Преимущества конденсационных котлов Viessmann

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.

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.

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)

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.

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.

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 (Рис. 4.). 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 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.

Оправдано ли экономически применение конденсационных котлов?

При всех преимуществах конденсационных котлов имеется ли экономический стимул их использования в России. Очень часто приходится слышать мнение, что газ в России еще слишком дешев для применения конденсационных котлов, а соответсвенно экономический эффект мы будем получать только на больших сроках эксплуатации, более 10 лет. К сожалению, это не так.
Стоимость природного газа в России хоть и ниже почти в 10 раз, чем в той же Германии, но не так уж он и дешев. Существенную экономию, оправдывающую дополнительные затраты на оборудования, мы можем получать уже на сроках 2-4 года, все зависит от мощности и типов используемых котлов. Давайте рассмотрим несколько примеров:

1. Бюджетный вариант. Частный дом с тепловой нагрузкой 27-30 кВт. Простая радиаторная система отопления. Приготовление ГВС за счет встроенного в котел теплобменника. Системы дымоудаления – проход через стену. Среди рассмотренных моделей оптимальным выбором станет конденсационный котёл Vitodens 100-W .

На первый взгляд катастрофичекая разница в стоимости оборудования – более 27000 рублей. Но давайте оценим эксплутационные затраты. Для данного примера типичная суммарная годовая тепловая (отопление и ГВС) нагрузка составляет ∑Qт=108 МВтч/год.
a. Традиционный котел с расходом топлива 3,53 м3/ч потребляет за год 12350 м3/год, что при нынешних (конец 2011 года) ценах на газ 3,3 р/м3 составляет за год 40770 руб/год.
b. Конденсационный котел в тех же условиях имеет расход 3,1 м3/ч, соответственно потребляет только 10850 м3/год на 35800 руб/год.
c. Кажется немного, всего ~ 5000 руб/год и срок возврата более 5 лет (специфика России срок окупаемости (возврата инвестиций) 5 лет считается большим). Но не забудем о постоянном росте стоимости газа, если проанализировать его стоимость скажем на последние 10 лет, то получается ровный показатель – ежегодный прирост стоимости на уровне 15-17 %. Если заложить его в эксплуатационные затраты, то срок возврата дополнительных вложений существенно измениться в меньшую сторону. Уже через 3,66 года стоимость оборудования совместно с эксплутационными затратами выйдут на один уровень, порядка 278000 руб.

2. Продвинутый вариант. Частный дом с тепловой нагрузкой 35 кВт. Развитая система отопления, несколько контуров. Приготовление ГВС в емкостном водонаргевателе объемом 200 л. Системы дымоудаления – вертикальный дымоход высотой 6 м. Среди рассмотренных моделей оптимальным выбором станет конденсационный котёл Vitodens 200-W с контроллером Vitotronic 200 HO1B. Представителем традиционных котлов будетнапольный чугунный котел с атмосферной горелкой.

Уже на основном оборудовании видно, что считать срок возврата инвестиций бессмысленно – капитальные затраты с конденсационным котлом получилсь ниже. При первоначальном менее выгодном положении (дороже) конденсационный котел смог отыграться за счет дополнительного оборудования.

Но оценим экономические показатели:

a. Суммарная годовая тепловая (отопление и ГВС) нагрузка составляет ∑Qт=122,5 МВтч/год. Традиционный котел с расходом топлива 4,09 м3/ч потребляет за год 14315 м3/год, что при нынешних (конец 2011 года) ценах на газ 3,3 р/м3 составляет за год 47240 руб/год.
b. Конденсационный котел в тех же условиях имеет расход 3,48 м3/ч, соответственно потребляет только 12180 м3/год на 40200 руб/год.
c. При условии роста стоимости на газ обозначенной ранее, через 5 лет суммарная разность стоимости оборудования совместно с эксплутационными затратами, достигнет 100000 руб. На наш взгляд, более
чем весомый стимул к установке Vitodens 200-W.

3. Продвинутый вариант, те же условия что в примере 2, но тепловая нагрузка 60 кВт. Достаточно часто устанавливаемая мощность котла. Развитая система отопления, несколько контуров. Приготовление ГВС в емкостном водонаргевателе объемом 200 л. Системы дымоудаления – вертикальный дымоход высотой 6 м. Среди рассмотренных моделей оптимальным выбором станет Vitodens 200-W с контроллером Vitotronic 200 HO1B. Представителем традиционных котлов будет напольный котел, только по причине требуемой автоматики, чугунный с атмосферной горелкой.

В итоге получается довольно заметная разница в капитальных затратах.

Оценим эксплуатационные:
a. Суммарная годовая тепловая (отопление и ГВС) нагрузка составляет ∑Qт=210 МВтч/год. Традиционный котел с расходом топлива 7,01 м3/ч потребляет за год 24535 м3/год, что при нынешних (конец 2011 года) ценах на газ 3,3 р/м3 составляет за год 103 050 руб/год.

b. Конденсационный котел в тех же условиях имеет расход 5,95 м3/ч, соответственно потребляет только 20825 м3/год на 87 465 руб/год.
c. Разность затрат на топливо двух котлов на первый год эксплуатации составляет 16585 руб/год. Условившись на росте стоимости газа 16%/год, получаем срок возврата инвестиций 3 года, с совокупными затратами 633 000 рублей за 3 года эксплуатации.

На что еще хочется обратить Ваше внимание при применении кондесационных котлов, так это на дымоходы. Благодаря низкой температуре уходящих газов (35 – 70 °С в зависимости от мощности и температурного графика работы), совместно с конденсационными котлами разрешается использовать дымоходы, изготовленные из пластика. Данное обстоятельство сказывается на капитальных затратах при установке нового котла – пластиковый дымоход значительно дешевле, это может стать немаловажным фактором при модернизации котельной. Если мы производим замену оборудования (старый котел на новый) и имеет кирпичный канал дымохода. Подключать в него современный неконденсационный котел крайне не рекомендуется. Низкие рабочие температуры, постоянно «мокрая» эксплуатация, температурные колебания довольно быстро разрушат кладку. Возможные решения: либо установка нового коррозионностойкого и газоплотного дымохода, либо использование полимерных вкладышей
для существующего. Оба варианта относительно дороги. При условии установки конденсационного котла проблема остается, но решение гораздо дешевле, будем производить гильзование пластиком, стоимость данного решения будет на порядок ниже вариантов с нержавеющей трубой или полимерами. Само собой разумеется, данные дымоходы имеют все необходимые сертификаты и разрешения, позволяющие эксплуатацию совместно с котлами Viessmann, что ни коем образом не нарушает действующее российское законодательство.

Заключение.

В России рынок отопительного оборудования на традиоцинном топливе (углеводороды) находится на этапе бурного развития. Постоянно растущая стоимость энергоносителей заставляет задумываться потребителя об эксплуатационных затратах при установке теплогенератора. И на данный момент, конденсационные котлы незаслуженно обделены внимаением, данный вид оборудования – один из способов снизить затраты на топливо. А высокая степень автоматизации котлов позволяет создать легко регулируемую, комфортную и экономичную систему теплоснабжения нашего дома.