Cazanele cu condensare pe gaz - principiul funcționării, avantajele și dezavantajele
Costul din ce în ce mai mare al energiei a determinat oamenii de știință și ingineri să creeze un nou tip de generator de căldură - un cazan cu condensare. Când este instalat într-un sistem de încălzire la temperatură scăzută, condensatorul poate arăta o eficiență de peste 100%. Cum reușiți să realizați acest lucru? Care este principiul de funcționare al unui cazan cu gaz condens? Care sunt avantajele și dezavantajele sale? După citirea articolului nostru, veți afla despre toate sau aproape totul.
Cuprins:
Principiul funcționării cazanului cu condensare
Cazanul cu condensare este fratele mai mic al celui mai convențional cazan cu convecție cu gaz. Principiul de funcționare al acestuia din urmă este extrem de simplu și, prin urmare, poate fi înțeles chiar și pentru persoanele slab versate în fizică și tehnologie. Combustibilul pentru cazanul de gaz, după cum îi spune și numele, este gaz natural (principal) sau lichefiat (balon). În timpul arderii combustibilului albastru, precum și a oricărei alte materii organice, se formează dioxid de carbon și apă și se eliberează o cantitate mare de energie. Căldura generată este utilizată pentru încălzirea lichidului de răcire - apa industrială care circulă prin sistemul de încălzire casnică.
Eficiența unui cazan de convecție cu gaz este de ~ 90%. Acest lucru nu este atât de rău, cel puțin mai mare decât cel al generatoarelor de căldură cu combustibil solid și lichid. Cu toate acestea, oamenii au căutat întotdeauna să aducă acest indicator cât mai aproape de 100% prețuit. În acest sens, se pune întrebarea: unde merg restul de 10%? Răspunsul, din păcate, este prozaic: ei zboară în țeavă. Într-adevăr, produsele de ardere a gazelor care ies din sistem prin horn sunt încălzite la o temperatură foarte ridicată (150-250 ° C), ceea ce înseamnă că 10% din energia pe care am pierdut-o este cheltuită pentru încălzirea aerului din afara casei.
Oamenii de știință și inginerii au căutat mult timp posibilitatea unei recuperări mai complete a căldurii, cu toate acestea, o metodă pentru întruchiparea tehnologică a evoluțiilor lor teoretice a fost găsită în urmă cu doar 10 ani, când a fost creat un cazan de condens.
Care este diferența sa fundamentală față de un generator tradițional de căldură cu combustibil cu convecție? După ce a finalizat procesul principal de ardere a combustibilului și transferul unei părți semnificative din căldura degajată în timpul acestui proces către schimbătorul de căldură, condensatorul ajunge la gazele de ardere la 50-60 ° C, adică. până în momentul în care începe procesul de condensare a apei. Deja acest lucru este suficient pentru a crește în mod semnificativ eficiența, în acest caz, cantitatea de căldură transferată lichidului de răcire. Totuși, acest lucru nu este totul.
Cazan tradițional pe gaz
Cazan cu condensare cu gaz
La o temperatură de 56 ° C - în așa-numitul punct de rouă - apa trece de la o stare vaporoasă la una lichidă, cu alte cuvinte, vaporii de apă se condensează. În acest caz, se eliberează energie suplimentară, care a fost cheltuită la timp pentru evaporarea apei și în cazanele obișnuite de gaz pierdute împreună cu amestecul volatilizat vapori-gaz. Un cazan de condensare este capabil să „colecteze” căldura generată în timpul condensării vaporilor de apă și să o transfere în purtătorul de căldură.
Producătorii de generatoare de căldură tip condensare atrag invariabil atenția potențialilor clienți asupra eficienței neobișnuit de ridicate a dispozitivelor lor - peste 100%. Cum este posibil acest lucru? De fapt, nu există nicio contradicție cu canoanele fizicii clasice. Tocmai în acest caz, ei folosesc un sistem de decontare diferit.
Adesea, evaluând eficiența cazanelor de încălzire, ei calculează cât din cantitatea de căldură degajată este transferată lichidului de răcire. Căldura „preluată” într-un cazan convențional, iar căldura de la răcirea profundă a gazelor arse va oferi o eficiență totală de 100%.Dar dacă adăugăm aici și căldura degajată în timpul condensării vaporilor, obținem un procent de ~ 108-110%.
