Kondenzacijski plinski kotel: specifika delovanja, plusi in minusi + razlika od klasičnih modelov

Prodajalci toplotnih generatorjev kondenzacijskega tipa trdijo, da učinkovitost nam ponujene inovativne opreme presega 100 %. Toda strinjajte se, to nekoliko nasprotuje zakonu o ohranitvi energije, ki ga vsi poznamo iz šolskega tečaja fizike. Kakšna je torej skrivnost?

Po eni strani so tovrstne izjave marketinška zvijača. Po drugi strani pa – v njihovih prepričevanjih kupcev je tudi zrnce resnice. Podrobno bomo analizirali, kako je urejen kondenzacijski kotel: prednosti in slabosti, njegova specifika delovanja in konstrukcije si zaslužijo podrobno študijo.

Da bi dobili popolno predstavo o kondenzacijskem tipu opreme, ga primerjajmo s klasičnim tipom generatorja toplotne energije. Navedimo posebnosti njegove priključitve in delovanja. Razkrijmo skrivnosti izjemno visoke učinkovitosti.

Kondenzacijski plinski kotel

Visoka učinkovitost kondenzacijskega plinskega toplotnega generatorja je zagotovljena z dodatnim toplotnim izmenjevalcem v njegovi konstrukciji. Prvo standardno toplotnoizmenjalno enoto za vse ogrevalne kotle prenaša energijo zgorelega goriva na toplotni nosilec. Drugi pa k temu dodaja še toploto iz rekuperacije izpušnih plinov.

Kondenzacijski kotli delujejo na »modro gorivo«:

• magistralni plin (mešanica plinov s prevlado metana);
• plin iz plinohrama ali jeklenke (mešanica propana z butanom s prevlado bodisi prvega bodisi drugega komponenta);

Dovoljeno je uporabiti katero koli različico plina. Glavno je, da je gorilnik zasnovan za delo s tem ali onim tipom goriva.

Kondenzacijski plinski kotli so dražji od običajnih konvekcijskih modelov, vendar so pred njimi v smislu stroškov goriva zaradi zmanjšanja porabe plina za 20–30%

Najboljšo učinkovitost kondenzacijski toplotni generator dosega pri zgorevanju metana. Propan-butanska mešanica tu nekoliko zaostaja. Pri tem velja: večji kot je delež propana, tem bolje.

V tem pogledu »zimski« plin za plinohram daje nekoliko večjo učinkovitost kot »letni«, ker je propanska komponenta v prvem primeru višja.

V nasprotju s kondenzacijskim plinskim kotlom pri konvekcijskem del toplotne energije odhaja v dimnik skupaj s produkti zgorevanja. Zato je pri klasičnih konstrukcijah učinkovitost okoli 90 %. Dvigniti jo je mogoče, vendar je tehnično preveč zahtevno.

Ekonomsko to ni upravičeno. V kondenzacijskih kotlih pa se toplota, pridobljena z izgorevanjem plina, uporablja bolj racionalno in v celoti, saj se toplota, ki se sprošča pri predelavi pare, akumulira in prenaša na ogrevalni sistem. Tako se dodatno segreje nosilec toplote, kar omogoča zmanjšanje porabe goriva na 1 kW proizvedene toplote.

Naprava in načelo delovanja

Po konstrukciji je kondenzacijski kotel v marsičem podoben konvekcijskemu analogu z zaprto zgorevalno komoro. Le v notranjosti je dopolnjen s sekundarnim toplotnim izmenjevalnikom in rekuperacijsko enoto.

Glavne značilnosti naprave kondenzacijskega toplotnega generatorja so prisotnost drugega toplotnega izmenjevalnika in zaprte zgorevalne komore z ventilatorjem.

Kondenzacijski plinski kotel je sestavljen iz:

• zaprte zgorevalne komore z modulacijskim gorilnikom;
• primarnega toplotnega izmenjevalnika št. 1;
• hladilne komore izpušnih plinov do +56–57 ⁰C (rosišča);
• sekundarnega kondenzacijskega toplotnega izmenjevalnika št. 2;
• dimnika;
• ventilatorja za dovod zraka;
• rezervoarja za kondenzat in sistema za njegov odvod.

Obravnavana oprema je skoraj vedno opremljena z vgrajeno obtočno črpalko za nosilec toplote. Običajna možnost z naravnim pretokom vode po ogrevalnih ceveh je tu malo uporabna. Če črpalka ni vključena v komplet, jo je treba obvezno predvideti pri pripravi projekta priključitve kotla.

