Удачный вариант модернизация котлоагрегата состоит в монтаже рециркуляции отработанных газов. При таком варианте продукты сгорания поступают в горелочное устройство после прохождения канала дымохода с сильными изломами, обогащаясь при этом кислородом из внешней среды. Максимальное КПД достигается при температуре, благодаря которой образуется конденсат (точка росы).

Конденсационные котлы, работающие на условиях нагревания при низких температурах отличаются относительно небольшим потреблением газа. Это обуславливает их теплоэффективность, особенно при подключении к газобаллонным установкам. Также это делает такой котел экономичным.
Список конденсационных котлов известных и заслуженных европейских производителей с лучшим качеством сборки и высоким уровнем КПД:

• Baxi.
• Buderus.
• De Dietrich.
• Vaillant.
• Viessmann.

Как заявлено их производителями в сопровождающей документации, коэффициент полезного действия данных котловых агрегатов, при подключении к низкотемпературным системам, соответствует 107-110%.

расчет, как рассчитать водогрейный котел, как посчитать зависимость КПД от нагрузки, как наладить отопительный котел

Содержание:

Создать уютную и комфортную атмосферу в загородном доме довольно просто – нужно только правильно оборудовать систему отопления. Главным компонентом эффективной и надежной отопительной системы является котел. В статье далее мы поговорим о том, как посчитать КПД котла, какие факторы на него влияют и как повысить эффективность отопительного оборудования в условиях конкретного дома.

Как подобрать котел

Безусловно, чтобы определить, насколько эффективным будет тот или иной водогрейный котел, необходимо определить его КПД (коэффициент полезного действия). Этот показатель представляет собой отношение использованного на обогрев помещения тепла к общему количеству сгенерированной тепловой энергии.

Формула расчета КПД выглядит так:

ɳ=(Q₁÷Q_ri),

где Q₁ – тепло, использованное эффективно;

Q_ri – общее количество выделенного тепла.

Какова зависимость между КПД котла и нагрузкой

На первый взгляд может показаться, что чем больше топлива сжигается, тем лучше работает котел. Однако это не совсем так. Зависимость КПД котла от нагрузки проявляется как раз наоборот. Чем больше топлива сжигается, тем больше выделяется тепловой энергии. При этом возрастает и уровень теплопотерь, поскольку в дымовую трубу уходят сильно разогретые дымовые газы. Следовательно, топливо расходуется неэффективно.

Похожим образом ситуация развивается и в тех случаях, когда отопительный котел работает на пониженной мощности. Если она не дотягивает до рекомендуемых значений более чем на 15 %, топливо не будет сгорать полностью, а количество дымовых газов возрастет. В результате, КПД котла довольно сильно упадет. Вот почему стоит придерживаться рекомендуемых уровней мощности работы котла – они рассчитаны для эксплуатации оборудования максимально эффективно.

Расчет КПД с учетом различных факторов

Приведенная выше формула не совсем подходит для оценки эффективности работы оборудования, так как рассчитать КПД котла точно с учетом только двух показателей очень сложно. На практике в процессе проектирования применяют другую, более полную формулу, поскольку не все вырабатываемое тепло используется для прогрева воды в отопительном контуре. Определенное количество тепла теряется в процессе работы котла.

Более точный расчет КПД котла производится по такой формуле:

ɳ=100-(q₂+q₃+q₄+q₅+q₆), в которой

q₂ – теплопотери с выходящими горючими газами;

q₃ – потери тепла в результате неполного сгорания продуктов горения;

q₄ – теплопотери из-за недожога топлива и выпадения золы;

q₅ – потери, вызванные внешним охлаждением прибора;

q₆ – теплопотери вместе с удаляемым из топки шлаком.

Теплопотери при удалении горючих газов

Наиболее существенные потери тепла происходят в результате эвакуации в дымоход горючих газов (q₂). Эффективность котла во многом зависит от температуры горения топлива. Оптимальный температурный напор на холодном конце водонагревателя достигается при нагреве до 70-110 ℃.

Когда температура уходящих горючих газов падает на 12-15 ℃, КПД водогрейного котла возрастает на 1 %. Тем не менее, чтобы снизить температуру уходящих продуктов горения, необходимо увеличить размер прогреваемых поверхностей, а, значит, и всей конструкции в целом. Кроме того, при охлаждении угарных газов возрастает риск низкотемпературной коррозии.

Помимо прочего температура угарных газов зависит еще и от качества и типа топлива, а также нагрева поступающего в топку воздуха. Значения температур поступающего воздуха и выходящих продуктов горения зависят от видов топлива.

Для вычисления показателя теплопотерь с уходящими газами используют такую формулу:

Q₂= (T₁-T₃) × (A₂ ÷ (21-O₂) + B), где

T₁ – температура эвакуируемых горючих газов в точке за пароперегревателем;

T₃ – температура поступающего в топку воздуха;

21 – концентрация кислорода в воздухе;

O₂ – количество кислорода в уходящих продуктах горения в контрольной точке;

A₂ и B – коэффициенты из специальной таблицы, которые зависят от типа топлива.

Химический недожог как источник теплопотерь

Показатель q₃ используется при расчете КПД газового котла отопления, например, или в тех случаях, когда топливом служит мазут. Для газовых котлов значение q₃ составляет 0,1-0,2 %. При незначительном избытке воздуха при горении этот показатель равен 0,15 %, а при существенном переизбытке воздуха его не принимают в расчет вовсе. Однако при сжигании смеси из газов различной температуры значение q₃=0,4-0,5 %.

Если же отопительное оборудование работает на твердом топливе, в расчет принимают показатель q₄. В частности, для угля антрацита значение q₄=4-6 %, полуантрациту характерно 3-4 % теплопотерь, а вот при сгорании каменного угля образуется всего 1,5-2 % потерь тепла. При жидком шлакоудалении сжигаемого малореакционного угля значение q4 можно считать минимальным. А вот при удалении шлака в твердом виде теплопотери возрастут до максимальной границы.

