Новый взгляд на автономную котельную

Конденсационные котлы как универсальное решение для системы отопления любой конфигурации

На протяжении многих десятилетий Россия оставалась страной централизованного теплоснабжения. Его преимущества и эффективность хорошо известны, особенно для регионов с суровым климатом. Не случайно такой же подход к организации теплоснабжения используют государства Северной Европы, климат которых во многом похож на климат значительной части России. Однако в гиперурбанизированной стране, до 75 % населения которой уже сегодня проживает в городах, скорость их роста нередко опережает развитие инфраструктуры. В этих условиях все большую популярность приобретают проекты многоквартирных домов и жилых комплексов с автономными котельными. Особенно эффективными и экономичными показали себя схемы с конденсационными котлами.

Вызовы градостроительстваНовые микрорайоны растут как грибы после дождя, а возможности их подключения к центральным теплосетям ограничены. Нередко такое решение обходится слишком дорого. При этом требования к уровню комфорта, в том числе температурного, становятся на рынке жилой недвижимости все выше. Очевидное решение – автономные котельные, в том числе крышные. Сегодня такой вариант достаточно популярен у застройщиков, например в Свердловской области, в частности в Екатеринбурге. Не отстают и центральные регионы: так, в подмосковных Химках значительная часть новой застройки реализована именно по такому принципу.
Проекты с автономными котельными позволяют строить жилье практически в любом месте, при этом существенно снижаются расходы на обслуживание инфраструктуры и эксплуатацию источников тепла. Кроме того, производство тепла и горячей воды непосредственно в местах потребления позволяет сократить энергопотери. Наконец, покупатели получают возможность приобретать квартиры в домах с комфортным микроклиматом, поддержание которого обеспечивают современные системы погодозависимого регулирования температуры.

Экономичный вариант для современной котельной
Наиболее эффективным решением для автономной котельной, особенно в условиях постоянного роста цен на энергоносители, являются конденсационные котлы. Отличие их конструкции заключается в особом устройстве теплообменника. Обратный (остывший) теплоноситель подается именно в ту зону котла, где проходят дымовые газы, уже отдавшие основную часть своей энергии теплоносителю системы отопления, и если теплоноситель имеет достаточно низкую температуру, то водяной пар, образующийся в процессе сжигания природного газа, конденсируется на поверхностях теплообмена, отдавая ему дополнительное тепло сверх того, которое выделяется в процессе горения. Таким образом существенно увеличивается КПД котла и снижается расход топлива, а также стоимость полученной тепловой энергии.
Применение конденсационных котлов поднимает эффективность автономного теплоснабжения на качественно иной уровень, делая такой подход конкурентным по отношению к централизованному. Поэтому подобные схемы все чаще применяются на практике.
Одним из примеров может служить новый уфимский микрорайон «Яркий», расположенный между озерами Кустаревским и Большой Танагу в Дёмском районе столицы Башкирии. В качестве типового решения для системы теплоснабжения части зданий здесь приняты крышные котельные на базе конденсационных котлов Viessmann. Так, отопление корпуса 10б первого квартала «Яркого», имеющего площадь 21 тыс. квадратных метров, обеспечивает котельная на базе двух сдвоенных конденсационных котлов Vitocrossal 100 мощностью по 600 кВт и одного агрегата мощностью 300 кВт.
Выбор оборудования был продиктован его экономичностью (нормативный КПД с учетом потенциального тепла конденсации водяных паров достигает 98 %). Благодаря сдвоенному исполнению (два в одном корпусе) котлы обеспечивают высокую производительность при компактных размерах, что особенно важно для крышных котельных. Используемая цилиндрическая горелка MatriX имеет диапазон модуляции до 1:5 в течение длительного времени работы, а регулятор сгорания Lambda Pro Control позволяет динамически подстраиваться горелке под текущие условия работы и поддерживать оптимальное качество сгорания топлива.

Проблемы совместимости
Применение котельных на базе конденсационных котлов требует принципиально иного подхода к проектированию и эксплуатации систем отопления. Это, в частности, обусловлено необходимостью поддержания температуры обратного теплоносителя на постоянном уровне не выше точки росы для удаляемого через дымоход водяного пара.
Эти условия учитываются при проектировании новых зданий, однако попытки применения конденсационных теплогенераторов в устаревших схемах, рассчитанных на применение традиционных котлов, не позволяют в полной мере использовать потенциал дорогостоящего оборудования, эффективность которого в этом случае оказывается утрачена, а выгода от экономии топлива – упущена.
В частности, в получивших широкое распространение (благодаря возможности масштабирования и потенциалу управления мощностью) каскадных системах котлы подключают параллельно, используя при этом отдельный подмешивающий насос для каждого теплогенератора и общий на весь контур. В подобных схемах при пиковых нагрузках парные традиционные котлы должны работать синхронно, нагревая воду до максимальной температуры. Это не только позволяет удовлетворить существующую потребность в теплоносителе, но и защитить оборудование от образования конденсата. В отличие от конденсационного, традиционный газовый котел в результате образования конденсата выйдет из строя, так как материалы, примененные в его конструкции, не рассчитаны на работу в агрессивной кислой среде, образующейся вследствие реакции продуктов сгорания с водяным конденсатом.

Альтернативное решение
Специалисты компании Viessmann, лидера инноваций в области отопления, предложили схему последовательного каскадного подключения. Такой подход к проектированию позволяет уйти от параллельной тепломеханической схемы и использовать традиционные и конденсационные котлы совместно.
«В качестве ведущего в подобной системе используется современный конденсационный котел с высоким КПД и горелкой, поддерживающей широкий диапазон модуляции пламени. Это позволяет котлу вместо частых включений и выключений работать в постоянном режиме на пониженной мощности. Ведомым в каскаде выступает котел традиционного типа. Он играет роль пикового и подключается только тогда, когда мощности основного становится недостаточно для обеспечения потребностей здания в тепле. Пока производительности ведущего котла хватает для покрытия потребностей здания, нагретый им теплоноситель поступает напрямую в распределительный коллектор системы отопления, минуя ведомый котел. Каскадный контроллер, управляющий порядком запуска котлов, включает его только при пиковых нагрузках, и тогда нагрев теплоносителя осуществляется по двухступенчатой схеме: ведомый котел догревает его до необходимой температуры, после чего теплоноситель возвращается в подающую магистраль», – рассказывает Игорь Кениг, руководитель Академии Viessmann.
Как объясняет эксперт, благодаря большому водонаполнению ведущий котел, например серии Vitocrossal 200, в собственном насосе не нуждается, а циркуляцию теплоносителя через него обеспечивают насосы отопительного контура. Ведомый оснащается насосом, который включается и выключается автоматически вместе с самим котлом. Такой режим включения и последовательная схема нагрева теплоносителя обеспечивают также защиту от образования конденсата в газовоздушном тракте ведомого котла, которое может быть вызвано подачей теплоносителя слишком низкой температуры.

Эффективность
Примером успешного использования комбинированной схемы может служить многоуровневый паркинг с офисными помещениями в Казани. На объекте были установлены два конденсационных котла Viessmann Vitocrossal 200 CM2 мощностью 620 кВт каждый и традиционный котел Vitoplex 100 PV1 мощностью 1700 кВт, исполняющий роль ведомого. Для достижения максимальной энергоэффективности управление котлами было реализовано по погодозависимой схеме с использованием контроллера Vitotronic 300, предустановленного в котле Vitocrossal 200. Автоматика получает данные от датчика уличной температуры и в соответствии с заданной программой регулирует температуру подачи и управляет работой горелок.
Температурный график позволяет выделить три периода работы котельной в различных режимах. В межсезонье, то есть в течение времени, когда уличная температура не опускается ниже –6 °С, конденсационный котел обеспечивает потребности здания в тепле в одиночку, работая с относительным КПД (109 %). Для Казани продолжительность этого периода может достигать до 53 % длительности всего отопительного сезона. При температуре воздуха от –6 до –19 °С (42,2 % продолжительности сезона) Vitocrossal 200 CM2 также справляется один, но с меньшим КПД (106 %). И лишь в период более серьезных морозов (то есть на 4,8 % от всего отопительного сезона) включается ведомый котел Vitoplex 100 PV1, который в данных условиях обеспечивает КПД 94 %.
Такой график эксплуатации позволяет котельной работать с относительным КПД до 106,7 %, что недостижимо при использовании традиционных котлов с параллельным подключением: в этом случае КПД котельной не превысит 94 %.
Как показали расчеты, уже спустя четыре года с момента начала эксплуатации комбинированная котельная с последовательно подключёнными конденсационным и обычным котлами окупила разницу в затратах на оборудование по сравнению с обычной схемой (а это порядка 1 млн рублей). За период эксплуатации котлов эта разница окупается в несколько раз.

Конденсационные газовые котлы – эффективное решение, позволяющее существенно снизить затраты на топливо и повысить рентабельность эксплуатации зданий. Сегодня их применение стало возможным не только в новом строительстве, но и при модернизации существующих котельных, в том числе в каскадных комбинированных схемах с традиционными котлами.