Caldaia a gas a condensazione: specifiche di funzionamento, pro e contro + differenza rispetto ai modelli classici

I venditori di generatori di calore a condensazione affermano che l'efficienza delle apparecchiature innovative che ci vengono offerte supera il 100%. Ma devi ammettere che questo contraddice leggermente la legge di conservazione dell'energia, familiare a tutti noi dal nostro corso di fisica scolastica. Allora qual è il mistero?

Da un lato, tali affermazioni sono uno stratagemma dei professionisti del marketing. D'altra parte, però, c'è un fondo di verità nelle loro assicurazioni che convincono l'acquirente. Analizzeremo nel dettaglio il funzionamento di una caldaia a condensazione: vantaggi e svantaggi, il suo funzionamento specifico e la sua progettazione meritano uno studio approfondito.

Per comprendere a fondo la tipologia di apparecchiatura a condensazione, confrontiamola con la tipologia classica del generatore di energia termica. Ecco le caratteristiche della sua connessione e funzionamento. Sveliamo i segreti delle altissime prestazioni.

Caldaia a condensazione a gas

L'elevata efficienza di un generatore di calore a gas a condensazione è garantita dalla presenza di uno scambiatore di calore aggiuntivo nella sua struttura. Il primo scambiatore di calore standard per tutte le caldaie da riscaldamento trasferisce l'energia del combustibile bruciato al liquido di raffreddamento. E al secondo si aggiunge il calore derivante dal recupero dei gas di scarico.

Le caldaie a condensazione funzionano con il “combustibile blu”:

• principale (miscele di gas con predominanza di metano);
• serbatoio o bombola di gas (una miscela di propano e butano con predominanza del primo o del secondo componente).

È consentito utilizzare qualsiasi tipo di gas.La cosa principale è che il bruciatore è progettato per funzionare con un tipo di carburante o con un altro.

Le caldaie a gas a condensazione sono più costose dei modelli convenzionali a convezione, ma li battono in termini di costi del carburante riducendo il consumo di gas del 20-30%

Il generatore di calore a condensazione mostra il miglior rendimento quando brucia metano. La miscela propano-butano qui è leggermente inferiore. Inoltre, maggiore è la percentuale di propano, meglio è.

A questo proposito, il gas “invernale” per un serbatoio di gas fornisce un'efficienza di uscita leggermente superiore rispetto al gas “estivo”, poiché la componente di propano nel primo caso è maggiore.

A differenza di una caldaia a gas a condensazione, in una caldaia a convezione parte dell'energia termica entra nel camino insieme ai prodotti della combustione. Pertanto, i design classici hanno un'efficienza di circa il 90%. È possibile alzarlo più in alto, ma tecnicamente è troppo difficile.

Economicamente questo non è giustificato. Ma nei condensatori il calore ottenuto dalla combustione del gas viene utilizzato in modo più razionale e completo, poiché il calore rilasciato durante la lavorazione del vapore viene accumulato e trasferito sistema di riscaldamento. Ciò riscalda ulteriormente il liquido di raffreddamento, il che consente di ridurre il consumo di carburante per 1 kW di calore ricevuto.

Progettazione e principio di funzionamento

La struttura di una caldaia a condensazione è per molti versi simile alla sua controparte a convezione con camera di combustione chiusa. Solo al suo interno è integrato con uno scambiatore di calore secondario e un recuperatore.

Le caratteristiche principali della progettazione del generatore di calore a condensazione sono la presenza di un secondo scambiatore di calore e di una camera di combustione chiusa con ventilatore

Una caldaia a condensazione a gas è composta da:

• camere di combustione chiuse con bruciatore modulante;
• scambiatore primario n. 1;
• camere di raffreddamento dei gas di scarico fino a +56–57 ⁰C (punto di rugiada);
• scambiatore secondario a condensazione n°2;
• camino;
• ventilatore di alimentazione dell'aria;
• serbatoio della condensa e relativo sistema di drenaggio.

L'apparecchiatura in questione è quasi sempre dotata di pompa di circolazione incorporata refrigerante. La solita opzione con un flusso naturale d'acqua attraverso i tubi del riscaldamento è di scarsa utilità qui. Se la pompa non è inclusa nel kit, dovrà sicuramente essere fornita durante la preparazione del progetto delle tubazioni della caldaia.

