Кондензни котли

От 26 септември т. г. в рамките на Европейския съюз влизат в сила новите изисквания за енергийна ефективност и етикетиране на топлоизточници и водоподгреватели, зададени в т. нар. Директива за екодизайн на свързаните с енергопотреблението продукти (ErP = Energy-related Products).

Съгласно документа всички нови отоплителни инсталации трябва да отговарят на минимални изисквания за сезонна енергийна ефективност. След влизането в сила на директивата се забранява монтажът на конвенционални отоплителни котли, които не покриват тези изисквания. Така кондензните котли, които традиционно предлагат много по-висока ефективност, ще се превърнат в основно решение за отопление в рамките на ЕС.

В настоящата статия ще ви представим някои от особеностите на кондензните котли и възможностите за енергоспестяване, които предлагат.

Същност на кондензните котли
Кондензните котли са водоподгреватели, които работят на газ или друго гориво (нафта, отработено масло и др.), и са предназначени за отопление или за комбинирано отопление с производство на битова гореща вода (БГВ).

Те постигат изключително висока ефективност (обикновено над 90%) в сравнение с конвенционалните котли благодарение на възможностите за утилизация на отпадната топлина от димните газове и водната пара, получени при изгаряне на горивото, за предварително подгряване на водата.

Водната пара се кондензира и се отвежда от съоръжението чрез специална дренажна система. Сред предимствата на кондензните котли са високата им надеждност, лесна инсталация и поддръжка и по-висока ефективност от конвенционалните решения при всякакви експлоатационни условия. Те позволяват както стенен, така и свободностоящ монтаж.

Устройство и принцип на работа
При конвенционалните котли с рекуперация на топлинна енергия горещите газове, отделени при горивния процес, се отвеждат към топлообменник, където голяма част от топлината им се предава на подгряваната вода. Един от тези газове е водна пара, която се получава при изгаряне на водородсъдържими съставки на горивото.

Кондензната технология е базирана на извличане на допълнителна латентна топлина от водната пара чрез кондензирането й. По този начин ефективността на съоръжението типично се повишава с 10 до 15%, като при съвременните решения ефективността достига над 100%.

Ефективността на кондензната технология варира в зависимост от температурата на рециркулираната вода, която се връща към котела, като винаги по-голяма или равна на тази на конвенционален котел.
Кондензните котли най-общо се състоят от горивна камера, първичен (за изгорелите газове) и вторичен (за водната пара) топлообменник и дренажна система за отвеждане на получения кондензат.

Той е с леко кисел характер (3-5 pH), така че за високотемпературните зони на кондензните системи най-често се използват неръждаема стомана и алуминиеви сплави. Подобно на конвенционалните, и кондензните котли биват едно- или двуконтурни, като в зависимост от типа на инсталацията се нуждаят от бойлер със серпентина или подгряват водата проточно.

Възможности за енергоспестяване
С цел максимална ефективност и минимално заемане на пространство в дома или обекта, който отоплява, кондензният котел трябва да бъде правилно оразмерен, като се подбере минималният възможен размер за желаната мощност. С кондензни котли може да бъде осигурено както локално, така и централизирано отопление на различни по големина и типове обекти.

Основният потенциал за енергоспестяване при кондензните котли е свързан със системата за утилизация на отпадъчната топлина от горещите изгорели газове. Типично те са с температура около 200 °C, като при конвенционалните отоплителни котли тези газове се изхвърлят директно в атмосферата.

Така близо 35% от топлинната енергия, произведена от уреда, се губи напълно. Благодарение на кондензната технология тази енергия се рекуперира в системата, допълнително повишавайки базовата ефективност.

Газови кондензни котли
Газовите кондензни котли са сред най-разпространените съвременни решения за отопление, базирани на кондензна технология, поради високата ефективност, която предлагат. Сред предимствата на газовите уреди са лесната им експлоатация, достъпното и на сравнително ниска цена гориво, възможностите за приложение в битови, търговски и промишлени помещения с различен отоплителен обем и др.

Благодарение на ползите от кондензната технология разходите за отопление са значително по-ниски в сравнение с други отоплителни решения, като основен плюс на газовите котли е по-високата им екологосъобразност, породена от по-високата ефективност и работа и съответно - по-малкото количество изхвърлени в атмосферата вредни газове, сажди и фини прахови частици.

Газовите кондензни котли могат да работят в режим отопление
или режим комбинирано отопление и производство на БГВ в едноконтурно или двуконтурно изпълнение, като позволяват както проточно подгряване на вода, така и работа с бойлер.

Основен критерий за избор на газови кондензни системи за отопление на битови, търговски и индустриални обекти е тяхната ефективност, достигаща над 100%. Технологията позволява висока гъвкавост за различни приложения и възможност за разширение на отоплителните инсталации със соларни колектори, термопомпи, резервоари за съхранение на гореща вода и др.

Съвременните решения на пазара се предлагат с усъвършенствана автоматика - автоматични системи за запалване, термостати, електронни контролни системи, дисплеи за визуализация и лесна конфигурация на работните параметри, системи за модулация на мощността, тиха работа, безопасност при експлоатация и др.

Как работят газовите кондензни котли?
При газовите кондензни котли водата в системата се загрява от топлината, получена при изгаряне на горивото, в случая - природен газ, както и при конвенционалните газови котли. Изгорелите газове при традиционните системи обикновено се насочват към комина и се извеждат от сградата, като така се допускат съществени загуби на топлинна енергия, която се съдържа в тях.

Кондензната технология утилизира и тази отпадъчна топлина, допълнително повишавайки ефективността на системата с около 15%. Извлечената топлина от водните пари, съдържащи се в отработените газове, се подава обратно към системата за допълнително затопляне на водата. Така за постигане на дадена отоплителна мощност на практика е необходимо по-малко гориво, което прави газовите кондензни котли по-икономично и ефективно решение.

