С каждым годом вопросы энергоэффективности и энергосбережения становятся все более актуальными. Эта тенденция находит свое отражение и в развитии современной отопительной техники. Приоритет должны получать высокоэффективные теплогенераторы, обладающие особой надежностью и отличными эксплуатационными характеристиками. Решение задачи — конденсационные котлы. Для России данный вид оборудования относительно нов, но динамично развивается.
Как они работают?
В процессе сжигания топлива продукты сгорания, охлаждаясь, отдают энергию в теплообменнике котла теплоносителю системы отопления, нагревая его. В традиционных котлах происходит передача только «явного» тепла, но наряду с ним продукты сгорания содержат так называемую скрытую теплоту, находящуюся в водяном паре (одним из продуктов, образующихся при сгорании топлива, в данном случае природного газа, является вода, которая в условиях высших температур в камере сгорания котла присутствует в газообразной форме водяных паров). В «обычных» котлах это тепло просто выбрасывается в окружающую среду через дымоход, а в конденсационных, благодаря особо развитым теплообменным поверхностям, оно может быть эффективно использовано для нагрева теплоносителя. Водяной пар, остывая, конденсируется на теплообменнике и передает свою энергию теплоносителю. Таким образом, для получения эффекта конденсации в котле необходимо обеспечить охлаждение продуктов сгорания до температуры точки росы. Она зависит от состава продуктов сгорания и их влагосодержания, но прежде всего от содержания двуокиси углерода (СО2). В разных видах топлива оно разное, поэтому и температура точки росы будет отличаться. Например, для природного газа эта величина составит около 55 °С, а для жидкого топлива 47 °С.
С содержанием углекислого газа напрямую связана еще одна величина — коэффициент избытка воздуха при работе горелки котла. Чем ниже величина избытка воздуха в топливной смеси, тем выше располагается точка росы, что обеспечивает более комфортные условия конденсатообразования. Ведь охлаждение происходит теплоносителем системы отопления, а это означает, что чем выше точка росы водяных паров в продуктах сгорания, тем при более высоких температурах теплоносителя будет идти конденсация паров. Это важно с точки зрения принципа построения системы отопления, ведь в случае использования радиаторов необходима подача значительно более горячего теплоносителя, чем в системе теплых полов.
Кстати, с этим моментом связано одно из распространенных заблуждений, встречающихся при выборе типа котла: конденсационные котлы могут эффективно работать только с низкотемпературными системами отопления. Это не совсем так. Для примера возьмем Москву с расчетной температурой наружного воздуха, равной –28 °С. При такой погоде необходимо, чтобы в низкотемпературных системах отопления температура теплоносителя во входящей магистрали была равна 50 °С, а в уходящей — 40. Для процесса конденсации приоритетное значение имеет температура теплоносителя в обратной магистрали: до тех пор пока она на 4–5 °С ниже точки росы, в котле будет идти процесс конденсатообразования.
Действительно, наиболее благоприятные условия работы конденсационной техники достигаются при работе с низкотемпературными системами, в которых для обеспечения в доме комфортных условий проживания даже температура наиболее горячей, подающей теплоноситель магистрали имеет значение ниже точки росы. Утилизация тепла конденсата в такой установке максимальна. Но при всех преимуществах, предоставляемых такими системами теплоснабжения, решающим фактором становится их стоимость. Она выше по сравнению с традиционной радиаторной, к тому же может быть неприменима из-за определенного дизайна помещений и выбранных отделочных материалов. Например, использование дерева нежелательно для теплых полов.
Что же смогут дать конденсационные котлы при работе с нашими классическими радиаторами и выборе температурного графика 80 / 60 °С? Даже для большинства традиционных котлов нормой стала автоматика, осуществляющая погодозависимую теплогенерацию с переменной температурой теплоносителя. Конденсационные котлы выигрывают от ее использования гораздо больше традиционных котлов из-за особенностей устройства и работы их теплообменников, где важно обеспечить максимальную разницу между температурой обратной магистрали и точкой росы, чтобы в котле шло конденсатообразование. Этот процесс будет прекращаться при температурах на улице ниже –20 °С. Однако, несмотря на то, что конденсация в котле больше не происходит, КПД все равно выше традиционного. Это видно, если сравнить температуры уходящих газов (в конденсационных — 68–75 °С, в традиционных — около 165). Таким образом, даже вне конденсационного режима работы обеспечивается КПД на уровне 94–95 %. В пособии к СНиП 23-01-99* «Строительная климатология» отмечается, что суммарная продолжительность стояния в Москве уличных температур ниже –20 °С составляет всего 70 часов. На фоне общей продолжительности отопительного сезона 5 136 часов это составляет 1,36 % времени работы. Таким небольшим по продолжительности малым снижением КПД, по сравнению с конденсационным режимом, можно пренебречь. Поэтому, при условии использования погодозависимой автоматики, можно в полном объеме использовать конденсационные котлы без существенных ограничений и при радиаторной системе отопления.
Что можно получить от использования конденсационных котлов?