Потери тепла в связи с внешним охлаждением

Такие потери тепла q5 обычно составляют не более 0,5 %, а по мере возрастания мощности отопительного оборудования они еще больше сокращаются.

Данный показатель связан с расчетом паропроизводительности котельной установки:

• При условии паропроизводительности D в пределах 42-250 кг/с, значение потерь тепла q5=(60÷D)×0,5÷lgD;
• Если значение паропроизводительности D превышает 250 кг/с, уровень теплопотери считают равным 0,2 %.

Количество теплопотерь от удаления шлака

Значение теплопотерь q6 имеет значение только при жидком шлакоудалении. А вот в тех случаях, когда из топочной камеры удаляют шлаки твердого топлива, теплопотери q6 учитывают при расчете КПД котлов отопления только в случаях, если они составляют более 2,5Q.

Как посчитать КПД твердотопливного котла

Даже при условии идеально проработанной конструкции и качественного топлива, КПД отопительных котлов не может достигать 100 %. Их работа обязательно сопряжена с определенными потерями тепла, вызванными как типом сжигаемого топлива, так и рядом внешних факторов и условий. Чтобы понять, как на практике выглядит расчет КПД твердотопливного котла, приведем пример.

Например, теплопотери от удаления шлаков из топливной камеры составят:

q₆=(А_шл×З_л×А_р)÷Q_ri,

где А_шл – относительное значение шлака, удаляемого из топки к объему загружаемого топлива. При грамотном использовании котла доля отходов горения в виде золы составляет 5-20 %, то данное значение может быть равно 80-95 %.

З_л – термодинамический потенциал золы при температуре в 600 ℃ в обычных условиях равен 133,8 ккал/кг.

А_р – зольность топлива, которая рассчитывается на общую массу топлива. В различных видах горючего показатель зольности колеблется от 5 % до 45 %.

Q_ri – минимальный объем тепловой энергии, который генерируется в процессе сгорания топлива. В зависимости от разновидности топлива теплоемкость колеблется в рамках 2500-5400 ккал/кг.

В данном случае с учетом указанных значений теплопотери q₆ будут составлять 0,1-2,3 %.

Значение q5 будет зависеть от мощности и проектной производительности отопительного котла. Работа современных установок с малой мощностью, которыми очень часто обогревают частные дома, обычно сопряжена с теплопотерями данного вида в пределах 2,5-3,5 %.

Теплопотери, связанные с механическим недожогом твердого топлива q₄, во многом зависят от его типа, а также от конструкционных особенностей котла. Они колеблются в пределах 3-11 %. Это стоит учитывать, если вы ищете способ, как наладить котел на более эффективную работу.

Химический недожог горючего обычно зависит от концентрации воздуха в сгораемой смеси. Такие теплопотери q₃, как правило, равны 0,5-1 %.

Наибольший процент теплопотерь q₂ связан с уходом тепла вместе с горючими газами. На этот показатель влияет качество и вид топлива, степень разогрева горючих газов, а также условия эксплуатации и конструкция отопительного котла. При оптимальном тепловом расчете в 150 ℃ эвакуируемые угарные газы должны быть разогреты до температуры в 280 ℃. В таком случае данное значение теплопотерь будет равно 9-22 %.

Если все перечисленные значения потерь суммировать, получим значение эффективности ɳ=100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9 %.

Это значит, что современный котел может работать лишь на 85-90 % мощности. Все остальное уходит на обеспечение процесса горения.

Обратите внимание, что добиться таких высоких значений не так просто. Для этого нужно грамотно подойти к подбору топлива и обеспечить для оборудования оптимальные условия. Обычно производители указывают, с какой нагрузкой должен работать котел. При этом желательно, чтобы основную часть времени он был настроен на экономный уровень нагрузок.

Для работы котла с максимальным КПД, его нужно использовать с учетом таких правил:

• обязательна периодическая чистка котла;
• важно контролировать интенсивность горения и полноту сгорания топлива;
• нужно рассчитать тягу с учетом давления подаваемого воздуха;
• необходим расчет доли золы.

На качестве сгорания твердого топлива положительным образом отражается расчет оптимальной тяги с учетом давления воздуха, подаваемого в котел, и скорости эвакуации угарных газов. Тем не менее, при возрастании давления воздуха вместе с продуктами сгорания в дымоход удаляется больше тепла. А вот слишком малое давление и ограничение доступа воздуха в топливную камеру приводит к снижению интенсивности горения и более сильному золообразованию.

Если у вас дома установлен отопительный котел, обратите внимание на наши рекомендации по увеличению его КПД. Вы сможете не только сэкономить на топливе, но и добьетесь комфортного микроклимата в доме.

КПД и мощность твердотопливных котлов. Где вас обманывают?

Если Вы задумали строительство загородного дома в том месте, где нет возможности подключиться к централизованному отоплению, перед Вами обязательно встанет вопрос выбора автономной отопительной системы. Довольно часто в таких случаях приходится довольствоваться установкой твёрдотопливного котла, использующего в своей работе энергию дров или угля. Современный рынок предлагает множество решений, производители обещают высокую теплоотдачу и КПД, а так же низкий расход топлива. Но стоит ли доверять обещаниям производителей? Данная статья поможет Вам разобраться в вопросе подбора мощности твердотопливных котлов и их КПД. Поможет выяснить нюансы работы твёрдотопливного котла и на сколько он эффективен.

КПД твёрдотопливного котла

Мощность твердотопливного котла системы отопления, а значит способность обогревать помещение – это конечно важный параметр, но не настолько, чтобы ставить его во главу угла. Нужно обратить внимание ещё и на то, сколько он потребляет топлива для этого. Соотношение данных затрат к количеству полезного тепла, выделенного котлом для обогрева дома называется коэффициентом полезного действия, или сокращённо КПД.

