Конденсационный котел

Конденсационные котлы — это водонагреватели, обычно используемые в системах отопления, работающих на газе или жидком топливе. При правильной эксплуатации система отопления может достичь высокой эффективности (более 90% при более высокой теплотворной способности ) за счет конденсации водяного пара, содержащегося в выхлопных газах, в теплообменнике для предварительного нагрева циркулирующей воды. Это восстанавливает скрытую теплоту испарения , которая в противном случае была бы потрачена впустую. Конденсат отводится в дренаж. Во многих странах использование конденсационных котлов является обязательным или поощряется финансовыми стимулами.

Чтобы процесс конденсации работал правильно, температура обратной циркулирующей воды должна быть около 55 °C (131 °F) или ниже, поэтому конденсационные котлы часто работают при более низких температурах, около 70 °C (158 °F) или ниже. , для которого могут потребоваться трубы и радиаторы большего размера, чем для неконденсирующих котлов. Тем не менее, даже частичная конденсация более эффективна, чем традиционный неконденсационный котел.

Принцип работы

В обычном котле топливо сжигается, а образующиеся горячие газы проходят через теплообменник, где большая часть их тепла передается воде, тем самым повышая температуру воды.

Одним из горячих газов, образующихся в процессе сгорания, является водяной пар (пар), который возникает в результате сгорания водорода, содержащегося в топливе. Конденсационный котел извлекает дополнительное тепло из отходящих газов путем конденсации водяного пара в жидкую воду, таким образом восстанавливая скрытую теплоту испарения. Типичное увеличение эффективности может достигать 10-12%. Хотя эффективность процесса конденсации варьируется в зависимости от температуры воды, возвращающейся в котел, он всегда по крайней мере столь же эффективен, как и неконденсационный котел.

Образующийся конденсат имеет слабую кислотность (3-5 pH), поэтому в местах, где присутствует жидкость, необходимо использовать подходящие материалы. Алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь чаще всего используются при высоких температурах. В регионах с низкими температурами наиболее экономически эффективны пластмассы (например, ПВХ и полипропилен ). Производство конденсата также требует установки системы отвода конденсата теплообменника. В типовой установке это единственная разница между конденсационным и неконденсирующим котлом.

Чтобы экономично изготовить теплообменник конденсационного котла (и обеспечить удобство управления устройством при установке), предпочтительным является наименьший практический размер его мощности. Этот подход привел к созданию теплообменников с высоким сопротивлением на стороне сгорания, часто требующих использования вентилятора сгорания для перемещения продуктов через узкие проходы. Это также имело то преимущество, что обеспечивало энергию для системы дымохода, поскольку выходящие газы сгорания обычно имеют температуру ниже 100 ° C (212 ° F) и, как таковая, имеют плотность, близкую к плотности воздуха, с небольшой плавучестью. Вентилятор сгорания помогает откачивать выхлопные газы наружу.

Использование

Конденсационные котлы в настоящее время в значительной степени заменяют более ранние традиционные конструкции для питания бытовых центрального отопления систем в Европе и, в меньшей степени, в Северной Америке . Нидерланды были первой страной , принявшей их широко.

Эффективность

до 98% . термического КПД Производители конденсационных котлов утверждают, что можно достичь по сравнению с 70–80% в традиционных конструкциях (из-за более высокой теплотворной способности топлива). Типичные модели обеспечивают эффективность около 90%, что позволяет большинству марок конденсационных газовых котлов относиться к самым высоким доступным категориям энергоэффективности. В Великобритании это SEDBUK (Сезонная эффективность бытовых котлов в Великобритании). Рейтинг эффективности группы A, тогда как в Северной Америке они обычно получают логотип Eco и/или Energy Star сертификацию .

Производительность котла основана на эффективности теплопередачи и сильно зависит от размера/мощности котла и размера/мощности излучателя. Проектирование и установка системы имеют решающее значение. Сопоставление излучения с мощностью котла в БТЕ/ч и учет расчетных температур излучателя/радиатора определяют общую эффективность системы отопления помещений и бытовой воды .

