Конденсатна техніка - це принципово новий напрям в опалювальному устаткуванні. Завдяки концептуально іншому підходу до процесу приготування тепла, така техніка має велике ККД і, відповідно, більшою економічністю споживання енергоресурсів, чим традиційні теплогенераторы. Особливо важливою її перевагою є низький рівень змісту шкідливих речовин в продуктах згорання.

В цій статті ми розглянемо принцип конденсації як такої, а потім покажемо його застосування в сучасних опалювальних котлах компанії FonderieSimeS.p.a.

Однією з найважливіших проблем котельного устаткування на сьогодні є високий вміст шкідливих речовин (NOx, SOx, CO і СО2) в продуктах згорання, що викидаються в довкілля. У звязку з постійним погіршеннямстани нашої екології, нормативні вимоги до змісту шкідливих речовин в продуктах згорання з часом стають жорсткіше. Іншою проблемою теплопостачання є регулярне збільшення вартості енергоносіїв, тому необхідність їх ефективного використання також росте.

Конденсатні котли значною мірою вирішили обидві ці проблеми. У чому полягає принцип конденсації? Відповісти на це питання нам допоможе I - d діаграма параметрів повітря. Їх пять : температура (°С), відносна вологість (%), вміст вологи (г/кг), ентальпія (кДж/кг) і парціальний тиск водяної пари (кПа). Також є і похідні параметри повітря, які обчислюються на основі згаданих вище. Це температура "мокрого" термометра і температура "точки роси". Усі ці величини відображують стан повітря за різних умов, а також здатність повітря переносити тепло.

I - d діаграма параметрів повітря

Саме в здатності повітря переносити тепло і лежить основа походження конденсатних котлів. Як відомо, в оточенні нас повітрі завжди є волога у вигляді пари, кількість якої характеризується відносною вологістю, вираженою у відсотках, або абсолютною вологістю (вмістом вологи), вираженою в грамах води на кілограм повітря. Ця волога містить в собі деяку кількість теплової енергії, залежну від температури повітря, що її містить. Кількість тепла, що міститься в 1 кг повітря, у свою чергу залежить від його температури і вологовмісткість. Оскільки теплоємність води набагато більше теплоємності повітря, то ми отримуємо пряму залежність: ніж більше вологи знаходиться в повітрі (при однаковій температурі), тим більше в нім теплової енергії.

Це кількість тепла відбиває такий параметр повітря, як ентальпія, і виражається вона в кДж на 1 кг повітря.

А тепер розглянемо, що ж відбувається в традиційних котлах.

Як відомо з курсу хімії, в результаті спалювання органічного палива (наприклад, газ) виходить вуглекислий газ, вода у вигляді париі інші домішки. Хімічна формула цього процесу виглядає таким чином:

СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О

З цього рівняння видно, що на одну молекулу вуглекислого газу в продуктах згорання доводиться дві молекули води у вигляді пари, а у пари теплоємність набагато вища, ніж у вуглекислого газу. Так от, в традиційних котлах усі ці продукти згорання викидаються в довкілля разом з теплом, яке вони містять. Температура димових газів в таких котлах складає 110-140 °С. Конструкція камери згорання у конденсатних котлів дозволяє відбирати теплову енергію пари, що міститься в продуктахзгорання, перетворюючи його на конденсат. При цьому температура димових газів складає 50-70 °С. При такій низькій температурі продуктів згорання, окрім високої ефективності використання палива, має місце і значно низькі викиди NOx . Згідно з результатами лабораторних досліджень компанії FonderieSimeS.p.a, зміст NOx в продуктах згорання у конденсатних котлів в 10 разів менше, ніж у традиційних, а витрата газу - на 30% менше.

В усіх таблицях технічних характеристик конденсатних котлів вказаний їх ККД, рівний 107-110 %, що викликає подив і, як наслідок, недовіру у споживачів і фахівців, необізнаних в усіх процесах, що відбуваються в конденсатних котлах. Нижче ми спробуємо трохи відкрити завісу загадкового "вічного двигуна". Окрім пари, що міститься в продуктах згорання, в паливневу камеру потрапляє і пара, що міститься в повітрі, що подається для горіння палива. Таким чином, в камері згорання відбувається конденсація водяної пари, що поступила з повітрям для горіння і пари, що утворилися в результаті цього горіння. Відбір тепла, відповідно, відбувається у обох цих складових. При розрахунку ККД у конденсатних котлів як енерговитрати на приготування тепла враховують паливо, що тільки згорає, тоді як теплову енергію, що відпускається, отримують у вигляді суми тепла, отриманого від згорання палива і тепла, отриманого в результаті конденсації водяної пари, що міститься в повітрі, що подається для горіння. Іншими словами, водяні пари, що містяться в повітрі, що подається для горіння, розглядаються як додаткове джерело тепловій енергії. І так як він безкоштовний, в енерговитратах його не враховують, а ККД, таким чином, перевалює за 100%. Таке дармове джерело енергії в теплофізиці називається "Прихована теплота пароутворення". У побутових умовах, для того, щоб перевести воду з рідкого стану в газоподібний, нам потрібно повідомити їй певну кількість теплової енергії, тобто нагрівати до 100 °С. В оточенні нас повітрі вода міститься вже у вигляді пари і конденсатні котли, переводячи воду і газоподібного стану в рідкий (процес, зворотний випару, - конденсація), отримують це приховане тепло і передають його теплоносію.

