Говорят, камин – сердце нашего дома, но в современных условиях жизни, чаще всего оказывается, что те же слова можно сказать и котле, работающем в системе теплоснабжения нашего дома. Очень часто приходиться слышать вопрос: «Что Вы мне порекомендуете?», и сегодня мне бы хотелось остановиться с выбором нашего будущего теплогенератора с сугубо прагматической точки зрения.
На данный момент конъюнктура рынка складывается таким образом, что приоритет в развитии должны получать высокоэффективные теплогенераторы, обладающие высокой надежностью и отличными эксплуатационными характеристиками. Решение задачи - конденсационные котлы.  Для России данный вид оборудования относительно нов, но динамично развивается, ведь именно конечный заказчик эксплуатирует теплогенератор, оплачивает счета за потребленное топливо.
К сожалению, на государственном уровне вопрос использования подобных котлов пока открыт. У нас много говорят об энергоэффективности, снижении затрат при производстве и потреблении  тепла, электроэнергии, но такой очевидный путь обеспечить топливную эффективность как конденсационные котлы в масштабах государства реализуется достаточно редко.

«Так чем же они так хороши?»

Немного из теории:
Как известно, при сгорании природного газа выделяется теплота и образуются новые вещества:
• Двуокись углерода СО2 (около 8% по объему)
• Вода Н2О (примерно 12-16%) и небольшое количество окислов азота NOx и углерода СО
• Неокислившийся азот и непрореагировавший кислород (3-5% по объему)

Таблица 1. Характеристики некоторых видов топлива

Вид топлива	Низшая теплота сгорания (Qнр), кВтч/м3	Высшая теплота сгорания (Qвр), кВтч/м3	Отношение Qвр /Qнр,%	Точка росы продуктов сгорания, ?С	Значение рН конденсата
Природный газ H	10,35	11,46	111,1	55,6	2,8-4,9
Природный газ L	8,83	9,78	111,0	55,1	2,8-4,9
Пропан	25,89	28,12	109,0	51,4	2,8-4,9
Бутан	34,39	37,24	108,3	50,7	2,8-4,9
Жидкое топливо EL	11,90	12,72	106,0	47,0	1,8-3,7

В теплообменнике котла продукты сгорания, охлаждаясь, отдают энергию теплоносителю системы отопления, нагревая его.  При этом они отдают  «явное» тепло, но наряду с явным теплом они содержат т.н. «скрытую теплоту», содержащуюся в водяном паре (см. Табл. 1). В «обычных» котлах это тепло просто теряется в окружающую среду через дымоход. В конденсационных котлах же это тепло благодаря особо развитым теплообменным поверхностям мы можем эффективно использовать для нагрева теплоносителя. Водяной пар, остывая, конденсируется на теплообменнике отдавая свою энергию теплоносителю, это количество теплоты равно 2260 кДж на 1 кг сконденсированного водяного пара. Таким образом, для получения эффекта конденсации в котле необходимо охлаждение продуктов сгорания до точки росы. От чего же она зависит?  А зависит она от состава продуктов сгорания и их влагосодержания. Практическое же значение имеют не эти параметры, с трудом поддающиеся измерению, а содержание двуокиси углерода СО2. Упрощенная диаграмма (см. рис. 1)

Рис. 1. Температура точки росы для различных топлив в зависимости от содержания двуокиси углерода CO2


С содержанием углекислого газа напрямую связана еще одна величина – коэффициент избытка воздуха при работе горелки котла. Таким образом, чем ниже величина избытка воздуха в топливной смеси, тем выше располагается точка росы, а это означает более комфортные условия конденсатообразования. Ведь охлаждение происходит теплоносителем системы отопления, а это означает что чем выше точка росы водяных паров в продуктах сгорания, тем при более высоких температурах теплоносителя будет идти конденсация паров.
Кстати, с этим моментом связано одно из распространенных заблуждений при установке конденсационных котлов, используемых апологетами традиционных моделей, «Конденсационные котлы могут эффективно работать только с низкотемпературными системами отопления». Это не совсем так.
Да, наиболее благоприятные условия работы достигаются при работе с такими системами, когда даже температура подающей магистрали имеет значение ниже точки росы (см. рис. 2), утилизация тепла конденсата в такой установке максимальна. Но при всех преимуществах предоставляемых такими системами решающим фактором становится стоимость данных систем теплоснабжения – она выше сравнению с традиционной радиаторной.