Одной из причин снижения эффективности является то, что конструкция и/или реализация системы отопления обеспечивает температуру обратной воды (теплоносителя) в котле выше 55 °C (131 °F), что предотвращает значительную конденсацию в теплообменнике. Можно ожидать, что лучшее образование как монтажников, так и владельцев повысит эффективность в достижении заявленных лабораторных значений. Природные ресурсы Канады также предлагает способы более эффективного использования этих котлов, например, объединение систем отопления и водяного отопления. Некоторые котлы (например, Potterton) можно переключать между двумя температурами подачи, например 63 ° C (145 ° F) и 84 ° C (183 ° F), причем только первая из них является «полностью конденсирующейся». Однако по умолчанию котлы обычно устанавливаются с более высокой температурой подачи, поскольку накопитель горячей воды для бытового потребления обычно нагревается до 60 ° C (140 ° F), а для достижения температуры подачи всего на три градуса требуется слишком много времени. Тем не менее, даже частичная конденсация более эффективна, чем традиционный котел.

Большинство неконденсирующих котлов можно заставить конденсироваться путем простых изменений в системе управления. Это значительно снизит расход топлива, но быстро разрушит любые компоненты обычного высокотемпературного котла из мягкой стали или чугуна из-за коррозионного характера конденсата. По этой причине большинство теплообменников конденсационных котлов изготовлены из нержавеющей стали или алюминиево-кремниевого сплава. На неконденсационные котлы можно установить внешние экономайзеры из нержавеющей стали, чтобы обеспечить эффективность конденсации. Клапаны регулирования температуры используются для смешивания горячей подаваемой воды с обратной, чтобы избежать теплового удара или образования конденсата внутри котла.

Чем ниже температура обратки в котел, тем больше вероятность того, что он будет работать в режиме конденсации. Если температура обратки поддерживается ниже примерно 55 °C (131 °F), котел все равно должен работать в конденсационном режиме, что делает использование этой технологии низкотемпературным, например, теплые полы и даже старые чугунные радиаторы.

Большинство производителей новых бытовых конденсационных котлов создают базовую «универсальную» систему управления, в результате которой котел работает в конденсационном режиме только при начальном нагреве, после чего эффективность падает. Этот подход по-прежнему должен превосходить подход более старых моделей (см. следующие три документа, опубликованные Институтом строительных исследований: информационные документы 10-88 и 19-94; брошюра с общей информацией 74; ​​дайджест 339. См. также Руководство по применению AM3 1989: Конденсационные котлы от Дипломированный институт инженеров строительных услуг ). В отличие от этого, системы компенсации погодных условий предназначены для регулировки системы в зависимости от температуры внутри, снаружи, на входе в котел и на выходе из котла.

Тепловые насосы обычно в три раза более эффективны, чем конденсационные котлы (в зависимости от фактического энергопотребления).

Контроль

Управление бытовым конденсационным котлом имеет решающее значение для обеспечения его наиболее экономичной и топливной эффективности. Горелки обычно управляются встроенной системой со встроенной логикой для управления мощностью горелки в соответствии с нагрузкой и обеспечения наилучшей производительности.

Почти все имеют модулирующие горелки. Это позволяет снизить мощность в соответствии с потребностями. Котлы имеют диапазон регулирования , который представляет собой отношение максимальной выходной мощности к минимальной выходной мощности, при которой может поддерживаться горение. Если система управления определяет, что потребляемая мощность падает ниже минимальной выходной мощности, котел выключается до тех пор, пока температура воды не упадет, а затем снова зажигается и нагревает воду.

Надежность

Утверждается, что конденсационные котлы имеют репутацию менее надежных и могут также пострадать, если с ними работают монтажники и сантехники , которые могут не понимать их работу. Заявления о ненадежности были опровергнуты исследованием, проведенным британским Институтом строительных исследований (см. « Учреждение строительных исследований »).

В частности, проблема «шлейфа» возникла при первых установках конденсационных котлов, в которых на выпускном дымоходе становится виден белый шлейф конденсированного пара (в виде мельчайших капель). Хотя видимый трубопровод не имел значения для работы котла, он был эстетической проблемой, вызывавшей большое сопротивление конденсационным котлам.

