Как повысить КПД газового котла

Что означает кпд

На рынке можно встретить огромное количество моделей газовых котлов от различных производителей, среди которых присутствуют не только отечественные, но и зарубежные. Обычно при покупке данного газового прибора, покупатели определяют свой выбор исходя из стоимости и мощности оборудования.

И, к сожалению, это неправильные критерии выбора газового котла. Многие владельцы частного домохозяйства забывают про такой показатель, как коэффициент полезного действия. Это очень важный параметр, по которому можно подобрать достаточно хороший обогревательный прибор.

Коэффициент полезного действия котла имеет следующее определение: это отношение полезной теплоты, израсходованной на обогрев воды, к установленной теплоте газового котла. То есть, не все тепло, которое вырабатывает газовый котел, идет на нагрев рабочей жидкости. Какая-то часть энергии уходит в окружающую атмосферу и на собственные нужды обогревательного прибора.

Значения современных котлов в зависимости от вида топлива

*С точки зрения физики КПД не может превышать 100%: больше тепловой энергии, чем выделяется при сжигании топлива получить невозможно. Однако все зависит от того, как считать. Есть два определения:

• низшая теплота сгорания – тепло, полученное при сгорании топлива, когда продукты сгорания просто удаляются через дымоход;
• высшая теплота сгорания – теплота с учетом в том числе и энергии, содержащиеся в водяном паре – одном из продуктов сгорания горючих газов.

Газовые конденсационные котлы дополнительно аккумулируют и тепловую энергию конденсата, образующегося из продуктов сгорания газа и оседающего на дополнительном теплообменнике. Таким образом, существенная часть тепла не «вылетает в трубу», а температура отходящих газов практически равна атмосферной.

Устройство простого конденсационного одноконтурного газового котла.

Согласно действующим нормам, как в России, так и в Европе, КПД отопительных котлов рассчитывается по низшей удельной теплоте сгорания, поэтому учет дополнительного тепла, извлекаемого из конденсата, приводит к значениям более 100%. При расчете по высшей теплоте сгорания КПД конденсационных газовых котлов равен 96-98% в зависимости от модели и типа монтажа: у настенных котлов КПД обычно выше, чем у напольных (это относится ко всем газовым котлоагрегатам).

Также из таблицы можно заметить, что средний КПД твердотопливных котлов также отличается в зависимости от используемого топлива, связанно это со степень сжигания топлива, его теплоотдачей, температурой горения и теплопотерями с физическим теплом шлаков, удаляемых из топочной камеры. Даже один и тот же твердотопливный котел может выдавать разный КПД при работе на разных видах топлива.

Как рассчитать кпд котла отопления

Рассчитать значения можно несколькими способами. В европейских странах расчет КПД котла отопления принято производить по температуре отходящих газов (метод прямого баланса), то есть зная разницу между температурой окружающей среды и реальной температурой отходящих через дымоход газов. Формула довольно проста:

ηбр = (Q1/Qir) 100%, где

• ηбр (читается «эта») – КПД котла «брутто»;
• Q1 (МДж/кг) – к-во тепла, которое удалось аккумулировать, т.е. использовать в целях обогрева дома.
• Qir(МДж/кг) – общее количество тепла, выделяемое при сжигании топлива;

Например, если Q1 = 19 МДж/кг, Qir = 22 МДж/кг, то КПД «брутто» = (19/22)*100 = 86,3%. Все замеры проводятся при уже установившемся, стандартном режиме работы котла.

Метод прямого баланса не учитывает теплопотери самого котлоагрегата, недожог топлива, отклонения в работе и прочие особенности, поэтому был придуман принципиально другой, более точный способ расчета – «метод обратного баланса». Используется уравнение:

ηбр = 100 – (q2 q3 q4 q5 q6), где

• q2 – потери тепла с уходящими газами;
• q3 – потери тепла вследствие химического недожога горючих газов (применимо к газовым котлам);
• q4 – потери тепловой энергии с механическим недожогом;
• q5 – теплопотери от наружного охлаждения (через тепплообменник и корпус);
• q6 – потери тепла с физическим теплом шлаков, удаляемых из топки.

КПД «нетто» котла отопления согласно методу обратного баланса:

ηнетто = ηбр — Qс.н, где

• Qс.н – общий расход тепловой и электрической энергии на собственные нужды в % выражении.