От чего зависит КПД твёрдотопливного котла (а соответственно и мощность)? В первую очередь от потерь полезного тепла, которое может происходить из-за недожога выделяемых при горении газов (благодаря чему кстати образуется сажа), качественных характеристик топлива и степени выброса в трубу энергии тепла. Об этих и других факторах, снижающих показатель КПД, будет рассказано далее.

Почему не стоит доверять рекламе

При просмотре рекламных объявлений, относящихся к мощности твёрдотопливных котлов, часто можно увидеть предложения, обещающие от 90% КПД и выше. Однако если Вы запросите какой-нибудь официальный протокол или акт, подтверждающий этот показатель – Вам его не смогут предоставить, и вот почему.

Чтобы составить подобный документ, необходимо провести испытания, используя для этого соответствующим образом стандартизованное топливо. В отношении угля или дров получить такое топливо нельзя – потому что они по своим характеристикам и составу являются самыми нестабильными в мире. Как можно получить постоянный показатель, используя непостоянные составляющие?

Нестабильность твёрдого топлива

Рассмотрим, в чём же заключается нестабильность угля или дерева в качестве топлива. Начнём с угля.

Различных марок угля, предлагаемого на рынке, бесчисленное множество. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажностью. Может состоять как из крупных кусков, так и из мельчайших частиц, и все они могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД и мощность твердотопливного угля также будет разной.

Если говорить о дровах – то здесь ситуация точно такая же. Поленья обладают разными размерами, хранятся при различной влажности воздуха, а значит способность выделять тепло у них будет различная. Так, например, если при влажности дров, равной 15%, их теплотворность будет равна примерно 4.3 кВт*ч на килограмм, то при 20% она уже будет меньше 4 кВт*ч на килограмм. При большей влажности этот показатель будет ещё ниже.

Естественно, что при таких разбросах гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла, равный 90% — мягко говоря вводить в заблуждение.

Рассмотрим другие факторы, влияющие на показатель коэффициента полезного действия.

Неправильная подача воздуха

От того, сколько кислорода поступает в топку, сильно зависит работа пламени. Чтобы топливо нормально горело и отдавало максимальное количество тепла, ему необходимо строго определённое количество воздуха – не больше, не меньше. Если воздуха будет мало – углеводороды, выделяемые при горении, будут плохо окисляться, а значит будет меньше выделяться тепла. Если же воздуха поступает много, а он, как правило, поступает охлаждённый, снижается температура выделяемых газов и они не успевают сгореть (оседая опять же сажей на трубах) и выделить тем самым полезное тепло. Стоит заметить, что в воздухе содержится влага, на испарение которой так же тратится тепло (вместо того, чтобы обогревать дом).

Большинство твёрдотопливных котлов, предлагаемых на рынке, работают по следующему принципу. В них установлен термостат, который регулирует температуру воды, циркулирующую по отопительной системе дома для его обогрева. Если вода становится слишком горячей – термостат уменьшает подачу воздуха в котёл (так регулируется мощность твердотопливного котла). Получается, что в тот момент, когда топливо разгорелось и КПД с мощность твердотопливного котла стало максимальным, а значит пламя стало нуждаться в большем количестве кислорода – термостат искусственно снижает КПД, ограничивая подачу воздуха.

После того, как температура снизилась, термостат опять начинает подавать воздух. Но к тому моменту топливо уже догорает и ему не нужно столько кислорода. Эффективность обогрева опять снижается за счёт охлаждения выделяемых газов, о чём было сказано ранее.

Получается, что принцип действия большинства твёрдотопливных котлов абсолютно противоречит понятию высокого КПД.

Холодные стенки котла

Обычно вокруг твёрдотопливного котла смонтирована ёмкость с водой, которая, нагреваясь, циркулирует по дому. Наличие воды способствует охлаждению стенок котла. Это опять же приводит к тому, что топливо не может нормально гореть. Его остатки вылетают в трубу и оседают на ней в виде сажи, не принеся никакой пользы. Ситуация усугубляется довольно тесным пространством в топке, что так же снижает количество кислорода, и без того низкое.

Круглосуточная потеря тепловой энергии

Для поддержания нужной температуры в доме твёрдотопливный котёл должен работать 24 часа в сутки. Теперь представьте, сколько за это время полезного тепла вылетает в трубу в виде сажи и несгоревших газов? КПД при такой работе никак не может быть 90%.

Здесь стоит упомянуть ещё такой тип котла, как пиролизный. В добавок к вышеуказанным недостаткам в его случае добавляется ещё два:

1. Круглосуточно работающий вентилятор потребляет электроэнергию.
2. Благодаря тому же вентилятору в котёл поступает избыточный кислород – снижается температура газов, они не успевают сгорать и улетают в трубу.

Ускоренное движение газов по трубе становится причиной снижения ещё одного параметра – КПД теплообмена. Из за особой конструкции котла пламя в нём не успевает догореть и поднимается в теплообменник, где и затухает, оставляя попутно сажу и выбрасывая в трубу не сгоревшие газы.

Необходимость постоянно следить за работой котла

В заключение стоит сказать о том, что мощность твёрдотопливного котла необходимо контролировать круглосуточно 7 дней в неделю. Вы не сможете нормально отлучиться, куда-нибудь уехать и оставить котёл без присмотра. Фактически Вы становитесь его заложником на все месяцы отопительного сезона.

Стоит ли устанавливать такой котёл – решать конечно Вам. Но всё-таки есть смысл поискать вариант более эффективный, экономичный и не имеющий таких требований к эксплуатации.

Повышаем эффективность (КПД) твердотопливного котла

Отопительная техника, работающая на твердом топливе, представлена сегодня целой группой аппаратов. Каждый твердотопливный котел, выпускаемый сегодня отечественными и зарубежными компаниями-производителями – это совершенно новые, высокотехнологичные нагревательные приборы. Благодаря внедрению в конструкцию отопительных приборов технических новшеств и оснащения устройствами автоматического контроля, удалось значительно повысить КПД, оптимизировать работу твердотопливных котлов.