Din punct de vedere al fizicii, astfel de calcule nu sunt în întregime adevărate. La calcularea eficienței, este necesar să se țină seama nu de căldura degajată, ci de energia totală eliberată în timpul arderii unui amestec de hidrocarburi dintr-o compoziție dată. Aceasta va include energia cheltuită pentru conversia apei în stare gazoasă (eliberată ulterior în timpul procesului de condensare).
Rezultă că un coeficient de performanță care depășește 100% este doar o mișcare dificilă a marketerilor care exploatează imperfecțiunea unei formule de calcul depășite. Cu toate acestea, trebuie recunoscut faptul că condensatorul, spre deosebire de un cazan de convecție convențional, reușește să „stoarcă” total sau aproape toate din procesul de ardere a combustibilului. Punctele pozitive sunt evidente - eficiență mai mare și consum redus de resurse fosile.
Dispozitivul principalelor componente ale cazanului cu condensare
Din punct de vedere structural, cazanul cu condensare nu este mult, dar este totuși diferit de cazanul obișnuit cu gaz. Elementele sale principale sunt:
- o cameră de ardere echipată cu un arzător, un sistem de alimentare cu combustibil și un ventilator pentru pomparea aerului;
- schimbător de căldură nr. 1 (schimbător de căldură primar);
- o cameră pentru răcirea suplimentară a amestecului de vapori de gaz la o temperatură cât mai apropiată de 56-57 ° C;
- schimbător de căldură nr. 2 (schimbător de căldură cu condensare);
- rezervor de colectare a condensului;
- horn pentru eliminarea gazelor arse reci;
- o pompă pentru circulația apei în sistem.
1. Coș de fum.
2. Rezervor de expansiune.
3. Suprafețe de transfer de căldură.
4. Arzător modulat.
5. Ventilator arzător.
6. Pompa.
7. Panoul de control
În schimbătorul de căldură primar cuplat la camera de ardere, gazele emise sunt răcite la o temperatură semnificativ peste nivelul de rouă (de fapt, așa arată cazanele convenționale cu gaz de convecție). Apoi, amestecul de ardere este direcționat forțat către un schimbător de căldură de condens, unde este răcit la o temperatură sub punctul de rouă, adică sub 56 ° C. În acest caz, vaporii de apă se condensează pe pereții schimbătorului de căldură, „dând ultimul”. Condensatul este colectat într-un rezervor special, de unde curge pe conducta de scurgere în canalizare.
Apa, care acționează ca un agent de răcire, se deplasează în direcția opusă mișcării amestecului vapori-gaz. Apa rece (apa de retur din sistemul de încălzire) este preîncălzită într-un schimbător de căldură cu condens. Apoi intră în schimbătorul de căldură primar, unde este încălzit la o temperatură mai mare specificată de utilizator.
Condensat - din păcate, nu apă pură, așa cum cred mulți, ci un amestec de acizi anorganici diluați. Concentrația acizilor din condens este mică, dar ținând cont de faptul că temperatura din sistem este întotdeauna ridicată, poate fi considerată un lichid agresiv. De aceea, la fabricarea unor astfel de cazane (și în principal schimbătoare de căldură cu condensare) se folosesc materiale rezistente la acid - oțel inoxidabil sau silumin (aliaj de aluminiu-siliciu). Schimbătorul de căldură, de regulă, este turnat, deoarece sudurile sunt un punct vulnerabil - aici începe procesul de distrugere a coroziunii materialului.
Aburul trebuie condensat precis pe schimbătorul de căldură cu condensare. Tot ceea ce a intrat mai departe în coș, pe de o parte, este pierdut pentru încălzire, iar pe de altă parte, afectează distructiv materialul coșului de fum. Din acest ultim motiv, coșul de fum este realizat din oțel inoxidabil sau din plastic rezistent la acizi și o ușoară pantă este atașată la secțiunile sale orizontale, astfel încât apa formată în timpul condensării cantităților nesemnificative de abur care, totuși, intră în coș să fie drenată în cazan. Trebuie avut în vedere că gazele de ardere care ies din condensator sunt foarte răcite, iar tot ceea ce nu s-a condensat în cazan va fi în mod necesar condensat în coșul de fum.
