Как рассчитать КПД котла – обзор факторов теплопотерь

Как рассчитать КПД котла – обзор факторов теплопотерь

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 рассчитать КПД котла отопления на газе

Методика расчета эффективности, происходит посредством сравнения затраченной тепловой энергии для нагрева теплоносителя и фактического количества всей теплоты, выделенной во время сжигания топлива. В заводских условиях, вычисления выполняют по формуле:

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.
  • Данная формула не учитывает много факторов: возможные теплопотери, отклонения в рабочих параметрах системы и т.п. Расчеты позволяют получить исключительно средний коэффициент полезного действия газового котла. Большинство производителей указывают именно данное значение.

    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.
  • Реальный КПД газового отопительного котла, рассчитывается исключительно на месте и зависит от грамотно сделанной системы дымоудаления, отсутствия нарушений при установке и т.п.

    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.

    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:

    η бр = (Qi r /Q1) 100%, где

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

    Например, если Q1 = 22 МДж/кг, Qi r = 19 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:

    η бр = 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:

    η нетто = η бр — Q с.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.

    Срок использования в оптимальном режиме

    Одним из наиболее важных критериев выбора самого экономичного газового котла отопления будет именно срок пользованиям данным котлом. Срок службы в основном зависит от класса, выбранного вами котла. Например, котлы средней стоимости не прослужат вам, скорее всего, больше 12-14 лет. Так срок службы премиум котла, при правильном обслуживании будет до 50 лет.

    Влияет на срок службы еще и режим работы газового котла: постоянный или перебойный. Сохраните жизнь своему оборудованию и подключите его через бесперебойник.

    Далее нужно сказать, что котлы, работающие на природном газе, делятся на атмосферные и надувные. Производители из Кореи выпускают котлы с использованием двух надувных газовых горелок, при котором для достижения максимального КПД происходит полное сгорание газа. Это позволит избежать поломок некоторого типа и сэкономить нам 10-15% денежных средств.

    Котел с двумя горелками

    Другие способы улучшения КПД системы отопления

    Что еще можно сделать для улучшения КПД батарей в отопления и не только их? Нужно правильно подобрать теплоноситель. Несмотря на популярность антифризов, они имеют недостаток – пониженный показатель энергоемкости. Поэтому при отсутствии вероятности воздействия отрицательных температур на систему следует заполнять ее обычной дистиллированной водой.

    Для повышения КПД газовых отопительных котлов старого образца заменяют горелку на более эффективную. Она не только снизит потребление газа, но и повысит безопасность работы котла. Это же относится и к возможной модернизации твердотопливных моделей отопительных приборов. Если в доме была поведена газовая магистраль – можно установить новую горелку. Рекомендуется приобретать модели, работающие как на газе, так на жидком топливе (дизеле, отработанном масле).

    Сделать максимальное КПД для отопления в доме можно с помощью систематической прочистке труб. Для этого используют химический, гидравлический или комбинированный способы. Выбор зависит от материала изготовления трубопровода (пластик или металл) и степени загрязнения магистрали.

    Установка отражающих экранов позади батарей также увеличит КПД всей системы отопления. Лучше всего использовать для того пенофол, на одну из сторон которого нанесен слой фольги. Даже простая чистка радиаторов от пыли и грязи путь и незначительно, но улучшит их теплоотдачу.

    В видеоматериале можно ознакомиться с интересным способом самостоятельной организации отопления с высоким показателем КПД:

    Пуск котла

    Выполняется двумя способами:

    • Возле горелки постоянно горит отдельный огонек. Когда котел эксплуатируется, то открывается соответствующий кран и поджигается «зажигалка», от которой загорается поступающий в основную горелку во время работы котла газ. Зажигалка горит постоянно и хоть пламя небольшое, но за сезон пару кубов газа она таки сожжет.
    • Экономнее в плане КПД пьезозажигалка – когда в камеру сгорания поступает газ, она срабатывает, выдавая искру, достаточную для розжига пламени. Иногда первый вариант предпочтителен, но это зависит от индивидуальных особенностей размещения котла и привычек хозяев.
    Читайте также  Утеплитель потолка частного дома

    Как увеличить КПД газового котла

    Создать подходящие условия для повышения коэффициента полезного действия, можно оптимизировав процессы самостоятельно или с привлечением специалиста. Изначально все параметры заложены в конструкции электрокотла, эффективность принимаемых мер по увеличению КПД техники будут зависеть от этих данных.

