Сегодня существует два типа конструкции газовых котлов: конвекционный и конденсационный. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, оба типа конструкции пользуются широким спросом и выпускаются в виде все более современных моделей. Внешне они никак не отличимы, да и конструкция различается лишь несколькими инженерными решениями.

Чтобы комплексно разобраться во всех нюансах финансовой выгоды, простоты монтажа и удобства эксплуатации, важно не только взвесить все достоинства и недостатки каждого из типов, но и разобраться в их принципе работы, произвести экономические расчеты, чем мы и займемся в данной статье.

Коэффициент полезного действия котлов – что, как и почему

Производители газового отопительного оборудования указывают разные значения коэффициента полезного действия (КПД) своей продукции, причем, нередко этот параметр превышает 100% что невозможно из-за закона сохранения энергии. Чтобы правильно ориентироваться в этих данных, необходимо заглянуть в историю и проследить путь от первобытного костра к современному газовому котлу. Сначала люди жгли костры в пещерах, леса вокруг было много, поэтому никому даже в голову не приходило оценивать КПД такого способа обогрева. Через время кто-то заметил, что костер, разведенный в сложенном из камней очаге греет лучше, чем горящий прямо на полу пещеры.

Постепенно первые неказистые очаги уступили место каменным и глинобитным печам, которые топили «по-черному». Они были чуть ли не порядок эффективней обычного костра, хотя и создавали угрозу жизни благодаря образованию в помещении зон, наполненных угарным и углекислым газом. Шло время, на смену черным печам пришли серые и белые, то есть дым которых, так или иначе, отводился через дымоход, а не маленькое окошко-душник. Через какое-то время на смену этим, некогда идеальным по своей эффективности печам пришли конструкции, оснащенные дополнительными отопительными щитками, КПД которых был заметно выше.

Котлы пришли на смену печам, но, не потому что они эффективней расходовали топливо, а из-за своей компактности и возможности от одного прибора обогреть много комнат. При этом каждое новое поколение или новый тип котла обладал большей эффективностью, чем предыдущий. Сначала котлы топили дровами и углем, но такие конструкции сложно автоматизировать из-за чрезмерного увеличения стоимости, а цена горючего для жидкотопливных аппаратов не позволяет им конкурировать с устройствами других типов.

Газовые отопительные и водогрейные котлы появились на свет в начале XX века, а их технические характеристики оставляли желать лучшего и, тому было много причин – от неэффективного сжигания газа, до невозможности извлечь из пламени больше половины тепловой энергии. Но, товар требовалось продать, а значит, нужно было убедить потенциальных покупателей в том, что именно эта продукция, в данном случае газовые котлы, заметно превосходит аналоги других типов по каким-то параметрам.

Первым отличием была возможность автоматической регулировки температуры, но, по мере наполнения рынка новым моделям приходилось конкурировать не только с твердотопливными, то есть угольными или дровяными, но и газовыми аналогами. И вот тут маркетологи придумали хороший рекламный ход – они стали сравнивать «эффективность» одних котлов с этим же параметром аппаратов от других производителей.

Методика расчета

Существует несколько методик расчета КПД газовых котлов, но все они так или иначе опираются на разницу между выделенным и потребленным теплом.

При этом сравнивают:

  • расход газа;
  • температуру дыма на выходе из трубы;
  • температуру воды в котле;
  • температуру воды в обратной трубе.

Затем все эти данные привязывают к какому-то «идеальному котлу», КПД которого составляет 100% и в рекламе, а также документации на отопительный прибор указывают полученный результат. Те, кто поскромней, довольствуются коэффициентом полезного действия в 75–85%, те, кто понаглей указывают 90–98%. Но, все эти данные основаны на КПД идеального котла такого же типа.

