Кондензационни котли

01.10.2009, Брой 8/2009 / Технически статии / ОВК оборудване

 

Част I. Технически възможна ли е ефективност на котел по-висока от 100%?

В последните години кондензационните котли се радват на напълно заслужен интерес както от специалисти и инвеститори, така и от крайните потребители. Сред причините за нарастващия им пазарен дял са високата им ефективност и големите възможности за избор между различни модели, производители и мощности. От друга страна, инвестицията в кондензационен котел не е малка, а често срещаното твърдение за работа с ефективност над 100% е въпрос на разгорещени дискусии сред представителите на бранша. За конструкцията, коефициента на полезно действие и инвестицията в кондензационен котел разговаряме с доц. д-р инж. Ивайло Банов - председател на националната професионална секция по ”Отопление, вентилация, климатизация, хладилна и сушилна техника, топлоснабдяване и газоснабдяване” към Камарата на инженерите в инвестиционното проектиране и ръководител на катедра “Топлинна и хладилна техника” в Техническия университет - София.

Ефективност над 100% на котел е физически невъзможна
С въпрос за гръмко обявяваните стойности на ефективността на кондензационните котли и реално постижимият от тях КПД стартирахме разговора си с доц. Ивайло Банов. “Терминът коефициент на полезно действие намира масово приложение в практиката, но не е правилен за този вид съоръжения”, коментира той. “За КПД е коректно да говорим тогава, когато имаме енергия, която се преобразува в работа. Тук работа няма. Затова по-правилно е използването на термина ефективност”, допълва доц. Ивайло Банов.
Известно е, че ефективността се определя на база получената енергия за единица използвано гориво. “В процеса на горене горивото изгаря (окислява се), при което се отделя енергия под формата на топлина. Ако се използва цялото количество отделена енергия, ефективността очевидно ще е равна на 1. Ефективност над 100% означава, че се използва повече енергия от произведената. Това физически е невъзможно”, заяви ръководителят на катедра “Топлинна и хладилна техника” в ТУ - София. Според него, твърдението за ефективност 108% е въпрос по-скоро на тълкуване, на отправна точка и на търговски трикове с цел повишаване на продажбите. В допълнение той посочи, че до известна степен случващото се на пазара е нормално. На практика, достигането до висока ефективност при кондензационните котли се дължи на оползотворяване на съдържащата се в димните газове топлинна енергия.


› Реклама



Работи се с термина долна топлина на изгаряне
Основен момент при пресмятане ефективността на котела е определяне на топлината на изгаряне. Тя дефинира количеството топлина, която се отделя при изгарянето на 1 kg твърдо или течно гориво и на 1 m3 газообразно гориво. Топлината на изгаряне е горна и долна топлина на изгаряне. В разговора ни доц. Банов отбеляза, че в техниката се работи с термина долна топлина на изгаряне, която представлява топлината, отделяна при изгаряне на единица гориво, без да се включва топлината на преобразуване на водната пара, получена от изгарянето на водорода и от влагата в горивото.
Известно е, че в процеса на окисление на горивото, като отпадни продукти от горенето се отделят предимно водна пара и димни газове, както и малко количество други газове. Газообразното гориво, с което работят преимуществено предлаганите кондензационните котли, е съставено основно от метан (около 98%). “При изгаряне на газообразно гориво се отделя огромно количество водна пара. Например, при изгарянето на 1 нормален куб. метър природен газ се отделят около 2 куб. метра водна пара. За да се образува тази пара е необходима енергия”, заяви г-н Банов.

Изчисляване на коефициента на ефективност на котела
Топлината, която се освобождава при кондензацията на водните пари, се отчита при определяне на горната топлина на изгаряне. Тя се дефинира като количеството топлина, която се получава при изгаряне на единица гориво, като към нея се прибави топлината, която се освобождава при кондензацията на водните пари, съдържащи се в продуктите на горене. “Процесът на кондензация е обратен на процеса на изпарение. Енергията, необходима за протичане на процеса на парообразуване, се отделя при понижаване на температурата на димните газове при достигане на температурата на насищане при охлаждането им. Започва процес на кондензация на водните пари. В зависимост от това дали се взема предвид тази енергия, се получава горната или долната топлина на изгаряне”, поясни доц. Банов. “В техниката, както вече споменах се работи с долната топлина на изгаряне, при която не се отчита енергията, получавана при кондензацията на водните пари. Съвсем естествено долната топлина на изгаряне има по-малка стойност. Спрямо нея се изчислява КПД или както е по-правилно в случая - коефициентът на ефективност на котела. Това са и характеристиките, които производителите би следвало да посочват в каталозите”, допълни той.
По думите на доц. Банов, котлите на течно гориво са с КПД от порядъка на 93 - 95%, докато при газовите котли тези стойностите са около 95 - 98%. “Тъй като част от енергията не може да се оползотвори, стойността на ефективността не би могла да достигне 100%. Видно е, че при котлите на течно гориво неоползотворената енергия е около 5 - 6%, докато при газообразното гориво тя е едва около 2 - 3%”, заяви в допълнение той.