În diferite momente ale zilei, este necesară o cantitate diferită de căldură de la cazanul de încălzire, care poate fi reglat cu ajutorul unui arzător. Arzătorul de la cazanul de condensare poate fi fie modulat, adică. cu posibilitatea unei modificări ușoare a puterii în timpul funcționării sau neimulați - cu o putere fixă. În ultimul caz, cazanul se adaptează la cerințele proprietarului schimbând frecvența de pornire a arzătorului. Pe majoritatea cazanelor moderne concepute pentru încălzirea caselor private, sunt instalate arzătoare simulate.
Așadar, sperăm să aveți o idee generală despre ce este un cazan cu condensare, cum este construit și după ce principiu funcționează. Cu toate acestea, cel mai probabil, aceste informații nu vor fi suficiente pentru a înțelege dacă ar trebui să cumpărați personal un astfel de echipament. Pentru a vă ajuta să luați această sau acea decizie, vă vom spune despre toate avantajele și dezavantajele, plusurile și minusurile unui cazan cu condensare, comparând-o cu una tradițională de convecție.
Avantajele unui cazan cu condensare
Lista avantajelor cazanului cu condensare este impresionantă, ceea ce explică în cele din urmă popularitatea tot mai mare a acestui tip de echipament de încălzire:
- Economie de combustibil comparativ cu un cazan de convecție convențional, acesta poate ajunge la 35%.
- Reducerea emisiilor în tranziția de la modelele tradiționale de gaze la cele de condensare, se estimează în medie la 70%.
- Temperatura scăzută a gazelor arse face posibilă instalarea coșurilor de fum, care sunt mult mai ieftine decât oțelul clasic.
- Zgomot redus crește nivelul de confort al persoanelor care locuiesc în casă.
Să vorbim despre unele dintre avantajele enumerate ale cazanelor cu condensare mai detaliat.
Economie de combustibil atunci când este utilizată în sisteme cu temperaturi joase
Consumul de combustibil depinde direct de puterea echipamentului și de sarcina alocată sistemului de încălzire. Pentru încălzirea unei case cu o suprafață de 250 m2 va fi suficient un cazan cu condensare de 28 de kilograme cu un consum maxim de 2,85 m3/ h Un cazan clasic de aceeași putere va consuma 3,25 m3/ h Cu condiția ca cazanul să funcționeze timp de șase luni din douăsprezece, veți economisi aproximativ 3000 de ruble pe an. (la prețurile existente pentru gazul principal pentru consumatorii ruși). Este probabil dificil să apelezi la o astfel de economie semnificativă - nici măcar nu va acoperi diferențele dintre costurile de întreținere anuală a cazanelor.
Dar să aruncăm o privire asupra situației din ochii consumatorului mediu european, care costă de patru până la cinci (sau chiar mai mult) de prețul gazelor naturale. Suma de economii în acest caz este deja de aproximativ 300 de euro și merită să luptați.
Consumul de gaz în cazanele cu condensare de diferite capacități:
Reducerea emisiilor
În timpul arderii combustibililor fosili, se formează dioxid de carbon care, atunci când reacționează cu apa, dă dioxid de carbon. În plus, în orice combustibil există întotdeauna impurități ale compușilor de sulf, fosfor, azot și o serie de alte elemente. În procesul de ardere, din aceștia se formează oxizi corespunzători, care, atunci când sunt combinați cu apă, produc și acizi.
În cazanele de convecție convenționale, vaporii de apă cu un amestec de acizi (carbonici, sulfuri, azotici, fosforici) sunt eliberați în atmosferă. Cazanele cu condensare nu au acest dezavantaj: acizii rămân în condensat. Cu toate acestea, având în vedere problemele legate de utilizarea condensatului, poate fi pusă sub semnul întrebării respectarea ecologică a acestui echipament.
