Как увеличить кпд батареи отопления

Основная задача любого вида батарей отопления – максимально возможный обогрев помещения. Параметром, определяющим, насколько прибор соответствует поставленным задачам, является их теплоотдача. Но не только это может повлиять на часто возникающую проблему, которая заключается в том, как увеличить кпд батареи отопления. Справиться с потерями тепла можно достаточно простыми средствами, но перед этим необходимо выяснить, что может повлиять на процесс передачи тепла в окружающее пространство. Рассмотрим основные факторы, влияющие на кпд отопительных приборов:

Модель радиатора, количество секций и размер самой батареи;

Тип подключения радиатора к сети теплоснабжения;

Размещение батареи отопления в помещении;

Материал, из которого изготовлена батарея.

Все эти факторы являются основополагающими в эффективности обогрева помещения с помощью радиаторов. Однако, указанный изготовителем кпд радиаторов отопления можно изменить в лучшую сторону, если использовать несколько хитростей при их выборе и установке. Для этого в первую очередь необходимо разобраться в том, что такое коэффициент полезного действия батарей отопления, как его рассчитать и какие показатели могут на него повлиять. (См. также: Схема водяного отопления частного дома)

Что такое кпд и как его рассчитать

Теплоотдача приборов отопления, к которым относятся батареи или радиаторы, складывается из количественного показателя тепла, которое передано батареей за определённый промежуток времени и измеряется в Ваттах. Процесс теплоотдачи батареями проходит в результате процессов, которые известны как конвекция, излучение и теплообмен. Любой радиатор использует эти три вида теплообмена. В процентном соотношении эти виды передачи тепла могут варьироваться у различных типов батарей.

Каким будет кпд обогревателей, в подавляющем большинстве случаев зависит от материала, из которого они изготовлены. Рассмотрим, какими преимуществами и недостатками обладают радиаторы, изготовленные из разных видов материала.

Чугун обладает сравнительно низкой теплопроводностью, поэтому батареи из этого материала не являются лучшим вариантом. К тому же небольшая поверхность этих приборов отопления значительно снижает теплоотдачу и происходит за счёт излучения. В обычных условиях квартиры мощность батареи из чугуна составляет не более 60 Вт.

Сталь несколько выше чугунных. Более активная теплоотдача происходит из-за наличия дополнительных рёбер, которые увеличивают площадь излучения тепла. Теплоотдача происходит в результате конвекции, мощность составляет примерно 100 Вт.

Алюминий обладает наибольшей из всех предыдущих вариантов теплопроводностью, мощность их составляет около 200 Вт.

Кроме того, для наиболее эффективного обогрева необходимо учесть, какая мощность может потребоваться. При расчёте необходимой для помещения мощности обогревательных приборов используется количество стен, выходящих на улицу и окон. На каждые 10 м2 пола при наличии 1 наружной стены и окна требуется около 1 Квт тепловой мощности батареи. Если наружных стен 2, то требуемая мощность составляет уже 1,3 кВт. (См. также: Печи с водяным отоплением)

Немаловажную роль в увеличении кпд батарей отопления играет способ подключения, который должен соответствовать типу батареи и материалу, из которого она изготовлена. Прямое одностороннее подключение имеет самые высокие показатели по эффективности теплоотдачи и самые низкие по потере тепла. Диагональное подключение используется в случае наличия большого количества секций и существенно снижает возможные потери тепла.

Нижнее подключение используется в том случае, если теплопроводные трубы скрыты под стяжкой пола и не исключает потерю тепла в количестве до 10% от исходного значения. Наименее эффективным считается однотрубное подключение, так как потеря мощности обогревательного прибора при этом способе может достигать 45%.

5 способов увеличения кпд отопительной системы

Существует несколько простых способов, как повысить кпд батареи отопления без особых материальных и трудовых затрат. Рассмотрим их подробно. (См. также: Автономные системы отопления)

Поддержание поверхности отопительных приборов в чистоте.

Каким бы невероятным не казалось это утверждение, но даже тонкий слой пыли на радиаторах ведёт к понижению теплоотдачи. Например, кпд алюминиевых радиаторов, загрязнённых слоем пыли, может понизиться на 20–25%. Кроме того, в регулярной очистке нуждается и внутренняя часть батареи. С первой проблемой можно справиться самостоятельно путём обычной влажной уборки, а вот для второго придётся обратиться к квалифицированному специалисту. Сантехники имеют на вооружении знания и навыки, которые помогут в короткие сроки очистить радиатор от накипи и других загрязнений, скопившихся в процессе эксплуатации.

Окрашивание радиаторов соответствующей их назначению краской.

Во-первых, для окрашивания необходимо подбирать краску тёмных расцветок. Благодаря этому удастся добиться не только хорошего нагрева батарей, но и значительного повышения теплоотдачи. Во-вторых, необходимо выбрать для окрашивания подходящую краску. В качестве покрытия для чугунных радиаторов отопления лучше использовать известные всем эмали, а для алюминиевых и стальных батарей больше подойдут акриловые, алкидные и акрилатные эмали.

Почему вопрос с покраской стоит так, а не иначе, можно объяснить достаточно просто: чугунные радиаторы достаточно легко поддаются окраске любыми видами эмали ввиду своего строения. Тонкие пластины алюминиевых радиаторов могут быть забиты слишком толстым слоем краски. В заводских условиях радиаторы с тонким корпусом и множеством пластин окрашивают порошковыми красками, которые не представляют угрозы для качественных характеристик радиатора и не изменяют вид его теплоотдачи. Окраска батареи в тёмный цвет позволяет повысить кпд отопительных элементов до 15% от обычного значения. (См. также: Сравнение систем отопления)

Использование отражающих экранов.

