Caldaia a condensazione - i pro e contro, il principio di funzionamento

Il costante aumento del costo dell'energia ha spinto scienziati e ingegneri a creare un nuovo tipo di generatore di calore: una caldaia a condensazione. Se installato in un sistema di riscaldamento a bassa temperatura, un condensatore di condensa può mostrare un'efficienza superiore al 100%. Come si ottiene questo? Qual è il principio di funzionamento di una caldaia a gas a condensazione? Quali sono i suoi vantaggi e svantaggi? Dopo aver letto il nostro articolo, imparerai tutto o quasi.

Principio di funzionamento di una caldaia a condensazione

Una caldaia a condensazione è il fratello minore della più comune caldaia a convezione alimentata a gas. Il principio di quest'ultimo è estremamente semplice, e quindi comprensibile anche per le persone che sono scarsamente versate in fisica e tecnologia. Il carburante per una caldaia a gas, come suggerisce il nome, è il gas naturale (tronco) o liquefatto (pallone). Durante la combustione del carburante blu, così come qualsiasi altra materia organica, si formano anidride carbonica e acqua e viene rilasciata una grande quantità di energia. Il calore rilasciato va a riscaldare il liquido di raffreddamento - l'acqua tecnica che circola nel sistema di riscaldamento di casa.

L'efficienza di una caldaia a convezione del gas è ~ 90%. Questo non è poi così male, almeno, superiore a quello dei generatori di calore a combustibile liquido e solido. Tuttavia, le persone hanno sempre cercato di portare questa cifra il più vicino possibile al 100% amato. A questo proposito, sorge la domanda: dove va il restante 10%? La risposta, ahimè, è prosaica: volare nella pipa. Infatti, i prodotti della combustione del gas che lasciano il sistema attraverso il camino vengono riscaldati ad una temperatura molto elevata (150-250 ° C), il che significa che il 10% dell'energia persa da noi viene speso per riscaldare l'aria all'esterno della casa.

Scienziati e ingegneri cercano da tempo la possibilità di un recupero di calore più completo, ma l'incarnazione tecnologica dei loro sviluppi teorici è stata trovata solo 10 anni fa, quando è stata creata una caldaia a condensazione.

Qual è la sua fondamentale differenza dal tradizionale generatore di calore a convezione a gas? Dopo aver elaborato il processo principale di combustione del combustibile e il trasferimento di una parte significativa del calore rilasciato allo scambiatore di calore, la condensa condensa i gas di combustione a 50-60 ° C, cioè fino al punto in cui inizia il processo di condensazione dell'acqua. Già questo è sufficiente per aumentare significativamente l'efficienza, in questo caso - la quantità di calore trasferita al liquido di raffreddamento. Tuttavia, questo non è tutto.

A 56 ° C - nel cosiddetto punto di rugiada - l'acqua passa da uno stato di vapore a un liquido, in altre parole, si verifica la condensazione del vapore acqueo. Allo stesso tempo, viene rilasciata energia aggiuntiva, un tempo speso per l'evaporazione dell'acqua e nelle normali caldaie a gas è perso insieme alla miscela volatilizzante vapore-gas. La caldaia a condensazione è in grado di "raccogliere" il calore generato nel processo di condensazione del vapore acqueo e trasferirlo al liquido di raffreddamento.

I produttori di generatori di calore a condensazione invariabilmente attirano l'attenzione dei loro potenziali clienti sull'efficienza insolitamente elevata dei dispositivi che producono - oltre il 100%. Come è possibile? In realtà, non c'è contraddizione con i canoni della fisica classica. Solo in questo caso, utilizzare un diverso sistema di calcoli.

Spesso, stimando l'efficienza delle caldaie per il riscaldamento, viene calcolato quanta parte del calore rilasciato viene trasferito al liquido di raffreddamento. Calore, "portato via" in un normale rame, e il calore dovuto al raffreddamento profondo dei gas del fumo darà la massima efficienza al 100%. Ma se aggiungiamo qui anche il calore rilasciato durante la condensazione del vapore, avremo ~ 108-110%.