В нагревательных приборах этого вида используется традиционный принцип действия, аналогичный хорошо знакомому для нас варианту печного отопления. Основное действие обусловлено процессом  генерации тепловой энергии выделяемой при сгорании в топке котла угля, кокса, дров и других топливных ресурсов с последующей передачей тепла теплоносителю.

Как и другие устройства, обеспечивающие выработку, передачу энергии, котельное оборудование имеет свой коэффициент полезного действия. Рассмотрим более детально, что собой представляет КПД агрегатов, работающих на твердом топливе. Постараемся найти ответы на вопросы, связанные с этими параметрами.

Что такое КПД отопительных приборов

Для любого нагревательного агрегата, в задачу которого входит обогрев внутреннего пространства жилых зданий и сооружений различного назначения, важным компонентом была, есть и остается эффективность работы. Параметром, определяющим эффективность твердотопливных котлов, является коэффициент полезного действия. КПД показывает отношение затраченной тепловой энергии, выдаваемой котлом в процессе горения твердого топлива к полезному теплу, которым снабжается вся система отопления.

Выражается это соотношение в процентах. Чем лучше работает котел, тем выше проценты. Среди современных твердотопливных котлов есть модели с высоким КПД, высокотехнологичные, эффективные и экономичные агрегаты.

Для справки: в качестве грубого примера, следует оценить тепловой эффект, получаемый при сидении возле костра. Выделяемая при горении дров тепловая энергия способна обогреть ограниченное вокруг костра пространство и предметы. Большая часть тепла от горящего костра (до 50-60%) уходит в атмосферу, ни давая никакой пользы, кроме эстетического содержания, в то время как соседние предметы и воздух получают ограниченное количество килокалорий. Коэффициент полезного действия у костра минимальный.

Коэффициент полезного действия отопительной техники сильно зависит от того, какой вид топлива используется и каковы конструктивные особенности устройства.

Отражаются на эффективности котлов так же условия эксплуатации и качество вентиляции. Слабая вентиляция становится причиной нехватки воздуха, необходимого для высокой интенсивности процесса сжигания топливной массы. От состояния дымохода зависит не только уровень комфорта во внутренних помещениях, но и КПД обогревательной техники, работоспособность всей системы отопления.

Сопроводительная документация на отопительный котел должна иметь заявленный производителем КПД оборудования. Соответствие реальных показателей заявленной информации достигается за счет правильного монтажа аппарата, обвязкой и последующей эксплуатацией.

Правила эксплуатации котельных устройств, соблюдение которых оказывает влияние на величину КПД

Любой вид отопительного агрегата имеет свои параметры оптимальной нагрузки, которая должна быть максимально полезной, с технологической и экономической точки зрения. Процесс эксплуатации твердотопливных котлов построен таким образом, что большую часть времени техника работает в оптимальном режиме. Обеспечить такую работу позволяет соблюдение правил эксплуатации отопительного оборудования, работающего на твердом топливе. В данном случае необходимо придерживаться и следовать следующим пунктам:

• необходимо соблюдать приемлемые режимы дутья и работы вытяжки;
• постоянный контроль над интенсивностью горения и полноты сгорания топлива;
• контролировать величину уноса и провала;
• оценка состояния нагреваемых в процессе горения топлива поверхностей;
• регулярная чистка котла.

Перечисленные пункты являются тем необходимым минимумом, которого нужно придерживаться во время эксплуатации котельного оборудования в отопительный сезон. Соблюдение простых и понятных правил позволит получить заявленный в характеристиках КПД автономного котла, улучшить работу твердотопливного котла.

Можно сказать о том, что каждая мелочь, каждый элемент конструкции нагревательного прибора сказывается на величине коэффициента полезного действия. Правильно сконструированный дымоход, система вентиляции обеспечивают оптимальный приток воздуха в топочную камеру, что существенно отражается на качестве горения топливного продукта. Работа вентиляции оценивается величиной коэффициента избытка воздуха. Чрезмерное увеличение объема поступающего воздуха приводит к перерасходу топлива. Тепло интенсивнее уходит через трубу вместе с продуктами горения. При уменьшении коэффициента работа котлов существенно ухудшается, высока вероятность возникновения в топке зон, ограниченных кислородом. При такой ситуации в топке начинает образовываться и скапливаться в больших количествах сажа.

Интенсивность и качество горения в твердотопливных котлах требуют постоянного контроля. Загрузка топочной камеры должна выполняться равномерно, не допуская очаговых возгораний.

На заметку: уголь или дрова равномерно распределяются по колосникам или по решетке. Горение должно проходить по всей поверхности слоя. Равномерно распределенное топливо быстро подсыхает и горит по всей поверхности, гарантируя полное выгорание твердых компонентов топливной массы до летучих продуктов горения. Если вы правильно заложили топливо в топку, пламя пи работе котлов будет ярко желтого, соломенного цвета.

Во время горения важно не допускать провалов топливного ресурса, иначе придется столкнуться с существенным  механическими потерями (недожог) топлива. Если не контролировать положения топлива в топке, упавшие в зольный ящик крупные фрагменты угля или дров могут привести к несанкционированному возгоранию остатков продуктов топливной массы.

Сажа и смола, скопившаяся на поверхности теплообменника, уменьшают степень нагрева теплообменника. В результате всех перечисленных нарушений условий эксплуатации уменьшается полезный объем тепловой энергии, необходимой для нормальной работы системы отопления. Как следствие, можно говорить о резком снижении КПД отопительных котлов.

Факторы, от которых зависит КПД котлов

Котлы с высоким значением КПД на сегодняшний день представлены следующей отопительной техникой:

• агрегаты, работающие на угле и на другом твердом ископаемом топливе;
• пеллетные котлы;
• аппараты пиролизного типа.

КПД нагревательных приборов, в топку которых идет антрацит, каменный  уголь и торфяные брикеты, составляет в среднем 70-80%. Значительно  больший коэффициент полезного действия у пеллетных устройств – до 85%. Загружаемые гранулами, нагревательные котлы этого типа отличаются высокой эффективностью, выдаваемые во время горения топлива огромное количество тепловой энергии.

