Jaká by měla být teplota v kondenzačním kotli?

Efektivní využití kondenzační techniky vyžaduje dodržení některých speciálních podmínek. Pokusme se je představit na základě analýzy otevřených zdrojů – tištěných materiálů od předních výrobců a dodavatelů. V článku je navíc uveden výpočet úspory nákladů při provozu kondenzačního kotle

Vznik a rozvoj kondenzační topné techniky byl způsoben potřebou efektivnějšího využívání drahého paliva v evropských zemích. Je totiž jasné, že čím dražší palivo, tím naléhavější je potřeba jeho co nejefektivnější spotřeby. V současné době již tato technika není na našem trhu topných zařízení exotická. Stále však dochází k častým případům, kdy se používají staré přístupy k organizaci topného systému nebo kdy chtějí stávající topný systém zhospodárnit jednoduchou výměnou topného kotle za kondenzační. Bez dodržení některých základních podmínek souvisejících se zvláštnostmi kondenzační techniky je v takových případech možné získat nulový nebo nevýznamný ekonomický efekt, který nebude splňovat očekávání investora.

Kondenzace znamená plyn?

V současné době je drtivá většina kondenzačních kotlů plynových. To je dáno takovými vlastnostmi zemního plynu, jako je výhodnost jeho dodávky a regulace, vysoká spolehlivost dodávky, umožňující vyhnout se jeho zásobování a skladování, lehkost a dobrá mísitelnost s okysličovadlem (vzdušný kyslík), čistota, stabilita a úplnost spalování , velký rozdíl mezi nejvyšší (dále jen HCV) a nižší (dále jen NCV) výhřevností.

Všechny druhy paliv používaných v generátorech tepla produkují při svém spalování spaliny, které nutně obsahují vodní páru. Tato voda vzniká jak při chemické reakci oxidace vodíku, který je součástí paliva, tak je obsažena ve vzduchu sloužícím k podpoře spalovacího procesu paliva. Vzhledem k tomu, že spaliny opouštějí spalovací komoru za vysokých teplot, je veškerá voda ve formě páry. Celkové množství tepla uvolněného při spalování jednotky měření paliva (kilogram, litr nebo metr krychlový) s přihlédnutím ke kondenzačnímu teplu uvolněnému při ochlazení spalin na teplotu 20 °C se nazývá vyšší výhřevnost. hodnota (HCV) paliva. A to bez zohlednění kondenzačního tepla vodní páry – nižší výhřevnosti (NCC) paliva.

Je zřejmé, že čím více vodní páry je ve spalinách, tím větší je rozdíl mezi vyšším a nižším spalným teplem paliva. Množství vodní páry zase závisí na složení paliva. U některých druhů paliv jsou hodnoty vyšších a nižších výhřevnosti uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1. Hodnoty vyšších a nižších výhřevností pro některé druhy paliv

Jak je patrné z tabulky, největší potenciální účinnost využití latentního tepla kondenzace vodní páry má palivové dřevo s běžnou vlhkostí 40 % (více než 80 % rozdílu mezi HTS a LTS) a metan (11,2 %). Pokud jde o dřevo, použití ekonomizéru/kondenzátoru není u domácích kotlů obvyklé kvůli vysoké ceně takového zařízení (používají se oceli odolné kyselinám a zásadám) a nízké ceně paliva. Ale pro průmyslové kotle, kde je spotřeba nízkokalorického paliva velmi významná, se takové kondenzační výměníky tepla používají poměrně často.

Vrátíme-li se k domácím kondenzačním kotlům na zemní plyn, je třeba poznamenat, že ne všechny možné rozdíly mezi vyššími a nižšími výhřevnostmi uvedenými v tabulce lze technicky využít. Dochází ke ztrátám jako neúplná kondenzace veškeré vodní páry ve spalinách, ztráty při výměně tepla atd.

Výhoda v provozní účinnosti kondenzačních plynových kotlů oproti nekondenzačním plynovým kotlům je dobře patrná při porovnání tepelných ztrát kotlů (obr. 1). Technologie kondenzačních kotlů dnes umožňují dosáhnout účinnosti 108–109 % (vzhledem k nižší výhřevnosti).