На какво се дължи високата ефективност на кондензационните котли?
Температура на кондензация или на насищане на водната пара представлява температурата, при която водните пари, съдържащи се в продуктите на изгаряне, се превръщат в наситени и започват да кондензират. В зависимост от т.нар. коефициент на излишък на въздух, при газообразното гориво стойността на температурата на насищане е в границите между 50 - 60 оС.
“Ако температурата на димните газове се понижи под тази стойност, се преминава температурата на насищане, което означава, че водните пари в димните газове започват да кондензират. При фазовия преход от водна пара към вода се освобождава енергия, която е равна на енергията, необходима на водата да премине от течно до газообразно състояние”, коментира доц. Банов, допълвайки: “В действителност това е допълнителната енергия, на която се дължи високата ефективност на кондензационните котли в сравнение с моделите без кондензационна камера”.

Как се получава ефективност 108%
В отговор на въпроса с колко би могла да се повиши ефективността чрез понижаване на температурата на димните газове, Ивайло Банов заяви: “Известно е, че понижението на температурата им с приблизително 10 оС води до повишаване на ефективността на котела с 1%. Това се дължи на по-доброто използване на потенциала, т.е. на енергията, на димните газове”. В последващия ни разговор, той изясни начина за достигане на посочваните от редица производители стойности на ефективността на кондензационните котли над 100%. “При охлаждане на димните газове от 100 оС до 50 или до 60 оС, при които започва процесът на кондензация, се наблюдава температурна разлика от около 40 оС в сравнение с традиционно използваните котли. Следователно, при повишаване на ефективността с 1% на всеки 10 оС, би следвало ефективността на съоръжението да се повиши с общо 4%. Нека допуснем, че първоначалната ефективност на котела е 98%. Като се прибавят посочените 4%, се получава ефективност от 102%. Допълнително, в процеса на кондензация на водната пара в димните газове се отделя енергия, която също се използва. По този начин ефективността би могла да се повиши с още 2 - 3%. Затова и редица търговски фирми обявяват стойности от порядъка на 106 - 108%”, коментира доц. Банов.


› Реклама


Защо аритметиката не е вярна?
И все пак, това не е вярно, категоричен е Ивайло Банов: “Отговорът се съдържа във факта, че 98%, към които се прибавят допълнителните проценти от понижаването на температурата на димните газове и в процеса на кондензацията им, са определени при т.нар. долна топлина на изгаряне. Всички знаем, че в природата енергията просто се преобразува от един вид в друг. Възможно ли е да от единица енергия да се получи повече от единица? Естествено, че не е възможно. В случая всичко зависи от отправната точка”. В допълнение той посочва, че безспорно кондензационните котли, работещи на газ, имат по-висока ефективност от традиционно използваните газови котли. Сравнението е на база котли, работещи на газ, тъй като кондензационните котли, захранвани с течно гориво, намират твърде ограничено приложение, поради наличието на сяра в тези горива и в димните газове при изгарянето им. При понижение на температурата под тази на насищане се образува серниста киселина, което води до активна корозия на котлите.


 

Съпротивления, преодолявани от димните газове
Изяснявайки въпроса с по-високата ефективност на кондензационните котли, попитахме Ивайло Банов за причините, поради които всеки един котел не би могъл на има ефективност по-висока от 100%. “Повечето котли, предназначени за битовия сектор, разчитат на т.нар. гравитационна сила, която преодолява аеродинамичното съпротивление на котела и комина. При движението си, димните газове са подложени на различни съпротивления - линейни, породени от триенето им в стените на съоръжението и местни, които възникват като резултат от промяната на посоката или скоростта им на движение. За да могат да напуснат пещната камера, димните газове трябва да преодолеят тези съпротивления. Това може да стане по два начина - естествен - чрез използване на разликата в наляганията, причинени от гравитационната сила и изкуствен, механичен, чрез използване на вентилатор”, заяви Ивайло Банов.

Общата ефективност на котела се понижава от вентилатора
Гравитационният напор представлява сила, основаваща се на факта, че разликата в температурата на работната среда поражда разлика в плътността й. По-горещата работна среда, която е с по-малка плътност, се стреми да се издигне към горните слоеве на системата. Съответно, работна среда с по-ниска температура и с по-висока плътност, “пада” към по-ниско разположените части на системата. “Именно тази разлика в плътностите се явява движещата сила, благодарение на която димните газове напускат котела и биват изхвърлени в атмосферата”, коментира доц. Банов. Както вече бе посочено, конструктивна специфика на кондензационните котли е наличието на допълнителен топлообменен апарат, в който се охлаждат димните газове до ниски температури. “Затова в кондензационните котли се налага използването на вентилатор, който принудително отвежда димните газове в атмосферата”, пояснява доц. Банов, като допълва: “Вентилаторът консумира електрическа енергия. От една страна, използването на потенциала на димните газове в кондензационните котли води до повишаване на ефективността им, а наличието на елемент, консумиращ електрическа енергия, води до повишаване на експлоатационните разходи на системата”.

