Cazanul cu gaz în condensare: specificul funcționării, avantaje și dezavantaje + diferențe față de modelele clasice

Vânzătorii generatoarelor termice de tip condensare afirmă că randamentul echipamentelor inovatoare propuse nouă depășește 100%. Dar admiteți, aceasta contrazice ușor legea conservării energiei, cunoscută nouă tuturor din cursul școlar de fizică. Deci care este enigma?

Pe de o parte, astfel de declarații sunt un truc al marketerilor. Pe de altă parte, în asigurările lor care conving cumpărătorul există și un sâmbure de adevăr. Vom analiza în detaliu cum este construit cazanul în condensare: avantajele și dezavantajele, specificul funcționării și construcției merită o studiere aprofundată.

Pentru a obține o imagine completă asupra tipului de echipament cu condensare, să-l comparăm cu tipul clasic de generator de energie termică. Vom prezenta particularitățile conectării și exploatării acestuia. Vom dezvălui secretele performanței ultra-înalte.

Cazanul pe gaz în condensare

Randamentul ridicat al generatorului termic pe gaz cu condensare este asigurat de prezența în construcția sa a unui schimbător de căldură suplimentar. Primul modul de schimb de căldură, standard pentru toate cazanele de încălzire, transferă purtătorului de căldură energia combustibilului ars. Al doilea adaugă la aceasta și căldura de recuperare a gazelor de eșapament.

Cazanele cu condensare funcționează pe «combustibil albastru»:

• din rețea (amestecuri de gaze cu predominanța metanului);
• din rezervor de gaz sau butelii (amestecuri de propan cu butan cu predominanța fie a primului, fie a celui de-al doilea component).

Este permisă utilizarea oricărei variante de gaz. Principalul este ca arzătorul să fie proiectat pentru a funcționa cu unul sau alt tip de combustibil.

Cazanele pe gaz cu condensare sunt mai scumpe decât modelele obișnuite de convecție, dar le depășesc la costurile de combustibil datorită reducerii consumului de gaz cu 20–30%

Cea mai bună eficiență o arată generatorul termic cu condensare la arderea metanului. Amestecul propan-butan cedează puțin aici. Cu cât este mai mare proporția de propan, cu atât mai bine.

În această privință, gazul de «iarnă» pentru rezervorul de gaz produce un randament puțin mai mare la ieșire decât gazul de «vară», deoarece componenta de propan în primul caz este mai mare.

Spre deosebire de cazanul pe gaz cu condensare, în cel de convecție o parte din energia termică se pierde prin coșul de fum împreună cu produsele de ardere. De aceea, la construcțiile clasice, randamentul se situează în jurul valorii de 90%. Se poate crește mai mult, dar tehnic este prea complicat.

Din punct de vedere economic, acest lucru nu se justifică. În schimb, la cazanele de condensare, căldura obținută prin arderea gazului este utilizată mai rațional și complet, deoarece căldura degajată în timpul procesării aburului este acumulată și transmisă sistemului de încălzire. Astfel, agentul termic se încălzește suplimentar, ceea ce permite reducerea consumului de combustibil per 1 kW de căldură obținut.

Structura și principiul de funcționare

Din punct de vedere constructiv, cazanul de condensare seamănă în mare măsură cu omologul său prin convecție cu cameră de ardere închisă. Doar că în interior este completat cu un schimbător de căldură secundar și un bloc de recuperare.

Principalele particularități ale dispozitivului generatorului termic de condensare – prezența celui de-al doilea schimbător de căldură și a camerei de ardere închise cu ventilator.

Cazanul de condensare pe gaz este alcătuit din:

• cameră de ardere de tip închis cu arzător modulabil;
• schimbător de căldură primar nr. 1;
• cameră de răcire a gazelor de eșapament până la +56–57 ⁰C (punctul de rouă);
• schimbător de căldură secundar de condensare nr. 2;
• coș de fum;
• ventilator de alimentare cu aer;
• rezervor pentru condens și sistem de evacuare a acestuia.

Echipamentul în cauză este aproape întotdeauna dotat cu o pompă de circulație încorporată pentru agentul termic. Varianta obișnuită cu flux natural de apă prin țevile de încălzire este puțin aplicabilă aici. Dacă pompa nu este inclusă, atunci aceasta trebuie neapărat prevăzută la pregătirea proiectului de legare a cazanului.

