Обеспечение энергоэффективности и экологической безопасности – главные направления развития современной теплотехники. Конденсационные отопительные котлы позволяют максимально использовать энергию органического топлива, снижая эксплутационные затраты и сводя к минимуму воздействия на окружающую среду. В странах Европейского союза внедрение теплогенераторов этого типа, поддержанное законодательством и правительственными программами, продвигается быстрыми темпами. В связи с продолжающимся ростом внутренних цен на энергоносители, в Украине перспективы конденсационных котлов также приобретают экономическую актуальность.

                                                     Открытый резерв «скрытого» тепла.

     Как известно, выделяющаяся при сжигании топлива теплота частично затрачивается на фазовый переход содержащейся в топливе воды в парообразное состояние. Она называется скрытой теплотой сгорания. Таким образом, полная теплота сгорания топлива («высшая») равна сумме «низшей» и «скрытой» теплоты сгорания:
                                                                           Q(высш) = Q(низш) + Qскрыт)
     Конструкция традиционных теплогенераторов позволяют использовать только низшую теплоту сгорания топлива. При этом передать сетевой воде все выделяющееся тепло на практике не удается – часть его неизбежно теряется с уходящими дымовыми газами, через корпус теплогенератора, другими путями. Различные мероприятия позволяют уменьшить теплопотери. Современные неконденсационные газовые и жидкотопливные котлы, как правило, имеют КПД до 95%, твердотопливные – до 85%.
     Конструктивные особенности конденсационных котлов делают возможным использование скрытой теплоты, выделяющейся при охлаждении ниже точки росы отходящих газов (около 47 С для легкого жидкого топлива и 55 С для природного газа) и конденсации содержащихся в них водяных паров. Количество «скрытого» тепла различно для разных видов топлива. Так, для природного газа оно составляет свыше 10%, для жидкого топлива – около 6% низшей теплоты сгорания.
      Формальной точки зрения, с появлением на рынке конденсационной техники было бы правильным рассчитать КПД теплогенераторов по высшей теплоте сгорания топлива. Именно по этой причине указываемый в технических каталогах КПД (некоторые производители пользуются термином «коэффициент использования») конденсационных котлов оказывается выше 100%, что порой ставит в тупик даже специалистов с высшим техническим образованием.

     ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ.
     Для утилизации тепла конденсации применяют самые различные конструкции. В котлах малой мощности охлаждение отходящих газов до температуры ниже точки росы происходит в основном или дополнительном теплообменнике, установленном на ходу отходящих газов. Например, в газовых настенных котлах Wolf серии Comfort Line конденсация осуществляется в основном теплообменнике. Камера сгорания выполнена в виде цилиндра с верхним размещением горелки; пламя горелки направлено вниз. Змеевик теплообменника изготовлен из специального алюминиевого сплава и обладает эффектом самоочищения при колебаниях температуры теплоносителя. Конденсат стекает с теплообменника и через слив попадает в специальный сифон-конденсатосборник, установленный под котлом. Теплообменник котла имеет выдвижную конструкцию, что дает возможность выполнять сервисные работы без слива воды из котла и системы отопления. Другой пример – газовые настенные котлы есоТЕС фирмы Vailant, основной теплообменник которого, выполняющий также функцию конденсатора, изготовлен из нержавеющей стали.
     Применение дополнительного конденсационного теплообменника, установленного в котловом блоке по ходу отходящих газов, - технически удобное и популярное в настоящее время решение. Оно позволяет производителям теплотехники предлагать рынку конденсационные котлы, разработанные на основе серийно выпускаемых моделей. Кроме того, на сегодняшний день это единственный путь создания моноблочных конденсационных котлов с чугунными основными теплообменниками. Данная концепция нашла реализацию в котлах таких фирм, как Buderus, Baxi, Roca и др.
     Еще один путь – для более мощных котлов – оснащение теплогенератора традиционного типа внешним конденсационным теплообменником. Так, для применения с котлами Viessmann предназначен внешний конденсационный блок, выполненный из нержавеющей стали. Применение стали разных марок определяет возможность работы модуля с теплогенераторами на различных видах топлива. Некоторые модели Viessmann оснащены теплообменником Inox-Crossal с вертикальными поверхностями конденсации, обеспечивающими стекание конденсата. Процесс теплообмена интенсифицирован турбулизацией потока продуктов сгорания, а также противотоком котловой воды и отходящих газов. Сегодня специальные модули для перевода обычных котлов на работу в режиме конденсации предлагает все больше участников рынка.
     Разработаны и такие конструкции, в которых утилизированная конденсационным теплообменником теплота передается не отопительной воде, а воздуху, поступающему в камеру сгорания. Предварительный подогрев воздуха позволяет оптимизировать процесс горения и также служит повышению КПД отопительной установки.

     РЕЖИМЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ.
     Использование скрытой теплоты сгорания возможно только в случае охлаждения отходящих газов до температуры ниже точки росы (для газа – 50 – 55 С). Поэтому преимущества конденсационной техники в полной мере проявляются во время работы в режимах с температурой теплоносителя около 40 – 50/30 С (прямая/обратная линия). Этим условиям наилучшим образом отвечают системы панельного («теплый пол» и «в стене») отопления и обогрева малоинерционными конвекторами. Но и в режимах работы с более высокой температурой в обратной линии конденсационная техника позволяет эффективнее использовать энергию топлива. Так, по сведениям компании Ferroli, КПД настенных «конденсационников» Econcept достигает 107% при температурном графике 50/30 С.
     В Западной Европе низкотемпературные системы отопления уже получили повсеместное применение, но в нашей стране их распространение затруднено климатическими условиями – низкая наружная температура компенсируется, как правило, не большой суммарной мощностью отопительных приборов (напольных, настенных, радиаторов), а повышением температуры отопительной воды. Традиционно используемые в нашей стране радиаторные системы отопления рассчитаны на режим работы с высокой температурой сетевой воды – 95/70 С (хотя на практике обычно функционируют при более низкой температуре). Тем не менее, в ряде случаев целесообразно применять конденсационную теплотехнику не только при устройстве новых автономных котельных, но и при реконструкции уже существующих: часть (около 30%) отопительного периода скрытая теплота сгорания топлива все же будет использоваться. Пониженная температура в контуре отопления и возможность работы котла в конденсационном режиме в более продолжительной части отопительного сезона можно достичь осуществлением мероприятий по уменьшению тепловых потерь.

     ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ.
     Одна из проблем, с которой сталкиваются владельцы конденсационных котлов, - это необходимость утилизации конденсата. Его кислотный показатель (рН) для газовых котлов, как правило, находится в диапазоне от 3 до 5,5. В странах ЕС, где бытовая конденсационная техника широко распространена, а экологическая безопасность составляет предмет серьезной озабоченности общества, действуют различные нормы, регламентирующие необходимость нейтрализации конденсата в зависимости от мощности теплогенератора и применяемого топлива. Так, германская Ассоциация технического обеспечения отвода сточных вод (ATV-DVWK, c 2005-DWA) разработала конструкцию «Конденсат из конденсационных котлов – слив конденсата из отопительных установок на газовом и жидком топливе в очистные канализационные сооружения общего пользования». Согласно этому документу, расчетное количество конденсата газового котла составляет 0,14 кг на кВт•ч полученной энергии. Для котлов номинальной тепловой мощностью до 200 кВт конденсат, как правило, разрешается отводить в канализационную сеть общего пользования на прямую; в противном случае он должен быть предварительно обработан в устройстве или установке для нейтрализации конденсата, где его рН повысится до 6,5 – 9,0. Поскольку расход нейтрализующего средства – гранулированного наполнителя или жидкого реагента – напрямую зависит от режима работы системы, то необходимое количество добавок определяется путем методических наблюдений в течение первого года эксплуатации. Нейтрализация конденсата, образованного при сжигании жидкого топлива, является обязательной.
     Максимально возможное количество конденсата за отопительный сезон для газовых котлов можно рассчитать по формуле:
                                                                           V(макс) = V(газ) * Q(высш) * r(газ)
     где V(макс) – максимально возможное количество конденсата, л; Vгаз – расход газа в течение отопительного периода в м.куб.; Q(высш) – высшая теплота сгорания, кВт – ч/м.куб.; r(газ) – удельное количество конденсата, л/кВт – ч.
     Так, специалистами Vailant подсчитано: годовому расходу газа 1700 м3 будет соответствовать следующее максимально возможное количество конденсата:
                                                                           V(макс) = 1700 * 11,46 * 0,12 = 2337 л.
     Отметим, что в расчетах используется меньший коэффициент, чем в инструкции ATV-DVWK. Следует также иметь в виду, что количество реально выпадающего конденсата, как правило, составляет 50 – 60% рассчитанного по приведенной формуле.
     Повышенное выпадение конденсата накладывает особые требования к применяемым с конденсационными котлами дымоходами – они должны обладать повышенной устойчивостью к коррозии. Вместе с тем, меньшая температура отходящих газов снижает требования к термостойкости дымохода. Поэтому с конденсационными котлами успешно применяются пластиковые дымоходные системы.