Cazan de condens cu contra
Cazanul cu condensare, pentru toate avantajele sale, nu poate fi numit echipament ideal de încălzire, deoarece nu este lipsit de dezavantajele sale:
- pret mare;
- costul ridicat al schimbătorului de căldură (și, în consecință, nevoia de a monitoriza cu atenție starea întregului sistem de încălzire);
- inadecvarea utilizării în sistemele cu temperaturi ridicate;
- dificultate de recuperare a condensului;
- sensibilitate la calitatea aerului.
preț
Pentru un procent suplimentar de energie termică trebuie să plătiți.Tehnic, un cazan cu condensare este mai complicat și, prin urmare, mai scump. Costul unui condensator bun de uz casnic de la un cunoscut producător este de câteva ori mai mare decât costul unei unități clasice cu aceeași putere. Desigur, un astfel de echipament este achiziționat de mai bine de un deceniu, ceea ce înseamnă că are sens să acordăm preferință tehnologiilor inovatoare care cresc confortul în funcționare.
În mod convențional, toate modelele de cazane cu condensare pot fi împărțite în trei categorii de prețuri - premium, mediu și clasa economică:
1. Clasa premium este concepută pentru câțiva cumpărători. Cazanele de condensare premium includ, de exemplu, modele de mărci germane. Acest echipament este eficient în exploatare și este convenabil în funcționare, respectă standardele europene de mediu, confecționate din materiale de înaltă calitate. Cazanele „premium” au multe funcții utile, care cresc semnificativ nivelul de confort în timpul funcționării lor: programarea modurilor de funcționare (de exemplu, menținerea temperaturii camerei la un nivel minim în absența gazdelor sau o ușoară scădere a temperaturii noaptea), reglare dependentă de vreme, interacțiune inteligentă cu alți generatori de căldură , telecomanda folosind un program special pe un telefon mobil etc. Singurul negativ este prețul ridicat.
2. Clasa de mijloc include bunuri mai ieftine, dar cu calități de consum ușor mai modeste. Acestea sunt unități economice și ecologice care îndeplinesc toate cerințele și oferă performanțe ridicate. Se disting printr-o gamă largă de funcții, echipate cu un sistem de control automat care schimbă în mod independent parametrii în funcție de temperatura lichidului de răcire și de aer din încăpere.
3. Clasa economică este concepută pentru cei care, de dragul economiei, sunt pregătiți să pună un nivel mai mic de confort. Mărfurile în vrac duc întotdeauna la vânzări. Pozițiile de frunte pe piața cazanelor cu condensare de clasă economică aparțin companiilor coreene și slovace. Produsele lor sunt de două sau mai multe ori mai ieftine decât modelele premium. Un alt avantaj al acestui echipament este adaptabilitatea sa la condițiile de exploatare rusești. Condensatoarele ieftine, cu funcționalitate simplă, suportă calm întreruperile de curent și scăderea presiunii atunci când automatizarea scumpă nu mai funcționează.
Evaluând capacitățile financiare, trebuie să țineți cont de costurile inevitabile de instalare și punere în funcțiune a echipamentelor, ceea ce vă va costa și foarte, foarte scump.
Nu trebuie uitat că în timpul funcționării, cazanul cu condensare asigură economii de gaz. Totuși, aceste economii sunt atât de fantomate încât investiția nu va plăti în curând. Aceasta înseamnă că, înainte de a cumpăra căldură de condensare, merită să faceți o evaluare preliminară: dacă costul combustibilului economisit va justifica prețul ridicat al echipamentului.
Un efect economic pozitiv din achiziția unui astfel de cazan trebuie să fie așteptat doar în anumite condiții - dacă este instalat într-o casă nouă (citiți „în construcție”) proiectată pentru reședința permanentă, cu un sistem organizat de încălzire la temperatură joasă de încălzire în pardoseală. Mai mult decât atât, amploarea efectului depinde direct de temperatura medie a iernii, adică de regiunea în care este situată casa (principiul este simplu: cu cât este nevoie de mai multă căldură, cu atât mai mult sens există într-o astfel de tehnică).
Costul ridicat al schimbătorului de căldură utilizat
Un schimbător de căldură este un element complex din punct de vedere tehnic și scump. În cazul eșecului său, cum spuneți, „mergeți pe cap”. Pentru banii pe care îi cheltuiți pentru a cumpăra un schimbător de căldură nou și pentru a plăti lucrările pentru înlocuirea acestuia, puteți cumpăra cu ușurință un nou cazan de convecție de aceeași capacitate.