На заметку: одной загрузки вполне достаточно для работы аппарата на оптимальных режимах до 12-14 часов.

Абсолютный лидер среди твердотопливного отопительного оборудования – пиролизный котел. В этих приборах используется дрова или отходы древесины. КПД такой техники сегодня составляет 85% и более. Агрегаты так же относятся к высокоэффективным устройствам длительного горения, но при соблюдении необходимого условия —  влажность топлива не должна превышать 20%.

Немаловажным для значения коэффициента полезного действия является тип материала, из которого изготовлен отопительный прибор. Сегодня на рынке представлены модели твердотопливных котлов, выполненных из стали и из чугуна.

Для справки: К первым относятся стальные изделия. Для снижения рыночной стоимости агрегата, компании – производители используют основные элементы конструкции, выполненные из стали. Например, теплообменник изготавливается из высокопрочной жароустойчивой черной стали толщиной 2-5 мм. Таким же образом изготавливаются нагревательные трубчатые элементы, используемые для нагрева основного контура.

Чем толще сталь, используемая в конструкции, тем выше теплообменные характеристики оборудования. Соответственно растет коэффициент полезного действия.

В аппаратах из стали увеличение КПД достигается за счет установки специальных внутренних перегородок в виде труб – ступеней основного потока и рассекателей дыма. Меры вынужденные и частичные, позволяющие незначительно повысить эффективность основного устройства. Среди моделей стальных твердотопливных котлов редко можно встретить приборы, имеющие КПД выше 75%. Сроки эксплуатации таких изделий составляют 10-15 лет.

Зарубежные компании с целью повышения КПД стальных отопительных котлов используют в своих моделях процесс нижнего сжигания, с 2-мя или с 3-мя тяговыми потоками. В конструкции изделий предусмотрена установка трубчатых нагревательных элементов для улучшения теплообмена. Подобная техника имеет КПД в пределах 75-80%, и прослужить может дольше, в 1,5 раза.

В отличие от стальных агрегатов, большей эффективностью обладают чугунные твердотопливные аппараты.

В конструкции чугунных агрегатов используются теплообменники, изготовленные из чугунного сплава особой марки, обладающего высокой теплоотдачей. Такие котлы чаще всего используются для открытых отопительных систем отопления. Изделия дополнительно оснащаются колосниками, благодаря которым осуществляется интенсивный отбор тепловой энергии непосредственно от горящего топлива, размещенного на колосниках.

КПД у таких нагревательных приборов составляет 80%. Следует учитывать огромные по времени сроки эксплуатации чугунных котлов. Срок работоспособности у подобной техники составляет 30-40 лет.

Как повысит эффективность отопительной техники, работающей на твердом топливе

Сегодня многие потребители, имея в своем распоряжении твердотопливный котел, стараются найти наиболее удобный и практичный способ как повысить КПД отопительного оборудования. Технологичные параметры нагревательных приборов, заложенные производителем, со временем теряют свои номинальные значения, поэтому для повышения эффективности котельного техники изыскиваются различные способы и средства.

Рассмотрим один из наиболее эффектных вариантов, установка дополнительного теплообменника. В задачу новой оснастки входит снятие тепловой энергии с летучих продуктов горения.

На видео можно увидеть, как сделать самостоятельно экономайзер (теплообменник)

Для этого нам предварительно необходимо узнать какова температура дыма на выходе. Изменить ее можно при помощи мультиметра, который помещается непосредственно в середину дымохода. Данные о том, сколько можно получить дополнительного тепла от улетучивающихся продуктов горения необходимы для расчета площади дополнительного теплообменника. Делаем следующие действия:

• отправляем в топку дрова определенного количества;
• засекаем за сколько времени прогорит определенное количество дров.

К примеру: дрова, в количестве 14.2 кг. горят 3,5 часа. Температура дыма на выходе из котла составляет 460 ⁰ С.

За 1 час у нас сгорело: 14,2/3,5 = 4,05 кг. дров.

Для расчета количества дыма  используем общепринятое значение  — 1 кг. дров  = 5,7 кг. дымовых газов. Далее умножаем количество сгоревших за один час дров  на количество дыма, получаемое при сгорании 1 кг. дров. В итоге: 4,05 х 5,7 = 23,08 кг. летучих продуктов горения.  Эта цифра и станет отправной точкой для последующих расчетов количества тепловой энергии, которую можно использовать дополнительно для нагрева второго теплообменника.

Зная значение теплоемкости летучих горячих газов, как 1,1 кДж/кг., делаем дальнейший расчет мощности теплового потока, если мы хотим снизить температуру дыма с 460 ⁰С до 160 градусов.

Q = 23,08 х 1,1 (460-160) = 8124 кДж тепловой энергии.

В итоге получаем точное значение дополнительной мощности, которую обеспечивают летучие продукты горения: q = 8124/3600  = 2,25 кВт, цифра большая, которая может оказать существенное влияние на повышение эффективности отопительного оборудования. Зная о том, сколько энергии уходит впустую, желание оснастить котел дополнительным теплообменником вполне оправдано. За счет притока дополнительной тепловой энергии для работы по нагреву теплоносителя, повышается не только эффективность всей системы отопления, но и сам КПД отопительного агрегата растет.

Выводы

Несмотря на обилие моделей современной отопительной техники, твердотопливные котлы продолжают оставаться одним из эффективных и доступных видом нагревательного оборудования. В сравнении с электрическими котлами, которые имеют КПД до 90%, агрегаты на твердом топливе обладают высоким экономическим эффектом. Увеличение коэффициента полезного действия на новых моделях, позволило этому виду котельного оборудования вплотную приблизиться к электрическим и газовым котлам.

Современные аппараты на твердом топливе способны не только работать длительное время, используя доступное по цене природные топливные ресурсы, но и обладают высокими эксплуатационными характеристиками.

