Конденсационный котел - Condensing boiler

Конденсационные котлы водонагреватели, работающие на газе или масле. Они достигают высокой эффективности (обычно более 90% на более высокая теплотворная способность ) к уплотнение водяного пара в выхлопных газах и таким образом скрытая теплота испарения, которые иначе были бы потрачены впустую. Этот конденсированный пар покидает систему в жидком виде через дренаж. Во многих странах использование конденсационных котлов является обязательным или поощряется финансовыми стимулами.

Принципы работы

В обычном котле сжигается топливо, и образующиеся горячие газы проходят через теплообменник, где большая часть их тепла передается воде, тем самым повышая температуру воды.

Одним из горячих газов, образующихся в процессе сгорания, является водяной пар (пар), образующийся при сжигании водорода, содержащегося в топливе. Конденсационный котел извлекает дополнительное тепло из отходящих газов путем конденсации водяного пара в жидкую воду, таким образом восстанавливая его скрытая теплота испарения. Типичное повышение эффективности может достигать 10–12%.[нужна цитата ] Хотя эффективность процесса конденсации зависит от температуры воды, возвращающейся в котел, он всегда, по крайней мере, так же эффективен, как и котел без конденсации.

Образующийся конденсат имеет слабую кислотность (3-5 pH), поэтому в местах, где присутствует жидкость, необходимо использовать подходящие материалы. Алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь чаще всего используются при высоких температурах. В низкотемпературных зонах наиболее экономичны пластмассы (например, НПВХ и полипропилен ).[1] Производство конденсата также требует установки системы отвода конденсата теплообменника. В типовой установке это единственное различие между конденсационным и неконденсатным котлом.

Для экономичного изготовления теплообменника конденсационного котла (и для удобства управления устройством при установке) предпочтение отдается минимальному практическому размеру его мощности. Такой подход привел к созданию теплообменников с высоким сопротивлением на стороне горения, часто требующим использования вентилятора горения для перемещения продуктов через узкие проходы. Это также имело то преимущество, что обеспечивало энергию для дымовой системы, так как выбрасываемые дымовые газы обычно имеют температуру ниже 100 ° C (212 ° F) и, как таковые, имеют плотность, близкую к воздуху, с небольшой плавучестью. Вентилятор внутреннего сгорания помогает откачивать выхлопные газы наружу.

использование

Конденсационные котлы в настоящее время в значительной степени заменяют более ранние традиционные конструкции в бытовых центральное отопление системы в Европа и, в меньшей степени, в Северная Америка. В Нидерланды была первой страной, которая приняла их широко.[2][3] В Европе за их установку решительно выступают группы давления и государственные органы, заинтересованные в сокращении потребления энергии. в объединенное Королевство, например, все новые газовые котлы центрального отопления, установленные в Англия и Уэльс с 2005 года должны быть высокоэффективные конденсационные котлы, если нет исключительных обстоятельств[нужна цитата ]; те же правила применяются к котлам на жидком топливе с апреля 2007 г. (теплое воздушное центральное отопление системы не подпадают под действие этих правил). в Соединенные Штаты, существует федеральная налоговая льгота на установку конденсационных котлов и дополнительные скидки от энергетических компаний в некоторых штатах. В западных Канада поставщики энергии теперь предлагают скидки на электроэнергию при установке этих систем в многоквартирных домах. Снижение цен на природный газ в Северной Америке привело к[нужна цитата ] усиленная модернизация существующих котельных установок конденсационным оборудованием.

Эффективность

Производители конденсационных котлов заявляют, что до 98% тепловая эффективность может быть достигнут,[4] по сравнению с 70% -80% с обычными конструкциями (на основе более высокая теплотворная способность топлива). Типичные модели предлагают КПД около 90%, что выводит большинство марок конденсационных газовых котлов в самые высокие категории по энергоэффективности. В Великобритании это SEDBUK (Сезонная эффективность бытовых котлов в Великобритании).[5] Рейтинг эффективности Band A, в то время как в Северной Америке они обычно получают логотип Eco и / или Energy Star Сертификация.

