Конденсатная техника – это принципиально новое направление в отопительном оборудовании. Благодаря концептуально иному подходу к процессу приготовления тепла, такая техника обладает большим КПД и, соответственно, большей экономичностью потребления энергоресурсов, чем традиционные теплогенераторы. Особенно важным ее преимуществом является низкий уровень содержания вредных веществ в продуктах сгорания.

В этой статье мы рассмотрим принцип конденсации как таковой, а затем покажем его применение в современных отопительных котлах компании FonderieSimeS.p.a.

Одной из самых важных проблем котельного оборудования на сегодняшний день является высокое содержание вредных веществ (NOx, SOx, CO и СО2) в продуктах сгорания, выбрасываемых в окружающую среду. В связи с постоянным ухудшением состояния нашей экологии, нормативные требования к содержанию вредных веществ в продуктах сгорания со временем становятся жестче. Другой проблемой теплоснабжения является регулярное увеличение стоимости энергоносителей, поэтому необходимость их эффективного использования также растет.

Конденсатные котлы в значительной мере решили обе эти проблемы. В чем заключается принцип конденсации? Ответить на этот вопрос нам поможет I-d диаграмма параметров воздуха. Их пять: температура (°С), относительная влажность (%), влагосодержание (г/кг), энтальпия (кДж/кг) и парциальное давление водяного пара (кПа). Также есть и производные параметры воздуха, которые вычисляются на основе упомянутых выше. Это температура «мокрого» термометра и температура «точки росы». Все эти величины отображают состояние воздуха при различных условиях, а также способность воздуха переносить тепло.

I-d диаграмма параметров воздуха

Именно в способности воздуха переносить тепло и лежит основа происхождения конденсатных котлов. Как известно, в окружающем нас воздухе всегда есть влага в виде пара, количество которой характеризуется относительной влажностью, выраженной в процентах, или абсолютной влажностью (влагосодержанием), выраженной в граммах воды на килограмм воздуха. Эта влага содержит в себе некое количество тепловой энергии, зависящее от температуры воздуха, ее содержащего. Количество тепла, содержащегося в 1 кг воздуха, в свою очередь зависит от его температуры и влагосодержания. Так как теплоемкость воды намного больше теплоемкости воздуха, то мы получаем прямую зависимость: чем больше влаги находится в воздухе (при одинаковой температуре), тем больше в нем тепловой энергии.

Это количество тепла отражает такой параметр воздуха, как энтальпия, и выражается она в кДж на 1 кг воздуха.

А теперь рассмотрим, что же происходит в традиционных котлах.

Как известно из курса химии, в результате сжигания органического топлива (например, газ) получается углекислый газ, вода в виде пара и другие примеси. Химическая формула этого процесса выглядит следующим образом:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

Из этого уравнения видно, что на одну молекулу углекислого газа в продуктах сгорания приходится две молекулы воды в виде пара, а у пара теплоемкость намного выше, чем у углекислого газа. Так вот, в традиционных котлах все эти продукты сгорания выбрасываются в окружающую среду вместе с теплом, которое они содержат. Температура дымовых газов в таких котлах составляет 110-140 °С. Конструкция камеры сгорания у конденсатных котлов позволяет отбирать тепловую энергию пара, содержащегося в продуктах сгорания, превращая его в конденсат. При этом температура дымовых газов составляет 50-70 °С. При такой низкой температуре продуктов сгорания, помимо высокой эффективности использования топлива, имеет место и значительно низкие выбросы NOx . Согласно результатам лабораторных исследований компании FonderieSimeS.p.a, содержание NOx в продуктах сгорания у конденсатных котлов в 10 раз меньше, чем у традиционных, а расход газа – на 30% меньше.

Во всех таблицах технических характеристик конденсатных котлов указан их КПД, равный 107-110 %, что вызывает недоумение и, как следствие, недоверие у потребителей и специалистов, непосвященных во все процессы, происходящие в конденсатных котлах. Ниже мы попробуем приоткрыть завесу загадочного «вечного двигателя». Кроме пара, содержащегося в продуктах сгорания, в топочную камеру попадает и пар, содержащийся в воздухе, подаваемом для горения топлива. Таким образом, в камере сгорания происходит конденсация водяных паров, поступивших с воздухом для горения и паров, образовавшихся в результате этого горения. Отбор тепла, соответственно, происходит у обоих этих составляющих. При расчете КПД у конденсатных котлов в качестве энергозатрат на приготовление тепла учитывают только сгораемое топливо, в то время как отпускаемую тепловую энергию получают в виде суммы тепла, полученного от сгорания топлива и тепла, полученного в результате конденсации водяных паров, содержащихся в подаваемом для горения воздухе. Иными словами, водяные пары, содержащиеся в подаваемом для горения воздухе, рассматриваются как дополнительный источник тепловой энергии. И так как он бесплатный, в энергозатратах его не учитывают, а КПД, таким образом, переваливает за 100%. Такой дармовой источник энергии в теплофизике называется «скрытая теплота парообразования». В бытовых условиях, для того чтобы перевести воду из жидкого состояния в газообразное, нам надо сообщить ей определенное количество тепловой энергии, т.е. нагреть до 100 °С. В окружающем нас воздухе вода содержится уже в виде пара и конденсатные котлы, переводя воду и газообразного состояния в жидкое (процесс, обратный испарению – конденсация), получают это скрытое тепло и передают его теплоносителю.

