Конденсационный газовый котел: принцип работы и особенности конструкции

Отопительные системы для загородных домов отличаются принципами функционирования, и, соответственно, подбором оборудования. Среди газовых, электрических и твердотопливных теплогенераторов конденсационный газовый котел выгодно отличается энергосберегающим эффектом и прочими характеристиками. Разбираемся, какими особенностями он обладает, какие модели представлены на рынке, на какие их свойства следует обращать внимание.

Какой принцип лежит в основе работы

Стандартные газотопливные модели для нагрева теплоносителя используют энергию природного или сжиженного газа. Когда топливо сгорает, образуются вода и углекислый газ. Освобождающееся тепло нагревает теплоноситель в теплообменнике, заставляя его циркулировать по системе. КПД такой системы достигает максимум 90%; остальные 10% вместе с продуктами сгорания вылетают через трубу, не принося никакой пользы.

Конденсационный котел является усовершенствованным продолжением классической системы со следующими доработками:

• Принципиальным отличием является нагревание теплоносителя в два приема: в первичном и вторичном теплообменнике.
• Основное сжигание топлива происходит в первичном теплообменнике (он же единственный теплообменник традиционных моделей). При этом большая часть выделенного тепла уходит на нагрев теплоносителя системы.
• Газообразные продукты сгорания поступают не в дымоход, а во вторичный теплообменник. Здесь они нагревают холодный теплоноситель, а сами охлаждаются до 50-60°C с одновременной конденсацией воды (вторичный теплообменник часто называют конденсационной камерой).

Работа котла разделена на два этапа:

• Сначала вода из обратки подогревается в конденсационной камере. Тепло появляется во время конденсации пара (это побочный продукт процесса).
• Подготовленная (подогретая) вода нагревается до рабочей температуры системы в первичном теплообменнике (как в стандартных моделях).
• Так как теплоноситель попадает в основной теплообменник уже теплым, расход газа на его нагрев снижается. Хозяева получают не только экономию топлива, но и снижение износа конструкции котла.
• Чтобы охладить пар до точки росы, нужно, чтобы температура воды в обратке была достаточно низкой. Чем ниже температура, тем эффективнее идет процесс конденсации, тем выше КПД системы.

Конденсационный котел с двухэтапным принципом работы способен извлекать дополнительную энергию от топочных газов, используя те самые 10%, улетающих в небо. Инженерное решение позволяет существенно (до 98%) увеличить КПД.

Основные узлы системы и их особенности

Принцип работы конденсационных газовых котлов выглядит достаточно просто, но для его реализации требуется конструктивно усложненная система. Она включает следующие элементы:

• Камера сгорания. Ее рабочими деталями служат горелка, система подачи газа и вентилятор.
• Первичный теплообменник. В камере происходит нагрев теплоносителя. Как правило, ее делают литой, чтобы избежать коррозийного разрушения металла (уязвимое место – швы).
• Камера доохлаждения. В ней отработанные газы, содержащие водяной пар, охлаждаются до 50-60°C.
• Конденсационный теплообменник. Водяной пар отдает энергию обратной воле системы отопления и конденсируется на стенках камеры. Вода поступает в первичный теплообменник, нагревается до рабочей температуры и распределяется по помещениям.
• Резервуар для сбора конденсата. Накопившийся конденсат впоследствии утилизируют.
• Дымоход, через который охлажденные продукты сгорания покидают систему.
• Насос, поддерживающий принудительную циркуляцию теплоносителя в системе.

Конденсат, скапливающийся в теплообменнике, содержит смесь кислот и является достаточно агрессивной жидкостью. Поэтому для изготовления подобных емкостей выбирают материалы с коррозийной устойчивостью: нержавеющие стали кислотостойких марок или силумин (сплав алюминия с кремнием).

Особое внимание уделяют устройству дымохода. Его также изготавливают из кислотостойких сплавов или пластика, а горизонтальные фрагменты располагают под уклоном. Это нужно для того, чтобы конденсат, который частично образуется и в дымоходе, не скапливался в нем, а возвращался обратно в камеру.

Для эффективной и экономной работы системы важна возможность ее регулировки в течение суток. Регулировка выполняется при помощи газовой горелки, работа которой организовывается в следующих режимах:

• Одноступенчатая горелка. Она поддерживает одну заданную температуру воды; с помощью автоматики ее можно только включить-выключить.
• Двухступенчатая. Она работает в двух режимах; один поддерживает мощность котла на 40%, второй – на 100%. Переключение между режимами также автоматизировано.

• Модулируемая. Она греет котел непрерывно, но при этом плавно повышает или понижает мощность горения. Модулируемая горелка обойдется дороже ступенчатой модели, но зато вы сможете настроить режим работы в диапазоне от 10 до 100% номинальной мощности. Большинство котлов, предназначенных для частных домов, оборудовано модулируемой горелкой.

Плюсы и минусы оборудования

Знание устройства и принципа работы помогает получить представление о конденсационном газовом котле; преимущества и недостатки помогут понять, нуждаетесь ли вы в подобном агрегате. К сильным сторонам относятся следующие плюсы:

• Экономия на топливе. Если сравнивать с традиционными моделями, она достигает 15-20%.
• Экономия на дымоходе. У покидающих систему газов низкая температура, поэтому стальной дымоход можно без опаски заменить более дешевым пластиковым аналогом.
• Экологичность системы. При работе конденсационного котла (с камерой сгорания закрытого типа) количество вредных выбросов снижается на 60-70%.

