Теория конденсации: как конденсационные котлы повышают эффективность

Независимо от того, используются ли они для отопления дома, снабжения здания университета горячей водой или обогрева газона на футбольном поле, конденсационные газовые котлы являются наиболее эффективным способом нагрева воды в водяной системе отопления. Несмотря на то, что они распространены и используются ежедневно, большинство людей не уверены в основных принципах и компонентах этих систем. Имея это в виду, ниже приводится обзор того, как работают высокоэффективные конденсационные газовые котлы: основы сжигания, значение высокой эффективности с точки зрения работы котла и типы компонентов в конденсационном газовом котле.

Основы горения
Горение — это экзотермическая реакция (то есть выделение тепла), которая происходит, когда вы быстро смешиваете воздух и топливо в правильном соотношении. Воздух, смешанный с углеводородами, такими как природный газ, нефть и пропан, производит тепло, углекислый газ и водяной пар. Их обычно называют продуктами сгорания, и они составляют дымовые газы, которые выходят из котла через дымоход или дымоход.

Что такое высокоэффективная конденсация газовый котел?
Котлы использовались в системах водяного отопления в течение сотен лет для создания и перемещения горячей воды по трубам и доставки тепла. Эти системы отличаются от печей тем, что они пропускают через себя воду, а не воздух. Примерно 25 лет назад домашние отопительные котлы были изделиями со средним КПД (80-85%) с температурой дымовых газов обычно около 350°F. В высокоэффективном котле температура дымовых газов обычно составляет около 135 ° F, и может быть достигнут КПД 95% или выше. Эта разница в температуре дымовых газов – это то, где высокоэффективные котлы получают часть своей дополнительной эффективности; извлечение большего количества тепла от сгорания из дымовых газов и передача его в гидравлическую систему. На самом деле, эти продукты настолько эффективны и вытягивают из дымовых газов столько тепла, что водяной пар в этих газах фактически охлаждается и конденсируется, переходя из парообразного состояния в жидкое. Отсюда и название конденсационный газовый котел.

Другим аспектом, способствующим высокой эффективности конденсационных газовых котлов, является то, что вентилятор воздуха для горения может полностью регулировать свою скорость по сравнению с одноступенчатым, полностью включенным или выключенным устройством, используемым в типичных котлах средней эффективности. Эта модуляция означает, что воздуходувка может регулировать свою скорость в соответствии с различной производительностью, необходимой в осенние и весенние месяцы. Таким образом, скорость подачи котла может лучше соответствовать потребности системы отопления. Считайте свой обычный котел средней эффективности автомобилем, у которого только две скорости: полная или выключенная. Напротив, высокоэффективный конденсационный газовый котел с полностью модулирующей воздуходувкой ebm-papst может работать на полной мощности, в выключенном состоянии или на любой промежуточной скорости. В результате получается более эффективный котел, отвечающий потребностям системы, даже когда не требуется полная подводимая теплота.

Читайте также:
Как солить рыбу

Компоненты высокоэффективного конденсационного газового котла
Теперь, когда мы понимаем процесс сгорания и основные понятия высокоэффективного конденсационного газового котла, давайте взглянем на компоненты, из которых состоит котельная система.

Котельная 750px

Теплообменник: Обычно изготавливается из нержавеющей стали или алюминия, именно здесь тепло от процесса сгорания передается воде, а затем перемещается через гидравлическую систему.

Нагнетатель газа с премиксом: Подает предварительно смешанный воздух и топливо в горелку, где происходит горение.

NRV118 350px


Смеситель Вентури:
Канал, по которому проходит воздух для горения и создает отрицательное давление на газовом клапане, позволяя газу течь и смешиваться с воздухом в нагнетателе.

Газовый клапан: Реагирует на сигнал давления от трубки Вентури и регулирует подачу газообразного топлива в систему. Он также действует как защитное отключение; перекрыть подачу топлива, если котел не работает.

Система сбора конденсата (не показана): Эта система надежно собирает образующийся в теплообменнике конденсат и выводит его из системы.