КПД котла: формула эффективности водогрейного оборудования

При строительстве собственного загородного дома особое внимание нужно уделить системе отопления, которая принесет тепло и уют вашему дому. Важным критерием эффективной системы отопления является отопительное оборудование, в частности – отопительный котел. Выбор водогрейного котла зависит от многих параметров, главными из которых являются используемое топливо и эффективность оборудования для ваших условий.

Отопительный котел – основа эффективной системы отопления для тепла и уюта.

Главным показателем эффективности отопительного котла является коэффициент полезного действия (КПД). Определение КПД котла происходит посредством соотношения полезно использованной теплоты и всей теплоты, которая выделилась при сжигании топлива. В идеальном случае расчет КПД производится по формуле:

η = (Q1/ Qri)100%, где Q1 – это теплота, использованная в полезных целях, а Qri – общая теплота.

Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки

Схема современного отопительного агрегата бытового назначения.

Повышение тепловой нагрузки, то есть увеличение количества сжигаемого топлива, не всегда приводит к положительным результатам. Одновременно с увеличением тепловой отдачи самого котла растет и потеря теплоты, которая уходит с дымовыми газами, так как их температура пропорциональна балансу температуры оборудования. Эффективность отопительного оборудования при этом уменьшается. Аналогично происходит и при эксплуатации отопителя на пониженной мощности. Если мощность будет ниже эксплуатационной более чем на 15%, это приведет к неполному сгоранию топливного вещества, а, соответственно, к прямому увеличению объема дымовых газов, что также снизит КПД отопительного оборудования. Поэтому важно точно соблюдать мощность котла, чтобы эксплуатировать его в оптимальном состоянии с наибольшей эффективностью.

Вернуться к оглавлению

КПД котлов с различными типами топлива

Расчет КПД котла, приведенный выше, применим только для грубых расчетов и редко используется при проектировании системы отопления. Он не применим для точных расчетов, так как не все тепло, получаемое при сжигании, расходуется на нагрев теплоносителя. Некоторая часть тепла теряется. Поэтому более точный расчет эффективности водогрейного оборудования производится по формуле:

η=100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где q2 – потеря теплоты с уходящими продуктами горения; q3 – потери из-за недожога горючих газов; q4 – потери, связанные с механическим недожогом и золообразованием; q5 – потери из-за наружного охлаждения; q6 – потеря тепла со шлаками при очистке топки.

Читайте также: Как выбрать тепловую пушку
Рабочая схема индукционного нагревателя своими руками 
Паровое отопление – читайте здесь.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла в отопителе

Вернуться к оглавлению

Потеря тепла с отходящими газами

Потери тепла с уходящими продуктами горения (q2) являются самыми весомыми. Температура продуктов горения напрямую влияет на эффективность отопительного котла.

Нормальный температурный напор на холодном конце воздухонагревателя обеспечивается при температуре 70-110°С.

Основные источники теплопотерь.

При уменьшении температуры уходящих газов на 12-15°С КПД котла увеличивается примерно на 1%. Однако охлаждение уходящих газов требует увеличения размеров поверхностей нагрева, что увеличивает размеры всей конструкции. Кроме того, при уменьшении температуры отработанных газов есть риск возникновения низкотемпературной коррозии.

Эта температура зависит от температуры поступающего воздуха и вида топлива. Рекомендуемые значения температуры уходящих газов для различных видов сжигаемого топлива и различной температуры входящего воздуха приведены в таблице ниже.

Чтобы произвести расчет потерь тепла, связанных с уходящими продуктами горения, применяется формула:

q₂ = (T1 – T3) (A2/(21 – O2) + B), где Т1 – температура уходящих продуктов горения в контрольной точке за пароперегревателем; Т3 – температура входящего воздуха; 21 – концентрация кислорода в воздухе; О2 – концентрация кислорода в уходящих продуктах горения, ее определение происходит в контрольной точке; А2 и В – коэффициенты, которые зависят от сжигаемого топлива, приведены в таблице ниже.

Вернуться к оглавлению

Потеря тепла из-за химического недожога

Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.

Данный вид потери (q3) учитывается, если в качестве топлива используются газообразные вещества или мазут. Для современных газовых котлов он составляет 0,1-0,2%. Если процесс сжигания идет с небольшим избытком воздуха, то потерю следует принимать равной 0,15%, а при большом избытке воздуха – равной нулю. Если же используется смесь газов с разной температурой сгорания, то q3=0,4-0,5%.

Данный вид потерь (q4) характерен для твердых видов топлива. К примеру, для антрацита он равен 4-6%, для полуантрацита – 3-4%, а для каменного угля – 1,5-2%. Малореакционные виды угля необходимо сжигать с жидким шлакоудалением, тогда q4 будет минимальным из приведенных значений, при твердом же шлакоудалении принимается верхняя граница теплопотерь.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла от наружного охлаждения

Данный вид потерь (q5) весьма невелик (составляет менее 0,5%) и уменьшается с ростом мощности отопительного агрегата. Такие потери соответствуют прямому расчету паропроизводительности котла:

• при паропроизводительности D от 42 до 25 кг/с потери равны q5=(60/D)^0,5/lgD;
• при паропроизводительности D более 250 кг/с потери принимаются равными 0,2%.

Вернуться к оглавлению

Потери тепла при удалении шлаков

Потери, связанные с физическим теплом шлаков, (q6) учитываются при жидком шлакоудалении. Если же шлак из топки удаляется твердым методом, то потеря тепла учитывается только если она составляет более 2,5Q.

Вернуться к оглавлению

Расчет эффективности котла на твердом топливе

Любой отопительный котел был бы идеальным, если бы его эффективность составляла 100%, однако, как уже говорилось ранее, такое невозможно из-за различного рода теплопотерь, зависящих как от сжигаемого топлива, так и от окружающих условий. Приведем пример расчета КПД отопительного устройства, работающего на твердом топливе:

Схема подключения котлов на твердом топливе.