Рис. 2. Москва. Расчетная наружная температура -28?С. Отопительный график 50/40.



Что же смогут дать конденсационные котлы при работе с нашими классическими радиаторами и температурным графиком 80/60 (см. рис. 3). Для примера возьмем Москву с расчетной температурой – 28 ?С.  Даже для большинства традиционных котлов нормой стала автоматика, осуществляющая погодозависимую теплогенерацию с переменной температурой теплоносителя. Конденсационные котлы выигрывают от ее использования гораздо больше традиционных котлов, из-за особенностей устройства и работы их теплообменников, для процесса конденсации приоритетное значение имеет температура обратной магистрали, до тех пор пока температура обратной магистрали имеет температуру на 4-5 ?С ниже точки росы, в котле будет идти процесс конденсатообразования. На графике можно увидеть, что процесс будет прекращаться при температурах на улице ниже – 20 ?С. Конденсация в котле больше не происходит, но КПД все равно выше традиционного, просто сравните температуры уходящих газов (конденсационные – 68-75 ?С, традиционные – ~165 ?С). Таким образом, даже вне конденсационного режима работы обеспечивается КПД на уровне 94-95 %. Интересно, если открыть Пособие к СНиП 23-01-99* «Строительная климатология», суммарная продолжительность стояния уличных  температур ниже -20 ?С составляет всего 70 часов, на фоне общей продолжительности отопительного сезона 5136 часов это составляет 1,36% времени работы. С такой небольшой продолжительностью малым снижением КПД, по сравнению с конденсационным режимом, можно пренебречь. Таким образом, при условии использования погодозависимой автоматики и теплогенерации, мы можем в полном объеме использовать радиаторные системы без существенных ограничений.

Рис. 3. Москва. Расчетная наружная температура -28?С. Отопительный график 80/60.



Что же мы получим от использования конденсационных котлов?

За счет максимально полного использования теплоты топлива данный вид котлов обеспечивает существенное снижение эксплуатационных затрат на топливо, обеспечивая КПД котла по высшей теплотворной способности топлива (Qвр), на уровне 97-98%, в то время как традиционные котлы в тех же условиях могут дать только 78-82% КПД. Указываемый для  традиционных котлов КПД 92-96% означает что используется только низшая теплота сгорания топлива (Qнр), а энергия от возможной конденсации водяных паров просто не учитывается, использовать ее традиционный котел все равно не способен – слишком губителен конденсат для его теплообменника. Верно и обратное, КПД конденсационного котла 109% получен таким же образом, 98% при расчете по Qнр плюс дополнительные 11% от конденсации паров. Таким образом, суммарное преимущество конденсационных котлов составляет до 18 - 20%.

В теплообменнике заложено одно из основных отличий конденсационных котлов перед традиционными – материалы. Всем известно, что конденсат котла – слабый раствор кислот, и материалы котла обязаны обеспечить длительную эксплуатацию теплообменника в таких условиях. Компания Viessmann при производстве данного вида котлов использует максимально устойчивый к низкотемпературной коррозии материал – нержавеющую сталь, притом только высоких марок. Например, для производства теплообменника Inox Radial настенных котлов Vitodens (см. Рис. 5.) используется сталь DIN 1.4571 или ГОСТ 10X17H13M2T толщиной 1,2 мм – уникальные показатели среди всего предлагаемого оборудования. Надежность – один из важнейших критериев при производстве котлов Viessmann.

Конденсат?

И последним фактором вызывающем  настороженность у проектировщиков и потребителей является конденсат котлов. Что с ним делать? К сожалению, российское законодательство ответа не дает, но стоит оглянуться на Европу, где подобные котлы давно распространены и имеется обширный опыт эксплуатации. На данный момент в Европе на установках мощностью до 200 кВт работающих на газообразном топливе разрешается утилизировать конденсат без нейтрализации при условии достаточного смешения с бытовыми сточными водами. Недавно установленные требования МГУП «Мосводоканал» по смешению - это соотношение 1:25, что легко достижимо в бытовом применении отопительного котла на установках до 260 кВт. Но даже при невозможности выполнения этих условий, установка устройства нейтрализации - легко выполнимая и не очень затратная задача.