Рабочие характеристики котла основаны на эффективности теплопередачи и сильно зависят от размера / мощности котла и размера / мощности эмиттера. Дизайн и установка системы имеют решающее значение. Согласование излучения с мощностью бойлера в британских тепловых единицах / час и учет расчетных температур излучателя / радиатора определяет общую эффективность системы отопления помещений и бытовой воды.

Одна из причин падения эффективности заключается в том, что конструкция и / или реализация системы отопления обеспечивает температуру обратной воды (теплоносителя) в котле выше 55 ° C (131 ° F), что предотвращает значительную конденсацию в теплообменнике.[6] Можно ожидать, что лучшее образование как установщиков, так и владельцев повысит эффективность до заявленных лабораторных значений. Природные ресурсы Канады[7] также предлагает способы более эффективного использования этих котлов, такие как объединение систем отопления помещений и воды. Некоторые котлы (например, Potterton) могут переключаться между двумя температурами подачи, такими как 63 ° C (145 ° F) и 84 ° C (183 ° F), только первый из них «полностью конденсируется». Однако котлы обычно устанавливаются с более высокой температурой подачи по умолчанию, потому что накопитель горячей воды для бытового потребления обычно нагревается до 60 ° C (140 ° F), и это занимает слишком много времени, чтобы достичь температуры подачи всего на три градуса выше. Тем не менее, даже частичная конденсация более эффективна, чем традиционный котел.

Большинство котлов без конденсации можно заставить работать с конденсатом путем простых изменений регулирования. Это значительно снизит расход топлива, но быстро приведет к разрушению любых компонентов из низкоуглеродистой стали или чугуна обычного высокотемпературного котла из-за коррозионной природы конденсата. По этой причине большинство теплообменников конденсационных котлов изготавливаются из нержавеющей стали или сплава алюминия и кремния. Внешние экономайзеры из нержавеющей стали могут быть дооснащены котлами без конденсации, чтобы позволить им достичь эффективности конденсации. Клапаны контроля температуры используются для подачи горячей воды в обратку, чтобы избежать теплового удара или конденсации внутри котла.

Чем ниже температура возврата к котлу, тем больше вероятность, что он будет работать в режиме конденсации. Если температура обратки поддерживается ниже примерно 55 ° C (131 ° F), котел должен по-прежнему работать в режиме конденсации, поэтому низкотемпературные системы, такие как теплые полы и даже старые чугунные радиаторы, хорошо подходят для данной технологии.

Большинство производителей новых бытовых конденсационных котлов выпускают базовую систему управления «на все случаи жизни», в результате которой котел работает в конденсационном режиме только при начальном нагреве, после чего КПД падает. Этот подход должен по-прежнему превосходить подход к более старым моделям (см. Следующие три документа, опубликованные Строительным научно-исследовательским учреждением: информационные документы 10-88 и 19-94; брошюра с общей информацией 74; ​​дайджест 339. См. Также Руководство по применению AM3 1989: Конденсационные котлы от Сертифицированный институт инженеров по обслуживанию зданий).

Контроль

Управление бытовым конденсационным котлом имеет решающее значение для обеспечения его наиболее экономичной и топливной экономичности.

Почти все имеют модулируемые горелки. Горелки обычно управляются Встроенная система со встроенной логикой для управления мощностью горелки в соответствии с нагрузкой и обеспечения наилучшей производительности.

Надежность

Утверждается, что конденсационные котлы имеют репутацию менее надежных и могут также пострадать, если их выполнят монтажники и сантехники кто может не понимать их работу.[8] Утверждения о ненадежности опровергаются исследованиями, проведенными британским исследовательским институтом строительства (см. Строительный научно-исследовательский центр ).