Кондензацията е процес, обратен на кипенето и изпарението, при който се освобождава топлинна енергия (екзотермичен процес). Водната пара се кондензира при дадена температура (обикновено по-ниска от 56 °C).

За да се постигне кондензация на парата в котела, тя се охлажда в специален вторичен топлообменник, който абсорбира освободената топлина и я използва за предварително подгряване на водата в системата. Загрятата вода се отвежда към първичния топлообменник, където температурата й допълнително се повишава от топлината, отделена при горивния процес. Полученият кондензат е отпадъчен за системата продукт.

Отвеждане на кондензата и отработените газове
Системата за отвеждане на кондензата извън системата при кондензните котли най-често се състои от дълга тръба (изработена от полимер или друг материал с висока корозионна устойчивост), осигурена с клапан, който да попречи на водната пара да навлезе в помещението през тръбата. Системата типично е базирана на гравитачно оттичане на течността. Съществуват и инсталации, в които движението на кондензата към дренажната система се обезпечава от малка помпа.

Кондензатът се събира в специален контейнер (отново устойчив на корозия) и се отвежда в канализационната система. При някои инсталации в контейнера се добавят т. нар. неутрализатори - например гранули варовик (или друга субстанция с алкален характер), които повишават pH баланса на кондензата до нормални нива.

Температурата на отработените газове на изхода на системата при кондензните котли (35-40 °C) типично е доста по-ниска в сравнение с конвенционалните котли (където температурата им достига над 200 °C). Ето защо естествените физични принципи на въздухообмен трябва да бъдат подпомогнати от механична вентилация, за да бъдат изведени газовете извън помещението/сградата.

Предимство на по-ниските температури е възможността в битовите вентилационни инсталации към кондензните бойлери да се използват полимерни тръби без изолация за извеждане на отработените газове. Изборът на полимерни системи пред метални тръби е препоръчителен и поради корозивния характер на изходните продукти.

Ефективност на кондензните котли
Директивата за екодизайн за топлоизточници и водоподгреватели въвежда нови изисквания за ефективност на отоплителните системи, в частност отоплителните котли и водоподгревателите за БГВ, които са в сила от 26 септември тази година.

Изискванията се прилагат за нафтови и газови котли, термопомпи, комбинирани топлоизточници и топлоакумулиращи резервоари (бойлери и буферни съдове). Документът предвижда и маркиране чрез енергийни етикети на топлоизточниците до 70 кВт и водоподгреватели и топлоакумулиращи резервоари до 500 литра.

Съгласно директивата “кондензационен котел” означава отоплителен котел или комбиниран котел за отопление и БГВ, в който при нормални работни условия и при дадени работни температури на водата, водната пара в продуктите на горенето частично кондензира, за да се използва латентната топлина на кондензация на водната пара за отоплителни цели. Новостите са свързани с

въвеждането на минимални изисквания за сезонна енергийна ефективност
при отопление, енергийна ефективност при подгряването на вода, нива на шума и емисии на азотни окиси. На практика много нискоефективни конвенционални отоплителни технологии вече няма да могат да отговарят на изискванията за ефективност, като инсталацията им е забранена след влизането в сила на новите изисквания.

В сравнение с конвенционалните отоплителни котли, при които ефективността достига 70-80%, кондензните котли постигат ефективност над 100% дори в уреди с компактни размери, подходящи за монтаж и в съвсем малки жилищни и търговски обекти. Това ги превръща в основно решение, отговарящо на новите изисквания за сезонна ефективност при отопление в директивата за екодизайн.

Ефективността на кондензните котли зависи пряко от ефективността на топлообмена и утилизацията на отпадната топлина, които са свързани с размера и мощността на котела и с ефективността на топлообменните апарати в системата. Ето защо дизайнът и оразмеряването на инсталацията са от съществено значение.

Стратегии за контрол и повишаване на ефективността
Една от широко разпространените стратегии за повишаване ефективността на отоплителните и комбинираните системи за отопление и БГВ е чрез интегрирането на технология за термоуправление (регулатор на температурата) или комбинирането й със съоръжение с възобновяем източник на енергия, например със соларна инсталация.

Вместо с радиатори, много инсталации, базирани на кондензни котли, се свързват с конвектори и топлоакумулиращи резервоари за вода, които повишават ефективността на системата.

Съвременните кондензни системи разполагат с електронни контролни системи и усъвършенствани възможности за регулиране на температурата и управление на работата на съоръжението. От контролната система и правилната й настройка и експлоатация често зависи дали кондензният котел ще постигне

изчислената от производителя максимална ефективност
или ще работи като обикновен отоплителен котел. Критично условие за това е поддържането на уреда в кондензен режим, чрез който се оползотворява пълният потенциал на освободената топлинна енергия в системата. Чрез терморегулатора е необходимо температурата на повърхността на топлообменника да се поддържа под точката на оросяване на отработените газове (водните пари).

Ако температурата на рециркулираната в системата вода (която веднъж е загрята и е отдала топлината си) е достатъчно ниска, тя ще охлажда топлообменника и парата ще се кондензира, освобождавайки допълнителната латентна топлина. Ето защо всяка стратегия за понижаване на температурата на рециркулираната вода повишава ефективността на съоръжението.

Една от най-важните технологии за повишаване на ефективността на кондензните котли е модулацията на мощността. Високоефективните съвременни уреди на пазара разполагат с широк модулационен диапазон на мощността (от порядъка на 10-100%), който позволява прецизно да се регулира отоплението спрямо потребностите и натоварването. Така през преходните сезони уредът може да работи с минимална мощност, пестейки средства.