Ulteriori percentuali di efficienza in una caldaia a condensazione si formano come risultato del riscaldamento del ritorno raffreddando i gas di scarico nel camino

Le caldaie a condensazione in vendita includono monocircuito e doppio circuito, oltre che nelle versioni da terra e da parete. In questo non sono diversi dai classici modelli di convezione.

Il principio di funzionamento di una caldaia a gas a condensazione è il seguente:

1. L'acqua riscaldata riceve il calore principale nello scambiatore di calore n. 1 dalla combustione del gas.
2. Quindi il liquido di raffreddamento passa attraverso il circuito di riscaldamento, si raffredda ed entra nello scambiatore di calore secondario.
3. Come risultato della condensazione dei prodotti della combustione nello scambiatore di calore n. 2, l'acqua raffreddata viene riscaldata utilizzando il calore recuperato (risparmiando fino al 30% di carburante) e ritorna al n. 1 in un nuovo ciclo di circolazione.

Per controllare con precisione la temperatura dei fumi, le caldaie a condensazione sono sempre dotate di bruciatore modulante con range di potenza dal 20 al 100% e di ventilatore di immissione aria.

Sfumature di funzionamento: condensa e camino

In una caldaia a convezione, i prodotti della combustione del gas naturale CO₂, gli ossidi di azoto e il vapore vengono raffreddati solo a 140–160 ⁰C. Se li raffreddi dal basso, il tiraggio del camino diminuirà, inizierà a formarsi una condensa aggressiva e il bruciatore si spegnerà.

In questo sviluppo della situazione, tutti i produttori classici generatori di calore a gas sforzarsi di evitare per massimizzare la sicurezza operativa e prolungare la vita delle proprie apparecchiature.

In una caldaia a condensazione la temperatura dei gas nel camino oscilla intorno a 40 ⁰C. Da un lato ciò riduce i requisiti di resistenza al calore del materiale canna fumaria, ma d'altra parte impone restrizioni nella sua scelta in termini di resistenza agli acidi.

Una volta raffreddati, i gas di scarico di una caldaia a gas formano una condensa aggressiva e altamente acida, che corrode facilmente anche l'acciaio

Gli scambiatori di calore nei generatori di calore a condensazione sono costituiti da:

• acciaio inossidabile;
• silumin (alluminio con silicio).

Entrambi questi materiali hanno caratteristiche migliorate di resistenza agli acidi. La ghisa e l'acciaio comune sono completamente inadatti ai serbatoi del condensatore.

La canna fumaria per una caldaia a condensazione può essere installata solo in acciaio inossidabile o plastica resistente agli acidi. I camini in mattoni, ferro e altri non sono adatti per tali apparecchiature.

Durante il recupero nello scambiatore secondario si forma della condensa che è una soluzione acida debole e deve essere rimossa dallo scaldacqua

Quando si utilizza una caldaia a condensazione con una potenza di 35–40 kW si formano circa 4–6 litri di condensa. Semplificando si tratta di circa 0,14–0,15 litri per 1 kW di energia termica.

In realtà, questo è un acido debole, a cui è vietato versare in un sistema fognario autonomo, poiché distruggerà i batteri coinvolti nella lavorazione dei rifiuti. E prima di scaricare in un sistema centralizzato, si consiglia di diluire preventivamente con acqua in un rapporto fino a 25:1.E poi puoi rimuoverlo senza timore di distruggere il tubo.

Se la caldaia è installata in un cottage con fossa settica o COV, la condensa deve essere prima neutralizzata. Altrimenti, ucciderà tutta la microflora nel sistema di trattamento autonomo.

Il “neutralizzatore” è realizzato sotto forma di un contenitore con scaglie di marmo con un peso totale di 20–40 kg. Quando la condensa della caldaia passa attraverso il marmo, il suo pH aumenta. Il liquido diventa neutro o poco alcalino, non più pericoloso per i batteri presenti nella fossa settica e per il materiale del pozzetto stesso. Il riempitivo di un tale neutralizzatore deve essere cambiato ogni 4-6 mesi.

Da dove viene l’efficienza superiore al 100%?

