Caldera de condensación: los pros y los contras, el principio de funcionamiento

El costo de la energía en constante crecimiento ha empujado a los científicos e ingenieros a crear un nuevo tipo de generador de calor: una caldera de condensación. Cuando se instala en un sistema de calefacción a baja temperatura, un condensado puede mostrar una eficiencia superior al 100%. ¿Cómo logras esto? ¿Cuál es el principio de funcionamiento de una caldera de gas de condensación? ¿Cuáles son sus ventajas y desventajas? Después de leer nuestro artículo, aprenderá sobre todo o casi todo.

Principio de funcionamiento de una caldera de condensación

Una caldera de condensación es el hermano menor de la caldera de convección de gas más común. El principio de este último es extremadamente simple y, por lo tanto, comprensible incluso para las personas poco versadas en física y tecnología. El combustible para una caldera de gas, como su nombre lo indica, es gas natural (licuado) o licuado (globo). Durante la combustión del combustible azul, así como cualquier otra materia orgánica, se forma dióxido de carbono y agua y se libera una gran cantidad de energía. El calor liberado se usa para calentar el refrigerante: agua técnica que circula a través del sistema de calefacción en el hogar.

La eficiencia de una caldera de convección de gas es ~ 90%. Esto no es tan malo, al menos, más alto que el de los generadores de calor de combustibles líquidos y sólidos. Sin embargo, las personas siempre han tratado de acercar esta cifra lo más posible al preciado 100%. En este sentido, surge la pregunta: ¿a dónde va el otro 10%? La respuesta, por desgracia, es prosaica: volar dentro de la tubería. De hecho, los productos de combustión de gas que salen del sistema a través de la chimenea se calientan a una temperatura muy alta (150-250 ° C), lo que significa que el 10% de la energía perdida por nosotros se gasta en calentar el aire fuera de la casa.

Los científicos e ingenieros han estado buscando durante mucho tiempo la posibilidad de una recuperación de calor más completa, pero la incorporación tecnológica de sus desarrollos teóricos se encontró hace solo 10 años, cuando se creó una caldera de condensación.

¿Cuál es su diferencia fundamental con respecto al tradicional generador de calor de gas por convección? Después de elaborar el proceso principal de quemar combustible y transferir una parte significativa del calor liberado al intercambiador de calor, el condensado condensa los gases de combustión a 50-60 ° C, es decir, al punto en que comienza el proceso de condensación del agua. Esto ya es suficiente para aumentar significativamente la eficiencia, en este caso, la cantidad de calor transferida al refrigerante. Sin embargo, esto no es todo.

A 56 ° C, en el llamado punto de rocío, el agua pasa de un estado vaporoso a un líquido, en otras palabras, se produce condensación de vapor de agua. Al mismo tiempo, se libera energía adicional, al tiempo que se gasta en la evaporación del agua y en las calderas de gas ordinarias se pierde junto con la mezcla de vapor-gas que se volatiliza. La caldera de condensación es capaz de "recoger" el calor generado en el proceso de condensación del vapor de agua y transferirlo al refrigerante.

Los fabricantes de generadores de calor de tipo de condensación invariablemente llaman la atención de sus clientes potenciales a la inusualmente alta eficiencia de los dispositivos que fabrican, por encima del 100%. ¿Cómo es esto posible? De hecho, no hay contradicción con los cánones de la física clásica. Solo en este caso, utilice un sistema diferente de cálculos.

A menudo, al estimar la eficiencia de las calderas de calefacción, se calcula la cantidad de calor liberado que se transfiere al refrigerante. El calor, "tomado" en la caldera ordinaria, y el calor de la refrigeración profunda de los gases de combustión darán un rendimiento total del 100%. Pero si agregamos aquí también el calor liberado durante la condensación del vapor, obtendremos ~ 108-110%.

Desde el punto de vista de la física, tales cálculos no son del todo correctos. Al calcular la eficiencia, es necesario tener en cuenta no el calor liberado, sino la energía total liberada durante la combustión de una mezcla de hidrocarburos de una composición dada. Esto incluirá la energía gastada en la transferencia de agua a un estado gaseoso (más tarde liberado en el proceso de condensación).

De esto se deduce que la eficiencia, que excede el 100%, es solo un movimiento astuto por parte de los vendedores que explotan la imperfección de una fórmula obsoleta para el cálculo. Sin embargo, debe reconocerse que, a diferencia de una caldera de convección convencional, una caldera de condensado puede "exprimir" todo o casi todo el proceso de quemar combustible. Los puntos positivos son obvios: mayor eficiencia y menor consumo de recursos fósiles.

