Caldeira a gás de condensação: especificidades de funcionamento, prós e contras + diferença dos modelos clássicos

Os vendedores de geradores de calor do tipo condensação afirmam que a eficiência dos equipamentos inovadores que nos são oferecidos ultrapassa os 100%. Mas você deve admitir, isso contradiz um pouco a lei da conservação da energia, familiar a todos nós em nosso curso escolar de física. Então qual é o mistério?

Por um lado, tais declarações são uma manobra dos profissionais de marketing. Porém, por outro lado, há um fundo de verdade em suas garantias que convencem o comprador. Analisaremos detalhadamente o funcionamento de uma caldeira de condensação: as vantagens e desvantagens, seu funcionamento específico e design merecem um estudo detalhado.

Para entendermos completamente o tipo de equipamento condensador, vamos compará-lo com o tipo clássico de gerador de energia térmica. Aqui estão as características de sua conexão e operação. Vamos revelar os segredos do desempenho ultra-alto.

Caldeira de condensação a gás

A alta eficiência de um gerador de calor a gás de condensação é garantida pela presença de um trocador de calor adicional em seu projeto. A primeira unidade de troca de calor padrão para todas as caldeiras de aquecimento transfere a energia do combustível queimado para o refrigerante. E o segundo acrescenta a isso o calor da recuperação dos gases de escape.

As caldeiras de condensação funcionam com “combustível azul”:

• principal (misturas de gases com predominância de metano);
• tanque ou cilindro de gás (uma mistura de propano e butano com predominância do primeiro ou do segundo componente).

É aceitável usar qualquer tipo de gás.O principal é que o queimador seja projetado para funcionar com um ou outro tipo de combustível.

As caldeiras a gás de condensação são mais caras que os modelos convencionais de convecção, mas superam-nos nos custos de combustível, reduzindo o consumo de gás em 20-30%

O gerador de calor de condensação apresenta a melhor eficiência na queima de metano. A mistura de propano-butano é ligeiramente inferior aqui. Além disso, quanto maior for a proporção de propano, melhor.

A este respeito, o gás “inverno” para um tanque de gás proporciona uma eficiência de produção ligeiramente superior ao gás “verão”, uma vez que o componente propano no primeiro caso é maior.

Ao contrário de uma caldeira a gás de condensação, numa caldeira de convecção parte da energia térmica vai para a chaminé juntamente com os produtos da combustão. Portanto, os designs clássicos têm uma eficiência em torno de 90%. É possível aumentá-lo ainda mais, mas é tecnicamente muito difícil.

Economicamente isto não se justifica. Já nos condensadores, o calor obtido na combustão do gás é aproveitado de forma mais racional e completa, pois o calor liberado durante o processamento do vapor é acumulado e transferido aquecedor. Isto aquece adicionalmente o líquido de refrigeração, o que permite reduzir o consumo de combustível por 1 kW de calor recebido.

Design e princípio de operação

O projeto de uma caldeira de condensação é em muitos aspectos semelhante ao de sua contraparte de convecção com câmara de combustão fechada. Somente no seu interior é complementado com um trocador de calor secundário e uma unidade de recuperação.

As principais características do projeto do gerador de calor de condensação são a presença de um segundo trocador de calor e uma câmara de combustão fechada com ventilador

Uma caldeira de condensação a gás consiste em:

• câmaras de combustão fechadas com queimador modulante;
• trocador de calor primário nº 1;
• câmaras de resfriamento de gases de escape até +56–57 ⁰C (ponto de orvalho);
• trocador de calor de condensação secundária nº 2;
• chaminé;
• ventilador de fornecimento de ar;
• tanque de condensado e seu sistema de drenagem.

O equipamento em questão está quase sempre equipado com bomba de circulação incorporada para refrigerante. A opção usual com fluxo natural de água através de tubos de aquecimento é de pouca utilidade aqui. Caso a bomba não esteja incluída no kit, certamente será necessário providenciá-la na preparação do projeto de tubulação da caldeira.