Яким же чином відбувається процес конденсації? Як було сказано вище, у повітря є така похідна величина як температура "точки роси". Її можна знайти за допомогою I - d діаграми (см. рис. 1) або вичислити по формулах, що описують цю I, - d діаграму. Якщо температура поверхні якого-небудь твердого тіла, що знаходиться в цьому повітряному просторі, менше температури "точки роси" цього простору, то на такій поверхні утворюватиметься конденсат. І чим більше різниця цих температур, тим інтенсивніше відбуватиметься виділення конденсату з повітря.

Як приклад можна привестиряд природних явищ :

· виникнення ранком роси на траві, коли трава з ночі ще холодна, а повітря вже прогрівається уранішнім сонцем. Температура "точки роси" у повітря росте, а температура поверхні травички залишається низькою;

· тепле дихання на холодне скло. На склі ми відразу бачимо крапельки конденсату;

· утворення вологи на внутрішніх поверхнях стін взимку в будинках, що не утеплюють. Система опалювання нагріває приміщення зсередини, а поверхня стіни холодна

Повертаючись до теми конденсатних котлів, необхідно відмітити, що камера згорання у них сконструйованатаким чином, що повертаний в котел теплоносій має температуру нижче за температуру "точки роси" паливневої камери, і на поверхні теплообмінника утворюється конденсат, який віддаляється з котла через систему дренажу. Таким чином, вода, що міститься в камері згорання у вигляді пари, віддавши свою приховану енергію пароутворення, перетворюється на конденсат.

Важливим чинником є те, що конденсат, отриманий таким чином, має рН=2, тобто це кислота. У будь-якому органічному паливі знаходиться сірка (S), яка при згоранні цього палива йде з димовими газами у вигляді оксиду (SO3) і триоксиду (SO3), а при зєднанні триоксиду сірки з водою (конденсатом) виходить сірчана кислота:

SO3 + Н2О = Н2 SO4

Саме сірчана кислота послужила причиною того, що теплообмінники для конденсатних котлів виготовляються з нержавіючої сталі, стійкістю, що володіє, до агресивного середовища.

В протилежність конденсатним котлам, утворення конденсату в камерах згорання традиційних котлів неприпустимо, оскільки в таких котлах застосовуються чавунні або сталеві теплообмінники, що не мають стійкості до дії кислоти.

Окрім температури і вологовміскості продуктів згорання, температура "точки роси" в камері згорання також залежить і від відсоткового вмісту вуглекислого газу (СО2). У лабораторних умовах було встановлено, що при 10% СО2 в димових газах температура точки роси складає 56°С. Тому для традиційних котлів температура повертаного теплоносія має бути не нижче за це значення, щоб уникнути руйнування теплообмінника. Для конденсатних котлів навпаки, чим нижче температура "зворотки", тим більше ефективність роботи котла. Значною перевагою конденсатних котлів є той факт, що вони можуть працювати і в режимі традиційних котлів, тобто на високих температурах. І навіть при такому режимі роботи, завдяки спеціальній конструкції камери згорання, ККД котла досягає 97%, не дивлячись на те, що конденсації пари не відбувається. Це дозволяє в зимовий період роки експлуатувати котел на максимальних температурах, 80-60°За в перехідні періоди (осінь, весна) на знижених температурах, 50-30°З, при яких виникає процес конденсації водяної пари і досягається максимальна ефективність приготування тепла (ККД=110%).

Компанія FonderieSimeS.p.a. представляє на ринку України навісної 2-хконтурный конденсатний котел Format.Dewy.zip, потужністю 25 і 30 кВт. Усі вищезгадані характеристики конденсатних котлів були приведені з цих моделей. Окрім цього, потрібно відмітити, що ці котли мають модуляцію потужності, що відпускається, як для системи опалювання, так і для системи ГВС і рядом переваг перед аналогами інших виробників :

· найменші габаритні розміри - 700(h) x 400(b) x335(l);

· потрійний захист від перегрівання;

· подвійний захист від блокування насоса;

· фільтр Aqua Guard контура теплоносія;

· триходовий клапан перемикання опалювання/ГВС із спеціального термостійкого пластику, на якому не утворюється накип;

· стабільний процес горіння на усьому діапазоні модуляції, завдяки пневматичному регулюванню газового клапана.

Окрім цього конструктори компанії FonderieSimeS.p.a. розробили новий пальник "тихе полумя" і таку камеру згорання, завдяки яким ККД котла Format.Dewy.zip досягає 110%.

По матеріалах сайту www.sime.com.ua Автор : Костянтин Дементів