В качестве примера такой манипуляции можно привести работу газового резака (автогена) в режиме резки металла. Сначала тепло выделяет только горящая смесь пропана/ацетилена и кислорода, поэтому можно соотношение расхода газа и выделения тепла принять за 100%. Затем подают продувной кислород и, при той же подаче горючего газа выделение тепла резко возрастает, то есть КПД превышает 100%. Если же принять за точку отсчета выделение тепла при подаче продувного кислорода, то КПД в режиме прогрева окажется гораздо ниже и вряд ли дотянет даже до отметки 50%. Поэтому для увеличения продаж товара указывают наиболее выгодные данные, умалчивая о точке отсчета.

Реальный КПД газовых котлов

Чтобы определить реальный коэффициент полезного действия газовых котлов, необходимо мысленно представить идеальный агрегат, в котором нет никаких потерь. Что же это за потери?

Вот они:

  • неполное сжигание топлива;
  • избыточное поступление воздуха;
  • неполное извлечение тепла из огня и потока дымовых газов;
  • недостаточная теплопроводность металлического регистра;
  • избыточная теплопроводность теплоносителя (вода или антифриз) и материала, из которого изготовлены водяные трубы как внутри котла, так и всей системы отопления.

Неполное сгорание газа является основной проблемой всех котлов. Ведь сделать однородную смесь с оптимальным соотношением газа и воздуха невозможно, для этого потребуется гигантский резервуар, множество вихревых потоков и так далее. При недостатке воздуха газ выделяет меньше тепловой энергии, чем мог бы потенциально, а остаток превращается в сажу и угарный газ. При избытке воздуха горение опять же, происходит при менее высокой температуре, зато почти не образуется сажи и угарного газа. Поэтому производители вынуждены настраивать свое оборудование на работу в режиме избытка воздуха, пусть даже с потерей выделенного тепла.

Основным способом извлечения тепла из потока дымовых газов является их пропускание через регистр, выполненный в форме многослойной решетки, внутри которой циркулирует теплоноситель. Теоретически, можно извлечь почти 100% тепла, тогда температура дыма на выходе будет на 5–10 градусов превышать температуру теплоносителя (те самые потери из-за недостаточной и избыточной теплопроводности). Но, в этом режиме не избежать образования конденсата из-за перепада температур. В конденсационных котлах пошли дальше и использовали тепловую энергию оседающего конденсата для нагрева теплоносителя, поступающего с обратной трубы.

Это позволило снизить температуру дыма до температуры обратки плюс 5–10 градусов. В идеальном же котле температура дыма на выходе равна температуре воздуха на улице. В результате реальный КПД обычного газового котла не превышает 50% этого же параметра идеального водонагревателя, но, такая информация лишь распугает потенциальных покупателей, ведь никто не захочет покупать котел с КПД кирпичной печи времен Наполеона. Поэтому дальше мы будем приводить те данные КПД, которые указывает производитель, а вы исходите из того, что все их нужно делить примерно пополам.

Газовые конвекционные котлы: что это такое и каков принцип их работы

Газовые конвекционные котлы отопления – это классическая простая конструкция, где газовая горелка сжигает газ, нагревая находящийся над ней теплообменник с теплоносителем, теплоноситель циркулирует по системе отопления и отдает тепло. По сути, это обычные, простые, всем известные газовые котлы. Они могут быть как напольными, так и настенными, одноконтурными и двухконтурными, иметь открытую или закрытую камеру сгорания.

Принцип работы газового атмосферного котла
Принцип действия классического атмосферного газового конвекционника.

Основным недостатком такой конструкции является предел эффективности. Большинство современных конвекционных котлов имеют КПД в пределах 88-92%, а модели с самым высоким КПД 93-94,5% являются не всегда оправданными с финансовой точки зрения, ведь при приросте всего в 2% они имеют гораздо более сложную конструкцию и стоят в 1,5-2 раза дороже. Но даже при столь высоких для конвекционных котлов показателях огромная часть тепла из камеры сгорания уходит через дымоход и остается незадействованной. Температура отходящих газов часто достигает 70-80-90°C.