Dal punto di vista della fisica, tali calcoli non sono del tutto corretti. Nel calcolare l'efficienza, è necessario prendere in considerazione non il calore rilasciato, ma l'energia totale rilasciata durante la combustione di una miscela di idrocarburi di una data composizione. Ciò includerà l'energia spesa per il trasferimento di acqua in uno stato gassoso (successivamente rilasciato nel processo di condensazione).

Ne consegue che l'efficienza, superiore al 100%, è solo una mossa astuta dei marketer che sfruttano l'imperfezione di una formula obsoleta per il calcolo. Tuttavia, va riconosciuto che, contrariamente a una convenzionale caldaia a convezione, una caldaia di condensa può "spremere" tutto o quasi tutto fuori dal processo di combustione del combustibile. I punti positivi sono ovvi: maggiore efficienza e minor consumo di risorse fossili.

Dispositivo delle unità principali di una caldaia a condensazione

Dal punto di vista strutturale, una caldaia a condensazione non è molto, ma è ancora diversa da una normale a gas.I suoi elementi principali sono:

• una camera di combustione dotata di un bruciatore, un sistema di alimentazione del combustibile e un ventilatore per soffiare aria;
• scambiatore di calore N. 1 (scambiatore di calore primario);
• camera ulteriore raffreddamento di miscela di vapore e gas ad una temperatura prossima a 56-57 ° C;
• scambiatore di calore n. 2 (scambiatore di calore di condensazione);
• serbatoio di raccolta condensa;
• camino per scarico di freddo gas di combustione;
• una pompa che fa circolare l'acqua nel sistema.

Nello scambiatore di calore primario associato alla camera di combustione, i gas evoluti vengono raffreddati ad una temperatura notevolmente superiore al punto di rugiada (in effetti, le caldaie convenzionali a gas a convezione appaiono così). Quindi la miscela di fumo viene inviata forzatamente a uno scambiatore di calore di condensazione, dove viene ulteriormente raffreddata ad una temperatura inferiore al punto di rugiada, cioè inferiore a 56 ° C. In questo caso, il vapore acqueo viene condensato sulle pareti dello scambiatore di calore, "rinunciando a quest'ultimo". La condensa viene raccolta in uno speciale serbatoio, da dove scorre verso il basso nella fogna.

L'acqua che gioca il ruolo del refrigerante si muove nella direzione opposta alla miscela di vapore-gas. L'acqua fredda (ritorno dell'acqua di riscaldamento) viene preriscaldata in uno scambiatore di calore a condensazione. Entra quindi nello scambiatore di calore primario dove viene riscaldato ad una temperatura più alta impostata dall'utente.

La condensa è, ahimè, non acqua pura, come molti credono, ma una miscela di acidi inorganici diluiti. La concentrazione di acidi nel condensato è bassa, ma dato che la temperatura nel sistema è sempre elevata, può essere considerato un liquido aggressivo. Ecco perché la produzione di tali caldaie (e principalmente di scambiatori di calore a condensazione) utilizza materiali resistenti agli acidi - acciaio inossidabile o silumin (lega di alluminio-silicio). Lo scambiatore di calore è di solito lanciato, poiché le saldature sono un punto vulnerabile: qui inizia il processo di distruzione corrosiva del materiale.

Il vapore deve condensare sullo scambiatore di calore a condensazione. Tutto ciò che è andato nel camino, da un lato, viene perso per il riscaldamento, dall'altro - ha un effetto distruttivo sul materiale del camino. Proprio per questo motivo il camino è realizzato in acciaio inossidabile o plastica resistente agli acidi e una piccola pendenza è attaccata alle sue sezioni orizzontali in modo che l'acqua formata durante la condensazione di quantità insignificanti di vapore, che ancora entrano nel camino, venga scaricata nella caldaia. Si deve tenere conto del fatto che i gas di scarico che escono dalla condensa vengono raffreddati con forza e tutto ciò che non condensa nella caldaia si condensa necessariamente nel camino.