Управление котлом (не показано): Электронный модуль, контролирующий пределы безопасности и общую работу конденсационного газового котла.

Эти системы работают вместе в балансе, чтобы контролировать процесс сгорания и подачу тепла в гидравлическую систему. Сердцем системы является нагнетатель газа с предварительным смешиванием, который постоянно модулирует и регулирует параметры в соответствии с потребностями применения. В следующий раз, когда вы захотите модернизировать или заменить существующий котел, вы теперь понимаете основные принципы, лежащие в основе этих устройств, и можете сделать инженерный выбор в пользу котла с ebm-papst внутри.

Как увеличить КПД бытового конденсационного котла?

Для максимальной эффективности вашего бытовой конденсационный котел очень просто, понизить температуру подачи.

Это не означает, что он выделяет меньше энергии в целом для обогрева помещения, а скорее может использовать меньше газа для выделения того же количества энергии. Вы можете делать это вручную каждый день, в зависимости от того, насколько холодно снаружи, но гораздо проще использовать компенсирующие элементы управления, которые автоматически регулируют температуру потока для вас.

Но как это на самом деле повышает эффективность?

Основной причиной повышения эффективности является дополнительная энергия от извлечения «скрытой теплоты» за счет использования «состояния» или «фазового перехода». Если вы хотите знать, как именно это работает и как извлечь из этого выгоду, вот наука.

Читайте также:
Как сделать пеллеты в домашних условиях? Заводская цена Самодельный гранулятор для самостоятельного изготовления гранул

(Обратите внимание, что это написано для газовых котлов, но те же принципы применимы и для жидкотопливных)

Прежде всего, вы должны понимать основы физики горения.

CH4 +2O2 = CO2 + 2H2O + ТЕПЛО

(Обратите внимание, что требуется источник воспламенения)

Природный газ + 2 кислорода дают 1 углекислый газ, две молекулы воды (обычно водяной пар) и тепло.

Таким образом, в самой чистой форме единственными побочными продуктами будут CO2, H20O и тепло. Однако, если горючей смеси не хватает кислорода, мы рискуем получить очень высокое содержание CO (моноксида углерода), который, как понимает большинство из нас, является опасным и нежелательным побочным продуктом. Чтобы предотвратить это, котлы обычно добавляют избыток воздуха в смесь для горения, чтобы обеспечить более безопасное горение (см. График стехиометрического горения ниже).

стехиометрический график горения

Это приводит к разбавлению наших POC (продуктов сгорания), h20O и CO2, но делает процесс горения более безопасным.

На графике ниже вы можете увидеть разбавление CO2, создаваемое избытком воздуха. Воздух состоит из 20.9 % O2, 78 % азота и около 1 % других газов. Поскольку воздух на 1/5 состоит из кислорода, котел должен будет добавить в горение в 4 раза больше других ненужных газов (в основном азота), чтобы получить относительно небольшое количество избыточного O2. Таким образом, CO2 в процентах от общего количества продуктов сгорания резко снижается.

график стехиометрического соотношения воздух/топливо

Далее мы должны понимать изменение состояния или фазы.

Каждый раз, когда H20O меняет фазу с твердой на жидкую или газообразную, она либо поглощает, либо выделяет так называемое «скрытое тепло». Значения варьируются в зависимости от источника и других условий, таких как давление воздуха, но обычно при атмосферном давлении применяется следующее;

  • Плавление: поглощает 330,000 XNUMX Дж/кг скрытого тепла.
  • Испарение: поглощает 2,500,000 XNUMX XNUMX Дж/кг скрытой теплоты.
  • Сублимация: поглощает 2,830,000 XNUMX XNUMX Дж/кг скрытого тепла.
  • Замораживание: выделяет 330,000 XNUMX Дж/кг скрытой теплоты.
  • Осаждение: выделяет 2,830,000 XNUMX XNUMX Дж/кг скрытой теплоты.
  • Конденсация: высвобождает 2,500,000 XNUMX XNUMX Дж/кг скрыто при

Теоретический максимум составляет 690 Вт энергии на каждый литр образующегося конденсата.