Dodatni odstotki izkoristka pri kondenzacijskem kotlu nastanejo kot posledica ogrevanja povratnega voda zaradi hlajenja izpušnih plinov v dimniku.

Kondenzacijski kotli so v prodaji enokrožni in dvokrožni, ter tudi v talni in stenski izvedbi. V tem se ne razlikujejo od klasičnih konvekcijskih modelov.

Načelo delovanja kondenzacijskega plinskega kotla je naslednje:

1. Glavno toploto segreta voda prejme v toplotnem izmenjevalniku št. 1 od izgorevanja plina.
2. Nato nosilec toplote potuje po ogrevalnem krogu, se ohladi in pride do sekundarnega toplotnoizmenjalnega bloka.
3. Zaradi kondenzacije produktov zgorevanja v toplotnem izmenjevalniku št. 2 se ohlajena voda segreje z rekuperirano toploto (s čimer prihrani do 30 % goriva) in se vrne k št. 1 v nov cikel kroženja.

Za natančno nadzorovanje temperature izpušnih plinov so kondenzacijski kotli vedno opremljeni z modulacijskim gorilnikom z obsegom moči od 20 do 100 % in ventilatorjem za dovod zraka.

Nianse delovanja: kondenzat in dimnik

V konvekcijskem kotlu se produkti zgorevanja zemeljskega plina CO₂, dušikovi oksidi in para ohladijo le na 140–160 ⁰C. Če jih ohladimo nižje, bo v dimniku upadel vlek, začel se bo tvoriti agresivni kondenzat in gorilnik bo ugasnil.

Takšnega razvoja situacije si vsi proizvajalci klasičnih plinskih toplotnih generatorjev prizadevajo izogniti, da bi čim bolj povečali varnost delovanja in podaljšali življenjsko dobo svoje opreme.

V kondenzacijskem kotlu temperatura plinov v dimniku niha okoli 40 ⁰C. Po eni strani to zmanjša zahteve glede toplotne odpornosti materiala dimniške cevi, po drugi strani pa nalaga omejitve pri njeni izbiri glede odpornosti proti kislinam.

Odpadni plini iz plinskega kotla pri ohlajanju tvorijo agresiven kondenzat z visoko kislostjo, ki zlahka razjeda celo jeklo.

Toplotne izmenjevalnike v kondenzacijskih toplotnih generatorjih izdelujejo iz:

• nerjavečega jekla;
• silumina (aluminija s silicijem).

Oba materiala imata povišane kislinsko odporne lastnosti. Lito železo in navadno jeklo za kondenzacijske kotle popolnoma nista primerna.

Dimniško cev za kondenzacijski kotel je dovoljeno namestiti izključno iz nerjavečega jekla ali kislinsko odporne plastike. Opečnati, železni in drugi dimniki za takšno opremo niso primerni.

Pri rekuperaciji v sekundarnem toplotnem izmenjevalniku nastaja kondenzat, ki predstavlja šibek kislinski raztopino in ga je treba odstraniti iz vodnogrelnega aparata.

Pri delovanju kondenzacijskega kotla z močjo 35–40 kW nastane približno 4–6 litrov kondenzata. Poenostavljeno pride približno 0,14–0,15 litra na 1 kW toplotne energije.

Dejansko gre za šibko kislino, ki jo je prepovedano odvajati v avtonomno kanalizacijo, saj bo uničila bakterije, vpletene v predelavo odpadkov. Prav tako je pred izpustom v centraliziran sistem priporočljivo, da jo najprej razredčite z vodo v razmerju do 25:1. Nato jo lahko odstranite, ne da bi se bali, da bo uničila cev.

Če je kotel nameščen v koči s septično jamo ali lokalno čistilno napravo, je treba kondenzat najprej nevtralizirati. V nasprotnem primeru bo uničil vso mikrofloro v avtonomnem čistilnem sistemu.

»Neutralizator« je izdelan v obliki posode z marmornimi drobci skupne mase 20–40 kg. Pri prehodu skozi marmor se pH kondenzata iz kotla poveča. Tekočina postane nevtralna ali nizko alkalna, kar ni več nevarno za bakterije v septični jami in za material same usedalne posode. Polnilo v takem neutralizatorju je treba zamenjati vsakih 4–6 mesecev.

Od kod učinkovitost nad 100%?

Pri navajanju učinkovitosti delovanja plinskega kotla proizvajalci za osnovo vzamejo kazalnik nižje kurilne vrednosti plina brez upoštevanja toplote, ki nastane pri kondenzaciji vodne pare. V konvekcijskem toplotnem generatorju slednja skupaj s približno 10 % toplotne energije v celoti odide v dimniško cev, zato je ne upoštevajo.