Dispositivo de las unidades principales de una caldera de condensación

Desde un punto de vista estructural, una caldera de condensación no es mucho, pero sigue siendo diferente de una de gas normal.Sus elementos principales son:

• una cámara de combustión equipada con un quemador, un sistema de suministro de combustible y un ventilador para soplar aire;
• intercambiador de calor Nº 1 (intercambiador de calor primario);
• cámara mezcla adicional de vapor y mezcla de gas a una temperatura cercana a 56-57 ° C;
• intercambiador de calor No. 2 (intercambiador de calor de condensación);
• tanque de recolección de condensado;
• chimenea para descarga de frío gas de combustión;
• una bomba que hace circular agua en el sistema.

En el intercambiador de calor primario asociado con la cámara de combustión, los gases evolucionados se enfrían a una temperatura sustancialmente más alta que el punto de rocío (de hecho, las calderas de gas de convección convencionales se ven así). Luego, la mezcla de humo se envía por la fuerza a un intercambiador de calor de condensación, donde se enfría más a una temperatura por debajo del punto de rocío, es decir, por debajo de 56 ° C. En este caso, el vapor de agua se condensa en las paredes del intercambiador de calor, "renunciando a este último". El condensado se recoge en un reservorio especial, desde donde fluye por la alcantarilla.

El agua que desempeña el papel de refrigerante se mueve en dirección opuesta a la mezcla de vapor y gas. El agua fría (retorno de agua de calefacción) se precalienta en un intercambiador de calor de condensación. Luego ingresa al intercambiador de calor primario donde se calienta a una temperatura más alta establecida por el usuario.

El condensado no es agua pura, como muchos creen, sino una mezcla de ácidos inorgánicos diluidos. La concentración de ácidos en el condensado es baja, pero dado que la temperatura en el sistema siempre es alta, puede considerarse un líquido agresivo. Es por eso que la producción de tales calderas (y principalmente intercambiadores de calor por condensación) utiliza materiales resistentes a los ácidos: acero inoxidable o silumin (aleación de aluminio y silicio). El intercambiador de calor se suele fundir, ya que las soldaduras son un punto vulnerable: aquí es donde comienza el proceso de destrucción corrosiva del material.

El vapor debe condensarse en el intercambiador de calor de condensación. Todo lo que entra en la chimenea, por un lado, se pierde por el calentamiento, por el otro, tiene un efecto destructivo en el material de la chimenea. Es precisamente por esta última razón que la chimenea está hecha de acero inoxidable o plástico resistente a los ácidos, y una pequeña pendiente está unida a sus secciones horizontales, de modo que el agua formada durante la condensación de cantidades insignificantes de vapor, que aún penetran en la chimenea, se drena nuevamente dentro de la caldera. Debe tenerse en cuenta que los gases de combustión que salen del condensado se enfrían con fuerza, y todo lo que no se condense en la caldera se condensará necesariamente en la chimenea.

En diferentes momentos del día, se requieren diferentes cantidades de calor de la caldera de calefacción, que se puede regular mediante un quemador. El quemador en la caldera de condensación puede ser modulado, es decir, con la posibilidad de un cambio de potencia suave durante la operación, o sin modelar, con una potencia fija. En este último caso, la caldera se ajusta a los requisitos del propietario al cambiar la frecuencia del quemador. La mayoría de las calderas modernas diseñadas para calentar casas privadas están equipadas con quemadores simulados.

Entonces, esperamos que tengas una idea general de qué es una caldera de condensación, cómo funciona y en qué principio funciona. Sin embargo, lo más probable es que esta información no sea suficiente para comprender si vale la pena para usted personalmente comprar dicho equipo. Para ayudarlo a tomar esta o aquella decisión, le informaremos sobre todas las ventajas y desventajas, ventajas y desventajas de una caldera de condensación, comparándola con una caldera de convección tradicional.

Ventajas de una caldera de condensación

La lista de ventajas de una caldera de condensación es impresionante, lo que en última instancia explica la creciente popularidad de este tipo de equipos de calefacción:

• Ahorro de combustible En comparación con una caldera de convección convencional, puede alcanzar el 35%.
• La reducción de emisiones dañinas durante la transición de los modelos tradicionales de gas a condensación se estima en un promedio del 70%.
• La baja temperatura del gas de combustión hace posible instalar chimeneas de plástico que son significativamente más baratas que las de acero clásico.
• Bajo ruido aumenta el nivel de comodidad de las personas que viven en la casa.