Rýže. 1. Výhody v provozní účinnosti kondenzačních plynových kotlů oproti nekondenzačním: a) užitečné teplo a ztráty u nekondenzačních kotlů; b) užitečné teplo a ztráty v kondenzačních kotlích (PCI = NTS)

Tak vysoké hodnoty jsou však dosažitelné pouze za určitých podmínek.

Podmínky provozu kondenzačního kotle

Ze školní fyziky víme, že k přeměně čisté vody na páru je nutné ji nejprve zahřát na saturační (varnou) teplotu, která je při normálním atmosférickém tlaku 100°C, a následně za dalšího přívodu tepla ohřátou voda se odpařuje při konstantní teplotě. Poté, co se všechna voda přemění na páru, s dalším přívodem tepla se vodní pára ohřeje. Při kondenzaci dochází k obráceným procesům. Nejprve se musí ohřáté spaliny obsahující vodní páru ochladit na teplotu, při které začíná kondenzace (rosný bod), a poté, zatímco se pokračuje v odebírání latentního tepla vypařování, musí být vodní pára ze spalin kondenzována při konstantní teplotě. Procesy přenosu tepla v kotli probíhají nepřetržitě stěnou výměníku tepla a jsou kvantitativně popsány základní rovnicí přenosu tepla:

kde Q je množství tepla (tepelný tok, tepelné zatížení výměníku tepla), W; k – součinitel prostupu tepla, W/(m 2 K); F – plocha teplosměnné plochy výměníku tepla, m2; Δt_ženatý – průměrný rozdíl teplot chladicí kapaliny, °C.

Aby proces výměny tepla mohl proběhnout, musí existovat rozdíl teplot chladicích kapalin (teplotní tlak). Efektivní proces nastává při rozdílu teplot minimálně 10–15 K. U kondenzačního kotle jsou teplejším chladivem, které vydává teplo, spaliny a chladivem, které teplo přijímá, je voda. Plynné chladivo (spaliny) má výrazně horší charakteristiky přenosu tepla a hmoty ve srovnání s kapalinou (voda). Výhřevnost 1 kg mokrých spalin při teplotě 60°C je asi 64 kJ, přičemž výhřevnost stejné hmotnosti vody při stejné teplotě je 251 kJ. Molekuly plynu hůře přenášejí teplo jak mezi sebou, tak i na stěnu výměníku. Abychom pochopili, o kolik horší je přenos tepla ze spalin ve srovnání s vodou, aniž bychom se zabývali teorií přenosu tepla a úvahami o kriteriálních rovnicích, porovnáme pouze celkové koeficienty prostupu tepla obou médií. Pokud je tedy v případě přenosu tepla tenkou ocelovou stěnou z plynů do vody součinitel 11,3 W/(m 2 K), pak z vody do vody je to 340–400 W/(m 2 K).

Pro přenos stejného množství tepla, při stejném rozdílu průměrných teplot chladiv, tedy budeme potřebovat plochu výměníku tepla 30–40krát větší v případě přenosu tepla z plynů do vody než z vody do voda. To znamená, že v případě chlazení spalin kondenzačním výměníkem, čím blíže je teplota spalin rosnému bodu, tím efektivnější bude provoz výměníku a tím dokonalejší bude odběr latentního tepla. odpařování z kondenzovaných par bude.

Vzhledem k různému složení spalin pro různé druhy paliva je rozdílná i teplota rosného bodu (obr. 2).

Rýže. 2. Křivky rosného bodu pro metan a motorovou naftu v závislosti na poměru přebytku vzduchu

V budoucnu budeme předpokládat, že pro zemní plyn je rosný bod 55°C. Čím více se teplota spalin blíží této hodnotě, tím méně je třeba je chladit ve výměníku tepla plyn-voda, čímž se výrazně zmenší jeho teplosměnná plocha.

Na druhou stranu z výše uvedené rovnice přenosu tepla je zřejmé, že čím vyšší je rozdíl průměrných teplot chladiva, tím intenzivnější je přenos tepla. Odtud dostáváme druhou podmínku pro efektivní provoz kondenzačního kotle – teplota chladicí kapaliny by měla být co nejnižší než je rosný bod.