In diversi momenti della giornata, sono necessarie diverse quantità di calore dalla caldaia, che può essere regolata mediante un bruciatore. Il bruciatore della caldaia a condensazione può essere sia modulato, cioè, con la possibilità di un cambio di potenza regolare durante il funzionamento, o non modellato - con una potenza fissa. In quest'ultimo caso, la caldaia si adegua alle esigenze del proprietario modificando la frequenza del bruciatore. La maggior parte delle caldaie moderne progettate per il riscaldamento di case private sono dotate di bruciatori simulati.

Quindi, speriamo che tu abbia un'idea generale di cosa sia una caldaia a condensazione, come funziona e in base a quale principio funziona. Tuttavia, molto probabilmente, questa informazione non sarà sufficiente per capire se valga la pena di acquistarla personalmente. Per aiutarti a prendere questa o quella decisione, ti diremo tutti i vantaggi e gli svantaggi, i vantaggi e gli svantaggi di una caldaia a condensazione, confrontandola con una caldaia tradizionale a convezione.

I vantaggi di una caldaia a condensazione

L'elenco dei vantaggi di una caldaia a condensazione è impressionante, il che spiega in definitiva la crescente popolarità di questo tipo di apparecchiature di riscaldamento:

• Risparmio di carburante rispetto ad una convenzionale caldaia a convezione, può raggiungere il 35%.
• La riduzione delle emissioni nocive durante il passaggio dai modelli tradizionali di gas a quelli di condensazione è stimata in media del 70%.
• La bassa temperatura dei fumi consente di installare camini in plastica che sono significativamente più economici di quelli in acciaio classico.
• A basso rumore aumenta il livello di comfort delle persone che vivono in casa.

Parliamo di alcuni dei vantaggi elencati delle caldaie a condensazione in modo più dettagliato.

Risparmio di carburante se utilizzato nei sistemi a bassa temperatura

Il consumo di carburante dipende direttamente dalla potenza dell'apparecchiatura e dal carico imposto all'impianto di riscaldamento.Per riscaldare una casa con un'area di 250 m ² , sarà sufficiente una caldaia a condensazione da 28 kilowatt con una portata massima di gas di 2. 85 m ³ / h. Una caldaia classica della stessa capacità consumerà 3. 25 m ³ / h. A condizione che la caldaia funzioni sei mesi su dodici, risparmierai circa 3000 rubli all'anno. (ai prezzi correnti del gas principale per i consumatori russi). Probabilmente è difficile chiamare tali risparmi significativi - non copre nemmeno la differenza nel costo della manutenzione annuale delle caldaie.

Ma diamo un'occhiata alla situazione attraverso gli occhi di un consumatore europeo medio, al quale il gas naturale costa da quattro a cinque (o anche più) volte più costoso. L'ammontare del risparmio in questo caso sarà di circa 300 euro, ma vale la pena lottare per.

Consumo di gas nelle caldaie a condensazione di varie capacità:

Riduzione delle emissioni nocive

Quando si bruciano combustibili fossili gas di anidride carbonica quando interagisce con l'acqua. Inoltre, in ogni combustibile ci sono sempre impurità di composti di zolfo, fosforo, azoto e una serie di altri elementi. Durante la combustione vengono formati gli ossidi corrispondenti che, combinati con l'acqua, producono anche acidi.

Nelle caldaie convenzionali a convezione, i vapori d'acqua miscelati con acidi (carbone, solforico, nitrico, fosforico) vengono rilasciati nell'atmosfera. Le caldaie a condensazione non hanno questo svantaggio: gli acidi rimangono nella condensa. Tuttavia, dati i problemi con lo smaltimento della condensa, è possibile mettere in discussione la famigerata compatibilità ambientale di questa apparecchiatura.

Contro una caldaia a condensazione

Una caldaia a condensazione con tutti i suoi vantaggi non può essere definita un apparecchio di riscaldamento ideale, perché non è priva di inconvenienti:

• prezzo elevato;
• elevato costo dello scambiatore di calore (e, di conseguenza, la necessità di monitorare attentamente le condizioni dell'intero sistema di riscaldamento);
• uso inappropriato nei sistemi ad alta temperatura;
• difficoltà di utilizzo della condensa;
• sensibilità alla qualità dell'aria.