Hablemos sobre algunas de las ventajas enumeradas de las calderas de condensación con más detalle.

Ahorro de combustible cuando se usa en sistemas de baja temperatura

El consumo de combustible depende directamente de la potencia del equipo y de la carga impuesta al sistema de calefacción.Para calentar una casa con un área de 250 m ² , una caldera de condensación de 28 kilovatios con un caudal de gas máximo de 2. 85 m ³ / h será suficiente. Una caldera clásica de la misma capacidad consumirá 3. 25 m ³ / h. Siempre que la caldera funcione seis meses de cada doce, ahorrará unos 3.000 rublos por año. (a precios corrientes del gas principal para los consumidores rusos). Probablemente sea difícil calificar estos ahorros de manera significativa, ya que ni siquiera cubre la diferencia en el costo del mantenimiento anual de las calderas.

Pero echemos un vistazo a la situación a través de los ojos de un consumidor europeo promedio, a quien el gas natural cuesta entre cuatro y cinco (o incluso más) veces más caro. La cantidad de ahorro en este caso será de unos 300 euros, pero vale la pena luchar por ello.

Consumo de gas en calderas de condensación de varias capacidades:

Reducción de emisiones nocivas

Al quemar combustibles fósiles gas dióxido de carbono al interactuar con el agua. Además, en cualquier combustible siempre hay impurezas de compuestos de azufre, fósforo, nitrógeno y una serie de otros elementos. Durante la combustión, los óxidos correspondientes se forman a partir de ellos, que, cuando se combinan con agua, también producen ácidos.

En calderas de convección convencionales, los vapores de agua mezclados con ácidos (carbón, sulfúrico, nítrico, fosfórico) se liberan a la atmósfera. Las calderas de condensación no tienen este inconveniente: los ácidos permanecen en el condensado. Sin embargo, debido a los problemas con la eliminación del condensado, se puede cuestionar la notoriedad ambiental de este equipo.

Contras de una caldera de condensación

Una caldera de condensación con todas sus ventajas no puede considerarse un equipo de calefacción ideal, ya que no está libre de inconvenientes:

• precio alto;
• alto costo del intercambiador de calor (y, en consecuencia, la necesidad de monitorear cuidadosamente la condición de todo el sistema de calefacción);
• uso inapropiado en sistemas de alta temperatura;
• dificultad de utilización del condensado;
• Sensibilidad a la calidad del aire.

Precio

Tienes que pagar por porcentajes adicionales de energía térmica. Técnicamente, la caldera de condensación es más complicada y, por lo tanto, más cara. El costo de un buen condensado doméstico de un fabricante conocido es varias veces mayor que el costo de una unidad clásica de la misma capacidad. Por supuesto, dichos equipos se compran por más de una década, lo que significa que tiene sentido dar preferencia a las tecnologías innovadoras que aumentan la comodidad operativa.

Convencionalmente, todos los modelos de calderas de condensación se pueden dividir en tres categorías de precios: premium, media y clase económica:

1. La clase Premium está diseñada para unos pocos compradores. Las calderas de condensación de clase premium incluyen, por ejemplo, modelos de marcas alemanas. Este equipo es eficiente en operación y conveniente en operación, cumple con las normas ambientales europeas, está hecho de materiales de alta calidad. Las calderas "Premium" tienen muchas funciones útiles que aumentan significativamente el nivel de confort durante su funcionamiento: programación de los modos de operación (por ejemplo, mantener la temperatura ambiente a un nivel mínimo en ausencia de propietarios o una ligera disminución de la temperatura en la noche), regulación dependiente del clima, interacción inteligente con otros generadores de calor , control remoto mediante un programa especial en un teléfono móvil, etc. El único aspecto negativo es el alto precio.

2. La clase media incluye productos más baratos, pero con cualidades de consumidor algo más modestas. Estas son unidades económicas y amigables con el medio ambiente que cumplen con todos los requisitos y proporcionan un alto rendimiento. Se distinguen por una amplia gama de funciones y están equipadas con un sistema de control automático que cambia los parámetros de forma independiente en función de la temperatura del medio de transferencia de calor y el aire en la habitación.

3. La clase económica está diseñada para aquellos que están dispuestos a aceptar niveles más bajos de comodidad por el bien de la economía. El producto "masivo" siempre lidera en términos de ventas. Las posiciones de liderazgo en el mercado de calderas de condensación de clase económica pertenecen a empresas coreanas y eslovacas. Sus productos son dos o más veces más baratos que los modelos premium. Otra ventaja de este equipo es su adaptación a las condiciones de operación rusas. Las unidades de condensador de bajo costo con funcionalidad simple toleran silenciosamente las interrupciones en el suministro de energía y las caídas de presión cuando la costosa automatización deja de funcionar.