Porcentagens adicionais de eficiência em uma caldeira de condensação são formadas como resultado do aquecimento do retorno pelo resfriamento dos gases de exaustão na chaminé

As caldeiras de condensação à venda incluem circuito único e circuito duplo, bem como nas versões de piso e parede. Nisso eles não são diferentes dos modelos clássicos de convecção.

O princípio de funcionamento de uma caldeira a gás de condensação é o seguinte:

1. A água aquecida recebe o calor principal no trocador de calor nº 1 da combustão do gás.
2. Em seguida, o refrigerante passa pelo circuito de aquecimento, esfria e entra na unidade secundária de troca de calor.
3. Como resultado da condensação dos produtos da combustão no trocador de calor nº 2, a água resfriada é aquecida com o calor recuperado (economizando até 30% de combustível) e volta ao nº 1 em um novo ciclo de circulação.

Para controlar com precisão a temperatura dos gases de combustão, as caldeiras de condensação são sempre equipadas com queimador modulante com faixa de potência de 20 a 100% e ventilador de alimentação de ar.

Nuances de operação: condensado e chaminé

Numa caldeira de convecção, os produtos de combustão do gás natural CO₂, óxidos de nitrogênio e vapor são resfriados apenas a 140–160 ⁰C. Se os arrefecer por baixo, a tiragem na chaminé diminuirá, começará a formar-se condensação agressiva e o queimador apagar-se-á.

Nesta evolução da situação, todos os fabricantes geradores de calor a gás clássicos se esforçam para evitar, a fim de maximizar a segurança operacional, bem como prolongar a vida útil de seus equipamentos.

Numa caldeira de condensação, a temperatura dos gases na chaminé oscila em torno de 40 ⁰C. Por um lado, isto reduz os requisitos de resistência ao calor do material tubo de chaminé, mas por outro lado, impõe restrições à sua escolha em termos de resistência aos ácidos.

Quando resfriados, os gases de exaustão de uma caldeira a gás formam um condensado agressivo e altamente ácido, que corrói facilmente até mesmo o aço

Os trocadores de calor em geradores de calor de condensação são feitos de:

• aço inoxidável;
• silumin (alumínio com silício).

Ambos os materiais possuem características aprimoradas de resistência a ácidos. Ferro fundido e aço comum são totalmente inadequados para tanques condensadores.

O tubo da chaminé de uma caldeira de condensação só pode ser instalado em aço inoxidável ou plástico resistente a ácidos. Chaminés de tijolo, ferro e outras não são adequadas para tais equipamentos.

Durante a recuperação, forma-se condensado no trocador de calor secundário, que é uma solução de ácido fraco e deve ser removido do aquecedor de água

Ao operar uma caldeira de condensação com potência de 35–40 kW, são formados cerca de 4–6 litros de condensado. Simplificado, resulta em cerca de 0,14–0,15 litros por 1 kW de energia térmica.

Na verdade, trata-se de um ácido fraco, que não pode ser despejado em uma rede de esgoto autônoma, pois destruirá as bactérias envolvidas no processamento de resíduos. E antes de descarregar num sistema centralizado, recomenda-se primeiro diluir com água numa proporção de até 25:1.E então você pode removê-lo sem medo de destruir o cano.

Se a caldeira for instalada em uma casa de campo com fossa séptica ou VOC, o condensado deve primeiro ser neutralizado. Caso contrário, matará toda a microflora do sistema de tratamento autônomo.

O “neutralizador” é feito em forma de recipiente com lascas de mármore com peso total de 20–40 kg. À medida que o condensado da caldeira passa pelo mármore, o seu pH aumenta. O líquido torna-se neutro ou pouco alcalino, não sendo mais perigoso para as bactérias da fossa séptica e para o próprio material do reservatório. O enchimento desse neutralizador precisa ser trocado a cada 4–6 meses.

De onde vem a eficiência acima de 100%?

