Что зависит от КПД газовых котлов отопления и как его повысить

Использование газовых котлов это распространенный способ автономного отопления. Производители предлагают большое количество моделей, при выборе которых основное внимание уделяется мощности и цене устройства, но тенденции в развитии приборостроения уже направлены в сторону энергоэффективности, поэтому далеко не в последнюю очередь смотрят еще и на КПД. От него зависит, какое количество тепла прибор отопления сможет извлечь из единицы объема газа.

Маркетинговые уловки – по законам физики КПД не превышает 100%

Из чего складывается КПД

Чтобы понять, на чем реально выиграть (сэкономить), представляют алгоритм работы системы – на первый взгляд он прост. Когда в доме становится холодно, то включается система – насос прокачивает теплоноситель по трубам, в котле открывается подача газа и зажигается горелка, которая через теплообменник нагревает воду (или что использовано как теплоноситель). Когда в помещении становится тепло, то все выключается.

Выбирая оборудование отопления, держат эту схему в голове, чтобы понимать, какая комплектация нужна для максимального КПД системы.

Утепление окон и дверей

Этот шаг непосредственно не относится ни к котлам, ни к системе, но на результативность работы влияет напрямую. Если открыть помещение всем ветрам, то тепло в нем будет, только если сидеть с котлом в обнимку и про энергоэффективность можно забыть. Правильно же утепленное помещение оставит отданное радиаторами тепло внутри себя, котел не придется лишний раз запускать и газа израсходуется меньше.

Подготовка к зиме дома с установленным газовым прибором отопления ничем не отличается – это установка пластиковых окон, а если они уже есть, то перевод в зимний режим. В обычных оконных рамах щели затыкаются и проклеиваются лентой.

Все начинается с утепления

Вентиляция помещений

Отдельное внимание стоит уделять проверке вентиляции – от нее зависит, насколько хорошо в котел поступает воздух, и насколько меньше жильцам останется угарного газа. От первого зависит качество сгорания газа (что непосредственно влияет на КПД), а от второго здоровье владельцев котла.

Это справедливо для котлов с «внутренней» тягой, когда воздух в топку подается непосредственно из помещения, в котором установлен котел.

Во втором случае, когда воздух для горения берется с улицы, необходима регулярная чистка канала и заслонок, потому что КПД котлов отопления сбивается от недостатка и избытка поступающего кислорода. Да и если воздуховод полностью забьется, то хорошего от этого ничего не выйдет.

Работа датчиков тепла

Включать котел, когда холодно и выключать, когда жарко – не способствующая экономичности идея, так как часто получается, что запуск сделан раньше, а остановка позже, чем надо. Благо, в комплектацию современных моделей входят датчики тепла, которые отслеживают температуру в помещении. Когда она опускается до определенного предела, то котел отопления включается, а как воздух прогреется, то питание прерывается.

Уже само присутствие датчиков повышает КПД системы, а уменьшает его неправильная настройка устройств или же неверное их размещение.

Кроме слежения за температурой, есть датчики систем самоконтроля, следящих за состоянием котла – например, отключить подачу газа, если затухнет огонь в горелке.

Датчики различных типов

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.

Сгорание газа

Этот процесс превращает входящий газ в тепло для нагревания теплоносителя. При правильно организованной вентиляции повлиять на эффективность процесса уже нельзя – все зависит от модели котла и горелки. Самые экономные (не сами по себе, а в связке с другими узлами котла отопления) это горелки цилиндрического типа. Чтобы понимать, как увеличить КПД, надо знать, куда расходуется энергия, полученная в результате сгорания газа:

• Прогрев теплообменника, который нагревает теплоноситель.
• Испарение воды непосредственно из камеры сгорания котла – она там появляется вследствие химической реакции горения.
• Потери выбрасываемые «в трубу» – если на улицу выбрасываются нагретые продукты сгорания (тот же водяной пар), то это значит, что часть теплоты израсходована не по назначению.

Общая схема работы котла

Чем качественнее котел, тем большая часть полученной от сжигания энергии расходуется на первый пункт, а остальные сводятся к минимуму. В котлах отопления последних моделей значения КПД достигают 90-98%.

Теплообмен внутри системы

Горящий газ нагревает емкость с водой (теплоносителем), которая в свою очередь прогревает радиаторы. Последняя на КПД котла влияет только насколько быстро и без потерь энергия передастся теплоносителю. Самая удачная форма теплообменника для этого – цилиндрическая, внутри которого располагается такая же горелка. Теплоноситель двигается вокруг них по спирали, гарантированно успевая нагреться до необходимой температуры.

Материал теплообменника разный – от стали до чугуна и зависит от модели котла, каждая из которых рассчитывается по своему.

