Technika KONDENSACYJNA

Technika KONDENSACYJNA
Technika kondensacyjna jest już standardem nowoczesnej techniki grzewczej. Pod wpływem
rosnących cen paliw i konieczności ochrony środowiska, staje się coraz bardziej popularna również w
naszym kraju. Rozwój techniki grzewczej doskonale widać właśnie na przykładzie kotłów
kondensacyjnych, które są nieustannie ulepszane aby pracowały jeszcze oszczędniej i zapewniały
maksymalny komfort użytkownikom.
Technika kondensacyjna jest wysokosprawną techniką pozyskiwania ciepła użytecznego z gazu
ziemnego i oleju opałowego. W kotłach kondensacyjnych, oprócz ciepła spalin, wykorzystuje się
również energię cieplną zawartą w parze wodnej. Przez wykroplenie wody ze spalin (kondensacja),
odzyskuje się znaczne ilości ciepła, które w kotłach niskotemperaturowych (niekondensacyjnych),
jest bezpowrotnie tracone do atmosfery. Przy spalaniu gazu ziemnego lub oleju opałowego, które
składają się głównie ze związków węgla (C) i wodoru (H), w wyniku reakcji z tlenem atmosferycznym
(O2) powstaje dwutlenek węgla (CO2) i woda (H2O). Dla gazu ziemnego (metan CH4) uproszczone
równanie reakcji spalania ma postać: CH4 + 2 O2 -> 2 H2O + CO2 + ciepło
Jeśli temperatura powierzchni wymiany ciepła po stronie spalin jest niższa od punktu rosy, to z pary
wodnej zwartej w spalinach powstaje kondensat. Ze względu na różnice składu chemicznego gazu
ziemnego i oleju opałowego, temperatury, w których następuje kondensacja pary wodnej ze spalin są
także różne. Przy prawie stechiometrycznych warunkach spalania temperatura rosy dla pary wodnej
ze spalin gazu ziemnego wynosi ok. 57 stopni C, a dla oleju opałowego ok. 47 stopni C.
Teoretyczny zysk ciepła w porównaniu z techniką niskotemperaturową wynosi 11% dla gazu
ziemnego, a dla oleju opałowego 6%. Dodatkowe zyski ciepła w kotłach kondensacyjnych, oprócz
samej kondensacji, uzyskuje się dzięki mniejszej stracie kominowej związanej z niższą temperaturą
odprowadzanych spalin. Istotne znaczenie mają również zastosowane rozwiązania techniczne i
materiały, które powinny zapewnić zawsze wysoką sprawność kotła w czasie jego normalnej pracy –
ze zmiennym obciążeniem.
Sprawność ponad 100% ?
Żadne urządzenie nie pracuje ze sprawnością ponad 100%. A podawana sprawność kotłów
kondensacyjnych do 109% bierze się ze sposobu jej obliczania. Dawniej nie można było wykorzystać
ciepła kondensacji, ponieważ stosowane materiały nie były w wystarczającym stopniu odporne na
szkodliwe działanie kondensatu. Dla tego, w obliczeniach sprawności kotłów przyjęto jako wielkość
odniesienia wartość opałową paliwa. Jeśli wykorzystamy ten sposób obliczenia sprawności i
dodatkowo uwzględnimy ciepło kondensacji, to uzyskamy sprawność kotła przekraczającą 100%.
Zgodnie z normami, ten sposób obliczania sprawności nadal obowiązuje.
Wartość opałowa określa ilość ciepła uzyskaną przy całkowitym i zupełnym spaleniu jednostki paliwa,
przy czym, odprowadzana para wodna pozostaje w postaci lotnej. Ciepło spalania, określa natomiast,
ilość ciepła uzyskanego przy całkowitym i zupełnym spaleniu jednostki paliwa, łącznie z ciepłem
parowania zawartym w parze wodnej spalin.
Uwzględniając przy obliczaniu sprawności kotła ciepło spalania, uzyskamy jego rzeczywistą
sprawność, która będzie niższa od 100%. Przykładowo, sprawność gazowego kotła kondensacyjnego
uwzględniającego tylko wartość opałową wynosi 109%, a tradycyjnego 91%. Natomiast,
uwzględniając ciepło spalania w obliczeniach – kocioł kondensacyjny będzie miał sprawność 98%, a
tradycyjny 82%.