Vendar če seštejemo kondenzacijsko sekundarno toploto in primarno toploto iz zgorelega zemeljskega plina, dobimo več kot 100 % izkoristka. Nobene prevare, le majhen trik s številkami.

Pri izračunu izkoristka po višji kurilni vrednosti bo pri konvekcijskem kotlu ta okoli 83–85 %, pri kondenzacijskem pa približno 95–97 %.

V bistvu »nepravilni« izkoristek nad 100 % nastane zaradi želje proizvajalcev opreme za proizvodnjo toplote, da primerjajo primerljive kazalnike.

Preprosto pri konvekcijski napravi se »vodna para« sploh ne upošteva, pri kondenzacijski pa jo je treba upoštevati. Od tod majhna odstopanja od logike osnovne fizike, ki se poučuje v šoli.

Plusi in minusi kondenzacijskega grelnika

Med prednosti kondenzacijskega kotla sodijo:

1. Zmanjšanje obsega škodljivih emisij za 60–70 % (večji del ogljikovega dioksida in dušikovih oksidov preide v kondenzat).
2. V primerjavi s konvekcijskimi modeli prihranek do 30 % plinskega goriva na ustvarjen 1 kW.
3. Manjše mere plinske grelne opreme pri enaki moči.
4. Nizka temperatura produktov zgorevanja v dimniku (le okoli 40 ⁰C).
5. Možnost namestitve kaskade iz več kotlov.
6. Vsestranskost (primerna tako za radiatorje ogrevanja kot za »talno ogrevanje«).
7. Prisotnost pametne avtomatike in popolna avtonomija delovanja plinskega generatorja toplote brez človeškega posredovanja.

Kaskadni sistem iz dveh ali treh toplotnih generatorjev omogoča namestitev kotlov majhne moči, ki pri delovanju manj hrupijo in vibrirajo kot močnejši modeli.

To poenostavi montažo celotnega ogrevalnega sistema in omogoči zmanjšanje mer domače kotlovnice. Poleg tega se zaradi možnosti bolj prilagodljivega uravnavanja procesa proizvodnje toplote poveča splošna učinkovitost uporabe opreme za proizvodnjo toplote.

Stroški za kondenzacijski kotel se v primerjavi z običajnim konvekcijskim povrnejo v 5–6 letih zaradi prihranka pri zemeljskem plinu.

Med slabosti kondenzacijskih toplotnih generatorjev je treba omeniti:

1. Visoka cena opreme (1,5–2-krat višja kot pri podobnih modelih klasičnega konvekcijskega tipa z enako močjo).
2. Težave z odvajanjem kondenzata.
3. Zmanjšanje učinkovitosti pri uporabi kotla v visokotemperaturnih ogrevalnih sistemih.
4. Energetska odvisnost – za delovanje ventilatorja, avtomatike in obtočne črpalke je potrebna električna energija.
5. Prepoved uporabe z antifrizom.

Kljub znatnim začetnim stroškom je kondenzacijski kotel z ekonomskega vidika povsem upravičen. Med obratovanjem z obrestmi vrne ves prvotno porabljeni denar.

V Rusiji je tovrstna oprema še vedno malo razširjena. Plinski kotel z rekuperacijo je še vedno preveč nenavaden in malo raziskan na našem trgu. Toda zanimanje za take toplotne generatorje postopoma narašča.

Zaključki in koristen video na to temo

Kako deluje kondenzacijski toplotni generator:

Zgradba plinskih kotlov z rekuperacijo vodne pare:

Vse prednosti kondenzacijskih kotlov:

Če natančno preučimo, kako in po katerih načelih deluje plinski kondenzacijski kotel, potem na prvi pogled »nepravilni« 108–110% izkoristka postanejo povsem razumljive in upravičene številke.

Toplotni generator z rekuperacijo izpušnih plinov je resnično učinkovitejši v primerjavi s klasično zasnovo. Njegova edina resna pomanjkljivost je kondenzat z visoko kislostjo, ki ga je treba nekje odstraniti.

Pišite, prosim, komentarje v spodnji obrazec. Ni izključeno, da imate informacije, ki lahko dopolnijo nabor podatkov, navedenih v članku. Zastavljajte vprašanja, delite svoje izkušnje pri izbiri in uporabi kondenzacijskih kotlov, objavljajte fotografije na temo članka.