    Для начала проводят модернизация без изменения структуры твердотопливных котлов:

    1. Комнатные терморегуляторы. Они контролируют температуру в жилых помещениях, не влияя на работу теплоносителя.
    2. Установка циркулярного насоса, так можно стабилизировать равномерность и скорость прогревания.
    3. Замена газовой горелки, повысит увеличение КПД твердотопливного котла на 5-7%. Модуляционная горелка позволит расходовать газовоздушную смесь в правильных пропорциях, что исключит неполное сжигание.
    4. Расположение горелок у водяного контура прибавит к общему количеству КПД несколько процентов. Такая частичная модификация положительно повлияет на расход топлива и увеличит тепловой баланс всей системы.

    Проведение регулярного обслуживания и очистка оборудования увеличит его КПД. Накипь в трубах системы отопления и сажа на внешних стенках дымохода, образующиеся в процессе работы, могут забирать до 5%. Пластиковые трубы меньше нуждаются в уходе, но осуществлять их продувку требуется периодически.

    Засорившийся дымоход суживает проход отводящей дым трубы, это приводит к уменьшению тяги, а это уже не только потеря процентов тепла, но и угроза для здоровья людей, находящихся в жилых помещениях.

    Как вариант понизить химические тепловые потери, для этого производят высококвалифицированную настройку системы оборудования. Лучше воздержаться от самостоятельной настройки и доверить дело специалисту.
    Борьба с недогаром решается увеличением скорости поступления сжиженного газа в горелку, так процесс сгорания происходит активнее, а КПД, соответственно, увеличивается.

    Хотя увеличение КПД практически никак не влияет на теплоэффективность котельного агрегата. На нынешний день природный газ остается самым экономичным, оборудование на этом топливе более распространено и экономически оправдано, чем котлы на традиционном твердом дровяном топливе или угле.

    От чего зависит экономичность

    Идеальный газовый котел отопления должен сначала эффективно сжечь магистральный или сжиженный газ, а потом все полученное тепло направить на нагрев теплоносителя для отопительной системы. В реальности не все так гладко, и вот почему:

    1. Для эффективного сжигания горючего и получения максимального количества теплоты нужно смешать газ и воздух в четких пропорциях (примерно 1 : 10). Это умеет делать далеко не каждый теплогенератор.
    2. В процессе реакции горения метана выделяется углекислый газ и простая вода, которая тут же испаряется, отнимая часть тепловой энергии сожженного топлива.
    3. Разогретые продукты горения априори не могут передать всю энергию теплоносителю, какая-то ее часть все равно вылетит в дымоходную трубу. Величина этой части зависит от конструкции отопительного агрегата.

    Эффективность энергонезависимых двухконтурных котлов «Атем» с открытой камерой сгорания лежит в пределах 86…88%

    Выходит, что одна часть энергии, содержащейся в топливе, теряется на стадии горения, а другая – во время теплопередачи. Чем меньше эти потери, тем рациональнее используется энергия топлива и экономичнее газовый котел для дома. Эффективность работы отопителя характеризуется его КПД, указанным в техническом паспорте на изделие. Чем выше этот показатель, тем больше теплоты теплогенератор направляет на нагрев теплоносителя и экономнее расходует природный газ.

    КПД современных газовых котлов зависит от их конструкции и лежит в диапазоне от 85 до 96%. Более высокие показатели эффективности, озвучиваемые продавцами теплового оборудования, не соответствуют действительности.

    Какой котел будет более экономичный

    Подводя итог небольшому исследованию на тему: что влияет на экономичность газового котла, можно сделать определенный вывод. Самым экономичным газовым агрегатом окажется такой, который имеет следующие характеристики:

    • Его производитель – известная фирма, специализирующаяся на производстве газового оборудования средней ценовой категории;
    • Он относится к настенным котлам с закрытой камерой сгорания;
    • Его оптимальная мощность на 20% больше имеющихся теплопотерь;
    • Он правильно подключен в систему отопления;
    • У него правильно подобрана мощность с высоким КПД;
    • У него хорошо настроена автоматизированная система обратной связи (программатор).

    На современном отопительном рынке можно найти такой агрегат, который будет иметь КПД до 95%. Причем, он может быть в дешевой ценовой категории, и предназначен для обогрева больших помещений.

    Но в большинстве случаев КПД у недорогих котлов будет ниже, так как они оборудуются 1-2 ступенчатыми горелками, которые не могут выдавать много тепла. Более эффективные и экономичные модульные горелки, оборудованы электроникой и принудительным поступлением воздуха.

    Ну и не менее важное, о чем не стоит забывать. Даже самый экономичный газовый котел не сможет качественно отопить помещение, которое не утеплено. Поэтому убедиться в том, что приобретенный агрегат надежный и экономичный можно только в подготовленном для отопления доме.

    Посмотреть о выборе экономичного газового котла можно на этом видео.