Рекордьори по топлина

Купувачът на каквато и да е технология или дори на какъвто и да е предмет, особено на етапа на покупката, винаги е изправен пред дилемата „кое е по-добро“? Да купите нещо просто и евтино или по-интересно за момента , но по-скъпо? Няма правилен отговор на този въпрос, той зависи от много други фактори, сред които икономическите съображения невинаги са най-важните.

Когато става въпрос за пазара на стоки за дълготрайна употреба, се появява още един фактор: разходите за притежание, поддръжка и експлоатационни разходи като цяло. Но за да откриете правилната оферта, трябва да знаете кои оферти съществуват и по какво се различават една от друга. Понякога има разлика, и то доста голяма.

Това е един от най-важните фактори за технологията на отопление. Това отнема много време, не е евтино и изисква много енергия с други думи, собствени средства , в резултат на което тези разходи ще бъдат многократно по-високи от цената на самото оборудване. И дори има възможност за избор. Обикновеният отоплителен котел е евтин, но кондензният котел е по-скъп. И за всички тях има купувачи. Първите могат да работят с коефициент на полезно действие до 90%, а вторите – до 110%.

ЕФЕКТИВНОСТ 110%? НЯМА ГРЕШКА!

Още от училище е известно, че ефективността на всяка система не може да надвишава сто процента. Тя не може да се равнява и на тази цифра: всички видове загуби са неизбежни. Въпреки това при кондензационните котли често се среща стойност на ефективност от около 106-109 %, понякога малко повече или по-малко. Няма грешка, пословичната стотица е малко по-различна. За да обясним този феномен, трябва да разберем какво можем да извлечем от котела и какви са подводните камъни.

При изгарянето на всяко органично гориво се отделят водни пари, въглероден диоксид и топлина. Ако си спомняте училищния час по химия, се сещате за мантрата: „плюс те-два, плюс пепел-два-о“. След това, в следващия час по химия, добавят думите „плюс едно“ към тази формула. „Ku“, t. е. Q е генерираната топлина. За този Q можем да кажем нашето „ку“ и да седнем пред него. Загрейте се.

Но тази формула, каквито и коефициенти и цифри да включва, е напълно валидна само докато продуктите на горене включително топлината все още не са отделени. Въглеродният диоксид не ни интересува, но водните пари са по-интересни. С понижаването на температурата започва процесът на кондензация – превръщането на парата в течност. И без никаква химия, според законите на физиката, се получава допълнителна топлина. Това е т.нар. латентна топлина на кондензация, наричана още калоричност в тези две определения някои думи могат да се комбинират, смисълът не се променя , която не се взема предвид при простите изчисления и не се използва в обикновените конвекционни котли тип тяга . Междувременно стойността му не е толкова ниска. За природния газ метан калоричността е около 11 % от количеството топлина, което се получава при изгарянето на самото гориво калоричност . За дизеловото гориво, което често се използва в отоплителните системи, този процент е приблизително 6%, а за втечнения газ – 9%. Всички изкопаеми горива притежават тази топлина, но други горива, както течни, така и твърди, произвеждат още по-малък излишък. Лесно е да се намерят данни както за по-висока, така и за по-ниска топлина на изгаряне, поне за горива с еднакъв химичен състав. Така че, като се има предвид по-високата топлина на изгаряне, ефективността на инсталацията за изкопаеми горива може лесно да надхвърли 100. Разбира се, при условие че инсталацията може да „събира“ тази топлина и да я използва ефективно.

КЪДЕ РАБОТИ?

За да използваме скритата топлина на горене във всяка инсталация, първо трябва да знаем за какво може да ни е необходима. Тук основно важи принципът „по-мощното устройство има по-голям смисъл да усложнява системата“. А горивата се изгарят почти изключително за три основни цели: за придвижване, за производство на електроенергия или за отопление. Първите два варианта имат смисъл само при много големи инсталации, докато третият е подходящ и за частни домакинства.

В сферата на транспорта, например в автомобилния транспорт който също използва горими изкопаеми горива , теоретичната печалба е мизерна: ефективността на двигателя с вътрешно горене е далеч от 100 %, по-голямата част от енергията се изразходва за загряване на двигателя, който също трябва да се охлажда. При такива условия е безсмислено да се опитвате да възстановите топлината от кондензацията, дори теоретична печалба не е необходима. Системите за оползотворяване на кондензационната топлина на ДВГ имат смисъл само за много големи двигатели, например в корабни системи: консумацията на гориво е висока, генерира се много топлина, включително в отработените газове. да го събира и

да се използва за някаква допълнителна цел, е съвсем реално, въпреки че ще са необходими някои допълнителни уреди.