Procentele suplimentare de randament ale cazanului de condensare se formează ca urmare a încălzirii returului prin răcirea gazelor de eșapament în coșul de fum.

Cazanele de condensare disponibile pe piață sunt cu un singur circuit și cu două circuite, precum și în versiune de podea și de perete. În această privință, ele nu prezintă diferențe față de modelele clasice de convecție.

Principiul de funcționare al cazanului de condensare pe gaz este următorul:

1. Apa încălzită primește căldura principală în schimbătorul de căldură nr. 1 de la arderea gazului.
2. Apoi, agentul termic trece prin circuitul de încălzire, se răcește și ajunge la blocul secundar de schimb de căldură.
3. Ca urmare a condensării produselor de ardere în schimbătorul de căldură nr. 2, apa răcită este încălzită prin căldura recuperată (economisind până la 30% din combustibil) și se întoarce la nr. 1 într-un nou ciclu de circulație.

Pentru a controla cu precizie temperatura gazelor arse, cazanele de condensare sunt întotdeauna echipate cu un arzător modulabil cu o gamă de putere de la 20 la 100% și un ventilator de alimentare cu aer.

Nuanțe de exploatare: condensul și coșul de fum

Într-un cazan de convecție, produsele de ardere ale gazului natural CO₂, oxizii de azot și aburul sunt răcite doar până la 140–160 ⁰C. Dacă le răcim mai mult, atunci în coșul de fum va scădea tirajul, va începe să se formeze condens agresiv și arzătorul se va stinge.

Toți producătorii de generatoare termice clasice pe gaz încearcă să evite o astfel de evoluție a situației, pentru a spori la maximum siguranța în funcționare și a prelungi durata de viață a echipamentului lor.

În cazanul cu condensare, temperatura gazelor din coș variază în jurul valorii de 40 ⁰C. Pe de o parte, aceasta reduce cerințele privind rezistența la căldură a materialului conductei de fum, dar pe de altă parte impune restricții asupra alegerii acestuia în ceea ce privește rezistența la acizi.

Gazele arse din cazanul pe gaz, la răcire, formează un condens agresiv cu aciditate ridicată, care corodează cu ușurință chiar și oțelul.

Schimbătoarele de căldură din generatoarele termice cu condensare se fabrică din:

• oțel inoxidabil;
• silumin (aluminiu cu siliciu).

Ambele materiale au caracteristici de rezistență sporită la acizi. Fierul turnat și oțelul obișnuit nu sunt deloc potrivite pentru generatoarele cu condensare.

Conducta de fum pentru cazanul cu condensare poate fi instalată exclusiv din oțel inoxidabil sau plastic rezistent la acizi. Coșurile de cărămidă, de fier și altele nu sunt potrivite pentru astfel de echipamente.

La recuperarea căldurii în schimbătorul secundar de căldură se formează condens, care reprezintă o soluție acidă slabă și trebuie eliminat din aparatul de încălzire a apei.

La funcționarea unui cazan cu condensare cu o putere de 35–40 kW, se formează aproximativ 4–6 litri de condens. Simplificat, rezultă aproximativ 0,14–0,15 litri la 1 kW de energie termică.

De fapt, este un acid slab, care este interzis să fie deversat în canalizarea autonomă, deoarece va distruge bacteriile implicate în procesarea deșeurilor. Înainte de a fi deversat în sistemul centralizat, este recomandat să fie mai întâi diluat cu apă într-un raport de până la 25:1. Apoi poate fi eliminat fără teama de a deteriora conducta.

Dacă cazanul este instalat într-o vilă cu fosă septică sau stație de epurare locală, condensul trebuie mai întâi neutralizat. În caz contrar, va distruge toată microflora din sistemul autonom de tratare.

„Neutralizatorul” este realizat sub forma unui recipient cu așchii de marmură cu o masă totală de 20–40 kg. La trecerea prin marmură, pH-ul condensului din cazan crește. Lichidul devine neutru sau slab alcalin, nemaifiind periculos pentru bacteriile din fosa septică și pentru materialul decantorului. Umplutura din acest neutralizator trebuie schimbată o dată la 4–6 luni.

De unde randament peste 100%?

La indicarea eficienței de funcționare a unui cazan pe gaz, producătorii iau ca bază puterea calorică inferioară a gazului, fără a ține cont de căldura generată la condensarea vaporilor de apă. Într-un generator termic prin convecție, acesta din urmă, împreună cu aproximativ 10% din energia termică, este eliminat complet în conducta de fum, de aceea nu este luat în considerare.