Реальный КПД практически всегда будет отличаться от заявленного производителем, поскольку зависит от правильности монтажа котла и отопительной системы, системы дымоудаления, качества электроснабжения и т.д. Измеряется он, соответственно, уже на месте.

Каталог газовых горелок sf (технические характеристики)

Свяжитесь с нами и мы предложим Вам конкретные варианты модернизации со стоимостью, сроками и экономическим эффектом:

• Звоните по телефону
• Пишите на почту —

Конденсационные отопительные приборы

Котлы такого типа стали производиться относительно недавно. За это время они по праву заслужили звание самых экономичных устройств. Согласно паспорту на приборы, их полезность достигает 110%. И тут невольно возникает вопрос – откуда берутся такие значения.

Ведь еще со школы всем известно, что КПД не может превышать 100%. Данное значение может превышать 100% у конденсационных котлов ввиду того, что при сгорании топлива, около 95% энергии идет на полезное действие. При этом внутри котла образуется углекислый газ и водяной пар.

Кпд напольного котла

Существует несколько видов газовых котлов. Одними из наиболее распространенных, являются напольные. Оборудование такого типа зарекомендовало себя положительными эксплуатационными параметрами и компактностью. Конструктивная особенность таких устройств позволяет добиться большей мощности, по сравнению с настенными аналогичными моделями.

В линейке напольного оборудования есть модели, которые могут без воздействия насоса взаимодействовать с носителем тепла. В таких устройствах минимальное количество автоматики и дополнительного оборудования. Это, в свою очередь, влияет на надежность и простоту обслуживания.

Значение КПД таких газовых котлов колеблется в пределах 90% при идеальных условиях эксплуатации. Это довольно хороший показатель производительности, но при всем этом у напольного котла есть недостатки. Основным из них можно выделить необходимость отдельного обустроенного помещения, в котором должны соблюдаться установленные требования.

Кпд настенных газовых котлов

Настенные модели газовых котлов являются компактными и экономичными обогревательными приборами. Такие котлы отлично служат для обогрева домов, небольших дач и загородных объектов. КПД такого оборудования обычно составляет от 85% до 100% по заверениям завода изготовителя. Но, как мы уже знаем, на данный показатель влияют фактические потери тепловой энергии.

Настенные модели, как правило, имеют небольшие габариты и вес, что и позволяем монтировать их на стену. Они оснащены коаксиальным дымоходом и имеют в своей конструкции встроенный гидронасос. Благодаря насосу производится принудительное движение теплоносителя внутри системы отопления, что в значительной степени позволяет повысить полезное действие котла.

Кпд отопительного котла

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %: по уравнению прямого баланса:

ηбр = 100 Qпол / Qрр

где Qпол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 — (qу.г qх.н qн.о)

где qу.г, qх.н, qн.о — относительные потери теплоты с уходящими газами, от химической неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса:

ηнетто = ηбр — qс.н

где qс.н — расход энергии на собственные нужды, %.

Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса — при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

Зависимость КПД котла ηк от его нагрузки (D/Dном) 100

qу.г, qх.н, qн.о — потери теплоты с уходящими газами, от химической и механической неполноты сгорания, от наружного охлаждения и суммарные потер.

Таким образом, для повышения эффективности отопительного котла недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды, которые составляют в среднем 3…5% теплоты, располагаемой котельным агрегатом.

Изменение КПД отопительного котла зависит от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис.) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата, которые зависят от нагрузки, т.е. qу.г, qх.н, qн.о. Как видно из рисунка, КПД отопительного котла при определенной нагрузке имеет максимальное значение. Работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.

Кпд производственного котла, работающего на твердом топливе

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ ТВЕРДОТОПЛИВНЫХ КОТЛОВПоказателем эффективности котла служит коэффициент полезного действия далее КПД. Коэффициент полезного действия котла — отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, внесенной в топку котла при сжигании топлива η = (Q1/ Qri)100 %.

По ряду причин, не все тепло выделившееся во время горения топлива и внесенное с воздухом, поданным на горение, расходуется на нагрев теплоносителя.