Същото е и при големите електроцентрали напр. когенерационни или други видове електроцентрали : идеята е да се събере и използва възможно най-много енергия от всички източници с увеличаване на мащаба, т.е. е. мощност. Дори ако основната цел е производството на електроенергия, а тази топлина, както в случая с генераторите, е страничен продукт. Може да се използва по много различни начини.

При отоплителните системи е малко по-различно. Ако горивото се изгаря, за да се затопли, логично е да се използва „на максимум“. Всичко може да се използва. Дори в случай на отопление в малък мащаб, например в частни домакинства. Съществуват редица ограничения, но използването на кондензационни котли за тези цели е възможно и икономично. Разбира се, и в този случай, колкото по-висока е производителността и разходът на гориво , толкова по-големи могат да бъдат ползите. Изработването на система за отопление на дома обаче е икономически изгодно само ако се използва газ или мазут за отопление. Използването на калоричността е проблематично при котлите на твърдо гориво, тъй като броят им е много ограничен. При твърдите горива обаче има един малък трик. Ще го споменем по-късно.

КАЧЕСТВО НА ГОРИВОТО

Реалната ефективност на всеки котел зависи от много фактори, а качеството на горивото е параметър, който не може да се контролира от потребителя. Самото гориво не съдържа много такива примеси, общо само няколко процента, но трябва да се вземат предвид. Природният газ съдържа най-много метан, пропан и бутан в по-малки количества, втечненият газ е смес от пропан и бутан като основен компонент, а дизеловият газ е смес от по-тежки въглеводороди. Освен това всички горива съдържат определено количество молекулярен азот, кислород, вода и др. Тези компоненти не оказват влияние върху горенето и се считат за „баласт“. Вредните примеси са главно съединения на сяра, азот, фосфор и други токсични вещества. Други вещества също се съдържат в следи. Между другото, те се съдържат и във въздуха за горене, макар и в незначителни количества. Тези съединения в повечето случаи не горят, не е необходимо да се очаква топлина от тях, но те могат да реагират химически по време на горене. Ако става дума за традиционен котел – при нормално качество на горивото концентрацията на „активна химия“ във въздуха ще бъде толкова ниска, че няма смисъл да говорим за нея. Друго нещо, ако котелът е кондензационен: тези вещества се натрупват в кондензата заедно с водата. В крайна сметка вместо вода получаваме химически активна смес. Възникват два проблема: образуването на кондензат в кондензния котел и неговия комин е недопустимо, а в кондензния котел всички елементи, върху които се образува и отстранява кондензат, трябва да са трайно устойчиви на неговото въздействие.

Водата е съставка на твърдите горива, произведени от растителни материали: съдържанието на влага може да бъде десетки проценти. При изгарянето голяма част от енергията се изразходва за загряване и изпаряване на тази вода, да не говорим за самия котел. Теоретично, ако тя се кондензира, можем да получим допълнителна енергия. Но на практика, поне в една битова отоплителна система, това е твърде сложно. Не е възможно твърдото гориво да се дозира автоматично, ефектът е малък. Изключение правят котлите на пелети, при които горивото са дървесни пелети. Но дори и сред тях практически няма кондензационни модели. Освен това тези котли трябва да се наричат котли с рекуперация: в този кондензат практически няма вода, образувана при изгарянето на горивото, а основният принос е на водата, която „вече е била“. Разбира се, в по-големите системи се използва регенерация, но не на котли, а на отделни агрегати от тях.

ТОПЛИННИ ЗАГУБИ В КОТЕЛА

Разгледайте всеки конвекционен отоплителен котел. Кой от тях – няма значение. Ако приемем, че количеството топлина, отделено при изгарянето на горивото в котела, е 100%, топлинният баланс ще изглежда така.

По-голямата част от топлинната енергия отива там, където е необходима – за загряване на течността в отоплителната система. Някои от тях ще отидат „в тръбата“ и ще бъдат безвъзвратно изгубени. Друга част от енергията се изразходва за загряване на барабана на котела. Не винаги може да се счита за загуба, тъй като котелът е монтиран в котелното помещение, кухнята или дневната. Тази топлина все още се използва за отопление, но не можем да я контролираме. В края на краищата, в селските райони и сега не е рядкост да има стоманени или чугунени котли без никаква облицовка, своеобразна симбиоза между печка на дърва и система за отопление с течност. Но дори и в случай на модерен газов котел ефективността му е около 90%. Възможно е да се увеличи ефективността, но само с няколко процента.

