Kondensācijas gāzes katls: darbības specifika, plusi un mīnusi + atšķirība no klasiskajiem modeļiem

Kondensācijas tipa siltuma ģeneratoru pārdevēji apgalvo, ka mums piedāvātās inovatīvās iekārtas lietderības koeficients pārsniedz 100%. Taču piekrītiet, tas nedaudz ir pretrunā enerģijas nezūdamības likumam, kas pazīstams mums visiem no fizikas skolas kursa. Tad kāds ir noslēpums?

No vienas puses, šādi apgalvojumi ir mārketinga speciālistu triks. Tomēr no otras – viņu pircēju pārliecinošajos apliecinājumos ir arī patiesības grauds. Mēs detalizēti apskatīsim, kā ir iekārtots kondensācijas katls: priekšrocības un trūkumi, tā darbības specifika un konstrukcija ir pelnījuši rūpīgu izpēti.

Lai iegūtu pilnvērtīgu priekšstatu par kondensācijas tipa iekārtām, salīdzināsim to ar klasisko siltumenerģijas ģeneratora veidu. Norādīsim tā pieslēguma un ekspluatācijas īpatnības. Atklāsim ārkārtīgi augstās veiktspējas noslēpumus.

Kondensācijas gāzes katls

Kondensācijas gāzes siltuma ģeneratora augsto lietderības koeficientu nodrošina papildu siltummainis tā konstrukcijā. Pirmā visiem apkures katliem standarta siltummaiņa mezgls nodod siltumnesējam sadedzinātās degvielas enerģiju. Otrais tam pievieno vēl arī siltumu no izplūdes gāzu rekuperācijas.

Kondensācijas katli darbojas ar «zilo degvielu»:

• maģistrālā (gāzu maisījumi ar metāna pārsvaru);
• gāzes tvertnes vai balonu (propāna un butāna maisījumi ar pirmās vai otrās sastāvdaļas pārsvaru).

Ir atļauts izmantot jebkuru gāzes variantu. Galvenais, lai deglis būtu paredzēts darbam ar vienu vai otru degvielas veidu.

Kondensācijas gāzes katli ir dārgāki nekā parastie konvekcijas modeļi, bet tie uzvar tos degvielas izmaksu ziņā, pateicoties gāzes patēriņa samazinājumam par 20–30%

Vislabāko efektivitāti kondensācijas siltuma ģenerators uzrāda, sadedzinot metānu. Propāna-butāna maisījums šeit nedaudz atpaliek. Turklāt, jo lielāka propāna daļa, jo labāk.

Šajā ziņā «ziemas» gāze gāzes tvertnei dod nedaudz lielāku lietderības koeficientu nekā «vasaras», jo propāna komponente pirmajā gadījumā ir augstāka.

Atšķirībā no kondensācijas gāzes katla, konvekcijas katlā daļa siltumenerģijas aiziet dūmvadā kopā ar sadegšanas produktiem. Tāpēc klasisko konstrukciju lietderības koeficients ir ap 90%. To pacelt augstāk ir iespējams, bet tehniski pārāk sarežģīti.

Ekonomiski tas nav pamatots. Bet kondensācijas katlos siltums, kas iegūts, sadedzinot gāzi, tiek izmantots racionālāk un pilnīgāk, jo no tvaika pārstrādes izdalītais siltums tiek uzkrāts un nodots apkures sistēmai. Tādējādi papildus tiek uzsildīts siltumnesējs, kas ļauj samazināt degvielas patēriņu uz iegūto 1 kW siltuma.

Ierīces uzbūve un darbības princips

Pēc konstrukcijas kondensācijas katls daudzējādā ziņā ir līdzīgs konvekcijas analogam ar slēgtu degšanas kameru. Tikai iekšpusē tas ir papildināts ar sekundāro siltummaini un rekuperācijas bloku.

Galvenās kondensācijas siltuma ģeneratora ierīces īpatnības – otrā siltummaiņa un slēgtas sadegšanas kameras ar ventilatoru klātbūtne

Kondensācijas gāzes katls sastāv no:

• slēgta tipa degšanas kameras ar modulējamu degli;
• primārā siltummaiņa Nr.1;
• izplūdes gāzu dzesēšanas kameras līdz +56–57 ⁰C (rasas punkta);
• sekundārā kondensācijas siltummaiņa Nr.2;
• dūmvada;
• gaisa padeves ventilatora;
• kondensāta tvertnes un tā novadīšanas sistēmas.

Aplūkojamā iekārta gandrīz vienmēr ir aprīkota ar iebūvētu cirkulācijas sūkni siltumnesējam. Parastais variants ar dabisku ūdens plūsmu apkures caurulēs šeit ir maz piemērojams. Ja sūknis komplektā nav, tad tas obligāti jāparedz, sagatavojot katla cauruļvadu projektu.