Принцип работы конденсационного котла на видео ниже:

Вывод продуктов горения

Последние внедренные способы экономии касаются этого пункта. Логика решения – если на выходе из дымохода температура продуктов сгорания была 200-250 °С, то почему не использовать их для подогрева теплоносителя? Для этого на пути отработанных газов устанавливают дополнительные теплообменники из стали или чугуна (с большой инерцией нагревания).

Дополнительно идет работа по извлечению теплоты из испаренной воды, полученной в результате реакции горения – это делают «конденсационные» котлы, которые ставят рекорды в плане КПД – температура выбрасываемых газов около 50 °С, а количество используемой по назначению теплоты достигает 98%.

Как повысить КПД газового котла

Теплоэффективность котельного оборудования, указывается в коэффициенте полезного действия. КПД газового котла, обязательно прописывается в технической документации. Согласно заверениям производителей, у некоторых моделей котлов, коэффициент достигает 108-109%, другие работают на уровне 92-98%.

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

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.

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:

Как увеличить КПД отопительного котла на газе

Существуют всевозможные хитрости повышения КПД. Эффективность способов, зависит от первоначальной конструкции котла. Для начала, используют модификации, не требующие изменений в работе котла:

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.

Определенное увеличение КПД, наблюдается при регулярном обслуживании оборудования. После очистки котла, находящегося в эксплуатации и удаления накипи с теплообменника, его эффективность увеличивается, как минимум на 3-5%.

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.

Нарушая законы физики: котлы с КПД >100%

Почему конденсационные котлы набирают популярность и как они могут иметь КПД свыше 100%? Причина в более эффективном способе сжигания газового топлива, при котором происходит многоуровневая передача тепла к теплоносителю. Разберемся, как это работает.

Принцип действия конденсационного котла

В конденсационном котле используется не только тепло, вырабатывающееся при сжигании топлива, но и то, что в обычном оборудовании обычно выводится в атмосферу. Речь идет о латентной энергии водяного пара, который содержится в продуктах сгорания. За ее извлечение отвечает нержавеющий или алюминиевый теплообменник, благодаря которому:

• дымовые газы охлаждаются до температуры конденсации, отдавая теплоносителю максимум тепла;
• при достижении точки росы водяной пар, содержащийся в остывшем дыме, конденсируется.

Оба процесса сопровождаются выделением дополнительного тепла, которое передается теплоносителю. Количество высвобождаемой энергии достаточно, чтобы повысить эффективность системы отопления на 9–11%. Таким образом, КПД конденсационных котлов составляет около 110% (за 100% принимается количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива).

Другие преимущества оборудования

В конденсационных котлах также используется ряд современных решений, которые дополнительно повышают эффективность оборудования.

• Литые кислотостойкие теплообменники из алюминиевого сплава и нержавеющей стали. В литых теплообменниках из нержавеющей стали отсутствуют сварные швы — самое слабое место подобных изделий, с которого начинается коррозионное разрушение металла. Такие теплообменники очень надежны и могут прослужить до 15 лет при условии регулярного техобслуживания оборудования.
• Инновационная автоматика для повышения удобства использования и погодозависимое управление. Оно чутко реагирует на изменения в окружающей среде. Эти устройства позволяют точно регулировать микроклимат в доме и программировать температурный график системы как на короткий промежуток (ночь/день), так и более продолжительное время (неделю/месяц).
• Модуляционная горелка, которая плавно изменяет мощность пламени в зависимости от фактического запроса на тепло. Это значительно снижает количество старт-стопов устройства и уменьшает расход газа.

Еще одно преимущество — мощность настенного конденсационного котла может достигать 100 киловатт против 35 кВт для традиционных моделей.

Такие котлы обеспечивают умеренный расход топлива. И потому они востребованы в Европе, где цена на энергоресурсы непомерно высока, и в России, где многие дома негазифицированы, и люди часто используют недешевый сжиженный газ в баллонах. Конденсационный котел достаточно быстро окупается (

3–5 лет) за счет технических характеристик, экономии на топливе и разумном потреблении энергоресурсов. Такой срок актуален для котлов, которые работают на сжиженном газе. Магистральный газ увеличивает срок окупаемости.

Применение конденсационных котлов

Такие котлы предпочтительнее использовать в низкотемпературных системах отопления. Специфика их работы требует, чтобы температура воды, возвращающейся из радиаторов в установку, не превышала 40 °С. В противном случае процесс конденсации не начнется.

По площади отопления это оборудование практически не ограничено, оно отлично справляется с обогревом как небольших домов, так и крупных объектов. Например, новое поколение настенных конденсационных котлов Logamax Plus GB172i от бренда Buderus и модель Condens 7000i W от Bosch способны обеспечить теплом здания до 420 м².