Сегодня существует два типа конструкции газовых котлов: конвекционный и конденсационный. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, оба типа конструкции пользуются широким спросом и выпускаются в виде все более современных моделей. Внешне они никак не отличимы, да и конструкция различается лишь несколькими инженерными решениями.
Чтобы комплексно разобраться во всех нюансах финансовой выгоды, простоты монтажа и удобства эксплуатации, важно не только взвесить все достоинства и недостатки каждого из типов, но и разобраться в их принципе работы, произвести экономические расчеты, чем мы и займемся в данной статье.
Коэффициент полезного действия (КПД) котлов – что, как и почему
Производители газового отопительного оборудования указывают разные значения коэффициента полезного действия (КПД) своей продукции, причем, нередко этот параметр превышает 100% что невозможно из-за закона сохранения энергии. Чтобы правильно ориентироваться в этих данных, необходимо заглянуть в историю и проследить путь от первобытного костра к современному газовому котлу. Сначала люди жгли костры в пещерах, леса вокруг было много, поэтому никому даже в голову не приходило оценивать КПД такого способа обогрева. Через время кто-то заметил, что костер, разведенный в сложенном из камней очаге греет лучше, чем горящий прямо на полу пещеры.
Постепенно первые неказистые очаги уступили место каменным и глинобитным печам, которые топили «по-черному». Они были чуть ли не порядок эффективней обычного костра, хотя и создавали угрозу жизни благодаря образованию в помещении зон, наполненных угарным и углекислым газом. Шло время, на смену черным печам пришли серые и белые, то есть дым которых, так или иначе, отводился через дымоход, а не маленькое окошко-душник. Через какое-то время на смену этим, некогда идеальным по своей эффективности печам пришли конструкции, оснащенные дополнительными отопительными щитками, КПД которых был заметно выше.
Котлы пришли на смену печам, но, не потому что они эффективней расходовали топливо, а из-за своей компактности и возможности от одного прибора обогреть много комнат. При этом каждое новое поколение или новый тип котла обладал большей эффективностью, чем предыдущий. Сначала котлы топили дровами и углем, но такие конструкции сложно автоматизировать из-за чрезмерного увеличения стоимости, а цена горючего для жидкотопливных аппаратов не позволяет им конкурировать с устройствами других типов.
Газовые отопительные и водогрейные котлы появились на свет в начале XX века, а их технические характеристики оставляли желать лучшего и, тому было много причин – от неэффективного сжигания газа, до невозможности извлечь из пламени больше половины тепловой энергии. Но, товар требовалось продать, а значит, нужно было убедить потенциальных покупателей в том, что именно эта продукция, в данном случае газовые котлы, заметно превосходит аналоги других типов по каким-то параметрам.
Первым отличием была возможность автоматической регулировки температуры, но, по мере наполнения рынка новым моделям приходилось конкурировать не только с твердотопливными, то есть угольными или дровяными, но и газовыми аналогами. И вот тут маркетологи придумали хороший рекламный ход – они стали сравнивать «эффективность» одних котлов с этим же параметром аппаратов от других производителей.
Реальный КПД газовых котлов
Чтобы определить реальный коэффициент полезного действия газовых котлов, необходимо мысленно представить идеальный агрегат, в котором нет никаких потерь. Что же это за потери?
Вот они:
- неполное сжигание топлива;
- избыточное поступление воздуха;
- неполное извлечение тепла из огня и потока дымовых газов;
- недостаточная теплопроводность металлического регистра;
- избыточная теплопроводность теплоносителя (вода или антифриз) и материала, из которого изготовлены водяные трубы как внутри котла, так и всей системы отопления.
Неполное сгорание газа является основной проблемой всех котлов. Ведь сделать однородную смесь с оптимальным соотношением газа и воздуха невозможно, для этого потребуется гигантский резервуар, множество вихревых потоков и так далее. При недостатке воздуха газ выделяет меньше тепловой энергии, чем мог бы потенциально, а остаток превращается в сажу и угарный газ. При избытке воздуха горение опять же, происходит при менее высокой температуре, зато почти не образуется сажи и угарного газа. Поэтому производители вынуждены настраивать свое оборудование на работу в режиме избытка воздуха, пусть даже с потерей выделенного тепла.
Основным способом извлечения тепла из потока дымовых газов является их пропускание через регистр, выполненный в форме многослойной решетки, внутри которой циркулирует теплоноситель. Теоретически, можно извлечь почти 100% тепла, тогда температура дыма на выходе будет на 5–10 градусов превышать температуру теплоносителя (те самые потери из-за недостаточной и избыточной теплопроводности). Но, в этом режиме не избежать образования конденсата из-за перепада температур. В конденсационных котлах пошли дальше и использовали тепловую энергию оседающего конденсата для нагрева теплоносителя, поступающего с обратной трубы.
Это позволило снизить температуру дыма до температуры обратки плюс 5–10 градусов. В идеальном же котле температура дыма на выходе равна температуре воздуха на улице. В результате реальный КПД обычного газового котла не превышает 50% этого же параметра идеального водонагревателя, но, такая информация лишь распугает потенциальных покупателей, ведь никто не захочет покупать котел с КПД кирпичной печи времен Наполеона. Поэтому дальше мы будем приводить те данные КПД, которые указывает производитель, а вы исходите из того, что все их нужно делить примерно пополам.