Papildu lietderības koeficienta procenti kondensācijas katlam rodas, uzsildot atgaitas plūsmu, dzesējot izplūdes gāzes dūmvadā.

Kondensācijas katli tiek pārdoti kā vienkontūra un divkontūra, kā arī grīdas un sienas izpildījumā. Šajā ziņā tie neatšķiras no klasiskajiem konvekcijas modeļiem.

Kondensācijas gāzes katla darbības princips ir šāds:

1. Galveno siltumu uzsildāmais ūdens iegūst siltummainī Nr.1 no gāzes sadedzināšanas.
2. Pēc tam siltumnesējs iet pa apkures kontūru, atdziest un nonāk uz sekundārā siltummaiņa bloka.
3. Degšanas produktu kondensācijas rezultātā siltummainī Nr.2 atdzisušais ūdens tiek uzsildīts ar rekuperēto siltumu (ietaupot līdz 30% degvielas) un atkal nonāk uz Nr.1 jaunā cirkulācijas ciklā.

Lai precīzi kontrolētu izplūdes gāzu temperatūru, kondensācijas katli vienmēr ir aprīkoti ar modulējamu degli ar jaudas diapazonu no 20 līdz 100% un gaisa padeves ventilatoru.

Ekspluatācijas nianses: kondensāts un dūmvads

Konvekcijas katlā dabasgāzes degšanas produkti CO₂, slāpekļa oksīdi un tvaiks tiek atdzesēti tikai līdz 140–160 ⁰C. Ja tos atdzesē zemāk, tad dūmvadā kritīsies vilkme, sāks veidoties agresīvs kondensāts un nodzisīs deglis.

Šādu situācijas attīstību visi ražotāji klasiskajiem gāzes siltuma ģeneratoriem cenšas izvairīties, lai maksimāli paaugstinātu darba drošību, kā arī pagarinātu sava aprīkojuma kalpošanas laiku.

Kondensācijas katlā gāzu temperatūra dūmvadā svārstās ap 40 ⁰C. No vienas puses tas samazina prasības attiecībā uz dūmvada caurules materiāla karstumizturību, bet no otras puses uzliek ierobežojumus tā izvēlei attiecībā uz izturību pret skābju iedarbību.

No gāzes katla izplūdes gāzes, atdziestot, veido agresīvu augsta skābuma kondensātu, kas viegli saēd pat tēraudu.

Siltummaiņi kondensācijas siltuma ģeneratoros tiek izgatavoti no:

• nerūsējošā tērauda;
• silumīna (alumīnija ar silīciju).

Abi šie materiāli piemīt paaugstinātas skābju izturības īpašības. Čuguns un parastais tērauds kondensācijas katliem nemaz neder.

Dūmvada cauruli kondensācijas katlam drīkst uzstādīt tikai no nerūsējošā tērauda vai skābju izturīgas plastmasas. Ķieģeļu, dzelzs un citi dūmvadi šādai iekārtai neder.

Rekuperācijas laikā sekundārajā siltummainī veidojas kondensāts, kas ir vājš skābs šķīdums un ir jāizvada no ūdenssildīšanas ierīces.

Kondensācijas katlam ar jaudu 35–40 kW rodas aptuveni 4–6 litri kondensāta. Vienkāršoti tas ir aptuveni 0,14–0,15 litri uz 1 kW siltumenerģijas.

Faktiski tā ir vāja skābe, kuru ir aizliegts izliet autonomajā kanalizācijā, jo tā iznīcinās atkritumu pārstrādē iesaistītās baktērijas. Un pirms novadīšanas centralizētajā sistēmā ieteicams to vispirms atšķaidīt ar ūdeni proporcijā līdz 25:1. Pēc tam to var novadīt, nebaidoties sabojāt cauruli.

Ja katls tiek uzstādīts kotedžā ar septiķi vai lokālo attīrīšanas iekārtu, tad kondensāts vispirms ir jāneitralizē. Pretējā gadījumā tas nogalinās visu mikrofloru autonomajā attīrīšanas sistēmā.

«Neitralizators» tiek izgatavots kā tvertne ar marmora skaidām, kuru kopējā masa ir 20–40 kg. Izejot cauri marmoram, kondensāta no katla pH paaugstinās. Šķidrums kļūst neitrāls vai zemsārmains, vairs nebīstams baktērijām septiķī un paša nostādinātāja materiālam. Šādā neitralizatorā pildviela jāmaina reizi 4–6 mēnešos.

No kurienes lietderības koeficients pārsniedz 100%?

Norādot gāzes katla darba efektivitāti, ražotāji par pamatu ņem gāzes zemākā sadegšanas siltuma vērtību, neņemot vērā siltumu, kas rodas ūdens tvaika kondensācijas laikā. Konvekcijas siltuma ģeneratorā pēdējais kopā ar aptuveni 10% siltumenerģijas pilnībā nonāk dūmvada caurulē, tāpēc to neņem vērā.