Более существенной проблемой является незначительная (рН 3-4) кислотность конденсатной жидкости. Там, где он находится в прямом контакте с теплообменником котла, особенно для тонкого алюминиевого листа, это может привести к более быстрой коррозии, чем в традиционных неконденсирующих котлах. В более старых котлах также могли использоваться толстые литые теплообменники, а не листовые, которые имели более медленные постоянные времени для реакции, но также были устойчивы благодаря своей массе к любой коррозии. Кислотность конденсата означает, что можно использовать только некоторые материалы: подходят нержавеющая сталь и алюминий, а мягкая сталь, медь или чугун — нет. Плохие стандарты проектирования или строительства могли сделать теплообменники некоторых первых конденсационных котлов менее долговечными.

Настоятельно рекомендуется первоначальное тестирование и ежегодный контроль теплоносителя в конденсационных котлах с теплообменниками из алюминия или нержавеющей стали. Поддержание слабощелочной ( pH от 8 до 9) жидкости с использованием антикоррозионных и буферных присадок снижает коррозию алюминиевого теплообменника. Некоторые специалисты считают, что конденсат, образующийся на стороне сгорания теплообменника, может вызвать коррозию алюминиевого теплообменника и сократить срок службы котла. Статистических данных пока нет, поскольку конденсационные котлы с алюминиевыми теплообменниками используются недостаточно долго.

Строительство исследовательского центра

Учреждение строительных исследований , которое является основным исследовательским органом Великобритании в области строительной отрасли, выпустило брошюру о бытовых конденсационных котлах. По данным Института строительных исследований:

• современные конденсационные котлы так же надежны, как и стандартные котлы
• конденсационные котлы не сложнее обслуживать и не требуют более частого обслуживания
• обслуживание не дорогое; единственная (незначительная) дополнительная задача – проверка правильности работы слива конденсата
• конденсационные котлы не сложны в установке
• при любых условиях эксплуатации конденсационные котлы всегда более эффективны, чем стандартные котлы.

Выхлоп

Конденсат, выбрасываемый из конденсационного котла, является кислым , с pH от 3 до 4. Для конденсационных котлов требуется сливная труба для конденсата, образующегося во время работы. Он состоит из короткой полимерной трубы с пароуловителем, предотвращающим попадание выхлопных газов в здание. Кислотная природа конденсата может вызывать коррозию чугунной сантехники, канализационных труб и бетонных полов, но не представляет риска для здоровья жильцов. Для повышения pH до приемлемого уровня можно установить нейтрализатор, обычно состоящий из пластикового контейнера, наполненного мраморным или известняковым заполнителем или «крошкой» (щелочной). Если самотечный слив недоступен, необходимо также установить небольшой конденсатный насос, чтобы поднять его до нужного дренажа.

Первичный и вторичный теплообменники изготовлены из материалов, устойчивых к такой кислотности, обычно из алюминия или нержавеющей стали. Поскольку конечный выхлоп конденсационного котла имеет более низкую температуру, чем выхлоп атмосферного котла 38 °C (100 °F) против 204 °C (400 °F), для его удаления всегда требуется механический вентилятор с дополнительным преимущество, позволяющее использовать низкотемпературные выхлопные трубы (обычно из ПВХ в бытовых условиях) без изоляции или обычных требований к дымоходу. Действительно, использование обычного каменного дымохода или металлического дымохода категорически запрещено из-за коррозионного характера продуктов дымохода, за заметным исключением специально предназначенной нержавеющей стали и алюминия в некоторых моделях. Предпочтительным/распространенным материалом вентиляционных отверстий для большинства конденсационных котлов, доступных в Северной Америке, является ПВХ, за которым следуют АБС и ХПВХ. Полимерная вентиляция обеспечивает дополнительное преимущество гибкости места установки, включая вентиляцию боковых стенок, что позволяет избежать ненужных проникновений в крышу.

