Condensatiegasketel: specifieke werking, plus- en minpunten + verschil met klassieke modellen

Verkopers van condensatiewarmtegeneratoren beweren dat het rendement van de voorgestelde innovatieve apparatuur meer dan 100% bedraagt. Maar geef toe, dit is enigszins in tegenspraak met de wet van behoud van energie, die we allemaal kennen van de natuurkundelessen op school. Wat is dan het raadsel?

Aan de ene kant zijn dergelijke uitspraken een truc van marketeers. Maar aan de andere kant – zit er in hun overtuigende verzekeringen aan de klant ook een kern van waarheid. We zullen in detail bekijken hoe een condensatieketel is opgebouwd: voor- en nadelen, de specifieke werking en constructie verdienen een grondige studie.

Om een volledig beeld te krijgen van het condensatietype apparatuur, vergelijken we het met de klassieke soort warmteopwekker. We geven de bijzonderheden van de aansluiting en het gebruik. We onthullen de geheimen van de extreem hoge prestaties.

Condensatieketel op gas

Het hoge rendement van de condensatiegasketel wordt verkregen door de aanwezigheid van een extra warmtewisselaar in de constructie. De eerste, standaard voor alle verwarmingsketels, geeft de warmte van de verbrande brandstof door aan het koelmiddel. De tweede voegt hier nog de warmte van de recuperatie van de uitlaatgassen aan toe.

Condensatieketels werken op 'blauwe brandstof':

• leidinggas (mengsel van gassen met overwicht van methaan);
• tank- of flessengas (mengsel van propaan en butaan met overwicht van de eerste of de tweede component).

Elke gasvariant is toegestaan. Het belangrijkste is dat de brander is ontworpen om te werken met het ene of het andere type brandstof.

Condensatiegasketels zijn duurder dan gewone convectiemodellen, maar winnen het van hen op brandstofkosten door een vermindering van het gasverbruik met 20–30%

De beste efficiëntie toont de condensatiewarmtegenerator bij het verbranden van methaan. Propaan-butaanmengsel doet het hier iets minder goed. En hoe groter het aandeel propaan, hoe beter.

In dit opzicht geeft 'wintergas' voor de tank bij uitgang een iets hoger rendement dan 'zomergas', omdat de propaancomponent in het eerste geval hoger is.

In tegenstelling tot de condensatiegasketel gaat bij de convectiekachel een deel van de thermische energie verloren via de schoorsteen met de verbrandingsproducten. Daarom ligt het rendement bij klassieke constructies rond de 90%. Het kan hoger worden gebracht, maar dat is technisch te complex.

Economisch gezien is dit niet gerechtvaardigd. Maar in condensatieketels wordt de warmte die door verbranding van gas wordt verkregen, efficiënter en vollediger gebruikt, omdat de warmte van de stoom die vrijkomt bij de verwerking wordt opgeslagen en overgedragen aan het verwarmingssysteem. Zo wordt het verwarmingsmedium extra verwarmd, waardoor het brandstofverbruik per verkregen 1 kW warmte kan worden verlaagd.

Constructie en werkingsprincipe

Qua constructie lijkt de condensatieketel in veel opzichten op een convectie-analoog met een gesloten verbrandingskamer. Alleen is hij binnenin voorzien van een secundaire warmtewisselaar en een recuperatieblok.

De belangrijkste kenmerken van de condensatiewarmtegenerator zijn de aanwezigheid van een tweede warmtewisselaar en een gesloten verbrandingskamer met ventilator.

De condensatiegasboiler bestaat uit:

• een gesloten verbrandingskamer met een modulerende brander;
• primaire warmtewisselaar nr. 1;
• een koelkamer voor uitlaatgassen tot +56–57 ⁰C (dauwpunt);
• secundaire condensatiewarmtewisselaar nr. 2;
• rookgasafvoer;
• luchttoevoerventilator;
• een reservoir voor condensaat en een afvoersysteem.

De betreffende apparatuur is vrijwel altijd uitgerust met een ingebouwde circulatiepomp voor het verwarmingsmedium. De gebruikelijke optie met natuurlijke waterstroming door de verwarmingsbuizen is hier nauwelijks toepasbaar. Als de pomp niet in de set zit, moet deze zeker worden voorzien bij het voorbereiden van het project van de ketelomloop.

De extra procenten rendement van een condensatieketel ontstaan door het voorverwarmen van de retourleiding door afkoeling van de uitlaatgassen in de rookgasafvoer.