Ao indicar a eficiência operacional de uma caldeira a gás, os fabricantes tomam como base o indicador do menor poder calorífico do gás, sem levar em conta o calor gerado durante a condensação do vapor d'água. Num gerador de calor por convecção, este último, juntamente com aproximadamente 10% da energia térmica, é completamente perdido para tubo de chaminé, portanto não é levado em consideração.

No entanto, se somarmos o calor secundário de condensação e o calor principal do gás natural queimado, obteremos pouco mais de 100% de eficiência. Sem fraude, apenas números um pouco complicados.

Ao calcular a eficiência com base no poder calorífico mais alto de uma caldeira de convecção, será em torno de 83–85%, e para uma caldeira de condensação será em torno de 95–97%

Em essência, a eficiência “errada” acima de 100% surge do desejo dos fabricantes de equipamentos geradores de calor de comparar indicadores comparáveis.

Só que em um dispositivo de convecção o “vapor d’água” não é considerado de forma alguma, mas em um dispositivo de condensação deve ser levado em consideração. Daí as pequenas discrepâncias com a lógica da física básica ensinada na escola.

Prós e contras de um aquecedor de condensação

As vantagens de uma caldeira de condensação incluem:

1. Redução das emissões nocivas em 60-70% (a maior parte do dióxido de carbono e dos óxidos de azoto vai para o condensado).
2. Comparado aos modelos de convecção, economia de até 30% de gás combustível por 1 kW gerado.
3. Dimensões menores de equipamentos de aquecimento a gás com a mesma potência.
4. Baixa temperatura dos produtos de combustão na chaminé (apenas cerca de 40 ⁰COM).
5. Possibilidade de instalação em cascata de várias caldeiras.
6. Versatilidade (adequada tanto para radiadores de aquecimento como para “pisos quentes”).
7. A presença de automação inteligente e total autonomia do gerador de calor a gás sem intervenção humana.

Um sistema em cascata de dois ou três geradores de calor permite instalar caldeiras de baixa potência que emitem menos ruído e vibram durante o funcionamento do que modelos mais potentes.

Isto simplifica a instalação de todo o sistema de aquecimento e permite dimensões reduzidas. sala de caldeira doméstica. Além disso, graças à possibilidade de regulação mais flexível do processo de geração de calor, a eficiência geral do uso de equipamentos geradores de calor aumenta.

Os custos de uma caldeira de condensação, em comparação com uma caldeira de convecção convencional, são recuperados em 5–6 anos devido à economia de gás natural

As desvantagens dos geradores de calor de condensação incluem:

1. Preço alto do equipamento (1,5–2 vezes maior que os modelos clássicos do tipo convecção de potência semelhante).
2. Problemas com eliminação de condensado.
3. Eficiência reduzida ao utilizar a caldeira em sistemas de aquecimento de alta temperatura.
4. Dependência energética - o ventilador, a automação e a bomba de circulação necessitam de energia elétrica para funcionar.
5. Uso proibido com anticongelante.

Apesar dos custos iniciais significativos, uma caldeira de condensação justifica-se bastante do ponto de vista económico. Durante a operação, mais do que devolve todo o dinheiro gasto inicialmente.

Na Rússia, esse equipamento ainda não é difundido. Uma caldeira a gás com recuperação ainda é muito incomum e pouco estudada em nosso mercado. Mas o interesse por esses geradores de calor está crescendo gradualmente.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como funciona um gerador de calor de condensação:

Construção de caldeiras a gás com recuperação de vapor de água:

Todas as vantagens das caldeiras de condensação:

Se você entender cuidadosamente como e por quais princípios funciona uma caldeira de condensação a gás, então, à primeira vista, a eficiência “incorreta” de 108–110% torna-se bastante compreensível e justificada pelos números.

Um gerador de calor com recuperação de gases de escape é realmente mais eficiente em comparação com o design clássico. Sua única desvantagem séria é o condensado altamente ácido, que deve ser descartado em algum lugar.

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