• потери, связанные с физическим удалением шлаков q6= (Ашл*Зл*Ар)/Qri, где Ашл – доля шлака, которое определяется по балансу уноса золы из топки относительно объема топлива . При условии, что доля уноса золы при правильно организованном процессе горения составляет обычно 5-20%, то доля шлака составляет от 80 до 95%;
• Зл – энтальпия золы при температуре 600°С. Зл равняется 133,8 ккал/кг при нормальном тепловом расчете;
• Ар – зольность, рассчитанная на рабочую массу. В зависимости от вида топлива Ар колеблется от 5 до 45%;
• Qri – минимальное количество теплоты, выделяемое при сгорании. Данный параметр зависит от вида топлива и изменяется в пределах от 2500 до 5400 ккал/кг.

Исходя из вышеприведенных параметров, q6 колеблется в пределах от 0,1 до 2,3%.

Потери q5 зависят от номинальной производительности котла и вырабатываемой мощности. Для современных отопительных котлов малой мощности, которые применяются для обогрева частных домов, потери тепла от наружного охлаждения составляют 2,5-3,5%.

Потери от механического недожога (q4) в большей степени зависят от устройства самого котла и применяемого топлива. Теплопотери при этом составляют от 3 до 11%. Потери от химического недожога (q3) зависят от полноты смешивания горючего с поступающим воздухом. В обычных условиях такие потери равняются 0,5-1%.

Основной вид теплопотерь (q2), связанный с температурой уходящий газов, зависит от используемого топлива, температуры уходящих продуктов горения, организации процесса сгорания и особенностей конструкции оборудования. Для достижения нормы теплового расчета в 150°С минимальная рекомендованная температура уходящих газов при сжигании угля должна равняться 280°С. Потери тепла при этом составляют 9-22%.

Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.

Суммируя все потери, получаем максимальный коэффициент, который может быть получен в современном отопительном котле, равный 100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9%. Достижение подобного показателя может быть только при грамотном монтаже теплового оборудования, наладке высшей эффективности в зависимости от окружающих условий и подборе оптимального топлива. Эффективность отопительной системы зависит от оптимальной нагрузки, которая рекомендована производителем. Работа устройства должна быть организована так, чтобы большую часть времени он работал в экономичном режиме нагрузки.

Основные правила эксплуатации котлов для достижения максимального КПД:

• контроль стабильности горения и максимальной полноты сгорания;
• контроль состояния поверхности нагрева и очистка котла;
• расчет оптимальной тяги и давления поступающего воздуха;
• расчет доли золы.

Правильный расчет тяги, соответствующий балансу давления поступающего воздуха и скорости исходящих газов, положительным образом сказывается на полноте сгорания. Однако чрезмерное повышение давления поступающего воздуха влияет на увеличение потерь тепла с уходящими газами. Если же, наоборот, ограничить поступающий воздух, то это приведет к недостатку кислорода, а значит и к снижению процесса горения и увеличению золообразования.

Соблюдение данных рекомендаций позволит эксплуатировать отопительный котел в оптимальном режиме с максимальным КПД, что снизит затраты на отопление. Тепла вашему дому!

КПД газового котла – расчеты и советы по увеличению

Содержимое:

1. Как рассчитать КПД котла отопления на газе
2. У какого газового котла самый высокий КПД
3. Как увеличить КПД отопительного котла на газе

Чтобы самостоятельно рассчитать теплоэффективность котла и предпринять шаги для увеличения КПД, потребуется хорошо понимать, что скрывается за приведенными цифрами.

Как рассчитать КПД котла отопления на газе

η = (Q1/ Qri) 100%

В формуле расчетов КПД водогрейного котла на газе, указанные значения означают:

• Qri – общее количество тепловой энергии, выделяемое при сжигании топлива.
  
• Q1 – тепло, которое удалось аккумулировать и использовать для нагрева помещения.
  

На месте проводится оценка погрешности определения теплоэффективности. Для вычислений применяют еще одну формулу:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Расчеты помогают провести анализ, согласно особенностям конкретной системы отопления. Сокращения в формуле обозначают:

• q2 – теплопотери в отходящих газах и продуктах сгорания.
  
• q3 – потери, связанные с неправильными пропорциями газовоздушной смеси, по причине которых возникает недожог газа.
  
• q4 – тепловые потери, связанные с появлением на горелках и теплообменнике сажи, а также, механический недожог.
  
• q5 – теплопотери, в зависимости от наружной температуры.
  
• q6 – потери тепла при охлаждении топки во время очистки ее от шлаков. Последний коэффициент, относится исключительно к твердотопливным агрегатам и не учитывается при расчетах КПД оборудования, работающего на природном газе.
  

Сильнее всего оказывает влияние на теплоэффективность, температура уходящих газов, отмеченная в формуле маркером q2. При уменьшении интенсивности нагрева отходящих градусов на 10-15°С, повышается КПД на 1-2%. В связи с этим, самый высокий КПД в конденсационных котлах, относящихся к классу низкотемпературного отопительного оборудования.

У какого газового котла самый высокий КПД

• Используется модуляционная горелка – современные котлы ведущих производителей, оснащены плавнодвухступенчатыми или полностью модулируемыми горелочными устройствами. Преимущество горелок – автоматическая приспособляемость к фактическим рабочим параметрам системы отопления. Процент недожига снижается к минимуму.
  
• Нагрев теплоносителя – оптимальный котел, это агрегат, разогревающий теплоноситель до температуры не более 70°С, при этом, отходящие газы нагреваются не более 110°С, что и обеспечивает максимальную теплоотдачу. Но, при низкотемпературном нагреве теплоносителя, наблюдается несколько минусов: недостаточная сила тяги, усиленное конденсатообразование.
  Теплообменники в газовых котлах с самым высоким коэффициентом полезного действия, изготавливаются из нержавеющей стали и снабжаются специальным блоком-конденсатором, предназначенным для отбора тепла, находящегося в конденсате.
  