В частности, проблема «шлейфа» возникла при ранних установках конденсационных котлов, в которых белый шлейф конденсированного пара (в виде крошечных капелек) становится видимым на выходе из дымохода. Хотя видимый шлейф не имел значения для работы котла, он был эстетической проблемой, которая вызвала большое сопротивление конденсационным котлам.

Более серьезная проблема - это небольшая (pH 3-4) кислотность жидкого конденсата. Там, где он находится в непосредственном контакте с теплообменником котла, особенно для тонких алюминиевых листов, это может вызвать более быструю коррозию, чем у традиционных котлов без конденсации. В более старых котлах, возможно, также использовались толстые литые теплообменники, а не листовые, которые имели более низкую постоянную времени срабатывания, но также были устойчивы по своей массе к любой коррозии. Кислотность конденсата означает, что можно использовать только некоторые материалы: подходят нержавеющая сталь и алюминий, а не углеродистая сталь, медь или чугун.[9] Плохие стандарты проектирования или строительства могли сделать теплообменники некоторых ранних конденсационных котлов менее долговечными.

Настоятельно рекомендуется первоначальное тестирование и ежегодный контроль теплоносителя в конденсационных котлах с теплообменниками из алюминия или нержавеющей стали. Обслуживание немного щелочной (pH от 8 до 9) жидкость с антикоррозийным и буферные агенты снижает коррозию алюминиевого теплообменника. Некоторые профессионалы считают, что конденсат, образующийся на стороне сгорания теплообменника, может вызвать коррозию алюминиевого теплообменника и сократить срок службы котла. Статистические данные пока недоступен, поскольку конденсационные котлы с алюминиевыми теплообменниками используются недостаточно долго.

Строительный научно-исследовательский центр

В Строительный научно-исследовательский центр, которая является основным исследовательским центром Великобритании в области строительства, подготовила буклет по бытовым конденсационным котлам. По данным Строительного научно-исследовательского центра:

  • современные конденсационные котлы столь же надежны, как и стандартные котлы
  • конденсационные котлы не сложны в обслуживании и не требуют более частого обслуживания
  • обслуживание не дорогое; единственная (второстепенная) дополнительная задача - проверить исправность слива конденсата
  • конденсационные котлы несложно установить
  • при любых условиях эксплуатации конденсационные котлы всегда эффективнее стандартных котлов[10]

Выхлоп

Конденсат, отводимый из конденсационного котла, кислый, с pH между 3 и 4. Конденсационным котлам требуется дренажная труба для конденсата, образующегося во время работы. Он состоит из короткой полимерной трубы с пароуловителем, предотвращающим попадание выхлопных газов в здание. Кислотный характер конденсата может вызывать коррозию чугунных водопроводов, канализационных труб и бетонных полов, но не представляет опасности для здоровья людей. Нейтрализатор, обычно состоящий из пластикового контейнера, заполненного мраморным или известняковым заполнителем или «крошкой» (щелочной), может быть установлен для повышения pH до приемлемого уровня. Если самотечный дренаж отсутствует, необходимо также установить небольшой конденсатный насос, чтобы поднять его в надлежащий дренаж.

Первичный и вторичный теплообменники изготовлены из материалов, которые выдерживают эту кислотность, обычно алюминий или нержавеющая сталь. Поскольку конечный выхлоп из конденсационного котла имеет более низкую температуру, чем выхлоп из атмосферного котла: 38 ° C (100 ° F) против 204 ° C (400 ° F), всегда требуется механический вентилятор для его удаления, с дополнительным Преимущество использования низкотемпературных выхлопных труб (обычно ПВХ в бытовых применениях) без изоляции или обычных дымоходов. Действительно, использование обычного каменного дымохода или металлического дымохода специально запрещено из-за коррозионного характера продуктов дымохода, за заметным исключением специальной нержавеющей стали и алюминия в некоторых моделях. Предпочтительным / распространенным материалом для вентиляции большинства конденсационных котлов, доступных в Северной Америке, является ПВХ, затем идут АБС и ХПВХ. Полимерная вентиляция обеспечивает дополнительное преимущество гибкости места установки, включая вентиляцию боковой стенки, что позволяет избежать ненужных проникновений в крышу.