Prezzo

Per ulteriori percentuali di energia termica, devi pagare. Tecnicamente, la caldaia a condensazione è più complicata e quindi più costosa. Il costo di una buona condensa domestica di un noto produttore è diverse volte superiore al costo di un'unità classica della stessa capacità. Ovviamente, tali apparecchiature vengono acquistate per oltre un decennio, il che significa che è opportuno privilegiare tecnologie innovative che aumentino il comfort operativo.

Convenzionalmente, tutti i modelli di caldaie a condensazione possono essere suddivisi in tre categorie di prezzo: premium, middle e economy:

1. La classe Premium è progettata per pochi acquirenti. Le caldaie a condensazione di classe Premium includono, ad esempio, i modelli di marca tedeschi. Questa apparecchiatura è efficiente nel funzionamento e conveniente in funzione, soddisfa gli standard ambientali europei, è realizzata con materiali di alta qualità. Le caldaie "Premium" hanno molte funzioni utili che aumentano significativamente il livello di comfort durante il loro funzionamento: programmazione delle modalità operative (ad esempio, mantenimento della temperatura della stanza ad un livello minimo in assenza di proprietari o una leggera diminuzione della temperatura durante la notte), regolazione dipendente dal clima, interazione intelligente con altri generatori di calore , telecomando con un programma speciale su un telefono cellulare, ecc. L'unico aspetto negativo è il prezzo elevato.

2. La classe media include beni più economici, ma con qualità di consumatore un po 'più modeste. Queste sono unità economiche ed ecologiche che soddisfano tutti i requisiti e offrono prestazioni elevate. Si distinguono per un'ampia gamma di funzioni e sono dotati di un sistema di controllo automatico che modifica in modo indipendente i parametri in base alla temperatura del fluido termovettore e all'aria nella stanza.

3. La classe economica è progettata per coloro che sono disposti ad accettare livelli inferiori di comfort per il bene dell'economia. Il prodotto "massa" è sempre leader in termini di vendite. Le posizioni principali nel mercato delle caldaie a condensazione di classe economica appartengono alle società coreane e slovacche. I loro prodotti sono due o più volte più economici dei modelli premium. Un altro vantaggio di questa apparecchiatura è il suo adattamento alle condizioni operative della Russia. Le unità a condensatore a basso costo con semplice funzionalità tollerano silenziosamente interruzioni nell'alimentazione e cadute di pressione quando costose automazioni smettono di funzionare.

Valutando le tue capacità finanziarie, devi tenere conto degli inevitabili costi di installazione e messa in servizio delle apparecchiature, che ti costano anche molto, molto costosi.

Va ricordato che durante il funzionamento la caldaia a condensazione fornisce un risparmio di gas.Tuttavia, questo risparmio è così illusorio che l'investimento non ripagherà presto. Ciò significa che prima di acquistare il calore di condensazione vale la pena fare una valutazione preliminare: se il costo del carburante risparmiato giustificherà l'alto prezzo dell'attrezzatura.

L'effetto economico positivo derivante dall'acquisizione di una simile caldaia dovrebbe essere previsto solo in determinate condizioni - se è installato in una casa progettata in modo permanente (leggi "in costruzione") con un sistema di riscaldamento a pavimento organizzato di riscaldamento a pavimento. La grandezza dell'effetto dipende direttamente dalla temperatura media invernale, cioè dalla regione in cui si trova la casa (il principio è semplice: più calore è richiesto, più senso in questa tecnica).

L'alto costo dello scambiatore di calore utilizzato

Lo scambiatore di calore è un elemento tecnicamente complesso e costoso. In caso di fallimento, tu, come si suol dire, "sali sulla paletta". Per il denaro che spendi per l'acquisto di un nuovo scambiatore di calore e per pagare il lavoro di sostituzione, potresti facilmente acquistare una nuova caldaia a convezione della stessa capacità.