Прецизно определяне на температурата на димните газове
За да се определи температурата, до която е целесъобразно да се охладят димните газове, доц. Банов съветва да се извърши технико-икономическа обосновка, която да даде отговор на този въпрос. “Охлаждането на димните газове до ниска температура в допълнителния топлообменен апарат на кондензационния котел означава, че и топлоносителят, с който те се охлаждат ще има ниска температура”, коментира инж. Банов. Водогрейните котли са предназначени за загряване на топлоносител с изчислителни температури 70 оС на входа на котела и 90 оС на изхода му или средна - 80 оС. При кондензационните има и допълнителен топлообменен апарат. Охлаждането на димните газове в него е за сметка на загряване на вода с температура около 50 оС. “Тази топла вода може да се използва за битови нужди или като топлоносител за ниско температурно подово лъчисто отопление. Използването на този топлоносител (от кондензационната част) при най-често изгражданите конвективни отоплителни инсталации ще доведе до необходимостта от монтиране на отоплителни тела с по-голяма нагревна повърхност заради по-ниската повърхностна температура, т.е. ще доведе до необходимостта от монтиране на отоплителни тела с по-голям брой елементи при глидерните радиатори или панелни, с по-голяма дължина и брой панели. Това неминуемо води до по-голяма инвестиция, по-лош дизайн и пр.”, коментира доц. Банов и допълни: “Ето защо кондензационната част на тези котли се използва предимно за загряване на вода за битови нужди”.
“Изборът на кондензационен котел е необходимо да се съобрази не само с мощността необходима за покриване на топлинния товар на сградата, но и с наличието на консуматори, оползотворяващи загрятата вода от кондензационната му част”, отбеляза доц. д-р инж. Ивайло Банов.

Статията продължава в следващия брой на сп. Технологичен дом.



 

 

ОЩЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМАТА

Новости във видеонаблюдението на строителни площадкиТехнически статии

Новости във видеонаблюдението на строителни площадки

Сигурността на строителните обекти продължава да е критичен въпрос дори и в съвременната високотехнологична епоха, макар че новостите във видеонаблюдението предлагат широки възможности за превенция и контрол на кражби и вандалски прояви

Разпределена интелигентност в управлението на осветлениетоТехнически статии

Разпределена интелигентност в управлението на осветлението

Иновациите при технологиите за управление на осветлението създават ново поколение интелигентни разпределени системи, основани на биомодели, заимствани от природата

Електробезопасност на плувни и спа съоръженияТехнически статии

Електробезопасност на плувни и спа съоръжения

Осигуряването на ефективна защита от токов удар за хората и материалните активи е от ключово значение в плувни басейни, спа центрове, джакузита и други водни съоръжения за спорт и релаксация, в които има работят типове електрически инсталации

Видеодиагностика и инспекция на тръби и каналиТехнически статии

Видеодиагностика и инспекция на тръби и канали

Видеодиагностиката на тръби и канали е традиционен метод за проверка на състоянието и изправността на ВиК системите. Мониторингът и инспекцията на тръбопроводите посредством видеокамера са ключови при диагностициране и превенция на различни проблеми като течове, запушвания и миризми и спомагат за предотвратяването на тежки аварии при влошено състояние на тръбната инфраструктура.

Съвременната видеодиагностика на тръбопроводите и канализационните системи обикновено се осъществява с цифрова камера, прикрепена към гъвкаво жило, което прави възможно въвеждането на камерата във вътрешността на тръбопроводните системи. Все по-често в практиката се използват и роботизирани системи с дистанционно управление, които позволяват проверка на проходимостта и състоянието на тръби и канали с по-голям диаметър.

Климатични и вентилационни камери хигиенно изпълнениеТехнически статии

Климатични и вентилационни камери хигиенно изпълнение

Климатичните и вентилационни камери са съществена част от много сградни ОВК инсталации. От тяхната ефективност и функционалност пряко зависи качеството на въздуха нататък по системата.

В широка гама приложения, като болници, чисти стаи, фармацевтични и електронни производства, предприятия от ХВП и т. н., изискванията към чистотата на въздуха са изключително високи. В такъв тип обекти обикновено се инсталират климатични и вентилационни камери в хигиенно изпълнение.

Сценично LED осветлениеТехнически статии

Сценично LED осветление

През последното десетилетие пазарът на светодиодно осветление отбелязва сериозен ръст, а LED осветителите навлизат във все по-широка гама от приложения, включително в сценичната осветителна техника. LED осветителите са съвременна алтернатива на халогенните или газоразрядни лампи с висок интензитет, използвани традиционно в сценичното оборудване.

Причини за това са динамичното развитие на технологията и множеството й предимства. Сред тях са по-високата светлинна мощност и по-ниската консумация на енергия на LED осветителите в сравнение с конвенционалните варианти. Достъпната цена на светодиодите допълнително разширява приложната им област в сценичното изкуство.


 

Уеб дизайн от Ей Ем Дизайн. Списание ТД Инсталации. TLL Media © 2018 Всички права запазени. Карта на сайта.

Top