Komponenty účinnosti

Ve skutečných topných systémech pracuje kondenzační část kotle při teplotě vratné chladicí kapaliny. Proto jsou pro efektivní provoz kondenzačních kotlů nejžádanější provozní plány nízkoteplotního systému. Nejběžnější pro evropské území je nízkoteplotní režim 40/30°C (40°C je teplota přívodu chladiva do topného systému, 30°C je teplota zpátečky chladiva do kotle). Tento graf je typický pro plošné topné systémy („teplé podlahy“, stěnové topné panely) s velkou topnou plochou.

V případě kondenzačního kotle pracujícího v nízkoteplotních panelových topných systémech nebo s podlahovým vytápěním s plánem 40/30°C jsou nízké teploty vratné kapaliny vždy pod teplotou rosného bodu, takže v kotli neustále dochází ke kondenzaci. Kotel pracuje po celou topnou dobu s maximální účinností.

Jak je to ale s rozpisy s vyššími teplotami, například 75/60°C, které se nejčastěji vyskytují u radiátorového vytápění a v případě současné přípravy teplé vody topným kotlem pro domácí potřebu?

V tomto případě je možné efektivní využití kondenzačního tepla po dobu cca 97 % trvání topného období. To platí pro venkovní teploty mezi -11°C a +20°C. I v systémech s topným médiem 90/70°C a s provozním režimem, ve kterém je teplota kotlové vody regulována v závislosti na venkovní teplotě, je doba využití kondenzačního tepla 80 % doby ročního topného období. . Provozní účinnost kondenzačního kotle je zde samozřejmě o něco horší než u harmonogramu 40/30°C kvůli menšímu rozdílu mezi teplotou vratné chladicí kapaliny a rosným bodem.

Charakter změny celkové účinnosti (účinnosti) kondenzačního kotle nebo systému „plynový kotel + kondenzační sekce „Totaleco“ je znázorněn ve schématu na Obr. 3. Absolutní hodnoty účinnosti pro různé konstrukce a typy kondenzačních kotlů se samozřejmě budou mírně lišit, ale zákon nelineární změny zůstane stejný. Jak vidíte, nejúčinnějšího provozu kondenzačního kotle (maximální účinnosti) je dosaženo při nízkých teplotách vratné chladicí kapaliny (25–30 °C) a nelineárně klesá s rostoucí teplotou vratné chladicí kapaliny, přičemž dochází ke zlomu v rosném bodě. Dále se zvýšením teploty vratného chladiva nad rosný bod se účinnost kondenzační sekce kotle stává nulovou, tzn. Neexistuje žádný režim kondenzace.

Rýže. 3. Změna účinnosti kondenzačního kotle v závislosti na teplotě zpátečky

Způsoby, jak zvýšit efektivitu

Účinnost kondenzačního kotle v systému bez výměny topných zařízení (radiátorů) lze zvýšit použitím přídavných výměníků tepla voda-voda v akumulačních nádržích s teplotním oddělením. A to je možné pouze u kondenzačních kotlů s hydraulicky izolovanou kondenzační sekcí (ekonomizérem) nebo s odděleným kondenzátorem. Na Obr. Obrázek 4 ukazuje hydraulické schéma takového kondenzačního kotle s vestavěnou kondenzační částí. Na obrázku není akumulační nádrž se schopností odsávat vodu různých teplot, ale lze si ji snadno představit na příkladu vysoké hydraulické jehly s odsávacími trubkami v různých výškách.