Tomēr, ja saskaita kondensācijas sekundāro siltumu un galveno siltumu no sadedzinātās dabasgāzes, iegūst vairāk nekā 100% lietderības koeficienta. Nekādas krāpniecības, tikai neliela viltība skaitļos.

Aprēķinot lietderības koeficientu pēc augstākā sadegšanas siltuma, konvekcijas katlam tas būs ap 83–85%, bet kondensācijas katlam – aptuveni 95–97%.

Būtībā «nepareizs» lietderības koeficients virs 100% rodas, jo siltuma ģenerēšanas iekārtu ražotājiem ir vēlme salīdzināt salīdzināmus rādītājus.

Vienkārši konvekcijas ierīcē ūdens tvaiks netiek ņemts vērā, bet kondensācijas ierīcē tas ir jāņem vērā. No tā izriet nelielas atšķirības no pamata fizikas loģikas, ko māca skolā.

Kondensācijas sildītāja plusi un mīnusi

Starp kondensācijas katla priekšrocībām ir:

1. Kaitīgo izmešu apjoma samazināšana par 60–70% (lielākā daļa ogļskābās gāzes un slāpekļa oksīdu nonāk kondensātā).
2. Salīdzinājumā ar konvekcijas modeļiem ietaupījums līdz 30% gāzes degvielas uz saražoto 1 kW.
3. Mazāki gāzes apkures iekārtu izmēri pie vienādas jaudas.
4. Zema sadegšanas produktu temperatūra skurstenī (tikai apmēram 40 ⁰C).
5. Iespēja uzstādīt vairāku katlu kaskādi.
6. Daudzpusība (piemērots gan apkures radiatoriem, gan «siltajām grīdām»).
7. Viedās automātikas klātbūtne un pilnīga gāzes siltuma ģeneratora darba autonomija bez cilvēka iejaukšanās.

Divu–trīs siltuma ģeneratoru kaskādes sistēma ļauj uzstādīt mazas jaudas katlus, kas darbības laikā trokšņo un vibrē mazāk nekā jaudīgāki modeļi.

Tas vienkāršo visas apkures sistēmas montāžu un ļauj samazināt mājas katlumājas izmērus. Plus pateicoties iespējai elastīgāk regulēt siltuma ražošanas procesu, paaugstinās siltuma ģenerēšanas iekārtu izmantošanas kopējā efektivitāte.

Izdevumi par kondensācijas katlu salīdzinājumā ar parasto konvekcijas katlu atpērkas 5–6 gadu laikā, pateicoties ietaupījumam uz dabasgāzi.

No kondensācijas siltuma ģeneratoru mīnusiem jāmin:

1. Augsta iekārtu cena (1,5–2 reizes augstāka nekā līdzīgas jaudas klasiskā konvekcijas tipa modeļiem).
2. Problēmas ar kondensāta utilizāciju.
3. Efektivitātes samazināšanās, izmantojot katlu augstas temperatūras apkures sistēmās.
4. Enerģijas atkarība – ventilatoram, automātikai un cirkulācijas sūknim darbam nepieciešama elektrība.
5. Aizliegums izmantot ar antifriziem.

Neskatoties uz ievērojamiem sākotnējiem izdevumiem, kondensācijas katls ir pilnībā pamatots no ekonomiskā viedokļa. Ekspluatācijas laikā tas ar uzviju atdod visu sākotnēji iztērēto naudu.

Krievijā šāda veida iekārtas vēl ir maz izplatītas. Gāzes katls ar rekuperāciju ir pārāk neparasts un maz pētīts mūsu tirgū. Taču interese par šādiem siltuma ģeneratoriem pakāpeniski pieaug.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Kā darbojas kondensācijas siltuma ģenerators:

Gāzes katlu ar ūdens tvaika rekuperāciju uzbūve:

Visas kondensācijas katlu priekšrocības:

Ja rūpīgi izpēta, kā un pēc kādiem principiem darbojas gāzes kondensācijas katls, tad no pirmā acu uzmetiena «nepareizie» 108–110% lietderības koeficients kļūst pilnīgi saprotami un pamatoti skaitļi.

Siltuma ģenerators ar izplūdes gāzu rekuperāciju patiešām ir efektīvāks salīdzinājumā ar klasisko konstrukciju. Vienīgais tā nopietnais trūkums ir kondensāts ar augstu skābumu, kas ir jāutilizē kaut kur.

Lūdzu, rakstiet komentārus zemāk esošajā bloka formā. Iespējams, ka jums ir informācija, kas var papildināt rakstā izklāstīto zināšanu krājumu. Uzdodiet jautājumus, dalieties ar savu personīgo pieredzi kondensācijas tipa katlu izvēlē un ekspluatācijā, ievietojiet fotoattēlus par raksta tēmu.