Kondensacyjny kocioł gazowy: specyfika działania, plusy i minusy + różnica w stosunku do klasycznych modeli

Sprzedawcy generatorów ciepła typu kondensacyjnego twierdzą, że sprawność oferowanego nam innowacyjnego urządzenia przekracza 100%. Ale przyznajcie Państwo, że to nieco przeczy zasadzie zachowania energii, znanej nam wszystkim ze szkolnego kursu fizyki. Więc na czym polega zagadka?

Z jednej strony takie twierdzenia są chwytem marketingowców. Jednak z drugiej – w ich przekonujących zapewnieniach dla kupującego jest ziarno prawdy. Szczegółowo przeanalizujemy, jak działa kocioł kondensacyjny: zalety i wady, jego specyfika pracy i konstrukcji zasługują na dokładne zbadanie.

Aby uzyskać pełny obraz urządzenia typu kondensacyjnego, porównamy je z klasycznym typem generatora energii cieplnej. Przedstawimy cechy jego podłączenia i eksploatacji. Ujawnimy tajemnice bardzo wysokiej wydajności.

Kocioł kondensacyjny na gaz

Wysoka sprawność kondensacyjnego gazowego generatora ciepła jest zapewniona dzięki obecności w jego konstrukcji dodatkowego wymiennika ciepła. Pierwszy standardowy dla wszystkich kotłów grzewczych węzeł wymienny przekazuje nośnikowi ciepła energię spalanego paliwa. A drugi dodaje do tego jeszcze ciepło z rekuperacji spalin.

Kondensacyjne kotły pracują na «niebieskim paliwie»:

• magistralnym (mieśanina gazów z przewagą metanu);
• gazgolderowym lub butlowym (mieszaniny propanu z butanem z przewagą pierwszego lub drugiego składnika).

Dopuszczalne jest użycie dowolnej wersji gazu. Ważne, aby palnik był przystosowany do pracy z danym rodzajem paliwa.

Kondensacyjne kotły gazowe są droższe od zwykłych modeli konwekcyjnych, ale przewyższają je pod względem kosztów paliwa dzięki obniżeniu zużycia gazu o 20–30%

Najlepszą efektywność generator ciepła kondensacyjny wykazuje przy spalaniu metanu. Mieszanina propan-butan tutaj nieco ustępuje. Przy czym im większa udizał propanu, tym lepiej.

W tym względzie «zimowy» gaz do gazgolderu daje na wyjściu nieco wyższą sprawność niż «letni», ponieważ składowa propanowa w pierwszym przypadku jest wyższa.

W przeciwieństwie do kondensacyjnego kotła gazowego, w konwekcyjnym część energii cieplnej uchodzi do komina wraz z produktami spalania. Dlatego w klasycznych konstrukcjach sprawność wynosi około 90%. Można ją podnieść, ale jest to technicznie zbyt skomplikowane.

Ekonomicznie nie jest to uzasadnione. Natomiast w kotłach kondensacyjnych ciepło uzyskiwane ze spalania gazu jest wykorzystywane bardziej racjonalnie i w pełni, ponieważ ciepło wydzielane podczas przetwarzania pary jest gromadzone i przekazywane systemowi ogrzewania. Dodatkowo podgrzewany jest nośnik ciepła, co pozwala zmniejszyć zużycie paliwa w przeliczeniu na uzyskiwane 1 kW ciepła.

Budowa i zasada działania

Konstrukcyjnie kocioł kondensacyjny jest pod wieloma względami podobny do konwekcyjnego odpowiednika z zamkniętą komorą spalania. Tyle że wewnątrz jest uzupełniony o wtórny wymiennik ciepła i blok rekuperacji.

Główne cechy urządzenia kondensacyjnego generatora ciepła to obecność drugiego wymiennika ciepła i zamkniętej komory spalania z wentylatorem

Kondensacyjny kocioł gazowy składa się z:

• komory spalania zamkniętej z regulowanym palnikiem;
• pierwotnego wymiennika ciepła nr 1;
• komory chłodzenia spalin do +56–57 ⁰C (punktu rosy);
• wtórnego kondensacyjnego wymiennika ciepła nr 2;
• przewodu kominowego;
• wentylatora nawiewu powietrza;
• zbiornika na kondensat i systemu jego odprowadzania.

Rozważane urządzenie prawie zawsze jest wyposażone we wbudowaną pompę obiegową dla nośnika ciepła. Zwykła wersja z naturalnym przepływem wody w rurach grzewczych jest tutaj mało stosowana. Jeśli pompy nie ma w zestawie, należy ją koniecznie przewidzieć podczas przygotowania projektu armatury kotła.