Ne consegue che è necessario monitorare attentamente le condizioni dello scambiatore di calore. Risciacqualo quando si intasa, sarà estremamente difficile. Quando si installa una caldaia a condensazione, è necessario condurre una verifica dell'intero impianto di riscaldamento - non ci devono essere tubi arrugginiti e radiatori.

La sicurezza dello scambiatore di calore dipende dalla qualità del liquido di raffreddamento utilizzato. L'acqua deve essere morbida, altrimenti i tubi si accumulano rapidamente all'interno della scala. La presenza di ruggine, corpi estranei, calcio e sali di ferro nell'acqua è inaccettabile.

Poiché la condensa contiene acidi, lo scambiatore di calore deve essere in grado di resistere ai loro effetti. Molto spesso, gli scambiatori di calore sono fatti di silumin e acciaio inossidabile di alta qualità. Lo scambiatore di calore di silumin è prodotto dalla fusione di metallo. A causa del basso costo del materiale e della tecnologia di produzione, questi scambiatori di calore sono più economici rispetto agli scambiatori di calore in acciaio inossidabile. Ma questi scambiatori di calore hanno uno svantaggio: sono meno resistenti agli ambienti acidi aggressivi.

Gli scambiatori di calore in acciaio inossidabile vengono realizzati saldando i singoli componenti. Il costo finale di tali scambiatori di calore è superiore a quello dei siluminici. Tuttavia, resistono meglio all'ambiente acido e aggiungono affidabilità all'apparecchiatura.

Uso inappropriato nei sistemi ad alta temperatura

L'efficienza promessa del 108-110% può essere ottenuta non sempre - la cifra reale dipende dal sistema di riscaldamento. Esistono due tipi di sistemi di riscaldamento fondamentalmente diversi: alta temperatura e bassa temperatura. Differiscono nell'intervallo di temperatura del liquido di raffreddamento all'ingresso e all'uscita del generatore di calore.

Nei sistemi convenzionali di riscaldamento ad alta temperatura, il rapporto tra la temperatura dell'acqua fornita e l'acqua nel circuito di ritorno è normalmente compresa tra 75-80 ° C e 55-60 ° C. Un sistema con una caldaia a condensazione è efficace solo nella modalità a bassa temperatura, cioè quando il rapporto tra le temperature di alimentazione e di ritorno è compreso tra 50-55 ° C e 30-35 ° C. Questo rapporto è ideale se il riscaldamento della casa viene effettuato con l'aiuto di pavimenti caldi. In caso contrario, per riscaldare la stanza, sarà necessario installare radiatori aggiuntivi con un aumento di 2. 5-3 volte la superficie utile calcolata per la temperatura del trasportatore di calore non superiore a 50 ° C.

L'efficienza della caldaia a condensazione è determinata principalmente dalla temperatura del liquido di raffreddamento all'ingresso. La ragione è semplice: più bassa è la temperatura dell'acqua nel circuito di ritorno, più intensa è la condensazione. L'efficienza della caldaia in un sistema di riscaldamento a bassa temperatura (temperatura di ingresso / uscita è di circa 30/50 ° C) può raggiungere lo stesso 108-110%. Se tale caldaia viene fatta funzionare in un sistema ad alta temperatura (60/80 ° C), quindi non ci sarà condensa, e l'efficienza scenderà al 98-99% - questo è più di caldaie a convezione convenzionali, ma meno di quanto potrebbe essere.

Quindi, se si desidera estrarre il massimo beneficio dal condensato, la decisione sulla sua installazione deve essere presa in fase di progettazione della casa. Se l'acquisto di una caldaia ad una costruzione attuale con sistema di riscaldamento esistente, questo significa che l'inevitabile ricostruzione dell'edificio con la sostituzione del sistema di radiatori ad alta temperatura a regime bassa temperatura di riscaldamento a pavimento (e tali riparazioni estese - questo è ancora un sacco di costi, e l'effetto economico di tutta la struttura è persa).