Настройки КПД кондесационного котла

     В ЗАКЛЮЧЕНИИ.
     Достоинства конденсационных отопительных котлов – экономия топлива, сниженные выбросы загрязняющих веществ (СО, NО) – очевидны и бесспорны. Существующий ценовой разрыв между традиционными котлами имеют тенденцию к снижению с течением времени. Кроме того, внедряемые производителями прогрессивные технические решения удешевляют стоимость конденсационного оборудования. Примерами одного из таких решений – применение термостойкого пластика вместо нержавеющей стали – служат конденсационные газовые настенные котлы Prime HT (Baxi) и Therm 45 KD (Thermona), теплообменники которых изготовлены из полимерных материалов. Более высокая цена конденсационного котла также компенсируется за счет экономии потребляемого топлива – целиком или частично, в зависимости от актуальной цены топлива и срока службы аппарата.
     Преимущества конденсационных котлов в полной мере проявляются при их эксплуатации и низкотемпературном режиме. В настоящее время это также является объективным препятствием распространению данного вида техники в нашей стране. Массовое строительство домов современных конструкций с малыми теплопотерями (и мероприятия по улучшению теплоизоляции уже построенных зданий) совместно с переходом к низкотемпературным системам отопления могут сделать возможным успешное применение конденсационных котлов и в регионах, которые пока считаются «закрытыми» для этого вида оборудования.
     Хотелось бы отметить важность для внедрения прогрессивной техники государственной поддержки – на уровне законодательства. Европейский опыт это полностью подтверждает.

     В качестве примера по наиболее эффективному использованию утилизированного тепла конденсации уходящих дымовых газов давайте рассмотрим один из вариантов, который достаточно хорошо освещен в современной технической литературе и с успехом применяется в мировой практике с 2002 года.
     И так, в основе работы, предложенной к Вашему рассмотрению системы отопления лежит новый и очень прогрессивный «метод смещения трех потоков» разработанный немецкой фирмой HG Baunaсh позволяющий достичь максимальной эффективности в экономии энергоносителей сочетая в системе отопления конденсационный котел, напольное и радиаторное отопление.


     Принцип работы данной схемы заключается в том, что «смеситель трех потоков» подает воду из обратного трубопровода радиаторов в змеевик напольного отопления откуда она возвращается в котел, создавая при этом необходимую Т С для эффективной работы конденсационного котла. При этом если обратная вода радиаторов имеет температуру больше требуемой для полов, то идет подмес воды из обратной линии контура напольного отопления. Если же температура обратной воды радиаторов меньше требуемой, то смеситель отбирает воду из подающего трубопровода котла.
     В итоге мы имеем «теплый пол» всегда одинаковой температуры, то есть стабильную температуру в нашем помещении при минимальных затратах на энергоносители. Данная система дает большой экономический эффект использования конденсационного тепла даже в самые холодные периоды, чем не могут похвастаться ни традиционные системы автономного отопления, ни конденсационные сделанные «как дедушка научил», то есть сделанные по старинке.