Dodatkowe procenty sprawności w kotle kondensacyjnym powstają w wyniku podgrzewania powrotu kosztem chłodzenia spalin w przewodzie kominowym

Kotły kondensacyjne dostępne w sprzedaży są jednofunkcyjne i dwufunkcyjne, a także w wersji wolnostojącej i ściennej. Pod tym względem nie różnią się od klasycznych modeli konwekcyjnych.

Zasada działania kondensacyjnego kotła gazowego jest następująca:

1. Główne ciepło woda podgrzewana otrzymuje w wymienniku nr 1 ze spalania gazu.
2. Następnie nośnik ciepła przepływa przez obieg grzewczy, stygnie i trafia do wtórnego bloku wymiennika ciepła.
3. W wyniku kondensacji produktów spalania w wymienniku nr 2 schłodzona woda podgrzewana jest dzięki odzyskanemu ciepłu (oszczędzając do 30% paliwa) i wraca ponownie do nr 1 w nowym cyklu krążenia.

Aby dokładnie kontrolować temperaturę spalin, kotły kondensacyjne są zawsze wyposażone w regulowany palnik o zakresie mocy od 20 do 100% i wentylator nawiewu powietrza.

Niuanse eksploatacji: kondensat i komin

W kotle konwekcyjnym produkty spalania gazu ziemnego CO₂, tlenki azotu i para ochładzane są tylko do 140–160 ⁰C. Jeśli schłodzić je poniżej, to w przewodzie kominowym spadnie ciąg, zacznie tworzyć się agresywny kondensat i zgaśnie palnik.

Taki rozwój sytuacji wszyscy producenci klasycznych gazowych generatorów ciepła starają się uniknąć, aby maksymalnie zwiększyć bezpieczeństwo pracy, a także przedłużyć żywotność swojego sprzętu.

W kotle kondensacyjnym temperatura gazów w kominie waha się w okolicach 40 ⁰C. Z jednej strony zmniejsza to wymagania dotyczące odporności na wysoką temperaturę materiału rury kominowej, ale z drugiej nakłada ograniczenia na jego wybór pod względem odporności na działanie kwasów.

Spaliny z kotła gazowego podczas chłodzenia tworzą agresywny o wysokiej kwasowości kondensat, który z łatwością niszczy nawet stal.

Wymienniki ciepła w kondensacyjnych generatorach ciepła wykonuje się z:

• stali nierdzewnej;
• siluminu (aluminium z krzemem).

Oba te materiały mają podwyższone właściwości kwasoodporne. Żeliwo i zwykła stal do kondensatorów nie nadają się całkowicie.

Rurę kominową dla kotła kondensacyjnego można instalować wyłącznie ze stali nierdzewnej lub kwasoodpornego tworzywa sztucznego. Ceglane, żelazne i inne kominy dla tego typu urządzeń nie są odpowiednie.

Podczas rekuperacji w wtórnym wymienniku ciepła powstaje kondensat, który jest słabym roztworem kwasu i należy go usunąć z podgrzewacza wody.

Podczas pracy kotła kondensacyjnego o mocy 35–40 kW powstaje około 4–6 litrów kondensatu. Uproszczając, wynosi to około 0,14–0,15 litra na 1 kW energii cieplnej.

W rzeczywistości jest to słaby kwas, którego nie wolno wylewać do autonomicznej kanalizacji, ponieważ zniszczy on bakterie biorące udział w przetwarzaniu odpadów. Przed zrzutem do kanalizacji centralnej zaleca się najpierw rozcieńczenie wodą w proporcji do 25:1. A potem można już usuwać, nie obawiając się zniszczenia rury.

Jeśli kocioł jest instalowany w domku z szambem lub przydomową oczyszczalnią ścieków, to kondensat należy najpierw zneutralizować. W przeciwnym razie zabije całą mikroflorę w autonomicznym systemie oczyszczania.

«Neutralizator» jest wykonany w postaci zbiornika z okruchem marmurowym o łącznej masie 20–40 kg. Podczas przechodzenia przez marmur pH kondensatu z kotła wzrasta. Ciecz staje się obojętna lub niskoalkaliczna, już nieszkodliwa dla bakterii w szambie i dla materiału samego osadnika. Należy wymieniać wypełniacz w takim neutralizatorze co 4–6 miesięcy.

Skąd sprawność powyżej 100%?

Podając efektywność pracy kotła gazowego, producenci biorą za podstawę wskaźnik dolnej wartości opałowej gazu, bez uwzględnienia ciepła powstającego podczas kondensacji pary wodnej. W konwekcyjnym generatorze ciepła to ostatnie wraz z około 10% energii cieplnej całkowicie ucieka do rury kominowej, dlatego nie jest uwzględniane.