Теперь, если мы можем создать конденсацию в теплообменнике котла, это означает, что будет поглощено много потенциальной энергии.

Читайте также:
Деревянные коронки и сверла

Также стоит отметить, на фактической основе, что это не «свободная» энергия, это была энергия, которая была внутри газа, но не трансформировалась в тепло в процессе горения. По сути, это была энергия, которая выходила из дымохода в виде водяного пара. Заставить этот пар конденсироваться до того, как он покинет котел, — это наш способ вернуть эту скрытую энергию в виде тепла.

Итак, как мы можем максимизировать конденсацию?

Конденсация происходит, когда влажный воздух соприкасается с более холодной поверхностью. Максимальная температура поверхности до прекращения конденсации известна как точка росы или точка насыщения и зависит от двух переменных: давления и влажности. Поскольку разница давлений внутри наших теплообменников незначительна, единственной проблемой является влажность.

Поскольку мы знаем, что наши основные POC — это CO2 и H20O, а их концентрация зависит только от горючей смеси избыточного воздуха и нашего источника газового топлива, измеряя один, мы получим указание на другой. Другими словами, чем выше содержание CO2, тем выше H2O или влажность.

Чем выше эта влажность/CO2, тем выше температура, при которой может произойти конденсация, как показано здесь.

схема конденсационного котла

В идеале температура обратки должна быть как можно ниже и ниже этой точки росы. Если мы также сможем снизить температуру потока ниже этой точки, у нас будет максимальная площадь поверхности внутри теплообменника, возможная для конденсации.

Однако, есть оговорка! Когда происходит конденсация, влажность падает, что, в свою очередь, снижает нашу точку росы (мы хотим, чтобы она была как можно выше, чтобы извлекать больше скрытого тепла) и замедляет или останавливает процесс конденсации. Итак, если, например, у нас есть очень длинный теплообменник, точка росы 55°C, а температура теплообменника по всему периметру равна 54°C, вы можете предположить, что мы могли бы в конечном итоге сконденсировать весь пар в воду, если бы теплообменник был достаточно длинным. На самом деле, как только влажность немного упадет, точка росы уменьшится, и конденсация теоретически прекратится на оставшуюся часть теплообмена, поскольку воздух больше не «насыщен» H20O. Следовательно, она ниже относительной точки насыщения.

Читайте также:
Сделай сам - Quincy Compressor

По этой причине нам необходимо ориентироваться на как можно более низкую температуру обратного потока, чтобы максимизировать эффект конденсации, а не температуру подачи. Способ, которым мы достигаем этого, заключается в использовании насосов с модуляцией ERP для поддержания хорошей широкой дельты T 20 поперек потока и возврата в котел. Другими словами, хорошая медленная скорость потока, чтобы возврат был как можно более прохладным.

И, конечно же, использование компенсационных регуляторов попытается запустить систему при как можно более низкой общей температуре. Это гарантирует, что мы получим температуру обратки намного ниже точки росы, а не «чуть ниже», и извлечем максимальное количество скрытого тепла. Чем ниже точка росы, тем больше происходит конденсации, поглощается скрытая теплота и тем больше сберегается энергия.

Следующая диаграмма, опять же от Viessmann, показывает это.

Вы можете видеть здесь, что обе системы имеют среднюю (среднюю) температуру 45 ° C, что означает, что их выход в комнату одинаков. Но более низкая отдача «значительно улучшает эффект конденсации».

На самом деле, исследование, проведенное по заказу Viessmann и независимо проведенное Университетом Салфорда, недавно показало, что подключение котла к системе управления погодной компенсацией снизит потребление энергии на 15% при температуре наружного воздуха 3°C и на 31% при температуре 8°C. на открытом воздухе и на 45% при температуре наружного воздуха 12°C из-за более низкой рабочей температуры системы при более высокой температуре наружного воздуха. Подробности этого исследования трудно найти, но разумный вывод будет заключаться в том, что более крупные радиаторы будут иметь аналогичный эффект. Примечательно, что общая экономия по этому исследованию составила всего 15% за счет производства горячей воды.

