Calderes de gas condensador: el principi de funcionament, avantatges i desavantatges
El cost creixent d'energia ha empès científics i enginyers a crear un nou tipus de generador de calor: una caldera de condensació. Si s’instal·la en un sistema de calefacció a baixa temperatura, el condensador pot mostrar una eficiència superior al 100%. Com aconsegueixes aconseguir-ho? Quin és el principi de funcionament d’una caldera de gas condensant? Quins avantatges i desavantatges té? Després de llegir el nostre article, aprendràs sobre tot o gairebé tot.
Contingut:
El principi de funcionament de la caldera de condensació
La caldera de condensació és el germà petit de la caldera de convecció de gas més convencional. El principi de funcionament d’aquest últim és extremadament senzill i, per tant, comprensible fins i tot per a persones poc versades en física i tecnologia. El combustible de la caldera de gas, com el seu nom indica, és gas natural (principal) o liquat (globus). Durant la combustió del combustible blau, així com qualsevol altra matèria orgànica, es forma diòxid de carboni i aigua i s’allibera una gran quantitat d’energia. La calor generada s'utilitza per escalfar el refrigerant: l'aigua industrial que circula pel sistema de calefacció de la llar.
L’eficiència d’una caldera de convecció de gas és de ~ 90%. Això no és tan dolent, almenys superior al dels generadors de calor de combustible sòlid i líquid. Tot i això, la gent sempre ha intentat apropar aquest indicador al 100% apreciat possible. En aquest sentit, sorgeix la pregunta: cap a on va el 10% restant? La resposta, per descomptat, és prosaica: surten a la canonada. De fet, els productes de la combustió de gas que surten del sistema a través de la xemeneia s’escalfen a una temperatura molt alta (150-250 ° C), cosa que significa que el 10% de l’energia que hem perdut es gasta en escalfar l’aire fora de casa.
Científics i enginyers han estat buscant la possibilitat d’una recuperació de calor més completa, però, un mètode per a la realització tecnològica dels seus desenvolupaments teòrics es va trobar fa només deu anys, quan es va crear una caldera de condensació.
Quina és la seva diferència fonamental respecte al generador tradicional de calor de combustible de gas amb convecció? Després d’haver completat el procés principal de cremar combustible i transferir una part significativa de la calor alliberada durant aquest procés a l’intercanviador de calor, el condensador arriba als gasos de combustió fins a 50-60 ° C, és a dir. fins al punt en què s’inicia el procés de condensació de l’aigua. Ja això és suficient per augmentar significativament l’eficiència, en aquest cas, la quantitat de calor transferida al refrigerant. Tot i això, no és tot.
Caldera tradicional de gas
Caldera de condensació de gas
A una temperatura de 56 ° C –en l’anomenat punt de rosada– l’aigua passa d’un estat vaporós a un estat líquid, és a dir, el vapor d’aigua es condensa. En aquest cas, s’allibera energia addicional, que es va gastar degudament a l’evaporació de l’aigua i a les calderes de gas ordinàries que es van perdre juntament amb la barreja vapor-gas volatilitzada. Una caldera de condensació és capaç de "recollir" la calor generada durant la condensació del vapor d'aigua i transferir-la al transportador de calor.
Els fabricants de generadors de calor tipus condensació criden sempre l'atenció dels seus clients potencials sobre l'eficiència inusualment alta dels seus dispositius - per sobre del 100%. Com és possible? De fet, no hi ha cap contradicció amb els cànons de la física clàssica. Justament en aquest cas, utilitzen un sistema de liquidació diferent.
Sovint, avaluant l’eficiència de les calderes de calefacció, calculen quanta part de la calor alliberada es transfereix al refrigerant. La calor "presa" en una caldera convencional i la calor procedent del refredament profund dels gasos de combustió donaran un 100% d'eficiència total.Però si hi afegim aquí també la calor alliberada durant la condensació del vapor, obtenim un ~ 108-110%.
