Technika KONDENSACYJNA

Transkrypt

1 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 (O 2 ) powstaje dwutlenek węgla (CO 2 ) i woda (H 2 O). Dla gazu ziemnego (metan CH 4 ) uproszczone równanie reakcji spalania ma postać: CH O 2 -> 2 H 2 O + CO 2 + 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.

2 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 (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

3 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 CO 2. 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 CO 2 w spalinach. Z kolei, osiągana zawartość CO 2 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.

4 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

5 KONTAKT EkoOszczędni