Condensatieketels zijn in de handel verkrijgbaar als enkel- en dubbelcircuit, en ook in vloer- en wanduitvoering. Hierin verschillen ze niet van klassieke convectiemodellen.

Het werkingsprincipe van de condensatiegasboiler is als volgt:

1. Het verwarmde water verkrijgt de hoofdwarmte in warmtewisselaar nr. 1 van de gasverbranding.
2. Vervolgens stroomt het verwarmingsmedium door het verwarmingscircuit, koelt af en komt in de secundaire warmtewisselaarbox.
3. Door de condensatie van verbrandingsproducten in warmtewisselaar nr. 2 wordt het afgekoelde water opgewarmd met gerecupereerde warmte (tot 30% brandstofbesparing) en gaat weer naar nr. 1 voor een nieuwe circulatiecyclus.

Om de temperatuur van de uitlaatgassen nauwkeurig te regelen, zijn condensatieketels altijd uitgerust met een modulerende brander met een vermogensbereik van 20 tot 100% en een luchttoevoerventilator.

Gebruiksnuances: condensaat en schoorsteen

In een convectieketel worden de verbrandingsproducten van aardgas CO₂, stikstofoxiden en stoom slechts tot 140–160 ⁰C afgekoeld. Als ze verder worden afgekoeld, zal de trek in de rookgasafvoer afnemen, agressief condensaat ontstaan en de brander uitgaan.

Alle fabrikanten van klassieke gaswarmtegeneratoren streven ernaar een dergelijke ontwikkeling van de situatie te vermijden, om de veiligheid van de werking maximaal te verhogen en de levensduur van hun apparatuur te verlengen.

In een condenserende ketel schommelt de temperatuur van de gassen in de schoorsteen rond de 40 ⁰C. Aan de ene kant vermindert dit de eisen voor de hittebestendigheid van het schoorsteenmateriaal, maar aan de andere kant legt het beperkingen op voor de keuze ervan wat betreft de weerstand tegen zuren.

Afgewerkte gassen van een gasboiler vormen bij afkoeling een agressief condensaat met een hoge zuurgraad, dat zelfs staal gemakkelijk aantast.

Warmtewisselaars in condenserende warmtegeneratoren worden gemaakt van:

• roestvrij staal;
• siluminium (aluminium met silicium).

Beide materialen hebben verhoogde zuurbestendige eigenschappen. Gietijzer en gewoon staal zijn volledig ongeschikt voor condensatieketels.

Het is alleen toegestaan om een schoorsteenpijp voor een condenserende ketel te installeren van roestvrij staal of zuurbestendig plastic. Bakstenen, ijzeren en andere schoorstenen zijn niet geschikt voor dergelijke apparatuur.

Bij recuperatie in de secundaire warmtewisselaar wordt condensaat gevormd, dat een zwakke zure oplossing is en uit het waterverwarmingsapparaat moet worden verwijderd.

Bij gebruik van een condenserende ketel met een vermogen van 35–40 kW ontstaat er ongeveer 4–6 liter condensaat. Vereenvoudigd komt dit neer op ongeveer 0,14–0,15 liter per 1 kW thermisch vermogen.

In feite is dit een zwak zuur dat niet in een eigen riool mag worden geloosd, omdat het de bacteriën die bij de afvalverwerking betrokken zijn, zal doden. En voordat het in een gecentraliseerd systeem wordt geloosd, wordt aanbevolen om het eerst te verdunnen met water in een verhouding van maximaal 25:1. En dan kan het worden verwijderd zonder angst voor beschadiging van de buis.

Als de ketel wordt geplaatst in een huis met een septic tank of IBA, dan moet het condensaat eerst worden geneutraliseerd. Anders stopt het alle microflora in het eigen zuiveringssysteem.

Een 'neutralisator' is uitgevoerd als een container met marmergruis met een totaal gewicht van 20–40 kg. Bij passage door het marmer stijgt de pH van het condensaat uit de ketel. De vloeistof wordt neutraal of licht alkalisch, niet langer gevaarlijk voor de bacteriën in de septic tank en voor het materiaal van de bezinktank zelf. De vulling in een dergelijke neutralisator moet elke 4–6 maanden worden vervangen.

Waar komt het rendement van meer dan 100% vandaan?

Bij het aangeven van de efficiëntie van een gasboiler nemen fabrikanten de lagere verbrandingswarmte van het gas als uitgangspunt, zonder rekening te houden met de warmte die vrijkomt bij condensatie van waterdamp. In een convectiewarmtegenerator gaat deze laatste samen met ongeveer 10% van de thermische energie volledig verloren in de schoorsteenpijp, daarom wordt deze niet meegenomen.