Des del punt de vista de la física, aquests càlculs no són del tot certs. Per calcular l’eficiència, cal tenir en compte no la calor alliberada, sinó l’energia total alliberada durant la combustió d’una barreja d’hidrocarburs d’una determinada composició. Això inclourà l'energia gastada en la conversió de l'aigua en estat gasós (posteriorment alliberada durant el procés de condensació).
D’això se’n desprèn que un coeficient de rendiment superior al 100% és només una jugada complicada per part dels comercialitzadors que exploten la imperfecció d’una fórmula de càlcul obsoleta. Tot i això, s’ha de reconèixer que el condensador, a diferència d’una caldera de convecció convencional, aconsegueix “esprémer” tot o gairebé tot el procés de combustió del combustible. Els punts positius són evidents: major eficiència i menor consum de recursos fòssils.
El dispositiu dels components principals de la caldera de condensació
Des del punt de vista estructural, la caldera de condensació no és gaire, però segueix sent diferent de la caldera de gas habitual. Els seus elements principals són:
- una cambra de combustió equipada amb un cremador, un sistema d’alimentació de combustible i un ventilador per a bombar aire;
- intercanviador de calor núm. 1 (intercanviador de calor primari);
- una cambra per refredar encara més la barreja gas-vapor a una temperatura el més propera possible a 56-57 ºC;
- intercanviador de calor núm. 2 (intercanviador de calor de condensació);
- dipòsit de recollida de condensats;
- xemeneia per a l'eliminació de gasos de combustió freds;
- una bomba per circular aigua al sistema.
1. Xemeneia
2. Dipòsit d'expansió.
3. Superfícies de transferència de calor.
4. Cremador modulat.
5. Ventilador del cremador.
6. Bomba
7. Tauler de control
A l’intercanviador de calor primari acoblat a la cambra de combustió, els gasos evolucionats es refreden fins a una temperatura significativament superior al punt de rosada (de fet, és el que semblen les calderes convencionals de gas de convecció). A continuació, la barreja de combustió es dirigeix forçosament cap a un intercanviador de calor de condensació, on es refreda a una temperatura per sota del punt de rosada, és a dir, per sota de 56 ° C. En aquest cas, el vapor d’aigua es condensa a les parets de l’intercanviador de calor, “donant l’últim”. El condensat es recull en un dipòsit especial, des d'on surt la canalització de desguàs cap a la claveguera.
L’aigua, que actua com a refrigerant, es desplaça en el sentit contrari al moviment de la barreja vapor-gas. L’aigua freda (aigua de retorn del sistema de calefacció) es preescalfa en un intercanviador de calor en condensació. Després entra a l’intercanviador de calor primari, on s’escalfa a una temperatura més alta especificada per l’usuari.
Condensat, per desgràcia, no és aigua pura, com molts creuen, sinó una barreja d’àcids inorgànics diluïts. La concentració d’àcids al condensat és baixa, però tenint en compte que la temperatura del sistema sempre és elevada, es pot considerar un líquid agressiu. És per això que en la fabricació d’aquestes calderes (i sobretot intercanviadors de calor de condensació) s’utilitzen materials resistents a l’àcid: acer inoxidable o silumin (aliatge alumini-silici). L’intercanviador de calor, per regla general, es realitza en una fosa, ja que les soldadures són un punt vulnerable: aquí comença el procés de destrucció de la corrosió del material.
El vapor s’ha de condensar precisament a l’intercanviador de calor en condensació. Tot el que va anar més enllà a la xemeneia, d’una banda, es perd per escalfar-se, i de l’altra, afecta de forma destructiva el material de la xemeneia. És per l’última raó que la xemeneia està feta d’acer inoxidable o plàstic inoxidable resistent a l’àcid i s’adhereix un lleuger pendent a les seves seccions horitzontals de manera que l’aigua formada durant la condensació de les quantitats insignificants de vapor que, tot i així, cauen a la xemeneia, es drena a la caldera. Cal tenir en compte que els gasos de combustió que surten del condensador estan molt refredats, i necessàriament tot el que no s’hagi condensat a la caldera es condensarà a la xemeneia.