Расходы

Покупка и установка конденсационных котлов до 50% дороже, чем котлы обычных типов в Великобритании и США. Однако по состоянию на 2006 г. , по ценам Великобритании дополнительные затраты на установку конденсационного котла вместо обычного котла должны окупиться примерно через два-пять лет за счет более низкого использования топлива (для проверки см. следующие три документа, опубликованные Институтом строительных исследований: информационные документы 10-88 и 19-94; Общая информация 74; Сборник материалов 339; см. также Практические примеры в Руководстве по применению AM3 1989: Конденсационные котлы Сертифицированного института инженеров по обслуживанию зданий) и два-пять лет. по ценам США. Точные цифры будут зависеть от эффективности исходной котельной установки, характера использования котла, затрат, связанных с установкой нового котла, а также частоты использования системы.Стоимость этих котлов падает по мере того, как массовое внедрение, навязанное правительством, вступает в силу, и производители отзывают старые, менее эффективные модели, но себестоимость производства выше, чем у старых типов, поскольку конденсационные котлы более сложны.

Повышенная сложность конденсационных котлов заключается в следующем:

• увеличенный размер теплообменника или добавление второго теплообменника (важно, чтобы теплообменники были устойчивы к кислотному воздействию «влажных» дымовых газов)
• Необходимость дымохода с вентилятором (поскольку более холодные дымовые газы имеют меньшую плавучесть). Многие неконденсационные котлы также имеют эту функцию, однако
• поскольку более холодные дымовые газы образуют конденсат, его необходимо сливать, поэтому котлы подключаются к канализации или канализации.

Что касается современных котлов, то других различий между конденсационными и неконденсационными котлами нет.

Надежность, а также первоначальная стоимость и эффективность влияют на общую стоимость владения. Одна крупная независимая британская сантехническая фирма заявила в 2005 году, что она сделала тысячи вызовов для ремонта конденсационных котлов и что выбросы парниковых газов от ее фургонов, вероятно, превышают экономию, полученную за счет перехода на экологически безопасные котлы. Однако в той же статье отмечается, что Информационный совет по отоплению и горячей воде вместе с некоторыми монтажниками обнаружил, что современные конденсационные котлы так же надежны, как и стандартные котлы.

Поэтапный отказ

Этот раздел представляет собой отрывок из книги « Поэтапный отказ от котлов, работающих на ископаемом топливе» . [ редактировать ]

Поэтапный отказ от котлов, работающих на ископаемом топливе, представляет собой комплекс мер по отказу от использования ископаемого газа (или «природного газа») и других видов ископаемого топлива для отопления зданий и использования в бытовых приборах. Обычно газ используется для нагрева воды, душа или центрального отопления. Во многих странах газовое отопление является одним из основных источников выбросов парниковых газов и ущерба климату , что приводит к тому, что все больше стран вводят запреты. Воздушные тепловые насосы являются основной альтернативой.

Международное энергетическое агентство заявило, что новые газовые котлы (или газовые печи ) должны быть запрещены не позднее 2025 года. Срок службы многих установок и приборов составляет 25 лет, что приводит к призывам о том, что запреты должны быть введены немедленно или самое позднее к 2025 году, поскольку в противном случае цели по нулевому уровню выбросов к 2050 году не могут быть достигнуты или вряд ли будут достигнуты. Однако лоббисты ископаемого топлива сопротивляются поэтапному отказу от него.

Галерея

• 
  Конденсационный котел
• 
  Выхлопные газы конденсационного котла
• 
  Конденсационный котел
• 
  Выхлоп из нержавеющей стали с конденсатом

См. также

• Энергоэффективность в британском жилье
• Конденсация дымовых газов
• OpenTherm

Внешние ссылки

• Патент Европейского патентного ведомства на бессточное удаление конденсата.
• Страница конденсационных котлов. Архивировано 25 января 2008 г. в Wayback Machine на сайте Национального энергетического фонда Великобритании.
• Сравнение различных котельных систем, доступных в Северной Америке, на веб-сайте Natural Resources Canada.
• Схема конденсационного котла в разобранном виде (Malvern Boilers 30) (файл pdf - 71КБ)
• О проектировании бытовых конденсационных газовых котлов