La complessità dello smaltimento della condensa

L'utilizzo di una caldaia a condensazione comporta lo smaltimento della condensa. E quest'ultimo è formato in quantità considerevoli - un litro di un metro cubo di gas bruciato. Ad esempio: una caldaia con una capacità di 25 kW all'ora consuma circa 2. 8 m ³ gas, cioè in appena un'ora di funzionamento, poco meno di 3 litri di condensa spiccano, un giorno - 70 litri.

Ricorda che la condensa è una soluzione di acidi, il che significa che la domanda su dove collocarla non è affatto inattiva. Bene, se la tua casa è collegata a un sistema fognario centralizzato. Anche in base a severi standard europei, le caldaie con una capacità fino a 28 kW non richiedono un utilizzo speciale della condensa. Si presume che una tale quantità di condensa sia diluita sufficientemente con le acque reflue domestiche per non danneggiare i tubi di fognatura.

Ma che dire dei proprietari di case private con fogne autonome? È impossibile versare nella fossa settica - i batteri benefici (e costosi) moriranno. È inaccettabile scaricare a terra - si verificherà la salinizzazione del suolo e nel tempo nulla crescerà in questo luogo. Lo smaltimento di 70 litri al giorno per il riciclaggio è estremamente difficile. Solo una via d'uscita - per fornire il proprio sistema separato per neutralizzare gli acidi contenuti nella condensa. In Occidente, dove i requisiti per la conformità agli standard ambientali sono più severi dei nostri, un convertitore catalitico viene acquisito automaticamente quando si installa una caldaia a condensazione.

Sensibilità alla qualità dell'aria di aspirazione

Un punto importante su cui prestare attenzione se si desidera che la caldaia funzioni normalmente - rimozione dei prodotti di combustione e accesso all'aria di combustione.

Una delle differenze tra caldaie a condensazione e caldaie a convezione è l'uso di una camera di combustione di tipo chiuso. Le caldaie a convezione prendono l'aria dalla stanza, la condensa - dalla strada. Nel primo, la circolazione naturale dell'aria (convezione) viene utilizzata per saturare la miscela aria-carburante con l'ossigeno e nel secondo viene fornita una ventola che forza l'aria al bruciatore. La rimozione dei prodotti della combustione in essi, a proposito, viene effettuata anche a forza. Le masse d'aria vengono fatte circolare, di solito attraverso un camino coassiale, che è una struttura a "tubo nel tubo". L'aria di aspirazione si muove attraverso la cavità esterna del camino, i prodotti di scarico della combustione - attraverso l'interno.

Da tutto ciò deriva che le trappole di condensa devono essere molto sensibili alla qualità dell'aria di aspirazione. La presenza di una quantità significativa di polvere nell'aria porta alla rapida usura della turbina (ventola).

Non solo la pulizia, ma anche la temperatura dell'aria esterna è di grande importanza per il normale funzionamento di una caldaia a condensazione. Se l'aria entra nel sistema attraverso un tubo coassiale del camino, quindi, come mostra la pratica, il condotto di aspirazione dell'aria in inverno, a basse temperature, può appannarsi perché la temperatura dei gas di scarico è piuttosto bassa e non sono in grado di riscaldare le pareti del camino. Ciò porta a una diminuzione dell'offerta di ossigeno necessaria per la combustione del carburante e, di conseguenza, a una diminuzione dell'efficienza dell'apparecchiatura.

Per evitare che ciò accada, e non è necessario riscaldare periodicamente i tubi per liberarli dal gelo, i tecnici di assistenza certificati devono occuparsi del calcolo del sistema, dell'installazione, dell'avvio e della regolazione. Per regolare il parametro responsabile del flusso d'aria nella quantità necessaria per bruciare il combustibile nella caldaia di una data potenza, usano un analizzatore di gas. Senza tali attrezzature speciali, non è possibile ottenere l'efficienza richiesta dalla caldaia. Inoltre, i residenti di aree con condizioni climatiche avverse, quando decidono di installare una caldaia a condensazione, dovrebbero chiedere ai rappresentanti del produttore di chiarire la possibilità di utilizzare tali apparecchiature in un determinato intervallo di temperature esterne locali.