Мценские инженерные сети. Отопление. Baxi, Vaillant, Navien Орел
Заявка на ремонт котла, монтаж системы отопления, теплых полов и водоснабжения

Принцип работы конденсационной техники

 

На сегодняшний день теплогенераторы основанные на явлении конденсации водяных паров, образующихся при сгорании углеводородов, дали вектор развитию всего отопительного и котельного оборудования разных производителей и стран.

Первая конденсационная техника появилась в Европе еще в прошлом веке. И главным ограничением их для производства был низкий ресурс элементов и узлов агрегата. Чугун и сталь сильно корродировали под влиянием агрессивного конденсата. Современные теплообменники в конденсационных котлах изготавливаются из специальных сплавов, инертных к конденсату и имеющих низкое термическое сопротивление. 

 

Горение


Рассмотрим горение углеводородного топлива на примере метана CH4 в смеси с воздухом (около 21% кислорода О2, 78% азота N и 1% проч.). За счет разрыва молекулярных связей молекулы метана выделяется тепловая энергия. Основными продуктами сгорания являются двуокись углерода CO2 (около 8% по объему) и вода H2O (около 11% по объему). Остальной объем отходящих газов в основном состовляет непрореагировавший кислород.

 

CH4+2O2=CO2+2H2O(в виде пара)

В данном случае нас интересует именно водяной пар, который в больших количествах образуется в ходе реакции. 

В конвективном теплообменнике обычного традиционного горячие продукты сгорания отдают свою теплоту, называемую явной, теплоносителю, нагревая его и охлаждаясь сами (до температуры около 130 градусов).  

Но продукты горения наряду с явной содержат также и скрытую теплоту, которая как раз и содержится в водяном паре. 

И вот перед инженерами встала задача "вытянуть" это тепло, и тем самым повысить КПД котла и снизить показания счетчика. Была разработана целая серия новых теплообменников, разных по конструкции, но имеющих несколько одинаковых параметров, а именно либо намного большая поверхность теплообмена, либо по ходу движения отходящих газов установлен второй теплообменник. Таким образом конденсационный теплообменник сначала забирает явную теплоту, потом по ходу движения еще сильнее охлаждает отходящие газы. Так вот, если охладить водяной пар до определенной температуры (температуры точки росы) то он начнет конденсироваться, "отдавая нам" энергию так называемого фазового перехода.

 Q=LM

При этом для воды L(теплота парообразования)=2260 кДж при атмосферном давлении , что в свою очередь означает что с каждого килограмма воды, выделившимся в процессе сгорания газа, мы получим 2260 кДж тепла, которое пойдет на нагрев теплоносителя. (обратный фазовый переход с выделением тепла, обратный парообразованию).

Условия

В итоге конденсационные котлы не делают ничего иного, как создают условия для выпадения конденсата и дальнейшего использования выделившейся энергии. Этим условием является охлаждение продуктов сгорания ниже точки росы содержащегося в них водяного пара. Температура выпадения конденсата водяных паров зависит от их состава и влагосодержания. 

На практике же имеет значение не содержание влаги в продуктах сгорания, которое с трудом поддается измерению, а непосредственно связанные с ним величины содержания CO2 (в % по объему) в продуктах сгорания и коэффициент избытка воздуха. На рисунке выше представлена зависимость температуры конденсации от вида топлива, процентного содержания CO2 и влажности.

 

С процентным содержанием CO2 напрямую связана величина коэффициента избытка воздуха λ. λ - отношение содержащегося в газовоздушной смеси количества воздуха к теоретически необходимому для полного сгорания газа. 


 Как видно из графика, чем ниже этот коэффициент, тем выше лежит точка начала конденсации, и тем больше возможность для использования высшей теплоты сгорания.

При понижении λ повышается температура конденсации, что в свою очередь означает, что конденсация отходящих газов происходит при более высоких температурах обратной воды.

Из вышесказанного вытекают условия максимального использования скрытой теплоты фазового перехода агрегатом.

1. Система отопления, с которой работает наш теплогенератор, должна работать как можно с более низкими температурами теплоносителя ( особенно важна температура обратной линии).

2. Высокоэффективный теплообменник, способный охладить продукты сгорания ниже точки росы.

3. Конденсационный теплогенератор должен работать с как можно меньшим коэффициентом избытка воздуха λ.

 Все изложенные выше условия осуществляются в современных конденсационных котлах (максимальный КПД на низкотемпературном отоплении), также они имеют высооэффективную вентиляторную горелку с полным предварительным смешением газа и воздуха.

 

Но откуда такой КПД?

Да, КПД больше 100% ставит в тупик любого человека, но, по факту, с конденсационной техникой все достаточно просто. 

Из формулы коэффициента полезного действия, известного со школы

КПД=Аполезная/Азатрач

видим, что коэффициент полезного действия зависит, от всего тепла, получившегося в процессе сгорания газа (затрач) и от тепла, пошедшего на нагрев теплоносителя (полезного тепла). Любое топливо имеет две характеристики количества тепловой энергии, выделяющейся при его полном сгорании - низшую и высшую удельную теплоту сгорания. Низшая теплота сгорания показывает какое количество выделившейся при сгорании топлива энергии можно явно использовать для конвективного теплообмена. Это значение всегда ниже высшей теплоты сгорания, которая в свою очередь показывает полное количество тепла, с учетом скрытой энергии фазового перехода.

Можно назвать это исторической ошибкой, фальсификацией, но традиционный расчет отопительного оборудования производился по низшей теплоте сгорания газа. Отсюда и появились теплогенераторы с КПД нарушающем основные законы физики.

Любое копирование данного текста должно сопровождаться ссылкой на сайт http://отопление-мценск.рф 




Написать нам
Телефон:
+7(486)46-40969
Наш адрес:
г. Мценск, ул. Мира, д.23
Не является публичной офертой
Каталог Строительных Фирм