Конденсационные газовые котлы
от Компании Global Navien

Инновации и технологические достижения Navien сделали это снова. Конденсационные котлы Navien выводят показатели производительности и эффективности на высочайший уровень. Пока конкуренты пытаются догнать, изобретательность/мастерство Navien лишь увеличивает свое преимущество.

Конденсационные теплообменники Navien из нержавеющей стали рекуперируют дополнительное тепло, которое было бы потеряно в неконденсационных котлах. Результатом этого является снижение энергопотребления, снижение выбросов CO2 и температуры уходящих газов. Низкая температура уходящих газов позволяет использовать менее дорогие материалы для дымоходов, например ПВХ.

Конденсационные котлы Navien чрезвычайно эффективны и, будучи экологически чистыми, они обеспечивают дополнительную экономию топлива, по сравнению с традиционным котлами такой же мощности. Высокая эффективность (КПД) обеспечивается при работе на всех температурных режимах системы отопления.

Основные преимущества конденсационных котлов:
- Высокий диапазон модуляции 1:16;
- Наилучшие показатели по расходу газа;
- Теплообменники выполнены из нержавеющей стали;
- Повышенный КПД – до 107,6%;
- Низкий уровень шума и эмиссии NOx;
- Низкая температура отходящих газов, что дает возможность использовать пластиковые дымоходы;
- Полностью адаптированы для России;
- Эксплуатация при низком давлении газа;
- Идеально подходит для системы ОВ любого типа;
- Компактность и легкость монтажа и обслуживания;
- Возможность автономной работы и использования в каскадных установках.

Конденсация водяного пара, который образуется при сжигании газа в котле

Здесь под конденсацией понимается конденсация водяного пара, который образуется при сжигании газа в котле.

Настенные конденсационные газовые котлы в качестве топлива используют природный газ "Метан - СН₄" (G20) или сжиженный газ "Пропан - С₃H₈" (G31).

При горении газа в основном образуется углекислый газ (СО₂), водяной пар (Н₂О), небольшой объем окислов азота (NOx) и углерода (CO), неокислившийся азот (N₂) и недогоревший кислород (O₂), а также выделяется большое количество тепла (Q).

Пример горения метана:
СН₄ + О₂ = СО₂ + 2Н₂О + Q↑
При сжигании одного кубического метра природного газа образуется примерно 8 ÷ 12 кВт тепла.

Большую часть этого тепла мы передаем теплоносителю. Это, как правило, присутствующая в теплообменнике котла вода; а часть тепла выбрасывается в атмосферу с уходящими газами. Какое-то количество тепла уходящих газов содержится в объеме водяного пара, который входит в состав продуктов сгорания (т.н. "скрытая" теплота). Это тепло мы можем извлечь и передать теплоносителю при определенной соответствующей конструкции теплообменника котла и организации соответствующего режима работы котла. Режимы работы мы рассмотрим разделе "Способы повышения КПД".

Конденсация водяного пара — это процесс перехода из газообразного состояния в жидкое, при этом этот процесс идет при постоянной температуре (температура точки росы), но с отведением тепла.
Соответственно, нам необходимо снижать температуру уходящих газов до "температуры точки росы" и далее отводить тепло конденсации водяных паров, получая при этом "скрытую" теплоту.
Количество "скрытой" теплоты, которую мы можем получить, зависит от режима работы котла (раздел "Способы повышения КПД").

КПД - коэффициент полезного действия

КПД - коэффициент полезного действия. КПД характеризует эффективность работы котла:
- эффективность использования топлива и качество сжигания топлива;
- эффективность конструкторских решений в котле, качество процесса теплообмена.

Иными словами, КПД оценивает величину потерь тепла в котле.
Задача Navien, как производителя передового оборудования, организовать производство оборудования, соответствующего всем современным требованиям, и обеспечить квалифицированную поддержку своих партнеров, предоставляя рекомендации по наиболее эффективному использованию котлов.

ƞ - КПД котла. КПД котла равен отношению полезноиспользованной теплоты к теплоте сгорания сожжённого топлива.

B - расход газа, нм³/ч
Qᵣ - расчётная калорийность топлива, кВт·ч/нм³
q₁ - полезноиспользованное тепло, %, q₂ - q₆ - потери теплоты, выраженные в %.
q₂ - потеря теплоты с уходящими газами, %

Основные факторы, на которые мы можем влиять для повышения эффективности установки — это используемая калорийность топлива и потеря тепла с уходящими газами.