Kotły kondensacyjne oferowane w Polsce różnią się konstrukcją i materiałami z jakich są
wykonywane. Główne czynniki wpływające na oszczędne zużycie gazu w czasie normalnej
eksploatacji kotła, jego bezawaryjną pracę i dużą trwałość to: konstrukcja wymiennika spaliny/woda i
materiał z jakiego został wykonany; rodzaj palnika; optymalny skład mieszanki gazu i powierza w
każdych warunkach pracy kotła
.
Wymiennik spaliny/woda
Spaliny przekazują ciepło wodzie grzewczej w wymienniku spaliny/woda. Od jego konstrukcji zależy
skuteczność przekazywania ciepła, a od materiałów z jakich został wykonany – jego trwałość. Stal
szlachetna charakteryzuje się dobrymi własnościami przewodzenia ciepła i jest jednym z najbardziej
trwałych materiałów, odpornych na korozję, jakie stosuje się w technice kotłowej. Np. kotły Vitodens
wyposażone są w wymienniki Inox-Radial, wykonane z wysokiej jakości stali szlachetnej o oznaczeniu
1.4571 (z dodatkiem tytanu i molibdenu). Podczas pracy kotła wymiennik narażony jest na
naprężenia termiczne spowodowane jego rozgrzewaniem i wychładzaniem. Właśnie dodatek tytanu i
molibdenu poprawia trwałość stali szlachetnej, zapewniając niezawodną pracę wymiennika i długą
żywotność kotła. Wymiennik Inox-Radial został zaprojektowany przez firmę Viessmann i
produkowany jest bezpośrednio w zakładach firmy. Wykonany ze zwiniętej śrubowo prostokątnej
rury ze stali szlachetnej. Między poszczególnymi zwojami pozostaje, dzięki specjalnym
przetłoczeniom, odstęp o wielkości dokładnie 0,7 mm. Odstęp ten, dobrany do specjalnych warunków
przepływu spalin, gwarantuje, że w szczelinie powstaje przepływ laminarny, bez warstwy
przypowierzchniowej, zapewniający doskonałe przekazywanie ciepła. Duże znaczenie w skutecznym
przekazywaniu ciepła ma dokładność wykonania wymiennika - przy zbyt dużej szczelinie (>>0,8
mm), lub przy przewężeniach szczeliny, przepływ laminarny zostaje zakłócony, co powoduje
powstanie warstwy przypowierzchniowej i część spalin nie przekazuje ciepła wodzie grzewczej.
Dzięki bardzo skutecznej wymianie ciepła podczas jednokrotnego przejścia przez wymiennik
Inox-Radial, spaliny o temperaturze 900 stopni C zostają schłodzone do temperatury 40?C (czyli
poniżej punktu rosy: 57 stopni C). Pełne schłodzenie spalin odbywa się w szczelinie o długości
zaledwie 37 mm. W najkorzystniejszym przypadku spaliny na wylocie kotła mają temperaturę
przewyższającą temperaturę powrotu wody kotłowej o zaledwie ok. 3,5 K. Specjalna konstrukcja
wymiennika powoduje że spływający kondensat czyści powierzchnię wymiany ciepła (efekt
samoczyszczenia), co gwarantuje skuteczną wymianę ciepła w całym okresie eksploatacji kotła oraz
mniej pracy przy serwisowaniu urządzenia. Szerokie kanały wodne zmniejszają opory przepływu
wody grzewczej, dzięki temu zapewniony jest równomierny przepływ wody grzewczej w każdym
miejscu wymiennika i brak lokalnych przegrzewów, oraz mała wrażliwość na odkładanie kamienia
kotłowego.
Palnik
Dla efektywnego wykorzystania ciepła kondensacji ważne jest prowadzenie spalania z niskim
nadmiarem powietrza wzgl. wysoką zawartością CO2. Ma to wpływ na temperaturę punktu rosy pary
wodnej. która powinna być możliwie wysoka, aby doprowadzić do kondensacji także w systemach
grzewczych z wysokimi temperaturami wody grzewczej powracającej do kotła. Dla tego, dąży się do
małego nadmiaru powietrza, a wiec wysokiej zawartości CO2 w spalinach. Z kolei, osiągana
zawartość CO2 w spalinach zależy w pierwszym rzędzie od konstrukcji palnika.
W kotłach kondensacyjnych Vitodens stosowane są palniki MatriX o kształcie półkuli i cylindrycznym.