По принцип, колкото повече се охлаждат димните газове в котела, толкова повече енергия ще се използва по предназначение. Но колкото по-студени са изходящите газове, толкова по-трудно е да се „отнеме“ топлината от тях. Системата е по-сложна, а добавката е малка. Също така трябва да се има предвид, че котелът може да работи при различни температури, в различни режими, но е факт, че нито в комина,

да не говорим, че в самия котел не би трябвало да има процес на кондензация. Не забравяйте, че кондензатът е химически много активен и материалите на конвекционните котли и комина не са предназначени да реагират с него. Температурата на газовете, които излизат от котела, може да бъде около 150-200 °C, по-висока при по-старите модели и по-ниска – около 100 °C при някои съвременни нискотемпературни котли. Останалата част от топлината буквално „отлита в канала“. Разбира се, кондензът се появява някъде „след комина“, но това не ни е от полза. Но и това не вреди.

При кондензационните котли към този топлинен баланс се добавя калоричността. Разбира се, не цялата сума може да бъде възстановена и ще има някои загуби. Невъзможно е димните газове да бъдат напълно „изсушени“. но ще се добави известно макар и малко количество топлина поради по-голямото охлаждане на димните газове. Загубите през самото тяло на котела също трябва да бъдат намалени чрез по-добра изолация поне не по-лоша, отколкото при традиционните котли . Друга причина е, че кондензационните котли обикновено имат по-шумни елементи от котлите с нормално горене. Шумът от горелките, помпите и вентилаторите може лесно да бъде намален чрез използване на изолационна обвивка.

Общата ефективност на такъв котел може да бъде 108-109 % при работа с природен газ , тъй като температурата на димните газове на изхода е доста ниска. Разликата в оползотворяването на топлината в сравнение с конвенционален котел може да достигне приблизително 15%. Това обаче е само теоретично и се основава на редица условия. Ако котелът е част от отоплителна система, те трябва да се разглеждат заедно.

КОНДЕНЗЕН КОТЕЛ И ОТОПЛЕНИЕ

Малък трик

Тук първо ще предположим, че котелът се състои от два отделни агрегата за събиране на топлинна енергия в действителност това не винаги е така, поне в индивидуалните отоплителни системи . Първият модул има функции, подобни на тези на традиционния котел: горелка, горивна камера и вид топлообменник. В общи линии тук има само едно изискване – топлоустойчивост. Със сигурност няма конденз, така че няма нужда да се притеснявате за корозията на устройството. Горещите газове се вливат във второто устройство – топлообменника, където се охлаждат интензивно и където се утаява кондензат. Тук, първо, температурата все още е доста висока и, второ, материалът трябва да е киселинно устойчив, защото кондензатът е слаб, но все пак киселинен разтвор и е доста горещ.

Колкото повече топлина се отделя в този втори топлообменник, толкова по-ефективен е котелът като цяло. За тази цел трябва да се установи баланс, поне „на пръсти“. Задачата на топлообменника всъщност трябва да се вземат предвид два – този в първия блок е да отвежда определено количество топлина от цилиндъра. Нейният размер е напълно определяем и съответства на действителното търсене на отопление и на производство на БГВ, ако има такова .

На входа на топлообменника имаме горещ газ, а на изхода той трябва да се охлади. Във водния кръг е обратното: влиза студена вода или антифриз , която отнема тази топлина. Можем да контролираме само количеството топлина, t. е. чрез подаване на гориво от горивната инсталация. Няма какво друго да правите. Конструкцията на топлообменник или отоплителна система „в движение“ очевидно не може да бъде променена – дори помпа или помпена система, която изпомпва флуид, обикновено има фиксиран капацитет.

Можем само да охлаждаме димните газове, като отнемаме тяхната топлина и я отделяме във водата в котела, която влиза в топлообменника. Колкото по-ниска е температурата му, толкова повече топлина може да се събере. Но тази вода идва от отоплителната система, така че по дефиниция не може да бъде много студена.

Тук трябва да помним за нискотемпературните и високотемпературните отоплителни системи. Основните представители на първите са подовото отопление, а на вторите – обикновените радиатори. В първия случай типичната температура на връщане в случая на котела това е „входът“ е около 30 °C. Температурата на втория е 50 °C или повече. температурата на кондензация на димните газове е между 55 и 60 °C. Ясно е, че в първия случай кондензацията е много по-ефективна – на теория до 109-110%. И ако температурата на флуида във връщащата линия е същата или поне малко по-висока от температурата на кондензацията, не разчитайте на чудеса. В този случай същият котел ще бъде по-ефективен от конвенционален котел, но мощността ще бъде около 5% вместо теоретично възможните 15%, а ефективността ще бъде около 96% до 99%. Не много, с изключение на повишената сложност на системата. И ако е така, струва си да се прецени дали подобна победа би била икономически оправдана.