Al evaluar sus capacidades financieras, debe tener en cuenta los costos inevitables de la instalación y la puesta en servicio de los equipos, lo que también le costará mucho, pero será muy caro.

Debe recordarse que durante el funcionamiento, la caldera de condensación proporciona ahorros de gas.Sin embargo, este ahorro es tan ilusorio que la inversión no se amortizará pronto. Esto significa que antes de comprar calor de condensación vale la pena hacer una evaluación preliminar: si el costo del combustible ahorrado justificará el alto precio del equipo.

El efecto económico positivo de la adquisición de una caldera de este tipo se debe esperar solo bajo ciertas condiciones, si se instala en una casa nueva diseñada permanentemente (léase "en construcción") con un sistema de calefacción a baja temperatura organizado de calefacción por suelo radiante. La magnitud del efecto depende directamente de la temperatura promedio del invierno, es decir, de la región donde se encuentra la casa (el principio es simple: cuanto más calor se requiere, más sentido tiene esta técnica).

El alto costo del intercambiador de calor utilizado

El intercambiador de calor es un elemento técnicamente complejo y costoso. En el caso de que falle, usted, como dicen, "se sube al cabezal". Por el dinero que gasta en la compra de un nuevo intercambiador de calor y para pagar el trabajo de reemplazarlo, puede comprar fácilmente una nueva caldera de convección de la misma capacidad.

De esto se deduce que es necesario controlar cuidadosamente el estado del intercambiador de calor. Enjuágalo cuando se obstruya, será extremadamente difícil. Al instalar una caldera de condensación, es necesario llevar a cabo una auditoría de todo el sistema de calefacción: no debe haber tuberías oxidadas ni radiadores.

La seguridad del intercambiador de calor depende de la calidad del refrigerante utilizado. El agua debe ser suave, de lo contrario los tubos se acumularán rápidamente dentro de la escala. La presencia de óxido, sustancias extrañas, calcio y sales de hierro en el agua es inaceptable.

Dado que el condensado contiene ácidos, el intercambiador de calor debe poder soportar sus efectos. Más a menudo, los intercambiadores de calor están hechos de silumin y acero inoxidable de alta calidad. El intercambiador de calor de silumin es producido por fundición de metal. Debido al menor costo del material y la tecnología de producción, estos intercambiadores de calor son más baratos en comparación con los intercambiadores de calor de acero inoxidable. Pero estos intercambiadores de calor tienen una desventaja: son menos resistentes a los ambientes ácidos agresivos.

Los intercambiadores de calor de acero inoxidable se fabrican soldando partes individuales. El costo final de dichos intercambiadores de calor es más alto que el de los de siluminio. Sin embargo, resisten mejor el ambiente ácido y agregan confiabilidad al equipo.

Uso inadecuado en sistemas de alta temperatura

La eficiencia prometida del 108-110% puede obtenerse no siempre. La cifra real depende del sistema de calefacción. Hay dos tipos de sistemas de calefacción fundamentalmente diferentes: alta temperatura y baja temperatura. Difieren en el rango de temperatura del refrigerante en la entrada y la salida del generador de calor.

En los sistemas de calefacción convencionales de alta temperatura, la proporción de la temperatura del agua suministrada y el agua en el circuito de retorno es generalmente de 75-80 ° C a 55-60 ° C. Un sistema con una caldera de condensación es efectivo solo en modo de baja temperatura, es decir, cuando la relación entre las temperaturas de suministro y retorno es de 50-55 ° C a 30-35 ° C. Esta relación es ideal si el calentamiento de la casa se realiza con la ayuda de pisos cálidos. De lo contrario, para calentar la habitación, será necesario instalar radiadores adicionales con un incremento de 2. 5-3 veces el área de superficie útil calculada para la temperatura del portador de calor no superior a 50 ° C.

La eficiencia de la caldera de condensación se determina principalmente por la temperatura del refrigerante en la entrada. La razón es simple: cuanto más baja es la temperatura del agua en el circuito de retorno, más intensa es la condensación. La eficiencia de la caldera en un sistema de calefacción a baja temperatura (la temperatura de entrada / salida es de aproximadamente 30/50 ° C) puede alcanzar los mismos 108-110%. Si se hace que una caldera de este tipo funcione en un sistema de alta temperatura (60/80 ° C), entonces no habrá condensado, y la eficiencia bajará a 98-99%, esto es más que las calderas de convección convencionales, pero menos de lo que podría ser.