Калорийность газа — количество тепловой энергии, которая выделяется при его полном сгорании, она в свою очередь имеет две характеристики: низшую и высшую удельную теплоту сгорания.

Низшая теплота сгорания — количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в присутствии кислорода, при этом все продукты сгорания находятся в газообразном состоянии (Метан - 9,28 кВт·ч/нм³).

Высшая теплота сгорания — количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в присутствии кислорода, при этом все продукты сгорания находятся в газообразном состоянии, за исключением водяных паров, которые конденсируются в жидкость (Метан - 10,30 кВт·ч/нм³).

Величину потери тепла с уходящими газами, имеющую наибольшее значение, можно снижать, прежде всего снижая температуру уходящих газов (но это требует увеличения поверхностей нагрева*).

*Navien в своих конденсационных котлах использует инновационные теплообменники с развитой поверхностью нагрева из нержавеющей стали.

Выводы. Снижение температуры уходящих газов приводит к конденсации водяных паров в продуктах сгорания. Тем самым мы используем высшую теплоту сгорания топлива; все эти факторы приводят к повышению КПД котла и уменьшению расхода топлива.

Основной фактор повышения КПД установки - снижение температуры уходящих газов

Температура уходящих газов прямо пропорционально зависит от температуры подачи котла и, как правило, на 10 °С ниже температуры подачи котла.

Температура конденсации водяных паров ("температура точки росы") продуктов сгорания для природного газа составляет примерно 55-60 °С.

Таким образом, наша задача — обеспечить оптимальный режим работы котла:
- температура уходящих газов ниже "температуры точки росы";
- температура подачи оптимальная/допустимо низкая для текущего режима отопления.

Важно понимать, что температуру подачи котла можно менять в зависимости от требуемой мощности в текущих погодных условиях (температура наружного воздуха). Температура подачи котла не привязана к выбранному проектному режиму системы отопления: 80/60 °С, 50/30 °С и пр.

Мероприятия для повышения КПД котла и его работы в конденсационном режиме:
- Работа котла с низкотемпературными системами отопления;
- Температура подачи котла не выше 75 °С;
- Использование погодозависимого регулирования на котле.

Наша основная задача — это достижение наивысшего уровня годовой эффективности использования топлива (AFUE).

Работа котла в режиме конденсации на примере отопительного графика для Москвы и Московской области

Для установления экономичного режима работы теплофикационного оборудования, выбора наивыгоднейших параметров теплоносителя, а также для других плановых и технико-экономических исследований, необходимо знать длительность работы системы теплоснабжения при различных режимах в течение года. Для этой цели строятся графики продолжительности тепловой нагрузки (графики Россандера).

Для построения графика Россандера потребуются данные о длительности периодов с различными температурами в расчетном городе, от них зависит длительность работы системы теплоснабжения с различными нагрузками — число часов за отопительный период с данной среднесуточной температурой наружного воздуха.

Под температурным графиком понимают график, который показывает необходимый режим температуры воды в системе теплоснабжения зависимо от уровня температуры наружного воздуха.

Минимальная расчетная температура наружного воздуха (холодная пятидневка): -28 °С.
Средние температуры наружного воздуха (в отопительный период) по месяцам: Октябрь +4,3 °С, Ноябрь -1,9 °С, Декабрь - 7,3 °С, Январь -10,2 °С, Февраль -9,2 °С, Март -4,2 °С, Апрель +4,4 °С.

Продолжительность отопительного периода в часах - 5514 часов.
В отопительный период работа системы происходит переменной нагрузкой (температурой подачи). Для города Москвы выбираем температурный график системы отопления 80/60 °С.

Температура подачи котла выше 70 °С нам потребуется в случае если температура наружного воздуха будет ниже -18 °С.
Продолжительность такого периода составляет 360 часов в год.
Таком образом, котел будет работать в режиме конденсации 5154 часов (93% отопительного периода).

Наша основная задача — это достижение наивысшего уровня годовой эффективности использования топлива (AFUE).