Кроме того, малоизвестным до покупки, но неожиданным и частым недостатком во время эксплуатации является образование в дымоходе конденсата. Обычно он образуется при низкотемпературном режиме отопления, когда температура отходящих через дымоход газов падает ниже 50-60°C, особенно, если отвод газов производится через традиционный, вертикальный дымоход, при проектировании которого часто допускаются отклонения от СНиП.

Образование конденсата в данном случае означает не просто жидкость, а смесь серьезных кислот, сокращающих срок службы дымохода и теплообменника котла (при попадании внутрь него).

На коаксиальном дымоходе, вне зависимости от температурного режима отопления, при уличной температуре ниже -15°C, часто образуется наледь, которая сужает или полностью перекрывает отвод продуктов сгорания, вследствие чего котел прекращает горение, автоматика выбивает соответствующую ошибку.

В остальном это вполне оправданная, простая, и главное – финансово доступная конструкция. Стоимость газовых котлов конвекционного типа начинается от 14-15 тыс. рублей за самые примитивные отечественные напольные модели. Лучшие в соотношении «цена-качество» и наиболее востребованные модели стоят в пределах 25-32 тыс. рублей.

Преимущества и недостатки

Преимущества Недостатки
Более простая конструкция Ограниченная эффективность – полученное от сжигания газа тепло аккумулируется не эффективно, достаточно большая его часть уходит в дымоход
Доступная стоимость – начиная от 14-15 тыс. руб. Образование конденсата на стенках дымохода, что снижает срок службы металлических модулей
Наличие энергонезависимых моделей и в целом широкий выбор на любые особенности и ценовой бюджет При отводе через коаксиальный дымоход большинство конденсата все же отводится на улицу, но при сильных морозах замерзает на оголовье, затрудняя отвод продуктов сгорания
Широкий функционал, такой же, как и у конденсационных моделей, но за гораздо меньшую цену
Простота монтажа и эксплуатации – из коммуникаций лишь обратная и подающая линии, достаточно проводить плановое обслуживание

Отличия конденсационных газовых котлов от конвекционных

Конденсационные газовые котлы отличаются от конвекционных лишь более сложным принципом аккумуляции тепла.

Конвекционный и конденсационный газовые котлы
Принцип работы обычного конвекционного (КПД 88-94%) и конденсационного (КПД 103-115%) газовых котлов.

Конденсационные модели имеют все ту же конструкцию, но с еще одним дополнительным теплообменником. После сжигания продукты сгорания проходят более длительный путь отвода, в котором охлаждаются до точки росы. Образуется конденсат, который оседает на дополнительном теплообменнике и отдает ему (а значит и циркулирующему в нем теплоносителю) неиспользованную ранее тепловую энергию. Отсюда и соответствующее название – конденсационные – аккумулирующие тепло конденсата отходящих газов.

Таким образом, температура отводящихся продуктов сгорания практически равна атмосферной (обычно 25-40°C против 60-90°C у конвекционных моделей). КПД конденсационных моделей обычно в пределах 103-115%, что подразумевает в среднем на 15-25% меньший расход газа. Если пересчитать показатели и конвекционных, и конденсационных не по низшей (как это принято), а по высшей теплоте сгорания (включая теплоту конденсирующих водяных паров), то КПД обычных газовых котлов будет в пределах 80-85%, а конденсационных – 92-98%, что является существенным преимуществом.

Выхлоп конденсационных моделей более экологичный, на оголовье дымохода, в виду более низкой разницы температур отходящих газов и атмосферы, больше не образуется конденсат. У всех моделей исключительно закрытая камера сгорания и коаксиальный дымоход, что подразумевает более низкие требования к помещению и упрощенный монтаж. Но стоимость конденсационников в 2-3 раза выше, самые бюджетные модели такие, как BAXI Duo-tec Compact или Protherm Рысь MKV стоят от 50 тыс. рублей.