Por lo tanto, si desea extraer el máximo beneficio del condensado, la decisión sobre su instalación debe tomarse en la etapa de diseño de la casa. Si compra una caldera de este tipo para una casa existente con un sistema de calefacción existente, esto significa la reconstrucción inevitable del edificio, reemplazando el sistema de calefacción de alta temperatura del radiador con un sistema de baja temperatura de calefacción por suelo radiante (y tal reparación a gran escala es nuevamente un gasto considerable, y se pierde el efecto económico de toda la empresa).

Es difícil utilizar el condensado

El uso de una caldera de condensación implica la eliminación del condensado. Y este último se forma en cantidades considerables: un litro de metro cúbico de gas quemado. Por ejemplo: una caldera con una capacidad de 25 kW por hora consume aproximadamente 2. 8 m ³ gas, es decir, en solo una hora de funcionamiento, sobresale un poco menos de 3 litros de condensado, un día: 70 litros.

Recuerde que el condensado es una solución de ácidos, lo que significa que la pregunta de dónde colocarlo no está del todo inactiva. Bueno, si su casa está conectada a un sistema de alcantarillado centralizado. Incluso bajo los estrictos estándares europeos, las calderas con una capacidad de hasta 28 kW no requieren una utilización especial del condensado. Se supone que tal cantidad de condensado se diluye suficientemente con las aguas residuales domésticas para no dañar las tuberías de alcantarillado.

Pero ¿qué pasa con los propietarios de casas privadas con alcantarillas autónomas? Es imposible verter en el tanque séptico: las bacterias beneficiosas (y caras) morirán. Es inaceptable tirar al suelo: se producirá la salinización del suelo y, con el tiempo, no crecerá nada en este lugar. La eliminación de 70 litros diarios para el reciclaje es extremadamente difícil. Solo una salida: proporcionar su propio sistema separado para neutralizar los ácidos contenidos en el condensado. En Occidente, donde los requisitos para el cumplimiento de las normas medioambientales son más estrictos que los nuestros, se adquiere automáticamente un convertidor catalítico al instalar una caldera de condensación.

Sensibilidad a la calidad del aire de admisión

Un punto importante al que debe prestar atención si desea que su caldera funcione normalmente: eliminación de productos de combustión y acceso al aire de combustión.

Una de las diferencias entre calderas de condensación y calderas de convección es el uso de una cámara de combustión de tipo cerrado. Las calderas de convección toman aire de la habitación, condensación - de la calle. En la primera, la circulación de aire natural (convección) se usa para saturar la mezcla de aire y combustible con oxígeno, y en la segunda, se proporciona un ventilador que fuerza el aire al quemador. La eliminación de los productos de combustión en ellos, por cierto, también se lleva a cabo por la fuerza. Las masas de aire circulan, generalmente a través de una chimenea coaxial, que es una estructura de "tubo en tubo". El aire de admisión se mueve a través de la cavidad externa de la chimenea, los productos de escape de la combustión, a través de la interna.

De todo esto se deduce que las trampas de condensado deben ser muy sensibles a la calidad del aire de admisión. La presencia de una cantidad significativa de polvo en el aire conduce a un rápido desgaste de la turbina (ventilador).

No solo la limpieza, sino también la temperatura del aire exterior son de gran importancia para el funcionamiento normal de una caldera de condensación. Si el aire ingresa al sistema a través de una tubería de chimenea coaxial, entonces, como muestra la práctica, el conducto de admisión de aire en invierno, en climas fríos, puede congelarse, ya que la temperatura de los gases de combustión es bastante baja y no pueden calentar las paredes de la chimenea. Esto conduce a una disminución en el suministro de oxígeno necesario para la combustión del combustible y, como consecuencia, a una disminución en la eficiencia del equipo.

Para evitar que esto suceda, y no tiene que calentar periódicamente las tuberías para liberarlas de las heladas, los técnicos de servicio certificados deben ocuparse del cálculo, la instalación, la puesta en marcha y el ajuste del sistema. Para ajustar el parámetro responsable del flujo de aire en la cantidad necesaria para quemar combustible en la caldera de una potencia determinada, utilizan un analizador de gas. Sin tal equipo especial, la eficiencia requerida de la caldera no se puede lograr. Además, los residentes de áreas con condiciones climáticas adversas, cuando deciden instalar una caldera de condensación, deben solicitar a los representantes del fabricante una aclaración sobre la posibilidad de operar dicho equipo en un rango dado de temperaturas locales al aire libre.