Особенности использования конденсационных котлов - отведение конденсата, дополнительные требования к эксплуатации

Отведение конденсата.
Как мы писали ранее, при правильной эксплуатации конденсационного котла в уходящих газах всегда образуется конденсат. Это необходимо учитывать при проектировании отопительных установок с конденсационными котлами: системы удаления продуктов сгорания и отведения конденсата.

Котлы Navien оснащены сифоном для сбора конденсата в котле и отведением его от котла. Далее необходимо грамотно организовать удаление конденсата в канализацию.

При сливе конденсата из котла соблюдайте все местные требования и предписания.

Характеристика конденсата.
Продукты сгорания газа в основном состоят из углекислого газа и водяных паров, поэтому при конденсации водяных паров конденсат имеет водородный показатель (pH), соответствующий кислотному раствору.
Конденсат газового конденсационного котла — это слабокислая среда с показателем pH от 5,3 до 3,8.

При одновременном сливе конденсата газовых котлов и бытовых сточных вод они нейтрализуют друг друга, т.к. бытовые сточные воды имеют щелочную реакцию из-за массового применения моющих средств.
Требования для слива конденсата в городскую канализацию регламентируют нормы Германии DWA-A 251 "Конденсат из конденсационных котлов":
- допускается постоянно сливать в городскую канализацию конденсат от газовых конденсационных котлов мощностью до 200 кВт, при этом канализационные трубы должны быть из соответствующих материалов;
- для установок мощностью выше 200 кВт сливать конденсат в городскую систему канализации разрешается только после нейтрализации.

ВНИМАНИЕ! Если дом оборудован септиком или локальной очистной станцией, обязательно требуется нейтрализация конденсата.

Рекомендованные материалы для канализационных труб без нейтрализации конденсата: керамические трубы, трубы из твердого ПВХ, трубы из ПВХ, трубы из ПНД, трубы из ПП.

Удаление продуктов сгорания из конденсационных котлов - требования к системе и особенности эксплуатации

Удаление продуктов сгорания из конденсационных котлов.
Низкая температура и высокая влажность уходящих газов конденсационных котлов делает невозможным использование обычных дымовых труб, работающих за счет естественной тяги. Удаление продуктов сгорания из конденсационных котлов должно осуществляться под давлением, за счет вентилятора.

В котлах Navien эту функцию выполняет вентилятор горелки.

Удаление продуктов сгорания из конденсационного котла должно быть выполнено с учетом следующих рекомендаций:
- Дымоход должен быть устойчив к конденсату (кислота, коррозия);
- Дымоход обязательно должен быть герметичен по всей своей длине;
- Он должен обеспечивать свободный слив конденсата в котел;
- Котел должен быть оборудован сифоном, для слива конденсата в канализацию;
- В нижней точке общего дымохода каскадной установки следует устанавливать штуцер для сбора и отвода конденсата;
- Предусмотреть защиту от обледенения участков дымохода, находящихся снаружи.

Специалисты компании Navien оказывают всестороннюю поддержку для проектирования правильной системы удаления продуктов сгорания.

На сегодня конденсационные котлы - самый экономичный и экологичный вид котлов

Основное преимущество конденсационных газовых котлов — это существенная экономия газа до 15%! Установка данного типа теплогенератора, за счет уменьшения расхода газа, позволит уменьшить затраты на отопление в долгосрочной перспективе.
Кроме всего прочего, котлы стабильно работают даже при недостаточном давлении газа в сети, имеют глубокую модуляцию (автоматическое изменение мощности котла) 1:16.

Высочайший уровень энергоэффективности
Конденсационные котлы Navien сертифицированы Energy Star и обеспечивают AUEF 95,0%.
* AUEF (Annual Fuel Utilization Efficiency) - Годовая эффективность использования топлива, это показатель тепловой эффективности печей и котлов для обогрева помещений.
Эти чрезвычайно эффективные и экологичные агрегаты обеспечивают дополнительную экономию энергии по сравнению с традиционным напольным котлом

Конденсационные теплообменники котлов Navien из нержавеющей стали возвращают в систему отопления "скрытую теплоту", которая теряется в неконденсационных котлах.
Результатом является снижение энергопотребления, значительно меньшие выбросы CO₂ и низкие температуры уходящих газов, что позволяет использовать менее дорогие материалы для дымоходов, например ПВХ..