Rýže. 4. Hydraulické schéma kotle s vestavěnou kondenzační částí

V případě odběru vody z teplovodního systému je voda o teplotě 55–57 °C odebírána z horní zóny zásobníku, kde je instalován spirálový nebo teplovodní bojler, který je ohříván nejteplejší chladicí kapalina z kotle (červené potrubí). Voda je v tomto případě přiváděna do kondenzační sekce z nejnižšího místa odběru akumulační nádrže, kde (v závislosti na konstrukci kotle a průtoku teplé vody) není teplota vody o mnoho vyšší než teplota vody. z vodovodu (teplota vody z vodovodu 5–15 °C v závislosti na povětrnostních podmínkách, vodovodních systémech atd.). Toto je modrá čára na hydraulickém schématu. Pokud neteče voda ze systému TV, je kondenzační sekce napájena vodou ze stejného odběrného místa zásobníku. V tomto případě může dojít k mírnému snížení provozní účinnosti kondenzačního kotle v důsledku zvýšení teploty vratné chladicí kapaliny vstupující do kondenzační sekce. Teplo přijaté v kondenzační části a nekondenzační části je v tomto případě odváděno do střední části akumulační nádrže, do zóny střední teploty. K dalšímu oddělování vrstev vody v nádrži po výšce dochází v důsledku přirozené konvekce vody v důsledku rozdílu teplot a hustoty.

Až dosud jsme se nedotkli průtoků chladicí kapaliny za předpokladu, že v systému budou instalovány dobře navržené a vypočítané specializované kondenzační kotle. Ale vždy je tu duch invence, charakteristický pro země s nízkou životní úrovní. V tomto případě je pro efektivní využití kondenzačního tepla nutné pamatovat i na korespondenci průtoků chladiv (spalin a vody), které se určují z bilance tepelných toků.

Náklady na úsporu plynu

Návratnost použití kondenzační technologie lze snadno odhadnout na základě následujících úvah:

• Pro výpočet vezměme NTS zemního plynu jako 10 kWh/m 3 ;
• spotřeba zemního plynu za měsíc na vytápění a přípravu teplé vody – 800 m 3 ;
• tarif pro všechny kategorie odběratelů zemního plynu (UAH za 1 tis. m 3 s DPH) je roven 8 548,92 UAH;
• průměrná účinnost (účinnost) kondenzačního kotle za topnou sezónu – 102 %;
• průměrná účinnost (účinnost) nekondenzačního kotle za topnou sezónu je 92 %.

Rozdíl ve spotřebě zemního plynu za měsíc tedy bude:

800 – (800 ⋅ 92 %)/102 %=78,4 m3.

Úspora plynu za měsíc se rovná 78,4 m 3 ⋅ 8,55 UAH/m 3 = 670,32 UAH.

Nyní po výběru požadovaného kondenzačního kotle můžete určit jeho návratnost ve srovnání se stávajícím nebo navrženým nekondenzačním kotlem.

Úspěšné investice a správná rozhodnutí!

Důležitější články a novinky na kanálu Telegram a krásná videa na kanálu Youtube a TikTok. Udělejte to!

Kondenzační plynové nástěnné kotle: princip a vlastnosti

Kondenzační plynové kotle jsou logickým pokračováním konvekčního plynového kotle. Hořáky plynových kotlů se dlouhou dobu vyvíjely a nakonec dosáhly své maximální účinnosti. A pak začali inženýři po celém světě přemýšlet: jak z plynového kotle vymáčknout jeho naprosté maximum?

A inženýři si mysleli, že je neefektivní spalovat plyn, je také důležité neztratit teplo, které jde do komína, protože v tomto případě část generovaného tepla doslova ohřívá ulici, a to je za prvé nerentabilní, a za druhé, není to šetrné k životnímu prostředí.

Vrcholem techniky byla přídavná kondenzační část výměníku tepla, která se instaluje mezi konvekční výměník tepla a komín. Následně došlo ke spojení konvekčního výměníku a kondenzační technologie do jediného kondenzačního výměníku.

Princip činnosti

Základním principem kondenzačního topného kotle je získávání dodatečné tepelné energie ze spalin a také racionální spotřeba plynu.

Zpočátku hořák stále ohřívá chladivo procházející výměníkem tepla, a tak přijímá teplo ze spalování plynu, ale jde o detaily – první plynové kondenzační kotle měly přídavnou sekci v podobě labyrintu nad hlavní výměníku tepla, kterým proudilo i chladivo, a čím nižší byla teplota chladiva, tím více tepla se odebíralo ze spalin zapletených do labyrintu.