Quando indicano l'efficienza operativa di una caldaia a gas, i produttori prendono come base l'indicatore del potere calorifico inferiore del gas senza tenere conto del calore generato durante la condensazione del vapore acqueo. In un generatore di calore a convezione quest'ultima, insieme a circa il 10% dell'energia termica, viene completamente dispersa canna fumaria, quindi non viene preso in considerazione.

Tuttavia, se si somma il calore secondario di condensazione e il calore principale del gas naturale bruciato, si ottiene un rendimento leggermente superiore al 100%. Nessuna truffa, solo numeri un po' complicati.

Quando si calcola l'efficienza in base al potere calorifico più elevato di una caldaia a convezione, sarà circa 83–85% e per una caldaia a condensazione sarà circa 95–97%

In sostanza, l'efficienza "sbagliata" superiore al 100% nasce dal desiderio dei produttori di apparecchiature per la generazione di calore di confrontare indicatori comparabili.

È solo che in un dispositivo a convezione il "vapore acqueo" non è affatto considerato, ma in un dispositivo a condensazione deve essere preso in considerazione. Da qui le lievi discrepanze con la logica della fisica di base insegnata a scuola.

Pro e contro di un riscaldatore a condensazione

I vantaggi di una caldaia a condensazione sono:

1. Riduzione delle emissioni nocive del 60–70% (la maggior parte dell'anidride carbonica e degli ossidi di azoto finiscono nella condensa).
2. Rispetto ai modelli a convezione, risparmio fino al 30% di gas combustibile per 1 kW generato.
3. Dimensioni più piccole degli apparecchi di riscaldamento a gas con la stessa potenza.
4. Bassa temperatura dei prodotti della combustione nel camino (solo circa 40 ⁰CON).
5. Possibilità di installare una cascata di più caldaie.
6. Versatilità (adatto sia per il riscaldamento a radiatori che per “pavimenti caldi”).
7. La presenza di automazione intelligente e completa autonomia del generatore di calore a gas senza intervento umano.

Un sistema in cascata di due o tre generatori di calore consente di installare caldaie a bassa potenza che fanno meno rumore e vibrano durante il funzionamento rispetto ai modelli più potenti.

Ciò semplifica l'installazione dell'intero sistema di riscaldamento e consente dimensioni ridotte. locale caldaia domestico. Inoltre, grazie alla possibilità di una regolazione più flessibile del processo di generazione del calore, aumenta l'efficienza complessiva dell'utilizzo delle apparecchiature di generazione del calore.

I costi di una caldaia a condensazione, rispetto ad una caldaia a convezione convenzionale, vengono ammortizzati in 5–6 anni grazie al risparmio sul gas naturale

Gli svantaggi dei generatori di calore a condensazione includono:

1. Prezzo elevato per le apparecchiature (1,5–2 volte superiore rispetto ai classici modelli a convezione di potenza simile).
2. Problemi con lo smaltimento della condensa.
3. Rendimento ridotto quando si utilizza la caldaia in impianti di riscaldamento ad alta temperatura.
4. Dipendenza energetica: il ventilatore, l'automazione e la pompa di circolazione necessitano di elettricità per funzionare.
5. Utilizzo vietato con antigelo.

Nonostante i notevoli costi iniziali, una caldaia a condensazione è abbastanza giustificata dal punto di vista economico. Durante il funzionamento, restituisce più che tutti i soldi inizialmente spesi.

In Russia, tali apparecchiature non sono ancora diffuse. Una caldaia a gas con recupero è ancora troppo insolita e poco studiata nel nostro mercato. Ma l'interesse per tali generatori di calore sta gradualmente crescendo.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Come funziona un generatore di calore a condensazione:

Costruzione di caldaie a gas con recupero di vapore acqueo:

Tutti i vantaggi delle caldaie a condensazione:

Se si comprende attentamente come e in base a quali principi funziona una caldaia a condensazione a gas, a prima vista l'efficienza "errata" del 108-110% diventa abbastanza comprensibile e giustificata dalle cifre.

Un generatore di calore con recupero dei gas di scarico è infatti più efficiente rispetto a quello classico. Il suo unico grave inconveniente è la condensa altamente acida, che deve essere smaltita da qualche parte.

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