Каким же образом происходит процесс конденсации? Как было сказано выше, у воздуха есть такая производная величина как температура «точки росы». Ее можно найти с помощью I-d диаграммы (см. рис. 1) или вычислить по формулам, описывающим эту I-d диаграмму. Если температура поверхности какого-либо твердого тела, находящегося в данном воздушном пространстве, меньше температуры «точки росы» этого пространства, то на такой поверхности будет образовываться конденсат. И чем больше разница этих температур, тем интенсивнее будет происходить выделение конденсата из воздуха.

В качестве примера можно привести ряд природных явлений:

· возникновение утром росы на траве, когда трава с ночи еще холодная, а воздух уже прогревается утренним солнцем. Температура «точки росы» у воздуха растет, а температура поверхности травинки остается низкой;

· теплое дыхание на холодное стекло. На стекле мы сразу видим капельки конденсата;

· образование влаги на внутренних поверхностях стен зимой в неутепленных домах. Система отопления нагревает помещение изнутри, а поверхность стены холодная

Возвращаясь к теме конденсатных котлов, необходимо отметить, что камера сгорания у них сконструирована таким образом, что возвращаемый в котел теплоноситель имеет температуру ниже температуры «точки росы» топочной камеры, и на поверхности теплообменника образовывается конденсат, который удаляется из котла через систему дренажа. Таким образом, вода, содержащаяся в камере сгорания в виде пара, отдав свою скрытую энергию парообразования, превращается в конденсат.

Важным фактором является то, что конденсат, полученный таким образом, имеет рН=2, т.е. это кислота. В любом органическом топливе содержится сера (S), которая при сгорании этого топлива уходит с дымовыми газами в виде оксида (SO3) и триоксида (SO3), а при соединении триоксида серы с водой (конденсатом) получается серная кислота:

SO3 + Н2О = Н2SO4

Именно серная кислота послужила причиной того, что теплообменники для конденсатных котлов изготавливаются из нержавеющей стали, обладающей стойкостью к агрессивной среде.

В противоположность конденсатным котлам, образование конденсата в камерах сгорания традиционных котлов недопустимо, так как в таких котлах применяются чугунные или стальные теплообменники, не обладающие стойкостью к воздействию кислоты.

Помимо температуры и влагосодержания продуктов сгорания, температура «точки росы» в камере сгорания также зависит и от процентного содержания углекислого газа (СО2). В лабораторных условиях было установлено, что при 10% СО2 в дымовых газах температура точки росы составляет 56°С. Поэтому для традиционных котлов температура возвращаемого теплоносителя должна быть не ниже этого значения, во избежание разрушения теплообменника. Для конденсатных котлов наоборот, чем ниже температура «обратки», тем больше эффективность работы котла. Значительным преимуществом конденсатных котлов является тот факт, что они могут работать и в режиме традиционных котлов, т.е. на высоких температурах. И даже при таком режиме работы, благодаря специальной конструкции камеры сгорания, КПД котла достигает 97%, несмотря на то, что конденсации пара не происходит. Это позволяет в зимний период года эксплуатировать котел на максимальных температурах, 80-60°С, а в переходные периоды (осень, весна) на пониженных температурах, 50-30°С, при которых возникает процесс конденсации водяных паров и достигается максимальная эффективность приготовления тепла (КПД=110%).

Компания FonderieSimeS.p.a. представляет на рынке Украины навесной 2-хконтурный конденсатный котел Format.Dewy.zip, мощностью 25 и 30 кВт. Все вышеуказанные характеристики конденсатных котлов были приведены с этих моделей. Кроме этого, надо отметить, что эти котлы обладают модуляцией отпускаемой мощности, как для системы отопления, так и для системы ГВС и рядом преимуществ перед аналогами других производителей:

· самые маленькие габаритные размеры – 700(h) x 400(b) x 335(l);

· тройная защита от перегрева;

· двойная защита от блокировки насоса;

· фильтр Aqua Guard контура теплоносителя;

· трехходовой клапан переключения отопление/ГВС из специального термостойкого пластика, на котором не образовывается накипь;

· стабильный процесс горения на всем диапазоне модуляции, благодаря пневматическому регулированию газового клапана.

Кроме этого конструкторы компании FonderieSimeS.p.a. разработали новую горелку «тихое пламя» и такую камеру сгорания, благодаря которым КПД котла Format.Dewy.zip достигает 110%.

 Автор: Константин Дементьев

Добавить комментарий