Cu toate acestea, dacă adunăm căldura secundară de condensare și cea principală din arderea gazului natural, obținem exact mai mult de 100% eficiență. Nicio fraudă, doar un mic truc în cifre.

La calculul randamentului pe baza puterii calorifice superioare, pentru un cazan de convecție, acesta va fi în jur de 83–85%, iar pentru unul de condensare, în jur de 95–97%.

În esență, coeficientul de eficiență «incorect» de peste 100% apare din dorința producătorilor de echipamente de generare a căldurii de a compara indicatorii comparabili.

Pur și simplu, într-un aparat de convecție, «vaporii de apă» nu sunt deloc luați în calcul, în timp ce într-unul de condensare trebuie să fie luați în considerare. De aici și mici discrepanțe față de logica fizicii de bază predate la școală.

Avantaje și dezavantaje ale încălzitorului cu condensare

Printre avantajele cazanului de condensare se numără:

1. Reducerea cu 60–70% a volumului de emisii nocive (cea mai mare parte a dioxidului de carbon și a oxizilor de azot trec în condensat).
2. În comparație cu modelele de convecție, economii de până la 30% din combustibilul gazos per 1 kW generat.
3. Dimensiuni mai mici ale echipamentului de încălzire pe gaz la aceeași putere.
4. Temperatură scăzută a produselor de ardere în coș (doar aproximativ 40 ⁰C).
5. Posibilitatea instalării unui sistem în cascadă format din mai multe cazane.
6. Versatilitate (se potrivește atât pentru radiatoare de încălzire, cât și pentru «pardoseli încălzite»).
7. Prezența automatizării inteligente și autonomia completă de funcționare a generatorului de căldură pe gaz, fără intervenția umană.

Sistemul în cascadă format din două-trei generatoare de căldură permite instalarea de cazane de putere mică, care fac mai puțin zgomot și vibrează mai puțin în timpul funcționării decât modelele mai puternice.

Acest lucru simplifică montajul întregului sistem de încălzire și permite reducerea dimensiunilor centralei termice casnice. În plus, datorită posibilității de reglare mai flexibilă a procesului de generare a căldurii, crește eficiența generală a utilizării echipamentului de generare a căldurii.

Costurile pentru un cazan de condensare, în comparație cu unul obișnuit de convecție, se recuperează în 5–6 ani datorită economiilor la gazul natural.

Dintre dezavantajele generatoarelor de căldură de condensare, trebuie menționate:

1. Prețul ridicat al echipamentului (de 1,5–2 ori mai mare decât la modelele similare ca putere de tip clasic de convecție).
2. Probleme cu eliminarea condensatului.
3. Scăderea eficienței atunci când se utilizează cazanul în sisteme de încălzire la temperatură înaltă.
4. Dependența de energie electrică – pentru funcționarea ventilatorului, automatizării și pompei de circulație este necesară electricitate.
5. Interzicerea utilizării cu antigel.

În ciuda costurilor inițiale semnificative, cazanul de condensare este pe deplin justificat din punct de vedere economic. În timpul exploatării, acesta recuperează din plin toți banii investiți inițial.

În România, astfel de echipamente sunt încă puțin răspândite. Centrala pe gaz cu recuperare este încă prea neobișnuită și puțin studiată pe piața noastră. Dar interesul pentru astfel de generatoare termice crește treptat.

Concluzii și material video util pe această temă

Cum funcționează generatorul termic cu condensare:

Structura centralelor pe gaz cu recuperare a aburului de apă:

Toate avantajele centralelor cu condensare:

Dacă analizăm cu atenție cum și după ce principii funcționează centrala pe gaz cu condensare, atunci, la prima vedere, cifrele «incorecte» de 108–110% randament devin pe deplin înțelese și justificate.

Generatorul termic cu recuperare a gazelor de evacuare este într-adevăr mai eficient în comparație cu construcția clasică. Singurul său dezavantaj serios este condensul cu aciditate ridicată, care trebuie eliminat undeva.

Vă rugăm să scrieți comentarii în formularul de mai jos. Nu este exclus să dețineți informații care să poată completa setul de date prezentat în articol. Puneți întrebări, împărtășiți propria experiență în alegerea și exploatarea centralelor de tip condensare, postați fotografii pe tema articolului.