Часть тепла теряется. Выделяют пять основных потерь тепла в котле: с теплом уходящих газов — q2 = (Q2/Qri)100 %; от химической неполноты сгорания топлива — q3 = (Q3/Qri)100 %; от механической неполноты сгорания топлива — q4 = (Q4/Qri)100 %; потери тепла в окружающую среду — q5 = (Q5/Qri)100 %; потери с физическим теплом шлака q6 = (Q6/Qri)100 %.

Полезно используемую теплоту определяют путем вычитания из теплоты сгорания топлива Qri суммарных потерь теплоты, кДж/кг или ккал/кг Q1 = Qri (Q2 Q3 Q4 Q5 Q6)

или (в процентах)

q1 = 100 (q2 q3 q4 q5 q6)

Кпд-брутто и кпд-нетто

Не всё выработанное при сгорании топлива тепло направляется на нагрев теплоносителя, определенная часть расходуется на собственные нужды котлоагрегата: турбина, вентилятор или дымосос, циркуляционный насос, работа автоматики и электронного дисплея, работа электропривода (как вы уже поняли, в расчете используются все виды получаемой энергии, в том числе и электроэнергия, если котел энергозависимый).

С учетом этого принято разделять эффективность котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и отпущенной теплоте (КПД-нетто).

Такая классификация позволяет выделить степень технического совершенства котла – КПД-брутто или экономичность расхода топлива и электроэнергии – КПД-нетто.

От чего зависит тепловая эффективность котлоагрегатов

Принцип действия классического напольного газового атмосферника.
Коэффициент полезного действия отопительных котлов равен не при любой мощности, существует пропорциональная зависимость от нагрузки: увеличение тепловой нагрузки (к-ва сжигаемого топлива) увеличивает и теплопотери через корпус или дымоход. Так же точно эксплуатация на минимальной мощности не всегда обеспечивает полноценное сгорание топлива, что приводит к снижению КПД.

Например, в сервисной инструкции к газовым котлам Protherm Волк KSO мощностью 12,5 кВт и 16,0 кВт указано, что при работе на максимальной мощности (12,8 кВт и 16,3 кВт соответственно) КПД равен 92,5 %, в то время как при работе с минимальной нагрузкой (4,5 кВт и 5,8 кВт) – снизится и составит всего 78,4 %.

Это одна из основных причин, почему стоит осознанно подходить к выбору мощности котлоагрегата. Наиболее оптимальная работа в большинстве моделей достигается при нагрузке в диапазоне 60-90% от максимальной мощности.

В остальном коэффициент полезного действия зависит исключительно от технологического совершенства модели, направленного на снижение вышеописанных q2-6 (снижение температуры отходящих газов, эффективное сжигание топлива, модулируемые горелки, теплоизоляция и т.д.), а также от качества обслуживания и эксплуатации котлоагрегата. Чистота теплоносителя, регулярная чистка и промывка – все это со временем серьезно влияет на КПД.

Как выбрать комнатный термостат и экономить до 30% в месяц на отоплении

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.

У какого газового котла самый высокий кпд

Статистика и техническая документация, ясно указывают, что котлы импортного производства имеют наибольший КПД. Европейские производители, делают особый акцент на применении энергосберегающих технологий. Иностранный газовый котел, имеет высокий КПД, так как в его устройстве сделаны некоторые модификации:

• 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.

Максимальное КПД достигается при температуре конденсатообразования или «точки росы». Котлы, работающие в условиях низкотемпературного нагрева, называются конденсационными. Их отличает, малое потребление газа и высокая теплоэффективность, что особенно заметно при подключении к газобаллонным установкам и газгольдеру.

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%.

Фактический кпд — формула

На месте КПД подобного оборудования определяют обычно по такой формуле: η=100 — (q2 q3 q4 q5 q6).

Здесь:

• q2 — тепловые потери из-за нагретых, уходящих в трубу продуктов сгорания;
• q3 — потери из-за неверно выбранных пропорций газовой смеси (недожог);
• q4 — потери из-за сажи внутри котла и механический недожог;
• q5 — потери из-за колебаний наружной температуры воздуха.

При этом считается, что сильнее всего на КПД котла влияет показатель q2. То есть в наибольшей мере производительность и экономичность газового нагревательного агрегата зависит от того, сколько индуцируемого им тепла в буквальном смысле слова «вылетает в трубу».