En diferents moments del dia, es necessita una quantitat diferent de calor de la caldera de calefacció, que es pot regular mitjançant un cremador. El cremador de la caldera de condensació es pot modular, és a dir. amb la possibilitat de que es faci un bon canvi de potència durant el funcionament o no simulat - amb una potència fixa. En aquest darrer cas, la caldera s’adapta als requisits del propietari canviant la freqüència d’encesa del cremador. A la majoria de calderes modernes dissenyades per escalfar cases particulars s’instal·len cremadors simulats.
Així doncs, esperem que tingueu una idea general de què és una caldera de condensació, com es construeix i segons quin principi funciona. Tanmateix, molt probablement, aquesta informació no serà suficient per comprendre si heu de comprar personalment aquest equip. Per ajudar-vos a prendre aquesta o aquella decisió, us explicarem tots els avantatges i inconvenients, avantatges i minus d’una caldera de condensació, comparant-la amb una de convecció tradicional.
Els avantatges d’una caldera de condensació
La llista d'avantatges de la caldera de condensació és impressionant, la qual cosa explica en última instància la popularitat creixent d'aquest tipus d'equips de calefacció:
- Economia de combustible en comparació amb una caldera de convecció convencional, pot arribar al 35%.
- Reducció d’emissions en la transició dels models tradicionals de gas als de condensació, s'estima en una mitjana del 70%.
- Temperatura baixa del gas de combustió fa possible la instal·lació de xemeneies de plàstic, molt més barates que l’acer clàssic.
- Soroll baix augmenta el nivell de confort de les persones que viuen a la casa.
Parlem més detalls d'alguns avantatges de les calderes de condensació.
Economia de combustible quan s'utilitza en sistemes de baixa temperatura
El consum de combustible depèn directament de la potència dels equips i de la càrrega assignada al sistema de calefacció. Per escalfar una casa amb una superfície de 250 m2 una caldera de condensació de 28 quilowats amb un consum màxim de gas de 2,85 m serà suficient3/ h Una caldera clàssica de la mateixa potència consumirà 3,25 m3/ h Sempre que la caldera funcioni durant sis mesos sobre dotze, estalviareu uns 3000 rubles a l’any. (als preus existents del principal gas per als consumidors russos). Probablement és difícil anomenar un estalvi significatiu, ni tan sols cobrirà les diferències en el cost del manteniment anual de les calderes.
Però fem una ullada a la situació a través del consumidor mitjà europeu, que costa quatre o cinc vegades (o fins i tot més) el preu del gas natural. L’estalvi en aquest cas ja és d’uns 300 euros, i val la pena lluitar.
Consum de gas en calderes de condensació de diverses capacitats:
Reducció d’emissions
Durant la combustió de combustibles fòssils, es forma diòxid de carboni que, quan es fa reaccionar amb l’aigua, dóna diòxid de carboni. A més, a qualsevol combustible sempre hi ha impureses de sofre, fòsfor, nitrogen i alguns altres elements. En el procés de combustió, es formen òxids corresponents a partir d’aquests, que, en combinar-se amb l’aigua, també produeixen àcids.
A les calderes convencionals de convecció, el vapor d’aigua amb una barreja d’àcids (carbònic, sulfúric, nítric, fosfòric) s’allibera a l’atmosfera. Les calderes de condensació no tenen aquest inconvenient: els àcids romanen al condensat. No obstant això, atès els problemes relacionats amb la utilització de condensats, es pot posar en dubte la notòria amabilitat ambiental d'aquest equipament.
Caldera de condensació de cons
La caldera de condensació, per tots els seus avantatges, no es pot denominar equip de calefacció ideal, ja que no en té els inconvenients:
- preu alt;
- l’elevat cost de l’intercanviador de calor (i, com a conseqüència d’això, la necessitat de controlar acuradament l’estat de tot el sistema de calefacció);
- inadequació d'ús en sistemes d'alta temperatura;
- dificultat recuperació de condensats;
- sensibilitat a la qualitat de l’aire.
Preu
Cal pagar un percentatge addicional d’energia tèrmica.Tècnicament, una caldera de condensació és més complicada i, per tant, més cara. El cost d’un bon condensador domèstic d’un conegut fabricant és diverses vegades superior al cost d’una unitat clàssica de la mateixa potència. Per descomptat, aquest equipament es compra durant més d'una dècada, cosa que significa que té sentit donar preferència a tecnologies innovadores que augmenten el confort en el funcionament.
Convencionalment, tots els models de calderes de condensació es poden dividir en tres categories de preus: classe premium, mitjana i econòmica:
1. La classe premium està pensada per a alguns compradors. Les calderes de condensació de primera qualitat inclouen, per exemple, models de marques alemanyes. Aquest equip és eficient en el seu funcionament i còmode en el seu funcionament, compleix els estàndards mediambientals europeus, fabricats amb materials d'alta qualitat. Les calderes “Premium” tenen moltes funcions útils que augmenten significativament el nivell de confort durant el seu funcionament: programació de modes de funcionament (per exemple, mantenir la temperatura ambient a un nivell mínim en absència d’amfitrions o una lleugera disminució de la temperatura a la nit), regulació depenent del temps, interacció intel·ligent amb altres generadors de calor. , control remot mitjançant un programa especial en un telèfon mòbil, etc. L’únic negatiu és l’elevat preu.
2. La classe mitjana inclou productes més barats, però amb qualitats de consum lleugerament més modestes. Es tracta d’unes unitats econòmiques i respectuoses amb el medi ambient que compleixen tots els requisits i ofereixen un alt rendiment. Es distingeixen per una àmplia gamma de funcions, equipades amb un sistema de control automàtic que canvia paràmetres de forma independent en funció de la temperatura del refrigerant i de l’aire de l’habitació.
3. La classe Econòmica està dissenyada per a aquells que, a favor de l’economia, estan preparats per oferir un nivell de confort més baix. Els productes a granel sempre porten vendes. Les posicions líders en el mercat de calderes de condensació de classe econòmica pertanyen a empreses coreanes i eslovaces. Els seus productes són dues o més vegades més barats que els models premium. Un altre avantatge d’aquest equip és la seva adaptabilitat a les condicions operatives russes. Els condensadors barats amb una funcionalitat senzilla suporten tranquil·lament les tensions d’energia i les baixades de pressió quan l’automatització costosa deixa de funcionar.
A l’avaluació de les vostres capacitats financeres, heu de tenir en compte els inevitables costos d’instal·lació i posada en servei d’equips, cosa que també us costarà molt, molt car.
No s'ha d'oblidar que durant la operació, la caldera de condensació proporciona estalvis de gas. Tanmateix, aquest estalvi és tan fantasiós que la inversió no pagarà aviat. Això significa que abans de comprar calor de condensació, val la pena fer una avaluació prèvia: si el cost del combustible estalviat justificarà l’elevat preu de l’equip.
Un efecte econòmic positiu de l’adquisició d’una tal caldera només s’hauria d’esperar en determinades condicions, si s’instal·la en una nova casa (llegiu “en construcció”) dissenyada per a residència permanent amb un sistema organitzat de calefacció a baixa temperatura de calefacció a terra. A més, la magnitud de l'efecte depèn directament de la temperatura mitjana d'hivern, és a dir, de la regió on es troba la casa (el principi és simple: com més calor calgui, més sentit hi ha en una tècnica com aquesta).
L’elevat cost de l’intercanviador de calor utilitzat
Un intercanviador de calor és un element tècnicament complex i car. En cas de fallar-lo, com diuen, "aneu al cap". Per obtenir els diners que invertiu en comprar un nou intercanviador de calor i pagar l’obra per substituir-lo, podríeu adquirir fàcilment una caldera de convecció nova de la mateixa capacitat.