Есть много других причин, по которым низкие температуры повышают эффективность, например, чем больше разница между температурой пламени и теплообменом, тем эффективнее теплопередача, медленнее скорость коррозии и более щадящие компоненты системы отопления / более длительный срок службы системы. Чтобы максимизировать поглощение этого в противном случае теряемого впустую тепла и другие описанные преимущества, усовершенствованное управление с компенсацией погодных условий обеспечит минимально возможные температуры потока.

Читайте также:
Калькулятор кирпича - оценка кирпича и раствора - калькулятор дюймов

Что мы можем сделать, чтобы понизить температуру потока?

Радиаторы обычно рассчитаны на потери тепла в вашей комнате (насколько хорошо она изолирована) и размер комнаты. Это дает необходимое количество кВт.

Традиционно вы должны выбрать радиатор, который будет давать такую ​​мощность с температурой подачи 80 градусов и температурой обратки 60 градусов (средняя температура 70°С). Этот старый устаревший метод все еще используется сегодня, эти температуры даже не конденсируются.

Если вместо этого вы удвоите размер вашего радиатора, он сможет давать ту же мощность при гораздо более низкой средней температуре, или, что еще лучше, установите самый большой радиатор из всех — напольное отопление.

Еще один способ добиться этого — увеличить теплоизоляцию. Делая это, вы эффективно увеличиваете размер вашего радиатора, но также уменьшаете количество требуемых киловатт, что дает более ощутимую экономию.

Насколько это повышает эффективность? Сколько газа может сэкономить конденсация?

Большинство достойных инженеров-газовиков скажут вам, что потребление газа измеряется и указывается двумя способами: нетто и брутто. Полная энергия определяется как полное количество энергии газа, тогда как чистая энергия представляет собой количество энергии, захваченной прибором. Причина этого в том, что старые приборы без конденсации не способны улавливать конденсат, так как это может привести к коррозии. Чтобы рассчитать, сетевые инженеры обычно делят общий ввод на 2, предполагая, что 1.11% энергии тратится впустую. (Максимальный прирост при использовании мазута 11%)

Мы не предполагаем, что возврат всех этих 11% возможен, однако, как вы можете видеть ниже в этом руководстве Vaillant, работа котла при подаче 50°C и возврате 30°C дала увеличение мощности котла на 8.5% по сравнению с работой при 80/60. . Вы найдете это не только в руководствах Valliant, но и во всех руководствах по современным конденсационным котлам.

При работе систем компенсации погодных условий температура подачи обычно ниже 50 °C, поэтому в теплые месяцы нетрудно предвидеть увеличение до 10%.

температура обратной воды в зависимости от эффективности конденсационных котлов

Как видно из этого графика, все сводится к получению низких температур для максимальной конденсации и эффективности. Ясно, что температура обратки 4°C маловероятна, но температура обратки 15°C не исключена при понижении температуры в ночное время с компенсацией погодных условий.

Читайте также:
10 типов сверл и как их выбрать

Но это не все

Если мы также добавим эффективность сокращения количества циклов и все другие преимущества низкотемпературных систем, наша эффективность может быть еще выше! (Если не работает при температуре обратки 4oC) Пожалуйста, прочтите нашу статью о преимуществах низкотемпературных систем, чтобы узнать, сколько энергии может реально сэкономить работающая низкотемпературная система.

Что такое конденсационный котел и как он работает?

Найти подходящий котел может быть проблемой. Как узнать, какой конденсационный котел лучше для дома? Чтобы немного облегчить вам задачу, мы создали это полезное руководство, в котором объясняется, какие типы котлов наиболее энергоэффективны на современном рынке.