De aici rezultă că este necesară monitorizarea cu atenție a stării schimbătorului de căldură. Va fi extrem de dificil să-l clătiți atunci când se înfundă. Când instalați un cazan cu condensare, este necesar să verificați întregul sistem de încălzire - nu trebuie să existe tuburi și radiatoare ruginite.
Siguranța schimbătorului de căldură depinde și de calitatea lichidului de răcire utilizat. Apa trebuie să fie moale, în caz contrar, tuburile se vor supraîncărca cu scrum din interior. Prezența ruginii în apă, suspensiile străine, sărurile de calciu și fier sunt inacceptabile.
Deoarece condensul conține acizi, schimbătorul de căldură trebuie să poată rezista la efectele acestora. Cel mai adesea, schimbătoarele de căldură sunt fabricate din silumină și oțel inoxidabil de înaltă calitate. Schimbătorul de căldură cu silumin este produs prin turnarea metolului. Datorită costului mai mic al materialelor și tehnologiei de producție, aceste schimbătoare de căldură sunt mai ieftine decât schimbătoarele de căldură din oțel inoxidabil. Dar există un dezavantaj pentru aceste schimbătoare de căldură - sunt mai puțin rezistente la mediile acide agresive.
Schimbătoarele de căldură din oțel inoxidabil sunt produse prin sudarea pieselor individuale. Costul final al acestor schimbătoare de căldură este mai mare decât siluminul. Cu toate acestea, rezistă mai bine la mediile acide și adaugă fiabilitate echipamentelor.
Utilizare necorespunzătoare în sistemele cu temperaturi ridicate
Eficiența promisă de 108-110% nu poate fi întotdeauna obținută - cifra reală depinde de sistemul de încălzire. Există două tipuri fundamental de diferite sisteme de încălzire - temperatură înaltă și temperatură scăzută. Acestea diferă în intervalul de temperatură al lichidului de răcire la intrarea și ieșirea generatorului de căldură.
În sistemele de încălzire convenționale la temperaturi ridicate, raportul dintre temperatura apei furnizate și apa de retur este de obicei de 75-80 ° C la 55-60 ° C. Un sistem cu un cazan cu condensare este eficient numai în regim de temperatură joasă, adică. când raportul dintre temperaturile de alimentare și retur este de 50-55 ° C la 30-35 ° C. Acest raport este ideal dacă încălzirea locuinței se realizează cu încălzire în pardoseală. În caz contrar, pentru a încălzi camera, va fi necesar să instalați calorifere suplimentare cu o creștere de 2,5-3 ori a suprafeței utilizabile, proiectate pentru o temperatură de răcire nu mai mare de 50 ° C.
Eficiența cazanului de condensare este determinată în principal de temperatura lichidului de răcire la intrare. Acest lucru este explicat simplu: cu cât temperatura apei este mai scăzută în circuitul de întoarcere, cu atât condensul este mai intens. Eficiența cazanului într-un sistem de încălzire cu temperatură scăzută (temperatura de intrare / ieșire este de aproximativ 30/50 ° C) poate atinge cele foarte apropiate de 108-110%. Dacă o astfel de cazan este făcută pentru a funcționa într-un sistem cu temperaturi ridicate (60/80 ° C), nu va exista condens, iar eficiența va scădea la 98-99% - aceasta este mai mult decât în cazul cazanelor convenționale de convecție, dar mai puțin decât ar putea fi.
Astfel, dacă doriți să extrageți beneficiul maxim din condensator, decizia de instalare trebuie luată în faza de proiectare a casei. Dacă cumpărați un astfel de cazan pentru o casă existentă cu un sistem de încălzire existent, aceasta înseamnă reconstrucția inevitabilă a clădirii cu înlocuirea unui sistem de încălzire cu radiatoare cu temperatură înaltă cu un sistem de temperatură joasă de încălzire în pardoseală (iar o astfel de reparație pe scară largă reprezintă din nou o cheltuială considerabilă, iar efectul economic al întregii întreprinderi este pierdut).