D’això es desprèn que és necessari controlar acuradament l’estat de l’intercanviador de calor. Serà extremadament difícil esbandir-lo quan obstrueixi. En instal·lar una caldera de condensació, cal auditar tot el sistema de calefacció: no hi ha d’haver canonades i radiadors oxidats.
La seguretat de l’intercanviador de calor també depèn de la qualitat del refrigerant utilitzat. L’aigua ha de ser tova, en cas contrari, els tubs s’obstruiran ràpidament amb escoria per dins. La presència de rovell a l'aigua, suspensions estrangeres, sals de calci i ferro és inacceptable.
Com que el condensat conté àcids, l’intercanviador de calor ha de poder resistir els seus efectes. Molt sovint, els intercanviadors de calor són de silumin i d’acer inoxidable d’alta qualitat. L'intercanviador de calor de silúmina es produeix mitjançant fosa de metol. A causa del menor cost del material i la tecnologia de producció, aquests intercanviadors de calor són més barats que els intercanviadors de calor d'acer inoxidable. Però hi ha un inconvenient per aquests intercanviadors de calor: són menys resistents als ambients àcids agressius.
Els intercanviadors de calor d'acer inoxidable es produeixen soldant peces individuals. El cost final d’aquests intercanviadors de calor és superior al de la silumin. Tot i això, resisteixen millor els ambients àcids i aporten fiabilitat als equips.
Ús inadequat en sistemes d'alta temperatura
No sempre es pot obtenir l'eficiència promesa del 108-110%, la xifra real depèn del sistema de calefacció. Hi ha dos tipus fonamentalment diferents de sistemes de calefacció: altes i baixes temperatures. Difereixen en el rang de temperatura del refrigerant a l'entrada i sortida del generador de calor.
En sistemes convencionals de calefacció a alta temperatura, la relació entre la temperatura de l’aigua subministrada i l’aigua de retorn sol ser de 75-80 ° C a 55-60 ° C. Un sistema amb una caldera de condensació només és eficaç en mode de baixa temperatura, és a dir. quan la relació de les temperatures de subministrament i retorn és de 50-55 ° C a 30-35 ° C. Aquesta relació és ideal si la calefacció de l’habitatge es realitza mitjançant calefacció per terra radiant. En cas contrari, per escalfar l’habitació, caldrà instal·lar radiadors addicionals amb un augment de 2,5-3 vegades de superfície útil, dissenyats per a una temperatura de refrigeració no superior a 50 ° C.
L’eficiència de la caldera de condensació es determina principalment per la temperatura del refrigerant a l’entrada. Això s’explica simplement: com més baixa sigui la temperatura de l’aigua en el circuit de retorn, més intensa es produeix la condensació. L’eficàcia de la caldera en un sistema de calefacció a baixa temperatura (la temperatura d’entrada / sortida és d’aproximadament 30/50 ° C) pot arribar a situar-se molt al 108-110%. Si aquesta caldera funciona per funcionar en un sistema a alta temperatura (60/80 ° C), no hi haurà condensació i l'eficiència baixarà fins al 98-99%, això és més que amb les calderes convencionals de convecció, però menys del que podria ser.
Així, si voleu extreure el màxim benefici del condensador, la decisió d’instal·lar-lo s’ha de prendre a l’etapa de disseny de la casa. Si compreu una caldera per a una casa existent amb un sistema de calefacció existent, això significa la inevitable reconstrucció de l’edifici amb la substitució d’un sistema de calefacció per radiadors d’alta temperatura per un sistema de baixa temperatura de calefacció per terra radiant (i una reparació a gran escala torna a suposar una despesa considerable i es perd l’efecte econòmic de tota l’empresa).