Эффективное отопление наших домов – это то, к чему мы все должны стремиться. Конденсационные котлы, в частности, предназначены для максимально эффективного обогрева вашего дома и воды. В настоящее время не только требуется (с 2005 г.), чтобы каждый недавно установленный газовый котел был конденсационным, но он также должен иметь рейтинг эффективности «А».

Итак, что такое конденсационный котел и чем он отличается от других вариантов? Это руководство проведет вас через весь процесс и объяснит, почему они очень экологичны для вашего дома и окружающей среды.

Что такое конденсационный котел?

Конденсационный котел работает на газе или жидком топливе и был разработан для повышения энергоэффективности. Это делается путем преобразования конденсации водяного пара в тепло; они могут восстановить часть потерянного тепла из отработанных газов. Единственная разница между конденсационным котлом и котлом без конденсации заключается в количестве полезного тепла, которое он производит; плюс тот факт, что они могут достичь энергоэффективности более 90%.

Как работает конденсационный котел?

Ваш котел будет использовать газ или нефть в качестве топлива, и он начнет гореть, когда зажжется. При этом он вводит тепло от горелки в первичный теплообменник. Горячий воздух проходит через теплообменник и удерживается здесь как можно дольше для повышения температуры. Затем он отведет это тепло к вашим радиаторам.

Тепло также проходит через вторичную зону конденсации, которой нет у других типов котлов. При этом теплый воздух конденсируется, вызывая образование капель или водяного пара, которые затем собираются и удаляются для утилизации через канализацию. Это одно из основных преимуществ конденсационного котла, поскольку ни один другой котел не имеет такого КПД.

Читайте также:
Выбор правильного сверла - Руководства по покупке DirectIndustry

Конденсационные котлы предназначены для рекуперации большего количества тепла, прежде чем оно будет потеряно. В более старом котле вы, вероятно, могли бы ожидать тепла, выходящего из дымохода, более 200 градусов по Цельсию. С более новым конденсационным котлом она значительно снизилась примерно до 55 градусов по Цельсию. Конденсационные котлы отлично подходят для повторного использования этого тепла для повышения температуры возвращаемой холодной воды.

Итак, как я узнаю, что мой котел конденсируется?

Если в настоящее время в вашем доме установлен котел и вы не совсем уверены, является ли он конденсационным котлом или нет, есть несколько вещей, которые вы можете проверить в вашей текущей системе или в руководстве по эксплуатации вашего котла.

  • Когда он был установлен? Если ваш котел был установлен в вашем доме после апреля 2005 года, действующие в это время правила будут означать, что ваш котел будет конденсационным. Все котлы, изготовленные после этого времени, являются конденсационными.
  • Проверьте дымоход. Если ваш котел имеет металлический дымоход для избыточных газов, то ваш котел, вероятно, будет без конденсации. Конденсационные дымоходы обычно проходят через внешнюю стену или крышу.
  • Паровая и водосточная труба. Если вы видите пар, выходящий из дымохода через внешнюю стену (или крышу), а также если у вас есть белая пластиковая труба, ведущая к сливу, это, безусловно, конденсационный котел.

Если у вас в настоящее время нет конденсационного котла или вашей текущей системе более 10 лет, вы можете рассмотреть возможность ее модернизации. Замена вашей системы более новой, высокоэффективной моделью обеспечит вам гораздо большую безопасность. Таким образом, вы можете быть уверены, что ваш котел будет бесперебойно работать в холодную зиму.

Получите от нас фиксированную цену, посетив наш онлайн-инструмент поиска котла. Найдите котлы, подходящие для вашего дома, это займет всего 2 минуты.

Нужен ли конденсационному котлу слив?

Короче говоря, да. На самом деле для всех современных конденсационных котлов необходимо иметь слив, чтобы ваш котел мог утилизировать отработанный конденсат. Он также будет соединяться с внешним дымоходом, выпуская отработанный газ в виде пара.