Dificultate de recuperare a condensului
Utilizarea unui cazan de condensare presupune eliminarea condensului. Mai mult, acesta din urmă este format în cantități considerabile - un litru de metru cub de gaz ars. De exemplu: un cazan cu o capacitate de 25 kW pe oră consumă aproximativ 2,8 m3 gaz, adică, în doar o oră de funcționare, se vor elibera puțin mai puțin de 3 litri de condens, pe zi - 70 litri.
Reamintim că condensul este o soluție de acizi, ceea ce înseamnă că întrebarea unde să o punem nu este deloc inactivă. Este bine dacă casa dvs. este conectată la un sistem de canalizare centralizat. Chiar și în conformitate cu standardele europene stricte, cazanele cu o putere de până la 28 kW nu necesită o eliminare specială a condensului. Se presupune că o astfel de cantitate de condens este diluată suficient cu apele uzate menajere pentru a nu dăuna conductelor de canalizare.
Dar ce fac proprietarii de case private cu canalizare autonomă? Este imposibil să turnați într-o fosa septică - bacteriile benefice (și scumpe) vor muri.Vărsarea pe pământ este inacceptabilă - va avea loc salinizarea solului și, în timp, nu va crește nimic în acest loc. Este extrem de dificil să transportați 70 litri zilnic pentru eliminare. Există o singură cale de ieșire - de a asigura un sistem separat pentru neutralizarea acizilor conținuți în condensat. În Occident, unde cerințele pentru respectarea standardelor de mediu sunt mai stricte decât ale noastre, un catalizator este achiziționat automat atunci când este instalat un cazan cu condensare.
Sensibilitate la calitatea aerului
Un punct important la care ar trebui să acordați atenție dacă doriți ca cazanul dvs. să funcționeze normal este eliminarea produselor de ardere și accesul aerului de ardere.
Una dintre diferențele dintre cazanele de condensare și convecție este utilizarea unei camere de ardere închise. Cazanele de convecție preiau aer din cameră, cazanele de condens din stradă. În primul, circulația naturală a aerului (convecție) este utilizată pentru a satura amestecul aer-combustibil cu oxigen, iar în al doilea, este prevăzut un ventilator care pompează aer în arzător. Îndepărtarea produselor de ardere din ele, apropo, se realizează forțat. Masele de aer sunt circulate, de regulă, printr-un coem coaxial, care este o construcție de țeavă în conductă. Aerul de admisie se deplasează prin cavitatea externă a coșului de fum, produsele de eșapament de ardere - prin interior.
Din toate acestea rezultă că condensatoarele trebuie să fie foarte sensibile la calitatea aerului de admisie. Prezența unei cantități vizibile de praf în aer duce la uzura rapidă a turbinei (ventilatorului).
O importanță deosebită pentru funcționarea normală a cazanului de condens este nu numai curățenia, ci și temperatura exterioară. Dacă aerul este accesat în sistem printr-o conductă coaxială de coș, atunci, așa cum se arată în practică, conducta de aer de intrare în timpul iernii, în înghețuri, poate îngheța, deoarece temperatura gazelor de ardere a gazelor de eșapament este destul de scăzută și nu sunt în măsură să încălzească pereții coșului de fum. Aceasta duce la o scădere a aportului de oxigen necesar pentru arderea combustibilului și, ca urmare, la o scădere a eficienței echipamentului.
Pentru a preveni acest lucru și nu trebuie să încălziți periodic conductele pentru a le elibera de gheață, calculul sistemului, instalarea acestuia, pornirea și configurarea ar trebui să fie efectuate de specialiști de service autorizați. Pentru a regla parametrul responsabil cu aportul de aer în cantitatea necesară pentru arderea combustibilului într-un cazan de o anumită putere, utilizează un analizor de gaz. Fără un astfel de echipament special, eficiența necesară din cazan nu poate fi obținută. În plus, rezidenții zonelor cu condiții climatice dure, atunci când decid cu privire la instalarea unui cazan cu condensare, ar trebui să solicite clarificări reprezentanților producătorului cu privire la posibilitatea de a folosi astfel de echipamente la o anumită gamă de temperaturi exterioare locale.