Následně se cesta pro spaliny dále zkomplikovala: nyní se plyn nespaluje zespodu a ohřívá výměník tepla, který je nad ním, jako se to děje například u každého plynového sporáku. Nyní je hořák buď instalován obráceně a hoří směrem dolů a výměník tepla je navržen kolem něj, nebo je otočen o 90 stupňů a hoří spíše horizontálně než vertikálně. Hořák u plynových kondenzačních kotlů je navíc vstřikovací – když se na něj podíváte, neuvidíte plamen, bude to vypadat spíše jako sálání.

U tradičních kotlů dosahovala teplota spalin 140 stupňů a to způsobovalo velké tepelné ztráty. U kondenzačních plynových kotlů pro vytápění je teplota spalin přibližně rovna teplotě chladicí kapaliny +10 stupňů: to znamená, že pokud používáte kotel s teplotou chladicí kapaliny 50 stupňů, bude teplota výfukových plynů přibližně rovna 60 stupňů. stupně – tím pádem mnohem méně vytopíte ulici a také výrazně snížíte množství škodlivých emisí do atmosféry. Při výrazném poklesu teploty spalin (asi na 40 stupňů) je dosaženo rosného bodu a z výfukových plynů se začne aktivně uvolňovat kapalina – kondenzát. Volně se odstraňuje drenážní trubicí, aniž by to způsobilo výrazné nepohodlí. Právě díky tomuto procesu dostaly kotle svůj název – kondenzační kotle.

Návrhové prvky

• Topný výměník: v závislosti na výrobci mohou být tepelné výměníky pro kondenzační kotle dvoudílné (tradiční sekce a samostatně instalovaná kondenzační sekce s labyrintem pro spaliny) nebo původně navrženy s tímto labyrintem pro efektivnější odvod tepla z výfuku . Hlavní funkcí je vytápění topného systému.
• Ventilátor: kondenzační kotle musí mít ventilátor a jsou přeplňované turbodmychadlem, proto nejsou tyto kotle vhodné pro systémy s přirozeným tahem. Kromě funkce odvodu spalin je u kondenzačního kotle ventilátor také nedílnou součástí spalovací komory: v samotném ventilátoru se mísí plyn a vzduch a vytváří směs požadované koncentrace. Ventilátory v kondenzačních kotlích jsou modulované, tedy se změnou otáček v závislosti na potřebách systému.
• Plynový ventil dodává potřebné množství plynu do ventilátoru pro vytvoření směsi plynu a vzduchu. U nejmodernějších kotlů mají plynové ventily malý krokový motor, který mění objem přívodu plynu pro větší účinnost v případě změny kvality vstupního plynu nebo v případě použití zkapalněného plynu – kotel se automaticky přizpůsobí .
• Komín. Tento typ kotle využívá speciální komín – je vyroben z kompozitního materiálu a je chráněn před kyselým prostředím, protože kondenzát má vysokou úroveň kyselosti.
• Čerpadlo: protože je kotel technologicky vyspělejší a „chytřejší“ než tradiční kotle, jeho čerpadlo je instalováno „chytře“, neboli frekvenčně, volí požadovaný průtokový výkon na základě potřeb topného systému. Ale existují modely s konvenčními čerpadly, které fungují stejně dobře.

K dispozici je také doplňkové zařízení, které se instaluje do kotle, pokud kotel kromě vytápění topného systému zajišťuje také dodávku teplé vody. Takové kotle se nazývají dvouokruhové kotle a mají následující prvky:

• Třícestný ventil, který přepíná průtok ohřáté vody z topného systému do sekundárního okruhu ohřevu TUV.
• Výměník TUV, který nepřímo ohřívá studenou vodu. Uvnitř sekundárního výměníku jsou realizovány dva nezávislé okruhy. Prvním je malý topný okruh, který při průchodu tepelným výměníkem odpadního vzduchu nevede vodu do topného systému, ale do prvního okruhu sekundárního výměníku. Druhý je, kterým prochází studená voda z městských sítí nebo studny (studny) a odebírá teplo z primárního okruhu.