Читайте также:
Как настроить гриль для лучшего шашлыка, кебаба и якитори

В чем разница между комбинированным котлом и конденсационным котлом?
Существует три основных типа котлов, которые могут быть конденсационными:

Важно знать, что все производимые сегодня комбинированные котлы также являются конденсационными котлами, но не все конденсационные котлы могут быть комбинированными котлами.

«Комби» — сокращение от «комбинированный» — этот тип котла сочетает в себе отопление и горячее водоснабжение, поэтому отдельный бойлер или бак больше не нужен. Они подходят для небольших домов с одной или двумя ванными комнатами, их удобно и быстро устанавливать. Комбинированные котлы, производимые в наши дни, также будут конденсационными котлами, поэтому они будут намного более энергоэффективными.

Есть также некоторые различия при рассмотрении конденсационного котла и неконденсирующего котла или вашего стандартного котла (или котла «только для нагрева», если мы собираемся использовать разные термины).

  • С конденсационным котлом вы получаете вторичный конденсационный теплообменник, что делает его намного более эффективным, чем ваш стандартный котел.
  • Стандартные котлы имеют такие же первичные теплообменники, но они не так эффективны.
  • Теплообменники конденсационных котлов лучше спроектированы с точки зрения эффективности.
  • Стандартный котел выделяет дымовые газы через дымоход в атмосферу при высокой температуре более 200 градусов, где в конденсационном котле она значительно снижается.

Подводимая теплота примерно одинакова и составляет от 250 до 350 градусов, но конденсационный котел работает гораздо более эффективно по сравнению с другими типами.

На какую температуру должен быть установлен конденсационный котел?

Если конденсационный котел настроен на неправильную температуру, он не будет таким эффективным, как мог бы быть. Весь смысл конденсационного котла заключается в обеспечении экономии энергии и тепла, поэтому необходимо убедиться, что он имеет идеальную температуру.

Ключевая температура для вашего центрального отопления должна быть около 70°C, а температура горячей воды должна быть около 60°C.

В чем преимущества конденсационного котла?

Конденсационный котел обладает целым рядом преимуществ по сравнению со старыми котлами. Как мы уже подробно упоминали, уровень энергоэффективности выше 90%, так что это сразу же бросается в глаза как огромное преимущество. Вот еще несколько причин, по которым вам подойдет конденсационный котел:

    – ваши счета за электроэнергию будут ниже за счет экономии и повторного использования энергии и тепла.
  • Беспроводное программирование — ваш термостат может управляться по беспроводной сети для простоты использования. Они могут автоматически определять температуру воздуха и при необходимости изменять отопление.
  • Экономия места – котел можно легко спрятать, и он не займет много места.
  • Уменьшите углеродный след — опять же, коэффициент эффективности 90% сократит ваш углеродный след.
Читайте также:
16 красивых овальных и круглых детских кроваток (ДЛЯ УНИКАЛЬНОГО ДЕКОРА ДЕТСКОЙ)

Безопасны и надежны ли конденсационные котлы?

Чтобы гарантировать, что люди инвестируют в лучший конденсационный котел для своих домов, они прошли обширные проверки безопасности, чтобы убедиться, что они подходят для работы. Конденсационные котлы более безопасны для вашего дома, так как они герметизированы для теплоизоляции; нет риска, что что-то засосет в сам котел. Также нет риска, что вы или член вашей семьи соприкоснетесь с какими-либо токсичными веществами или газами, так как все безопасно утилизируется через внешний дымоход и дренажную систему.

Миф о конденсационных котлах заключается в том, что они могут быть не такими надежными, как другие типы котлов – это, конечно же, неправда. Все комплектующие в наши дни так же надежны, как и стандартные котлы, а может быть, и даже больше. Они также полностью эффективны в любое время работы.

Что такое конденсационный котел? Умный и энергоэффективный способ обогрева дома и воды.

Поскольку каждый вновь установленный котел является конденсационным, это более чем стоит вложений, если вы все еще живете со старой установкой. Мы подробно рассказали о том, насколько эффективным он может быть не только для вашего дома, но и для окружающей среды. Преимущества, безусловно, обширны!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: