В процессе сжигания топлива продукты сгорания, охлаждаясь, отдают энергию в теплообменнике котла теплоносителю системы отопления, нагревая его. В традиционных котлах происходит передача только «явного» тепла, но на ряду с ним продукты сгорания содержат так называемую скрытую теплоту, находящуюся в водяном паре (одним из продуктов, образующихся при сгорании топлива, в данном случае природного газа, является вода, которая в условиях высших температур в камере сгорания котла присутствует в газообразной форме водяных паров). В «обычных» котлах это тепло просто выбрасывается в окружающую среду через дымоход, а в конденсационных котлах, благодаря особо развитым теплообменным поверхностям, оно может быть эффективно использовано для нагрева теплоносителя. Водяной пар, остывая, конденсируется на теплообменнике и передает свою энергию теплоносителю. Таким образом, для получения эффекта конденсации в котле необходимо обеспечить охлаждение продуктов сгорания до температуры точки росы. Она зависит от состава продуктов сгорания и их влогосодержания, но прежде всего от содержания двуокиси углерода (СО2). В разных видах топлива оно разное, поэтому и температура точки росы будет отличаться. Например, для природного газа эта величина составит около 55 °С, а для жидкого топлива 47 °С.
С содержанием углекислого газа напрямую связана еще одна величина – коэффициент избытка воздуха при работе горелки котла. Чем ниже величина избытка воздуха в топливной смеси, тем выше располагается точка росы, что обеспечивает более комфортные условия конденсатообразования. Ведь охлаждение происходит теплоносителем системы отопления, а это означает, что чем выше точка росы водяных паров в продуктах сгорания, тем при более высоких температурах теплоносителя будет идти конденсация паров. Это важно с точки зрения принципа построения системы отопления, ведь в случае использования радиаторов необходима подача значительно более горячего теплоносителя, чем в системе теплых полов.
Кстати, с этим моментом связано одно из распространенных заблуждений, встречающихся при выборе типа котла: конденсационные могут эффективно работать только с низкотемпературными системами отопления. Это не совсем так. Для примера возьмем Киев с расчетной температурой наружного воздуха, равной -28 °С. При такой погоде необходимо, чтобы в низкотемпературных системах отопления температура теплоносителя во входящей магистрали была равна 50 °С, а в уходящей – 40 °С. Для процесса конденсации приоритетное значение имеет температура теплоносителя в обратной магистрали до тех пор, пока она на 4-5 °С ниже точки росы, в котле будет идти процесс конденсатообразования.
Действительно, наиболее благоприятные условия эксплуатации конденсационной техники достигаются при работе с низкотемпературными системами, в которых для обеспечения в доме комфортных условий проживания даже температура наиболее горячей, подающий теплоноситель магистрали имеет значение ниже точки росы. Утилизация тепла конденсата в такой установке максимальная. Но при всех преимуществах, предоставляемых такими системами теплоснабжения, решающим фактором становится их стоимость. Она выше по сравнению с традиционной радиаторной, к тому же может быть неприменима из-за определенного дизайна помещений и выбранных отделочных материалов. Например, использование дерева нежелательно для теплых полов.
Что же смогут дать конденсационные котлы при работе с нашими классическими радиаторами и выборе температурного графика 80/60 °С? Даже для большинства традиционных котлов нормой стала автоматика, осуществляющая погодозависимую теплогенерацию с переменной температурой теплоносителя. Конденсационные котлы выигрывают от ее использования гораздо больше традиционных котлов из-за особенностей устройства и работы их теплообменников, где важно обеспечить максимальную разницу между температурой обратной магистрали и точкой росы, чтобы в котле шло конденсатообразование. Этот процесс будет прекращаться при температурах на улице ниже -20 °С. Однако, несмотря на то, что конденсация в котле больше не происходит, КПД все равно выше традиционного. Это видно, если сравнить температуры уходящих газов (в конденсационных 68-75 °С, в традиционных около 165 °С). Таким образом, даже вне конденсационного режима работы обеспечивается КПД на уровне 94-95 %. В пособии к СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» отмечается, что суммарная продолжительность стояния в Киеве уличных температур ниже -20 °С составляет всего 70 часов. На фоне общей продолжительности отопительного сезона 5136 часов это составляет 1,36 % времени работы. Таким небольшим по продолжительности малым снижением КПД, по сравнению с конденсационным режимом, можно пренебречь. Поэтому при условии наличия погодозависимой автоматики можно в полном объеме использовать конденсационные котлы без существенных ограничений и при радиаторной системе отопления.