1
Technika kondensacyjna (1)
Kondensacja pary wodnej
• kondensacja pary wodnej, proces polegający na przejściu
wody ze stanu gazowego (para wodna) w ciekły (inna
nazwa: skroplenie, wykraplanie) lub stały (resublimacja)
• jest to zjawisko bardzo powszechnie występujące w
przyrodzie powoduje powstawanie chmur, mgieł, rosy,
szronu
• w procesie kondensacji pary wodnej uwalniane jest ciepło
kondensacji (inaczej: skraplania, utajone)
• zjawisko kondensacji wykorzystywane jest w technice
cieplnej w kotłach kondensacyjnych, których sprawność
przekracza 100% (w odniesieniu do wartości opałowej)
• kotły kondensacyjne różnią się od innych kotłów
materiałem, z którego są zrobione, konstrukcją, systemem
odprowadzania spalin
Technika kondensacyjna (2)
Zapotrzebowanie na moc cieplną w sezonie grzewczym
źródło: Rynek Instalacyjny 4/1999
Technika
kondensacyjna (3)
Sprawność
kotłów kondensacyjnych
W przypadku opalania gazem
ziemnym GZ50, kotły
kondensacyjne mogą uzyskać
sprawność ponad 109% (odniesioną
do wartości opałowej paliwa).
Energia w paliwie
Energia użyteczna (ciepło)
Sprawność
przy wykorzystaniu
ciepła kondensacji
(do 109%)
Sprawność przy pracy
niekondensacyjnej
(do 96%)
Straty ciepła
parowania
Ciepło utajone
Ciepło spalania (111%)
Wartość opałowa (100%)
Strata
kominowa
Straty
przez obudowę
Sprawność kotła kondensacyjnego
zależy od:
- parametrów pracy
- obciążenia cieplnego kotła
- rodzaju paliwa
- nadmiaru powietrza
- wilgotności powietrza do spalania
Technika kondensacyjna (4)
Sprawność znormalizowana
Sprawność
znormalizowaną można
utożsamiać ze średnią
sprawnością kotła w
sezonie
grzewczym,używanego
do celów c.o.
Określa się ją na
stanowisku badawczym.
Dotyczy to nie tylko
kotłów
kondensacyjnych.
źródło: Viessmann
Wyznaczenie sprawności znormalizowanej kotłów VEROMAT (370 kW)
Parametry obliczeniowe 75/60
o
C
Sprawność kotłów
kondensacyjnych jest
większa, gdy niskie są
parametry pracy obiegów
grzewczych.
źródło: Viessmann
Wzrost sprawności
następuje ze spadkiem
obciążenia cieplnego
kotła..
Technika
kondensacyjna (5)
Wpływ obciążenia
cieplnego kotła na
sprawność
Im niższa parametry
pracy instalacji, tym
lepsze wykorzystanie
ciepła kondensacji i
wyższa sprawność
kotła.
Technika kondensacyjna (6)
Wpływ parametrów pracy na sprawność
źródło: Viessmann
Kotły kondensacyjne
najlepiej sprawdzają się
niskotemperaturowych
systemach grzewczych
(np. ogrzewanie
podłogowe).
2
Technika kondensacyjna (7)
Udział ciepła kondensacji w paliwach
Paliwo
Ciepło
spalania
H
s
[MJ/m
3
]
Warość
opałowa
H
i
[MJ/m
3
]
H
s
/H
i
[ - ]
H
s
-H
i
[MJ/m
3
]
Ilość
kondensatu
[kg/m
3
paliwa]
gaz zimny
GZ-41,5
gaz ziemny
GZ-50
propan
butan
olej opałowy
lekki
35,2
41,2
100,9
133,8
44,7
MJ/dm
3
31,8
37,2
92,9
123,7
42,2
MJ/dm
3
1,11
1,11
1,09
1,08
1,06
3,4
4,0
8,0
10,1
2,5
MJ/dm
3
1,53
1,63
3,37
4,29
0,88 kg/dm
3
Gaz ziemny zawiera w swym składzie więcej wodoru, niż inne paliwa, więc spaliny z
gazu ziemnego zawierają więcej pary wodnej. Stąd większy udział ciepła utajonego w
cieple spalania.
Temperatura punktu
rosy (t
PR
) dla danego
paliwa, zależy od
zawartości CO
2
w
spalinach, a to z kolei
zależy od
współczynnika
nadmiaru powietrza.