Výhody, nevýhody a mylné představy

Výhody:

• Energetická účinnost – kotel o stejném výkonu jako tradiční vyrobí více tepla – v průměru o 10-15%, což se jednoduchou matematikou snadno převede na peníze: kotel spotřebuje méně plynu, tudíž zaplatíte méně. Účinnost kondenzačního kotle dosahuje 99 %.
• Šetrnost k životnímu prostředí: emise škodlivých látek do ovzduší jsou 4–5krát nižší než u tradičních kotlů, což má příznivý vliv na životní prostředí. A nejde ani o to, že přispíváte k boji proti globálnímu oteplování: ve vesnicích, které fungují na kondenzační kotle, se běžně dýchá.
• Nízkoteplotní režim: minimální teplota topného systému v tradičním kotli je 45–48 stupňů (počítá se s hysterezí, tedy přehřátím systému pro vytvoření delty mezi zapnutím a vypnutím), proto je dosaženo teplotního komfortu mimo sezónu to bude obtížnější: potřebujete, aby teplota v bateriích byla 30–35 stupňů, ale to u tradičního kotle není možné. Nástěnný kondenzační kotel s chytrým ventilátorem, čerpadlem a plynovým ventilem dokáže udržovat teploty mezi 25-30 stupni, což je ideální pro systémy podlahového vytápění.
• Životnost: i přes složitější konstrukci, díky tomu, že kotel nevytápí ulici, ale pracuje výhradně pro potřeby topného systému, pracuje v mnohem šetrnějším režimu než konvekční kotle – dochází k menšímu přehřívání a tepelné zatížení jednotlivých kotlových jednotek . V tomto ohledu se na tyto kotle často vztahuje prodloužená záruka až 5 let a původně deklarovaná životnost není standardních 10 let, ale 15 a více let.

Nevýhody:

• Vysoká cena: protože toto zařízení je vyšší třídy, cena za něj bude vyšší než u tradičního kotle (obvykle 50-100%, to znamená, že takový kotel je 2x dražší), ale pokud vezmete v úvahu výhody, existuje možnost, že z dlouhodobého hlediska bude kondenzační kotel ještě výhodnější než tradiční, protože má delší životnost a spotřebuje méně paliva. A hned dodám: tuto nevýhodu nelze připsat kondenzačním kotlům na zkapalněný plyn – tam se kotel zaplatí za 1-2 roky, v závislosti na velikosti vašeho domu.
• Obtížnost: kondenzační kotle jsou složité zařízení, vyžaduje určitou úroveň školení ze strany servisních specialistů a někdy i další vybavení k nastavení, které ne každý má. K údržbě kondenzačního plynového kotle nestačí kartáč a šroubovák. V důsledku toho nemusí být daleko od velkého města odborník schopný provést kvalitní spuštění a údržbu kotle tohoto typu.

mylné představy:

1. Problémy s komínem – je to složité a drahé. Není to pravda: komíny kondenzačního kotle jsou o něco dražší než kvalitní komín pro klasický kotel. Otázkou je spíše to, že si můžete koupit superlevný komín pro tradiční kotel, ale bude nekvalitní a pravděpodobně bude jeho životnost omezena na jednu nebo dvě sezóny, po kterých bude komín vyžadovat nahrazení. Pokud porovnáme náklady na kvalitní komín pro tradiční kotel a pro kondenzační kotel, bude rozdíl nepatrný.
2. Není kam vypouštět kondenzát, nechci žádné komplikace s neutralizátorem kondenzátu. Koncového spotřebitele tyto problémy většinou neznepokojují. Instalace neutralizátoru kondenzátu je zákonem upravena pro výkon kotle nad 50 kW a jedná se o zařízení, které dokáže vytopit až 550 metrů čtverečních. Takových majitelů domů je minimum. Pro ostatní: množství kondenzátu bude velmi malé, může být odváděno jak do centrální kanalizace, tak do jednotlivých kanalizací bez jejich poškození.

Na našich stránkách si můžete vybrat požadovaný nástěnný kondenzační kotel Navien. V katalogu zařízení naleznete všechny potřebné informace o vlastnostech a doporučených cenách plynových kotlů.

Informace o tom, kde koupit, jak nainstalovat nebo opravit plynový kotel ve vašem městě nebo regionu, stejně jako kontakty na oficiální distributory a prodejce zastupující značku Navien, najdete v sekcích „Kde koupit“ a „Servisní střediska“ .