Als u echter de condensatiewarmte en de primaire warmte van het verbrande aardgas optelt, komt u uit op meer dan 100% rendement. Geen bedrog, slechts een kleine truc met de cijfers.

Bij berekening van het rendement op basis van de bovenste verbrandingswaarde zal het bij een convectieketel rond de 83-85% liggen, en bij een condensatieketel rond de 95-97%.

In wezen ontstaat het 'onjuiste' rendement van meer dan 100% door de wens van fabrikanten van warmteopwekkende apparatuur om vergelijkbare indicatoren met elkaar te vergelijken.

In een convectieapparaat wordt 'waterdamp' helemaal niet meegeteld, maar in een condensatieapparaat moet het wel worden meegerekend. Vandaar de kleine afwijkingen van de logica van de basisnatuurkunde die op school wordt onderwezen.

Voor- en nadelen van de condensatieverwarmer

Tot de voordelen van een condensatieketel behoren:

1. Vermindering van de hoeveelheid schadelijke uitstoot met 60-70% (het grootste deel van kooldioxide en stikstofoxiden gaat in het condensaat).
2. In vergelijking met convectiemodellen een besparing tot 30% op gasvormige brandstof per gegenereerde 1 kW.
3. Kleinere afmetingen van gasverwarmingsapparatuur bij gelijk vermogen.
4. Lage temperatuur van verbrandingsproducten in de schoorsteen (slechts ongeveer 40 ⁰C).
5. Mogelijkheid tot installatie van een cascade van meerdere ketels.
6. Universaliteit (geschikt voor zowel verwarmingsradiatoren als voor 'vloerverwarming').
7. Aanwezigheid van slimme automatisering en volledige autonomie van de gaswarmtegenerator zonder menselijke tussenkomst.

Een cascadesysteem van twee of drie warmtegeneratoren maakt het mogelijk om ketels met een klein vermogen te installeren, die minder lawaai maken en trillen tijdens het gebruik dan krachtigere modellen.

Dit vereenvoudigt de installatie van het hele verwarmingssysteem en maakt het mogelijk de afmetingen van de thuisstookruimte te verkleinen. Bovendien wordt door de mogelijkheid van flexibelere regeling van het warmteopwekkingsproces de algehele efficiëntie van het gebruik van warmteopwekkende apparatuur verhoogd.

De kosten van een condensatieketel in vergelijking met een gewone convectieketel zijn binnen 5-6 jaar terugverdiend door besparing op aardgas.

Van de nadelen van condensatiewarmtegeneratoren moet worden vermeld:

1. Hoge prijs voor de apparatuur (1,5-2 keer hoger dan bij vergelijkbare vermogensmodellen van het klassieke convectietype).
2. Problemen met de afvoer van condensaat.
3. Vermindering van efficiëntie bij gebruik van de ketel in hogetemperatuurverwarmingssystemen.
4. Energieafhankelijkheid - voor de werking van de ventilator, de automatisering en de circulatiepomp is elektriciteit nodig.
5. Verbod op gebruik met antivries.

Ondanks de aanzienlijke initiële kosten is een condensatieketel economisch gezien volledig gerechtvaardigd. Tijdens het gebruik verdient hij de oorspronkelijk geïnvesteerde geld ruimschoots terug.

In Rusland is dergelijke apparatuur nog weinig verspreid. Een gasboiler met terugwinning is nog te ongewoon en weinig onderzocht op onze markt. Maar de belangstelling voor dergelijke warmtegeneratoren groeit geleidelijk.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Hoe werkt een condensatiewarmtegenerator:

De constructie van gasboilers met waterdampterugwinning:

Alle voordelen van condensatieketels.

Als u aandachtig onderzoekt hoe en volgens welke principes een gascondensatieketel werkt, worden de op het eerste gezicht 'onjuiste' 108–110% rendementen volkomen begrijpelijke en gerechtvaardigde cijfers.

Een warmtegenerator met terugwinning van uitlaatgassen is inderdaad efficiënter in vergelijking met de klassieke constructie. Het enige grote nadeel is het condensaat met een hoge zuurgraad, dat ergens moet worden afgevoerd.

Schrijf uw opmerkingen alstublieft in het onderstaande blokformulier. Het is niet uitgesloten dat u informatie bezit die de in het artikel uiteengezette kennis kan aanvullen. Stel vragen, deel uw eigen ervaring met het kiezen en gebruiken van condensatieketels en plaats foto's over het onderwerp van het artikel.