Im wyższa jest t
PR
, tym
gorszy efekt techniki
kondensacyjnej
Technika
kondensacyjna (8)
Temperatura punktu rosy
źró
dł
o:
Vi
es
sm
an
n
Technika kondensacyjna (9)
Odczyn skroplin
źródło: Polski Instalator 9/2004
Technika kondensacyjna (10)
Odprowadzanie skroplin
• skropliny z kotłów kondensacyjnych (oraz z kominów tych
kotłów) mogą być odprowadzane do bezpośrednio do kanalizacji,
gdy jest możliwe odpowiednie rozcieńczenie kondensatu
ściekami o odczynie zasadowym
• można założyć, że bezpieczne będzie co najmniej 20-krotne
rozcieńczenie skroplin ściekami bytowymi
– kocioł kondensacyjny o mocy 10 kW wytwarza ok. 1 dm
3
kondensatu na
godzinę, czyli 24 dm
3
na dobę
– w szczycie ciepłowniczym potrzeba więc 24x20=480 dm
3
/dobę ścieków
bytowych, by rozcieńczyć skropliny
• skropliny można odprowadzać skroplin, bez ich zneutralizowania,
do przydomowych oczyszczalni ścieków, pod warunkiem, że
przerwa w dopływie ścieków bytowych jest krótsza niż 20 dni
• konieczna jest kontrola drożności przewodu odprowadzającego
skropliny (zatkanie przewodu przez osad znajdujący się w
kondensacie)
Technika kondensacyjna (11)
Neutralizacja skroplin
• skropliny z kotłów
o mocy do 25 kW
mogą być odprowadzane
bezpośrednio do kanalizacji
sanitarnej lub deszczowej (warunek:
odporność instalacji kanalizacyjnej na ścieki o kwaśnym
odczynie)
• skropliny z kotłów
o mocy 25 kW ÷ 200 kW
mogą być
odprowadzane
bez neutralizacji
,
warunkowo
:
– zatrzymywane są w zbiorniku i mieszane potem ze ściekami domowymi
– pH tej mieszaniny mieści się w przedziale 5,5÷7,0
• skropliny z kotłów
o mocy ponad 200 kW
mogą być
odprowadzane do kanalizacji wyłącznie
za pośrednictwem
neutralizatora skroplin
• neutralizatory kondensatu działają na zasadzie przepuszczania
skroplin przez
złoże o odczynie zasadowym
(np. dolomit); dla
większych kotłów (>350 kW) wskazane zastosowanie pompy
kondensatu
Przekrój kotła Thermo Condens
Technika kondensacyjna (12)
Konstrukcje kotłów kondensacyjnych
źró
dł
o:
W
ei
sh
aupt
Przekrój kotła GB112
źró
dł
o:
Bud
er
us
Palnik
Skropliny
Powrót do kotła
Zasilanie c.o.
Spaliny
3
Przekrój kotła Veromat
Technika kondensacyjna (13)
Konstrukcje kotłów kondensacyjnych
źró
dł
o:
Vi
es
sm
an
n
Palnik
Skropliny
Powrót do kotła
Zasilanie c.o.
Spaliny
Kocioł ze zintegrowanym
wymiennikiem ciepła
(tzw. II generacji)
Technika kondensacyjna (14)
Konstrukcje kotłów kondensacyjnych
źró
dł
o:
R
yn
ek In
st
al
ac
yj
ny
4/
199
9
Kocioł dwufunkcyjny
(tzw. III generacji)
Technika kondensacyjna (15)
Kocioł „subkondensacyjny”
źró
dł
o:
Bud
er
us
Technika kondensacyjna (16)
Kocioł „subkondensacyjny”
• kocioł nazywany jest „subkondensacyjnym”, ponieważ
osiąga sprawność 99%, nie powodując jednak wykraplania
się pary wodnej
w przewodach spalinowych kotła
• kocioł olejowy, wykonany na bazie kotła o obniżonych
parametrach o sprawności 96%
• wykorzystano materiały takie, jak w kotłach
niekondensacyjnych (żeliwo szare), dwa żeliwne człony
(symetryczne – prawy i lewy) są pokryte stożkowymi
wypustkami, intensyfikującymi proces wymiany ciepła
• różnica polega na zastosowaniu
dodatkowych przegód
zmieniających kierunek przepływu spalin
• kocioł G135 jest 3-ciągowy, a kocioł GB135 jest 5-
ciągowy, co
podwyższa sprawność
, ale zwiększa opór
przepływu spalin i powoduje
spadek mocy
Technika kondensacyjna (17)
Prawidłowa eksploatacja kotła
• szacowany przez producenta czas eksploatacji kotła
kondensacyjnego, to ok. 15 lat
• przy prawidłowej eksploatacji można zwiększyć do 30 lat
• najważniejsze elementy prawidłowej eksploatacji
:
– szczelny układ hydrauliczny
– woda o odpowiedniej jakości
– prawidłowy układ odprowadzania spalin
– paliwo dobrej jakości
– odpowiedni strumień czystego powietrza do spalania
– odpowiednie warunki w pomieszczeniu kotłowni (sucho, czysto, bez
składowania np. środków chemicznych)
– prawidłowy odpływ skroplin (kontrola drożności przewodów
odpływowych)
– dobre warunki doprowadzania energii elektrycznej
– coroczny przegląd serwisowy
Technika kondensacyjna (18)
Podumowanie
• nowoczesne kotły kondensacyjne mają
wyższą sprawność
od
nowoczesnych kotłów o obniżonych parametrach z zamkniętą
komorą spalania o:
– ok. 16% (przy pracy na c.o. przy parametrach 40/30
o
C)
– ok. 12% (przy podgrzewaniu c.w.u. do 60
o
C)
• o tyle
mniej zużywają paliwa
• najefektywniej pracują
przy niskich parametrach i częściowym
obciążeniu
(czyli w tzw. okresie przejściowym)
• wymagają
specjalnej konstrukcji i odpowiednich materiałów
• konieczność odprowadzania kondensatu
(czasem też
neutralizowania)
• wymagają stosowania
szczelnych układów spalinowych
z
materiałów kwasoodpornych