Расходы

Конденсационные котлы до 50% дороже в покупке и установке, чем традиционные котлы в Великобритании и США. Однако по состоянию на 2006 г.по ценам Великобритании дополнительные затраты на установку конденсационного котла вместо обычного котла должны быть окуплены примерно за 2–5 лет за счет более низкого расхода топлива (для проверки см. следующие три документа, опубликованные Building Research Establishment: Информационные документы 10-88 и 19-94; брошюра с общей информацией 74; ​​дайджест 339; см. Также тематические исследования в Руководстве по применению AM3 1989: конденсационные котлы, подготовленные дипломированным институтом инженеров по обслуживанию зданий) и 2–5 лет[нужна цитата ] по ценам США. Точные цифры будут зависеть от эффективности исходной котельной установки, схемы использования котла, затрат, связанных с установкой нового котла, и от того, как часто используется система. Стоимость этих котлов снижается по мере того, как начинает действовать массовое потребление, введенное правительством. производители отказываются от более старых, менее эффективных моделей, но стоимость производства выше, чем у старых типов, поскольку конденсационные котлы более сложны.

Повышенная сложность конденсационных котлов заключается в следующем:

  • увеличенный размер теплообменника или добавление второго теплообменника (важно, чтобы теплообменники были спроектированы так, чтобы быть устойчивыми к кислотному воздействию «влажных» дымовых газов)
  • Необходимость в дымоходе с вентилятором (поскольку более холодные дымовые газы имеют меньшую плавучесть). Однако многие котлы без конденсации также имеют эту функцию.
  • поскольку более холодные дымовые газы производят конденсат, его необходимо слить, и поэтому котлы должны быть подключены к канализации или канализации.

Что касается современных котлов, то других отличий между конденсационными и неконденсирующими котлами нет.

Надежность, а также первоначальная стоимость и эффективность влияют на общую стоимость владения. Одна крупная независимая британская сантехническая фирма заявила в 2005 году, что она сделала тысячи обращений для ремонта конденсационных котлов, и что выбросы парниковых газов от ее фургонов, вероятно, больше, чем экономия, полученная в результате перехода на экологически безопасные котлы.[8] Однако в той же статье указывается, что Информационный совет по отоплению и горячей воде вместе с некоторыми установщиками пришли к выводу, что современные конденсационные котлы столь же надежны, как и стандартные котлы.

Галерея

  • Конденсационный котел

  • Конденсационный паровой котел

  • Конденсационный котел

  • Выхлоп из нержавеющей стали с конденсатом

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ День, Энтони; и другие. (2003). «Дымоходы для конденсационных котлов». Системы отопления: установка и управление. Оксфорд, Англия: Блэквелл. п.161. ISBN  0-632-05937-0.
  2. ^ «Применение конденсационных котлов в Нидерландах». Архивировано из оригинал 15 апреля 2014 г.. Получено 30 сентября 2012.
  3. ^ Nefit B.V.
  4. ^ Газовые котлы Viessmann
  5. ^ Седбук
  6. ^ «Ускоритель Carbon Trust Micro-CHP». Архивировано из оригинал 28 марта 2014 г.. Получено 18 июля 2012.
  7. ^ Управление энергоэффективности, Министерство природных ресурсов Канады В архиве 23 февраля 2006 г. Wayback Machine
  8. ^ а б Газета Guardian: Новый котел, который вызывает жаркий скандал. 2 апреля 2005 г.
  9. ^ Джейсон Р. Функ. «Основы котла» (PDF). Hughes Machinery. С. 50–51. Архивировано из оригинал (PDF) 21 апреля 2016 г.. Получено 7 апреля 2016.
  10. ^ «GIL74 - Бытовые конденсационные котлы: преимущества и мифы». Строительный научно-исследовательский центр.

внешняя ссылка