Dificultat de recuperació de condensació
L’ús d’una caldera de condensació comporta l’eliminació de condensats. A més, aquest últim està format en quantitats considerables: un litre de metre cúbic de gas cremat. Per exemple: una caldera amb una capacitat de 25 kW per hora consumeix uns 2,8 m3 gas, és a dir, en només una hora del seu funcionament, s’alliberaran lleugerament menys de 3 litres de condensat al dia: 70 litres.
Recordem que el condensat és una solució d’àcids, cosa que significa que la qüestió de on posar-lo no és gens oculta. Està bé si la vostra casa està connectada a un sistema residual centralitzat. Fins i tot segons les estrictes normes europees, les calderes de potència de fins a 28 kW no necessiten una eliminació especial de condensats. Se suposa que aquesta quantitat de condensat es dilueix suficientment amb les aigües residuals domèstiques per no perjudicar les canonades de clavegueram.
Però què fan els propietaris de cases particulars amb clavegueram autònom? És impossible abocar-lo a una fossa sèptica, ja que morran bacteris beneficiosos (i costosos).Abocar-lo al terra és inacceptable: es produirà salinització del sòl i, amb el pas del temps, no creixerà res en aquest lloc. És extremadament difícil transportar 70 litres diaris per a la seva eliminació. Només hi ha una sortida: preveure el seu propi sistema separat per neutralitzar els àcids continguts en el condensat. A Occident, on els requisits per al compliment de les normes ambientals són més estrictes que els nostres, un catalitzador es compra automàticament quan s’instal·la una caldera de condensació.
Sensibilitat a la qualitat de l’aire
Un punt important al qual heu de prestar atenció si voleu que la vostra caldera funcioni normalment és l'eliminació de productes de combustió i l'accés a l'aire de combustió.
Una de les diferències entre les calderes de condensació i la convecció és l’ús d’una cambra de combustió tancada. Les calderes de convecció prenen aire de l’habitació, les calderes de condensació del carrer. En el primer, la circulació d’aire natural (convecció) s’utilitza per saturar la barreja aire-combustible amb oxigen, i en la segona, es proporciona un ventilador per bombar aire al cremador. Per contra, l'eliminació de productes de combustió en ells també es duu a terme amb força. Les masses d'aire circulen, per regla general, per una xemeneia coaxial, que és una construcció de canonada. L’aire d’entrada es desplaça per la cavitat externa de la xemeneia, els productes d’escapament de combustió - a través de l’interior.
De tot això es desprèn que els condensadors han de ser molt sensibles a la qualitat de l’aire d’entrada. La presència d’una quantitat notable de pols a l’aire comporta un desgast ràpid de la turbina (ventilador).
De gran importància per al funcionament normal de la caldera de condensació no només és la neteja, sinó també la temperatura exterior. Si s’accedeix a l’aire al sistema mitjançant una canonada coaxial, aleshores, tal com demostra la pràctica, el conducte d’aire d’entrada a l’hivern, a les gelades, es pot congelar, ja que la temperatura dels gasos de combustió d’escapament és força baixa i no són capaços d’escalfar les parets de la xemeneia. Això comporta una disminució del subministrament d’oxigen necessari per cremar combustible i, com a conseqüència, a una disminució de l’eficiència de l’equip.
Per evitar que això passi i no cal escalfar periòdicament les canonades per alliberar-les del gel, el càlcul del sistema, la seva instal·lació, la posada en marxa i la configuració han de ser realitzats per especialistes del servei certificats. Per ajustar el paràmetre responsable de l’entrada d’aire en la quantitat necessària per cremar combustible en una caldera d’una potència determinada, utilitzen un analitzador de gas. Sense un equipament especial, no es pot aconseguir l'eficiència requerida de la caldera. A més, els residents de zones amb dures condicions climàtiques, que decideixin la instal·lació d’una caldera de condensació, haurien de sol·licitar els representants del fabricant aclariments sobre la possibilitat d’utilitzar aquest equipament en un determinat rang de temperatures exteriors locals.