Есть и еще один существенный недостаток – необходимость в отводе конденсата. Как уже говорилось, это не просто нейтральная жидкость, а сильная кислота, которую нужно грамотно отводить. Сливать кислоту напрямую в канализацию нельзя, перед этим его нужно разбавить в пропорции 10:1, а лучше 25:1.

Отвод конденсата газового конденсационного котла
Пример отвода и нейтрализации конденсата.

Конденсат необходимо нейтрализовать и при сливе в септик, делается это с помощью локальной очистительной станции – пластикового резервуара с нейтрализующим наполнителям. Согласно отзывам владельцев, за сутки при работе котла мощностью 18-24 кВт образуется 25-40 л конденсата.

Что в итоге лучше: конвекционный или конденсационный котел

Выбор, к сожалению не однозначен, с одной стороны экономия конденсационных моделей кажется существенной. С другой – высокая цена, необходимость в утилизации конденсата и особые требования к системе отопления и условиям эксплуатации. Дело в том, что в Европе окупаемость конденсационных моделей находится в районе 4-6 лет, а в отечественных условиях это не совсем так по нескольким причинам:

  1. Наивысший КПД таких котлов достигается при низкотемпературном режиме отопления, когда используются теплые полы, радиаторы с увеличенным количеством секций, а температура теплоносителя не превышает 50°C.
  2. Стоимость газа в России достаточно низкая в сравнении с европейскими странами, что лишь оттягивает окупаемость высокой изначальной цены.
  3. Появляются дополнительные эксплуатационные расходы, связанные с утилизацией конденсата (организация отвода, покупка нейтрализующего наполнителя или разбавка водой).
Если допустить использование котла в низкотемпературной системе отопления и отбросить расходы на отвод конденсата, можно посчитать потенциальную экономию.

Допустим, имеется среднестатистический дом в Подмосковье площадью 120 м2, с кладкой в 2 кирпича и высотой потолков 2,7 м, теплопотери которого составляют 12 кВт (из правила 1 кВт на каждые 10 м2). В сутки это 288 кВт, которые нужно восполнить котлу. Удельная теплота сгорания природного газа – 9,3-10 кВт на м3. Отсюда следует, что на 1 кВт тепловой мощности газового котла необходимо около 0,1-0,108 м3 природного газа. Считаем:

  1. При отоплении конвекционным котлом с КПД 92% – 288(кВт) * 0,1(м3) * 1,08(92% КПД) = 31,1 м3/сутки природного газа. В стоимостном выражении – 31,1(м3) * 5,7(руб/м3, тариф в МО с 1 июля 2019 года, актуальный и в 2020) = 177,27 руб/сутки.
  2. При отоплении конденсационным котлом с КПД 109% – 288(кВт) * 0,1(м3) * 0,91(109% КПД) = 26,2 м3/сутки природного газа. В стоимостном выражении – 26,2(м3) * 5,7(руб/м3) = 149,3 руб/сутки.

Сроки окупаемости зависят от стоимости модели, ее монтажа и условий эксплуатации. Но на практике в отечественных условиях это не менее 6 лет, а в некоторых случаях и более 10.

По нашему мнению, сейчас покупка конденсационных моделей оправдана лишь при использовании в системе с низкотемпературным режимом отопления. Однако в будущем, когда цена на газ будут расти, а стоимость конденсационного отопительного оборудования будет снижаться, покупка конденсационника будет все более оправданной и в отечественных условиях.

Сравнительная таблица характеристик и цен

Производитель и модель Мощность, кВт КПД, % Max расход газа, м3/час Цена, руб.
Конвекционные
Siberia 17 17,4 90 1,76 23 500
BAXI ECO Four 1.14 F 14 92,5 1,6 34 500
Viessmann Vitopend 100-W A1HB001 24 91 2,77 39 000
Buderus Logamax U072-18 18 92 2,1 28 000
Конденсационные
Rinnai RB-277CMF 29,7 104,6 1,84 76 000
BAXI Duo-tec Compact 1.24 24 105,7 2,61 53 000
iessmann Vitodens 100-W B1KC033 35 109 3,86 119 000