Jednakże jeśli zsumuje się kondensacyjne ciepło wtórne i główne ze spalonego gazu ziemnego, to wyjdzie właśnie ponad 100% sprawności. Żadnego oszustwa, po prostu mały trik w liczbach.

Przy obliczaniu sprawności według wyższej wartości opałowej dla kotła konwekcyjnego będzie ona w okolicy 83–85%, a dla kondensacyjnego – rzędu 95–97%

W istocie «nieprawidłowy» współczynnik sprawności powyżej 100% powstaje z powodu chęci producentów urządzeń do wytwarzania ciepła do porównywania porównywalnych wskaźników.

Po prostu w urządzeniu konwekcyjnym «para wodna» w ogóle nie jest uwzględniana, a w kondensacyjnym trzeba ją uwzględniać. Stąd niewielkie rozbieżności z logiką podstawowej fizyki, której uczą w szkole.

Plusy i minusy kondensacyjnego podgrzewacza

Wśród zalet kotła kondensacyjnego wymienia się:

1. Redukcja o 60–70% objętości szkodliwych emisji (większość dwutlenku węgla i tlenków azotu trafia do kondensatu).
2. W porównaniu z modelami konwekcyjnymi oszczędność do 30% paliwa gazowego na wytworzony 1 kW.
3. Mniejsze gabaryty urządzeń grzewczych na gaz przy tej samej mocy.
4. Niska temperatura produktów spalania w kominie (tylko około 40 ⁰C).
5. Możliwość instalacji kaskady z kilku kotłów.
6. Uniwersalność (nadaje się zarówno do grzejników, jak i do ogrzewania podłogowego).
7. Obecność inteligentnej automatyki i pełna autonomia pracy gazowego generatora ciepła bez ingerencji człowieka.

System kaskadowy z dwóch-trzech generatorów ciepła pozwala na zainstalowanie kotłów o małej mocy, które mniej hałasują i wibrują podczas pracy niż modele o większej mocy.

To upraszcza montaż całego systemu grzewczego i pozwala zmniejszyć gabaryty domowej kotłowni. Plus, dzięki możliwości bardziej elastycznego regulowania procesu wytwarzania ciepła, zwiększa się ogólna efektywność stosowania urządzeń do wytwarzania ciepła.

Koszty kotła kondensacyjnego w porównaniu z konwencjonalnym kotłem konwekcyjnym zwracają się w ciągu 5–6 lat dzięki oszczędności na gazie ziemnym.

Z wad kondensacyjnych generatorów ciepła należy wymienić:

1. Wysoka cena urządzenia (1,5–2 razy wyższa niż w przypadku analogicznych modeli klasycznego typu konwekcyjnego o podobnej mocy).
2. Problemy z utylizacją kondensatu.
3. Spadek efektywności przy użyciu kotła w wysokotemperaturowych systemach ogrzewania.
4. Zależność energetyczna – do pracy wentylatora, automatyki i pompy obiegowej potrzebna jest energia elektryczna.
5. Zakaz stosowania z płynami niezamarzającymi.

Pomimo znacznych początkowych kosztów, kocioł kondensacyjny jest w pełni uzasadniony z ekonomicznego punktu widzenia. W trakcie eksploatacji z nawiązką zwraca wszystkie początkowo wydane pieniądze.

W Rosji tego typu urządzenia są na razie mało rozpowszechnione. Kocioł gazowy z rekuperacją jest wciąż zbyt nietypowy i mało zbadany na naszym rynku. Jednak zainteresowanie takimi generatorami ciepła stopniowo rośnie.

Podsumowanie i przydatny film na ten temat

Jak działa kondensacyjny generator ciepła:

Budowa kotłów gazowych z rekuperacją pary wodnej:

Wszystkie zalety kotłów kondensacyjnych:

Jeśli dokładnie przeanalizować, jak i na jakich zasadach działa gazowy kocioł kondensacyjny, to na pierwszy rzut oka „niepoprawne” 108–110% sprawności staje się w pełni zrozumiałymi i uzasadnionymi liczbami.

Generator ciepła z rekuperacją spalin jest rzeczywiście bardziej wydajny w porównaniu z klasyczną konstrukcją. Jego jedyną poważną wadą jest kondensat o wysokiej kwasowości, który trzeba gdzieś utylizować.

Proszę pisać komentarze w znajdującej się poniżej blok-formie. Niewykluczone, że dysponuje Pan/Pani informacjami, które mogłyby uzupełnić zawarte w artykule dane. Proszę zadawać pytania, dzielić się własnym doświadczeniem w wyborze i użytkowaniu kotłów kondensacyjnych, zamieszczać zdjęcia związane z tematem artykułu.