Газовые конвекционные котлы: что это такое и каков принцип их работы
Газовые конвекционные котлы отопления – это классическая простая конструкция, где газовая горелка сжигает газ, нагревая находящийся над ней теплообменник с теплоносителем, теплоноситель циркулирует по системе отопления и отдает тепло. По сути, это обычные, простые, всем известные газовые котлы. Они могут быть как напольными, так и настенными, одноконтурными и двухконтурными, иметь открытую или закрытую камеру сгорания.
Основным недостатком такой конструкции является предел эффективности. Большинство современных конвекционных котлов имеют КПД в пределах 88-92%, а модели с самым высоким КПД 93-94,5% являются не всегда оправданными с финансовой точки зрения, ведь при приросте всего в 2% они имеют гораздо более сложную конструкцию и стоят в 1,5-2 раза дороже. Но даже при столь высоких для конвекционных котлов показателях огромная часть тепла из камеры сгорания уходит через дымоход и остается незадействованной. Температура отходящих газов часто достигает 70-80-90°C.
Кроме того, малоизвестным до покупки, но неожиданным и частым недостатком во время эксплуатации является образование в дымоходе конденсата. Обычно он образуется при низкотемпературном режиме отопления, когда температура отходящих через дымоход газов падает ниже 50-60°C, особенно, если отвод газов производится через традиционный, вертикальный дымоход, при проектировании которого часто допускаются отклонения от СНиП.
На коаксиальном дымоходе, вне зависимости от температурного режима отопления, при уличной температуре ниже -15°C, часто образуется наледь, которая сужает или полностью перекрывает отвод продуктов сгорания, вследствие чего котел прекращает горение, автоматика выбивает соответствующую ошибку.
В остальном это вполне оправданная, простая, и главное – финансово доступная конструкция. Стоимость хороших газовых котлов конвекционного типа начинается от 50 тыс. рублей. Лучшие в соотношении «цена-качество» и наиболее востребованные модели стоят от 90 тыс. рублей.
Отличия конденсационных газовых котлов от конвекционных
Конденсационные газовые котлы отличаются от конвекционных лишь более сложным принципом аккумуляции тепла.
Конденсационные модели имеют все ту же конструкцию, но с еще одним дополнительным теплообменником. После сжигания продукты сгорания проходят более длительный путь отвода, в котором охлаждаются до точки росы. Образуется конденсат, который оседает на дополнительном теплообменнике и отдает ему (а значит и циркулирующему в нем теплоносителю) неиспользованную ранее тепловую энергию. Отсюда и соответствующее название – конденсационные – аккумулирующие тепло конденсата отходящих газов.
Таким образом, температура отводящихся продуктов сгорания практически равна атмосферной (обычно 25-40°C против 60-90°C у конвекционных моделей). КПД конденсационных моделей обычно в пределах 103-115%, что подразумевает в среднем на 15-25% меньший расход газа. Если пересчитать показатели и конвекционных, и конденсационных не по низшей (как это принято), а по высшей теплоте сгорания (включая теплоту конденсирующих водяных паров), то КПД обычных газовых котлов будет в пределах 80-85%, а конденсационных – 92-98%, что является существенным преимуществом.
Выхлоп конденсационных моделей более экологичный, на оголовье дымохода, в виду более низкой разницы температур отходящих газов и атмосферы, больше не образуется конденсат. У всех моделей исключительно закрытая камера сгорания и коаксиальный дымоход, что подразумевает более низкие требования к помещению и упрощенный монтаж. Но стоимость конденсационников в 2-3 раза выше. Также запчасти на них дороже. Это важно учесть.
Есть и еще один существенный недостаток – необходимость в отводе конденсата. Как уже говорилось, это не просто нейтральная жидкость, а сильная кислота, которую нужно грамотно отводить. Сливать кислоту напрямую в канализацию нельзя, перед этим его нужно разбавить в пропорции 10:1, а лучше 25:1. Конденсат необходимо нейтрализовать и при сливе в септик, делается это с помощью локальной очистительной станции – пластикового резервуара с нейтрализующим наполнителям. Согласно отзывам владельцев, за сутки при работе котла мощностью 18-24 кВт образуется 25-40 л конденсата.
Что в итоге лучше: конвекционный или конденсационный котел
Выбор, к сожалению не однозначен, с одной стороны экономия конденсационных моделей кажется существенной. С другой – высокая цена, необходимость в утилизации конденсата и особые требования к системе отопления и условиям эксплуатации. Дело в том, что в Европе окупаемость конденсационных моделей находится в районе 4-6 лет, а в отечественных условиях это не совсем так по нескольким причинам:
- Наивысший КПД таких котлов достигается при низкотемпературном режиме отопления, когда используются теплые полы, радиаторы с увеличенным количеством секций, а температура теплоносителя не превышает 50°C.
- Стоимость газа в России достаточно низкая в сравнении с европейскими странами, что лишь оттягивает окупаемость высокой изначальной цены.
- Появляются дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с утилизацией конденсата (организация отвода, покупка нейтрализующего наполнителя или разбавка водой).