Между другото, в същото време може да се направи и друг извод: тъй като ефективността на един кондензационен котел зависи много от условията, а ние можем да променяме само подаването на гориво, има смисъл да се използват по-сложни горелки и системи за управление, отколкото при конвекционен котел.

РАЗПОЛОЖЕНИЕ НА КОНДЕНЗНИЯ КОТЕЛ

Рядко се използват котли с два топлообменника – първичен и кондензационен. Това е по-скоро характерно за някои доста големи и мощни модели: Конвекционната част е взета от въпросния котел, а кондензационният топлообменник може да бъде „завинтван“ като въпрос на технология.

Ако при традиционните котли с малък капацитет най-често се използва плоският топлообменник взета е горелката от фурната на газовия котлон, върху нея е поставен радиатор, „покрит“ е със системата за отвеждане на газа отгоре – това всъщност е целият котел , то кондензационният котел се характеризира с цилиндричен топлообменник: Горелката е поставена в края на цилиндъра. Естествено, проектът включва и съоръжение за събиране на кондензат.

Откритите горивни камери не са характерни за тези котли, необходими са затворени горивни камери. Горелки – с модулация на подаването на масло и въздух техническите особености зависят от конструкцията на горелката . Материалът на топлообменника обикновено е сплав от силиций и алуминий силиций или киселиноустойчива неръждаема стомана; ребрата са изработени от неръждаема стомана.

Иначе, с изключение на по-сложната система за управление и наблюдение, котлите не се различават много от конвекционните котли. Размерите и външният вид са приблизително еднакви в рамките на един и същ диапазон на изхода. Основната външна разлика е изводът за кондензат: Моделите с малки стени често се изграждат като система „всичко в комплекта“: В конструкцията са включени разширителен съд, циркулационна помпа, сензори и главен контролен панел, интегриран в корпуса.

Ако котелът е двуконтурен, както често се случва при сравнително малки модели вариант на конструкцията , топлообменникът може да бъде двутермичен или разделен. В една битермална система топлообменниците за двата кръга са проектирани като едно цяло, тръбите за отопление и БГВ са разположени коаксиално, една в друга вътрешната тръба се отнася за кръга за БГВ . Вторичният топлообменник за гореща вода е отделен и се загрява от първичния топлообменник.

Котлите с битермални топлообменници са по-евтини и по-прости, но изискват висококачествена вода, защото в противен случай сечението на тръбите бързо се покрива с инкрустации и ефективността намалява. Сплит топлообменниците са по-малко чувствителни към разтворените соли във водата, позволяват да се осигури малко повече гореща вода за единица време, но изискват добавяне на елементи в системата самонагряващ се топлообменник, трипътен вентил и контролни устройства и са малко по-скъпи. Материалът на вторичния топлообменник обикновено е от неръждаема стомана.

Много производители предлагат стенни бойлери с вграден котел като вариант въпреки че в този случай бойлерите често стават подови .

С нарастването на мощността на котлите те се оборудват с допълнителни арматури и фитинги: отгатването на параметрите на тези елементи в сложните отоплителни системи става невъзможно. Интегрираният разширителен съд и помпената група са първото нещо, което изчезва от комплекта на котела; дори и по-мощните модели не се доставят и с контролни панели: Разбира се, всичко това може да се закупи поотделно и да се изберат най-подходящите компоненти за дадения обект: Ако е необходимо, много котли позволяват работа и с други генератори на топлина: в каскада с подобни котли, заедно със слънчеви колектори и т.н. д: Тук е точно същото, както при другите видове котли.

Наскоро на пазара се появиха циркулационни помпи с променлива скорост и съответно с променлива скорост . Преди това скоростта можеше да се променя само по време на сервизната настройка на котела, а не винаги. Помпата е незначителен детайл, но доста голям компонент във всеки проект. Нововъведенията са по-скъпи и изискват по-сложни алгоритми от простото „включване и изключване“ което означава, че контролерът за управление трябва да поддържа тяхното функциониране . Предимствата са по-ниско ниво на шума, по-ниска консумация на енергия и възможност за по-точно регулиране на потока на течността. Може да се предположи, че тези помпи скоро ще бъдат инсталирани на повечето котли, особено на кондензационните.