Тепло, которое излучает батарея, распространяется во все стороны. Поэтому как минимум половина полезного теплового излучения уходит в стену, расположенную за приборами отопления. Уменьшить напрасные потери тепла можно, расположив за радиатором экран, например, из обычной фольги или готовый, купленный в магазине. При использовании даже самодельного экрана из тонкого металлического листа не только прекращается нагрев стены, но и создаётся дополнительный источник тепла, так как, нагреваясь, экран сам начинает отдавать тепло в помещение. При использовании отражающего экрана, кпд чугунных батарей, да и многих других, можно повысить до 10–15%.

Увеличение площади поверхности батарей.

Между площадью поверхности, которая излучает тепло, и количеством этого тепла есть самая прямая зависимость. Для увеличения теплоотдачи радиаторов можно использовать дополнительный кожух. Материал, из которого он будет изготовлен, необходимо тщательно выдирать. Например, наибольшей теплоотдачей обладают кожухи из алюминия. Их используют в качестве дополнения к чугунным радиаторам. При частых перебоях в работе отопительных систем стоит подумать о приобретении стальных кожухов, которые очень долго сохраняют полученное от радиаторов тепло. Соответственно, этот тип кожухов для батарей отдаёт тепло в окружающее пространство намного дольше других.

Создать дополнительные потоки воздуха в помещении.

Если направить на приборы отопления поток воздуха, например, с помощью обычного бытового вентилятора, то нагрев воздуха в помещении будет происходить значительно быстрее. При этом стоит учитывать, что направление воздушного потока должно быть вертикальным и направленным снизу вверх. При таком способе повышение кпд радиаторов может достигать 5–10%.

Используя даже один способ улучшения теплоотдачи батарей, можно значительно повысить температуру в помещении и снизить затраты на дополнительный обогрев. Перед тем, как вы приступите к улучшению характеристик радиаторов, убедитесь в правильности их подключения к теплосети и в том, что регуляторы подачи тепла на приборах последнего поколения установлены на необходимое значение. Кроме того, при постоянной проблеме с теплоснабжением, нужно уделить внимание теплоизоляции стен и окон, через которые обычно и уходит тепло. Утеплять нужно не только наружные стены, но и те, которые выходят на лестничную клетку.

Что такое КПД бытовых отопительных котлов, как он рассчитывается и от чего зависит

КПД (коэффициент полезного действия) отопительного котла – это соотношение объема потребляемого топлива к объему выделяемого тепла. КПД даже наиболее эффективных современных моделей водогрейных котлов не может быть 100% в виду теплопотерь внутри котла, недостаточной теплопроводности металлов или несовершенства принципа работы. Кроме того, эффективность одной и той же модели газового котла зависит и от нагрузки: указанный в паспорте КПД является реальным не во всем диапазоне теплопроизводительности.

В статье мы разберем как правильно считать КПД, от чего он зависит и как увеличить эффективность уже приобретенного котла своими силами.

Читайте в статье

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.

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 = (Q1/Q_i r ) 100%, где

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

Например, если Q1 = 19 МДж/кг, Q_i r = 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:

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.

От чего зависит тепловая эффективность котлоагрегатов

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

Значения современных котлов в зависимости от вида топлива

Фото	Вид котла в зависимости от сжигаемого топлива	Средний КПД, %
	Газовые
	— Конвекционные	87-94
	— Конденсационные	104-116 *
	Твердотопливные
	— Дровяные	75-87
	— Угольные	80-88
	— Пеллетные	80-92
	Жидкотопливные
	— На дизельном топливе	86-91
	— На мазуте	85-88
	Электрические ТЭНовые	99-99,5

* 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.

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 увеличить КПД газового котла

Повысить эффективность сжигания топлива вмешательством в техническое устройство котла практически невозможно, тот же слой теплоизоляции установить не получится в виду банальной непредусмотренности производителем места под него. Кроме того, делать это своими руками запрещено. Тем не менее есть способы увеличить КПД газового котла, особенно, если это несовершенная модель старого образца:

1. Готовый экономайзер для дымохода – заменяет определенный отрезок дымохода и предназначен для аккумуляции тепла отходящих через дымоход газов (некая имитация конденсационных котлов). Однако нужно точно посчитать параметры экономайзера и требования к дымоходу, чтобы сохранить необходимую тягу и предотвратить обратную тягу, например, при сильном ветре. Цена вопроса – 1 700-2 500 руб. Сэндвич-сетка экономайзер для трубы дымохода.
2. Самодельный экономайзер – практически идентичный с вышеописанными готовыми изделиями. Как сделать эффективный экономайзер мы уже описывали в одной из предыдущих статей .
3. Чистка котла и промывка теплообменника – это регулярные меры обслуживания, бессмысленные для новых котлоагрегатов, но крайне эффективные для эксплуатируемых хотя бы несколько сезонов. Дело в том, что во время эксплуатации внутри теплообменника образуются накипь и прочие солевые отложения, забиваются внешние ребра теплообменника, горелки и запальник. Все это приводит к увеличению расхода газа, снижению теплопроизводительности, соответственно, снижению КПД (часто до 20-30%). Как и насколько часто необходимо чистить газовый котел мы также уже разбирали ранее .
4. Газовый фильтр – устанавливается он перед запорной арматурой газовой магистрали и предназначен для очистки газа от мусора и примесей, иногда встречающихся в составе. Это не только способствует снижению сажеобразования, но и, повышая качество топлива, незначительно снижает теплопотери при недожоге.

Остальные же методы заключаются в правильных пуско-наладочных работах, которые проводятся единожды, при первом запуске котла, исключительно специалистами. При правильной изначальной настройке обеспечивается КПД, гарантируемый производителем. Важно понимать, что повысить этот показатель вмешательством в техническое устройство самого котла невозможно, и уж тем более – не безопасно.