• Увеличение срока службы. Оно происходит из-за снижения нагрузки на основные узлы оборудования. Если необходимые условия запуска конденсационного теплообменника не выполняются, котел продолжает работать как модель конвекционного типа.
• Низкий уровень шума. Работа котла не влияет на комфорт жизни в доме.

Слабыми сторонами называют следующие особенности устройства:

• Необходимость утилизации конденсата. Конденсат имеет высокий рН, и его запрещено отводить в общую канализацию. В локальной канализации (септике) ограничений нет, но высокая кислотность может погубить полезные микроорганизмы. Конденсат нейтрализуют в специальных установках (емкостях с крошкой известняка или мрамора).
• Специфика работы. Разница между температурой в доме и за его стенами не должна превышать 20°C, поэтому реально уменьшить затраты во многих регионах можно только в период межсезонья.
• Цена на конденсационные модели выше, чем на классику, да и ремонт обойдется дороже.

О невозможном КПД и целесообразности покупки

Некоторые производители делают некорректные заявления, указывая, что КПД конденсационных котлов отопления достигает 107-111%. Такой маркетинг основывается не на законах физики, а на простой манипуляции с цифрами. КПД, превышающий 100%, получается, если к КПД котла прибавить размер экономии от работы конденсационной камеры.

Заявления о физически невозможном КПД, очевидно, являются попыткой активизации сбыта, затрудненного ограничениями применения котлов. Условия для конденсации водяного пара возникают не всегда, и использование оборудования в высокотемпературных системах нецелесообразно.

Хорошие результаты агрегат демонстрирует на низкотемпературных отопительных системах (теплый пол). Если же контур радиаторный, то во многих случаях устройство будет работать как конвекционный аналог. Подобные ограничения значительно уменьшают спрос на подобные конструкции.

Вывод состоит в том, что, если вы хотите, чтобы конденсационный котел функционировал с максимальной выгодой, то его надо предусмотреть на стадии проектирования жилья, когда возможно заложить низкотемпературную систему теплых полов.

Если в доме уже имеется высокотемпературная радиаторная система отопления, то потребуется масштабная реконструкция. Бюджет ремонта будет солидным, и вряд ли экономический эффект перекроет его в ближайшие годы.

Виды котлов по типу установки

Конденсационные газовые котлы, плюсы и минусы которых помогают сделать правильный выбор, удобно классифицировать по типу установки. По этому параметру встречаются напольные и настенные конструкции; камера сгорания может быть как открытой, так и закрытой. Напольное оборудование обладает следующими особенностями:

• Его устанавливают на пол или на специальную подставку, сделанную из негорючих материалов.
• Расположение на полу снимает ограничения по весу и мощности. Одновременно устройство занимает много места (в том числе, и за счет обвязки).
• Насос и остальное оборудование монтируется отдельно. Поэтому для монтажа напольного котла придется выделить техническое помещение.
• Напольные конденсационные котлы обладают более простой конструкцией, однако монтаж осложнен (если сравнивать с настенными аналогами).

• У напольных моделей, как правило, один нагревательный контур. Они используются для организации отопления крупных объектов коммерческого или промышленного назначения.

Настенные конструкции предлагают следующие условия эксплуатации:

• Для установки необходимы прочные несущие стены.
• Настенные приборы более компактны; они ограничены весом и мощностью. Мощность средней настенной модели не превышает 45-50 кВт, весит она не более 50 кг.
• Производители выпускают модели с одним или двумя контурами, подходящие для использования в частном жилье.
• Устройство безопасно в эксплуатации; контроль обеспечивается несколькими уровнями защиты.
• Есть возможность установки нескольких котлов в каскад (до 10-16 штук) для увеличения мощности (не для всех моделей).

Виды котлов по количеству нагревательных контуров

Конденсационные газовые котлы, принцип работы и конструкция которых создавались на базе традиционных моделей, делятся на два вида по количеству нагревательных контуров. Особенности одноконтурных приборов выглядят следующим образом:

• Они предназначены только для обогрева помещений.

• Одноконтурники способны производить воду для ГВС. К большинству котлов можно подключить наружный бойлер косвенного нагрева; накопительный резервуар подбирают с учетом потребностей в горячей воде. Бойлер будет поддерживать нужную температуру, в доме всегда будет горячая вода, что не будет влиять на систему отопления.

Двухконтурные котлы обеспечивают как отопление жилья, так и горячее водоснабжение. В моделях последнего поколения эти процессы синхронизированы и не мешают один другому. Однако достаточно котлов, функционирование которых настроено на приоритет ГВС. То есть, если вы решили принять душ или помыть посуду, в момент открывания крана с горячей водой автоматика прекращает подогрев теплоносителя в отопительной системе.

Также двухконтурные агрегаты отличаются достаточно низкой производительностью горячей воды для бытовых нужд. Если в доме есть несколько точек водоразбора, то при их одновременном использовании температура воды начнет падать. Такую особенность трудно назвать комфортной.

Коротко о главном

В некоторых европейских странах больше половины котлов для отопления, установленных в частных домах, являются конденсационными, однако на российском рынке они распространены значительно меньше.

Конденсационные котлы используют скрытую теплоту конденсации, то есть ту тепловую энергию, которая в обычных устройствах просто вылетает в трубу. Поэтому конструкция агрегатов включает дополнительный теплообменник, где продукты горения отдают тепло теплоносителю. Решение значительно увеличивает КПД котла, что позволяет сократить расход газа на 10%.

Системы конвекционного действия различаются по типу установки (настенные, напольные) и по количеству нагревательных контуров (одно- и двухконтурные). Комбинация этих параметров влияет на эксплуатационные характеристики, что надо учитывать при выборе подходящей модели.