FLUES

От друга страна, комините за кондензационни котли трябва да се различават от традиционните комини. Напомняме, че дори ако котелът работи при максимално оползотворяване на енергията, когато ефективността е близка до теоретично постижимата, част от кондензата все пак няма да бъде оползотворена и ще премине. И след това имаме комина, който със сигурност е по-хладен. Заключение – коминът трябва да бъде изработен от киселинноустойчиви материали: Обичайните материали за комина „кондензат“ са киселинноустойчива неръждаема стомана или пластмаса: Често има коаксиален вариант, при който единият комин се вкарва в другия. Обикновено те са изработени от пластмаса: температурата на газа не е твърде висока; пластмасата може да издържи и на по-високи температури. Кондензацията не е проблем за пластмасовия комин, а разходите за монтаж също са намалени. Максималната дължина на коаксиалния димоотвод не трябва да превишава 3 до 5 метра: обикновено той се отвежда директно в стената. Между другото, всичко е същото, както и при другите видове котли. Пластмасови димоотводи могат да се монтират и на традиционни котли: Ако системата от димоотводи има хоризонтална част, лесно можете да определите вида на котела: тя трябва да има малък наклон към котела при конвекционните котли и към котела при кондензните котли. Обяснението е просто: ако в комина се образува кондензат, той трябва да може да се оттича. Няма смисъл конвенционалният котел да се наводнява с кондензат, докато при кондензационния котел няма пречки – той все пак ще се оттича през кондензния отвор.

ОБЛАСТ НА ПРИЛОЖЕНИЕ НА КОНДЕНЗАЦИОННИТЕ КОТЛИ

Кондензационните котли за частни нужди се появиха на пазара не толкова отдавна. Те се произвеждат предимно в Европа и повечето от тях се продават там: тук изоставаме. И това е много добре.

Не много отдавна, когато горивото струваше стотинки и центове , нямаше смисъл потребителите да разполагат с кондензен котел – беше трудно да ги изплатят. Оттогава ситуацията малко се е променила: горивото е станало по-скъпо. А в Европа, където е много по-топло, отколкото у нас, кондензационните котли се инсталират масово. Всичко е свързано с разходите за отопление. В Европа цената на газа за крайния потребител е 5-10 пъти по-висока в зависимост от страната , отколкото у нас. Разходите са значителни и никаква разлика в заплатите която между другото не е толкова голяма не може да ги компенсира. При такава цена на газа, както 15 % печалба от кондензния котел, така и 5 % печалба „в най-лошия случай“ бързо ще се превърнат в значителна сума, която ще покрие разходите за първоначална покупка на по-скъп котел. Очевидно е, че тук трябва да чакаме по-дълго, за да спестим пари, поради което кондензационните и тяговите котли са толкова популярни.

Икономическият ефект от закупуването на кондензен котел се очаква в няколко основни случая. Отново е валиден принципът „колкото по-голям е капацитетът колкото по-голямо е потреблението на топлина – толкова по-разумно“. По-добре е да го инсталирате в нова къща, предназначена за постоянно живеене, и колкото по на север отивате, толкова по-голям е ефектът. Но трябва да се разгледа средната януарска температура в района; в това отношение само Швеция, Финландия и Канада могат да се сравняват с европейската част на България; останалите страни са по-топли. За да се постигне максимален ефект, е добре в къщата да се инсталират нискотемпературни отоплителни системи – подово отопление. Това улеснява и планирането на димоотвод, подходящ за кондензационни котли в нови сгради. Не е икономически целесъобразно да се преустройват подове и комини на съществуваща къща по скъп начин.

Напоследък се наблюдава тенденция за използване на кондензационни котли в каскадни инсталации, когато вместо един голям котел се инсталират няколко по-малки. Тези котли са много компактни. Удобно е също така, че един котел трябва да работи през целия отоплителен сезон, а не много – можете да го свързвате един по един, когато студът се усили. Освен това се повишава надеждността на системата: при повреда на един котел той може да бъде спрян за ремонт, а натоварването да се прехвърли на останалите котли. В случай на отделни котелни помещения няма ограничения по отношение на географското положение. Това е по-трудно при котли с голям капацитет и колективно използване. Дори при много студено време водата в тръбата за подово отопление може да стане много студена, преди да достигне до потребителя, поради което нискотемпературното „колективно“ отопление не е приложимо в нашия регион, а кондензните котли не са много ефективни при работа при високи температури. Ето защо в северната част на страната обикновените котли се оборудват с традиционни котли с висока температура на подаване.

Добра възможност за спестяване на средства ще бъде експлоатацията на котли с допълнителни системи за контрол и наблюдение. Това са системи за регулиране на времето, дистанционно управление, настройка и програмиране, устройства за дистанционно управление, достъп и контрол.