• Температура подводящего газа и воздуха, поступающего на горелку. Котлы закрытого типа, подключаются к коаксиальному дымоходу. Воздух поступает в камеру сгорания через наружную полость двуполостной трубы, предварительно подогреваясь, что снижает необходимые теплозатраты на несколько процентов.
  Горелки с предварительным приготовлением газовоздушной смеси, также подогревают газ перед подачей его на горелку.
  
• Еще один популярный вариант модификации – установка системы рециркуляции отходящих газов, когда дым не сразу поступает в камеру сгорания, а проходит через ломанный дымоходный канал и поступает после подмешивания свежего воздуха, обратно на горелочное устройство.
  

Конденсационные котлы, предлагают несколько европейских производителей, среди которых:

• Viessmann.
  
• Buderus.
  
• Vaillant.
  
• Baxi.
  
• De Dietrich.
  

В технической документации к конденсационным котлам, указано, что КПД устройств при подключении к низкотемпературным системам обогрева, составляет 108-109%.

Как увеличить КПД отопительного котла на газе

• Изменение принципа циркуляции теплоносителя – здание прогревается быстрее и равномернее, при подключении циркуляционного насоса.
  
• Установка комнатных терморегуляторов – модернизация котлов для повышения КПД с помощью датчиков, контролирующих не нагрев теплоносителя, а температуру в помещении, эффективный метод увеличения теплоэффективности.
  
• Повышение коэффициента использования газа в бытовом котле, приблизительно на 5 -7%, происходит при замене горелочного устройства. Установка модуляционной горелки, способствует улучшению пропорций газовоздушной смеси и соответственно, уменьшает процент недогара. Тип установленного горелочного устройства, находится в прямой зависимости, относительно уменьшения потерь тепла.
  
• Вместо полной модификации котла, может потребоваться частичное преобразование конструкции и регулировка расхода топлива. Если изменить положение горелок и установить их ближе к водяному контуру, удастся увеличить КПД еще на 1-2%. Тепловой баланс котельного агрегата, увеличится в большую сторону.
  

КПД уменьшается при загрязнении теплообменника, по причине того, что накипь, состоящая из солевых отложений металлов, имеет плохую теплопроводность. По этой причине, наблюдается постоянное увеличение расхода газа и впоследствии, котел полностью выходит из строя.

Наблюдается небольшое увеличение КПД при сгорании сжиженного газа, достигаемое за счет снижения скорости поступления топлива на горелку, что приводит к уменьшению недогара. Но, теплоэффективность увеличивается незначительно. Поэтому, природный газ продолжает оставаться самым экономичным из всех используемых традиционных типов топлива.

КПД котла

Многим из школьного курса физики известно, что КПД (коэффициент полезного действия) это соотношение, сколько энергии затрачено на выполнение какого либо действия к общему объему энергии в %. Это показатель эффективности работы какого либо оборудования в целом, поэтому, чем он выше, тем лучше. Однако достичь 100% значения не удалось еще ни в одной механической системе, поскольку существуют потери энергии по различным причинам.

КПД котла так же показывает, какое количество производимой энергии от сжигаемого топлива идет на процессы отопления и сколько энергии может быть потеряно.

Среди энергетических потерь можно выделить следующие причины:

1. Отведение горячих газов;
2. Механическая и химическая неполнота сгорания топлива;
3. Отдача тепла котлом в окружающую среду
4. Удаление золы в процессе работы котла для твердотопливных агрегатов.

Существует несколько способов расчета КПД котла, среди них самый популярный и наиболее удобный — это метод обратного теплового баланса – производится расчет всех возможных потерь и вычитается из 100%. Такой расчет конечно же может произвести не каждый покупатель котлов, поэтому данный показатель сразу приводиться производителями котлов в технической документации. Современные котлы имеют достаточно высокий КПД от 80 до 95% в зависимости от модели и технических новшеств, которые там используются.

Одной из перспективных технологий по предотвращению тепло потерь является применения метода конденсации угарных газов и возврата части тепла в систему обратно. В результате работы технологии получается раствор кислоты, который является достаточно агрессивным, поэтому необходимо организовать грамотную утилизацию конденсата. При изготовлении самого котла и оборудовании дымохода необходимо использовать коррозионностойкие элементы. Такие котлы имеют КПД 105-107% — интересные цифры, если учесть, что КПД больше 100% быть не может. Это связано с некоторыми допущениями при расчете КПД у обычных котлов, когда же стали применять конденсационный метод, то эффективность работы возросла на 15-20% и получились такие значения. При грамотном расчете и учете всех показателей влияющих на полезную работу котла в реальности стандартные котлы показывают мощность на уровне 70-80%, а конденсационные – 85-90%.

КПД котла достаточно важный параметр, который показывает экономичность работы и как следствие уровень расхода топлива. Несмотря на то, что газ является достаточно распространенным видом топлива и цена на него не высока относительно других видов, однако длительный период отопления в суровых климатических условиях может стоить достаточно дорого. Твердотопливные котлы так же подвержены теплопотерям как и газовые, при этом у газа, угля или древесины разная тепловая производительность, а так же степень сгорания.

Существуют специальное оборудование для анализа работы котлов – переносной газоанализатор в реальном режиме времени эти устройства способны определить мощность работы котла без учета потерь и другие технические параметры. Устройство имеет термопринтер, может осуществлять мониторинг параметров горения в течение долгого времени как сам по себе, так и в паре с компьютером. Существуют портативные варианты, которые немного ограничены в функциональных возможностях, но более компактны.

Выбирая и покупая газовый котел необходимо проанализировать его технические характеристики – это в первую очередь номинальную мощность, КПД, теплопроизводительность, а так же расход газа или другого топлива. Естественно, что использование современной автоматики, которая способна более эффективно управлять работой котла, а так же новые энергосберегающие технологии могут значительно повлиять на конечную стоимость оборудования. Поэтому каждый покупатель ищет золотую середину, допуская при этом отсутствие некоторых технических новинок. Главное что бы котел работал без поломок и максимально соответствовал перечисленным технически параметрам, заявленным в паспорте на оборудование.