Palnik MatriX o kształcie półkuli produkowany jest już od kilkunastu lat. Początkowo był on
wykonany jako palnik atmosferyczny, a następnie ewoluował do obecnej postaci – wentylatorowego
palnika modulowanego. Palniki MatriX o kształcie cylindrycznym są najnowszą konstrukcją,
stosowane w kotłach wiszących o mocy do 105 kW. Głównym elementem palnika MatriX jest
spleciona siatka ze stali szlachetnej. Mieszanka gazowo-powietrzna ulega spalaniu na jej powierzchni
prawie bez płomienia (tzw. palnik bezpłomieniowy). Podczas pracy palnika siatka żarzy się
przekazując znaczną część ciepła wodzie grzewczej przez promieniowanie, minimalizując tym samym
straty energii. Dzięki temu uzyskuje się niższe temperatury spalania niż w innych typach palników.
Jednocześnie, powierzchnia palnika wykonana z siatki bez sztywnych połączeń pozwala na płynną
kompensację naprężeń termicznych. Wpływa to bardzo korzystnie na żywotność i bezawaryjną pracę
palnika.
Palniki MatriX pozwalają uzyskać wysoką sprawność kotła, do 109%. Również sprawność
średnioroczna ich pracy jest bardzo wysoka gdyż posiadają bardzo szeroki zakres modulacji - MatriX
półkulisty od 20 do 100%, cylindryczny od 25 do 100% mocy znamionowej. Dzięki temu, kocioł może
dopasować swoją moc do chwilowego zapotrzebowania na ciepło budynku w bardzo szerokim
zakresie temperatur zewnętrznych. Co z kolei wpływa korzystnie na obniżenie zużycia gazu i
trwałość kotła, ponieważ pracuje on z mniejszą częstotliwością załączeń w okresach małego
zapotrzebowania na ciepło.
Specjalna konstrukcja palników sprawia, że kotły pracują wyjątkowo cicho. Głośność pracy kotła
Vitodens 300-W i Vitodens 200-W o mocy do 26 kW z palnikiem MatriX nie przekracza: 38 dB przy
pełnej mocy, oraz 32 dB przy minimalnej mocy. Są to wartości niższe od pracy domowej lodówki,
której głośność zazwyczaj wynosi od 38 do 40 dB.
Temperatura punktu rosy pary wodnej w spalinach obniża się ze wzrostem współczynnika nadmiaru
powietrza – wsp. lambda (jest to stosunek ilości rzeczywiście doprowadzonego powietrza do spalania,
do teoretycznego zapotrzebowania powietrza). Warunkiem efektywnej pracy kotłów
kondensacyjnych jest utrzymanie współczynnika nadmiaru powietrza na optymalnym poziomie
wynoszącym ok. 1,3, w każdych warunkach pracy kotła – przy minimalnym jak i maksymalnym
obciążeniu. W kotłach kondensacyjny Vitodens palniki pracują w oparciu o układ kontroli spalania
Lambda-Pro-Control. Podczas spalania, elektroda mierzy prąd jonizacji i kontroluje tym samym
wartość wsp. lambda. Na tej podstawie układ L-P-C koryguje ilość doprowadzanego gazu (skład
mieszanki gazowo-powietrznej), tak aby spalanie było zawsze optymalne. Dzięki temu, w każdych
warunkach pracy kotła zapewnione jest niskoemisyjne i efektywne spalanie, także przy niestabilnej
kaloryczności gazu. Układ L-P-C rozpoznaje każdy rodzaj gazu, dzięki czemu przejście np. z gazu
płynnego na ziemny, jest bardzo proste i wygodne – bez konieczności wymiany dysz.
Rozwój i popularność kotłów kondensacyjnych sprawił że obecna oferta tych urządzeń jest
wyjątkowo obszerna. Umożliwia wybór optymalnego rozwiązania dopasowanego do każdych
warunków zabudowy, rodzaju instalacji grzewczej i komfortu ciepłej wody użytkowej. W tej grupie
produktów dużą popularnością cieszą się wiszące gazowe kotły kondensacyjne oraz ich kombinacja z
zasobnikami c.w.u. – jako konstrukcje wiszące lub stojące, również przeznaczone do współpracy z
instalacjami kolektorów słonecznych.
Materiał pobrany z serwisu Ekooszczedni
KONTAKT
EkoOszczędni