За счет максимально полного использования теплоты данный вид котлов обеспечивает существенное снижение эксплуатационных затрат на топливо, обеспечивая КПД по высшей теплотворной способности на уровне 97–98 %, в то время как традиционные котлы в тех же условиях могут дать только 78–82 %. Указываемый для традиционных котлов КПД 92–96 % означает, что с такой эффективностью используется только низшая теплота сгорания топлива, а энергия от возможной конденсации водяных паров просто не учитывается, использовать ее традиционный котел все равно неспособен — слишком губителен конденсат для его теплообменника. Верно и обратное, КПД конденсационного котла 109 % получен таким же образом: 98 % при расчете по низшей теплотворной способности плюс дополнительные 11 % от конденсации паров. В итоге суммарное преимущество конденсационных котлов составляет до 18–20 %.
В теплообменнике заложено одно из основных отличий конденсационных котлов от традиционных — материалы. Всем известно, что конденсат котла — слабый раствор кислот, и материалы котла обязаны обеспечить длительную эксплуатацию теплообменника в таких условиях. Например, компания VIESSMANN при производстве данного вида котлов использует максимально устойчивый к низкотемпературной коррозии материал — нержавеющую сталь, притом только высоких марок. Например, для производства теплообменника Inox Radial настенных котлов Vitodens используется сталь DIN 1.4571 или ГОСТ 10X17H13M2T толщиной 1,2 мм — уникальные показатели среди всего предлагаемого оборудования.
Что делать с конденсатом?
И последним фактором, вызывающим настороженность у проектировщиков и потребителей, является образующийся в котлах конденсат. Что с ним делать? К сожалению, российское законодательство ответа не дает, но стоит оглянуться на Европу, где подобные котлы давно распространены и имеется обширный опыт эксплуатации. На данный момент в Европе на установках мощностью до 200 кВт, работающих на газообразном топливе, разрешается утилизировать конденсат без нейтрализации при условии достаточного смешения с бытовыми сточными водами. Недавно установленные требования МГУП «Мосводоканал» по смешению — это соотношение 1:25, что легко достижимо в бытовом применении отопительного котла на установках до 260 кВт. Но даже при невозможности выполнения этих условий установка устройства нейтрализации — легко выполнимая и не очень затратная задача.
Модели конденсационных котлов
Настенные газовые котлы Vaillant — это сочетание надежности, максимальной эффективности и экономичности. Котлы подходят как для создания системы отопления с нуля, так и для замены/модернизации старой котельной.
Конденсационный газовый котел ecoCOMPACT (компания VAILLANT) использует скрытую теплоту конденсации, что дает средний КПД за отопительный период 109%. Встроенный водонагреватель с послойным нагревом воды предоставляет повышенный комфорт горячего водоснабжения, а система Aqua-Power-Plus обеспечивает увеличение мощности на ГВС до 21%. Котел оснащен современной информационно-аналитической системой DIA-System. Модулирующая горелка позволяет подобрать наиболее комфортный и экономичный режим работы, подбирая мощность в диапазоне от 28% до 100%.
В котлах Vaillant ecoTEC plus VU OE big высокой мощности применен теплообменник новой конструкции с пониженным гидравлическим сопротивлением, выполненый из специальной нержавеющей стали. Eмкость теплообменника составляет до 24 л. Котел использует скрытую теплоту конденсации, что повышает его средний КПД за отопительный период до 109%.
Модели конденсационных котлов Genus Premium EVO (компания ARISTON THERMO) имеют модулируемые насос и вентилятор — скорость их работы автоматически подстраивается под интенсивность нагрузки. Это помогает экономить электроэнергию и снизить уровень шума. Линейка конденсационных котлов Genus Premium EVO представлена оборудованием мощностью в 24, 30 и 35 кВт. Устройства полностью адаптированы к российским условиям: стабильно функционируют при пониженном уровне давления газа (до 5 мбар), а также низком давлении и расходе воды. Коэффициент эффективности достигает 108 %.
Модель Vitodens 100-W является компромиссом в производственной линейке компании VIESSMANN и разрушает стереотип о том, что конденсационные котлы — это очень дорого. Модель совмещает в себе принцип работы конденсационного котла и элементы управления и гидравлики традиционного котла Vitopend 100-W, предлагая максимум возможностей за свою цену. Котел предлагается в нескольких вариантах: мощность 9–26 или 11–35 кВт, одно- и двухконтурные котлы, постоянная температура подачи или погодозависимая (при условия установки датчика наружной температуры), природный или сжиженный газ.
Настенная модель Viessmann Vitodens 200-W применяется для развитых систем теплоснабжения с большим количеством отопительных контуров. Отличительными чертами модели является интеллектуальная самонастраивающаяся горелка, развитая автоматизация котла и высокий нормативный КПД установки — до 98 / 109 %. В реальных условиях эксплуатации параметры работы котлов — давление газа, температура и плотность окружающего воздуха и даже теплотворная способность топлива (особенно актуально для сжиженного газа) — непрерывно изменяются. Горелка, оснащенная системой Lambda Pro Control, непрерывно контролирует качество горения топлива и динамически изменяет коэффициент избытка воздуха, обеспечивая оптимальное сочетание указанных параметров. Предлагаются варианты из девяти диапазонов мощности от 4,8–19 до 32–150 кВт, а также одноконтурные (19–150 кВт) и двухконтурные модели (только 26, 35 кВт).
Напольная модель Viessmann Vitocrossal 200 / 300 применяется для развитых систем теплоснабжения с большим количеством отопительных контуров или крупных потребителей тепловой энергии. Диапазон номинальной тепловой мощности, предлагаемый котлами Vitocrossal, 26–1 400 кВт.
Игорь Кениг
