КПД печи и теплообменника – какую конструкцию предпочесть

КПД у печей и котлов, работающих на твердом топливе, имеет большой разброс значений. Простая буржуйка с водяным контуром обойдется в разы дешевле, но у нее слишком маленький КПД, — отопление окажется в итоге не экономичным. Не только дешевизна первичного вложения в оборудование определяет правильность выбора. Скорее выбор конструкции печи, должен зависеть от будущих долговременных расходов (которые намного больше), — от КПД, от комфортности проживания рядом с таким отоплением. Что же оказывается лучшим выбором и для каких условий…

КПД печи на твердом топливе – важный фактор

Если КПД электрического или газового котла далеко за 90%, то на него просто не обращают внимание при выборе такого оборудования. Но в твердотопливных агрегатах КПД может сильно различаться.

• В неумело сделанной буржуйке может быть ниже 50%.
• На заводские котлы в основном дают значение 75 – 78%.
• Отдельные мастера по выкладке (сборке) печей уверяют, что у них КПД 85%, а при отдельных режимах приближается к 90%, а значит потребуется меньше дров процентов на 15 – 20, меньше обслуживать…

КПД печи определяет температура исходящих газов – отношение энергии оставшейся в помещении к вылетевшей в трубу. Чем ниже температура газов в дымоходе, тем больше КПД.

Металлическая печь — буржуйка с наименьшим КПД

Методы повышения отбора тепла у печи

Умельцы повышают забор энергии до максимума двумя методами.

• Обустройством в дымоходах теплообменников, которые являются первичными, в них подается холодный теплоноситель из обратки, или к ним подключается отдельный нагреваемый бак.
• Прокладкой дымоходов в отапливаемой зоне, в стенах, через металлические балки в перекрытиях, которые являются рассеивателями тепла.

Можно ли это создать в собственном доме (котедже) и обеспечить максимальную энергоотдачу на отопление дома от сгоревшего топлива…

Пути повышения КПД, защита от сажистого налета

Если в системе отопления не сделана защита от холодной обратки для печки, то теплообменник значительную часть времени будет слишком холодным, ниже 55 градусов. Это значит, что на нем будет выпадать роса, которая смешиваясь с сажей образует агрессивные кислоты и крепкую теплоизолирующую корку.

Чтобы уменьшить негативное явление, влекущее наружную коррозию и теплоизоляцию, желательно создать в отопительной системе защиту от холодной обратки на основе трехходового клапана, которая будет давать на выходе теплоноситель всегда горячее +60 град. Это повысит в итоге КПД печи за счет уменьшения смолистых загрязнений и значительно продлит жизнь стальным деталям.

Второй путь снижения загрязненности печи – регулярные чистки теплообменника, удаления сажи. Сюда же сопутствует оптимальное топливо (сухие не смолистые дрова) и оптимальные режимы работы, с дожигом зольнистых частиц и СО, подачей необходимого количества воздуха, а точнее нахождение достаточного количества кислорода поверх пламени в дополнение к воздуху подаваемому снизу.

Какая мощность печи ожидается с учетом КПД

Мы можем лишь приближенно определить среднюю эксплуатационную мощность печи по количеству топлива сжигаемого за сутки. Теплотворность сухих дров (20% влаги, год под навесом) определяется в среднем как 4,0 кВт/ кг. Если в сутки сумели сжечь 50 кг дров, то получили 200 кВт энергии.

С учетом КПД 0,7 для хорошей печи – 140 кВт уйдет на обогрев дома, а 60 кВт поступит через дымоход на обогрев космических пространств.

Средняя развиваемая мощность в час — 140/24=5,8 кВт/час. Вероятно, максимальная мощность была в короткие промежутки времени – 5,8х2,9=15 кВт. Передача тепла осуществлялась разными путями: какая-то часть была привнесена в дом через теплообменник и теплоноситель, другая ушла непосредственно на нагрев воздуха от печки и дымохода, третья – предметов и стен инфракрасным излучением.

Мощность теплообменника

Среднюю удельную максимальную мощность теплообменника принято принимать как 10 кВт с метра квадратного его площади, которая непосредственно контактирует с пламенем. Обычно умельцы собирают теплообменники для печной зоны с площадями 0,5 – 1,5 м кв.

Для теплообменника в дымоходе, удельная мощность зависит от температуры газов, и вряд ли будет больше чем 0,4 кВт с 1 м кв. его поверхности. Тем не менее, именно это устройство позволяет увеличить КПД всего контура и забрать парочку дополнительных киловатт, например, за счет размещения 0,5 м кв. плоского теплообменника в канале дымохода.

Для трубчатых дымоходов выпускаются приспособления, которые надеваются сверху. Определить их удельную мощность можно лишь экспериментально для конкретных условиях, но то, что они существенным образом повысят КПД теплогенераторов — сомнению не подлежит.

Важные вопросы при создании теплообменников и печей

При создании отопительного оборудования нужно преследовать несколько целей. Помимо цели максимально напичкать зону горения полезной площадью теплообмена, есть еще два ключевых момента, которые нужно решить и которые обеспечивают качественные характеристики печи.

• Объем топочного пространства, количество одновременно горящих дров, не должны быть маленькими. Иначе придется буквально дежурить у печи держа очередную дровеняку в руках.
• Нужно по возможности обеспечивать оптимальный объем закладки, такой, чтобы мощность от горения всего объема дров забиралась бы площадью размещенных теплообменников.
• Еще важный вопрос — возможность чистить теплообменники от сажи без проблем легко и без разбора печи.

Конструкции теплообменников с максимальным КПД

Исходя из требований простоты очистки, большой топочной камеры при одновременно большой площади теплообменна, большой удельной мощности произошли различные варианты конструкций печи и самих камер, по которым движется теплоноситель. На рынке и в самодельных конструкциях распространены следующие решения.

• В буржуйке устанавливают спиральные теплообменники из нержавейки. КПД печки обычно 40%, если только дымоход не протянут по помещению.
• Трубчатые теплообменники из сварных труб заделываются в кирпичную кладку. Обычно эффективность не более 50% по причине скоплений сажи в рельефной форме. Это не совсем эффективная конструкция, применялась чаще раньше при недостатке листового металла, варилась из труб отопления 50 мм.
  
• Трубы с теплоносителем опоясывают металлическую камеру сгорания — распространенная конструкция печей из металла, — не более 70%.
  
• Коробчатый бак, формирует из себя камеру горения, тыльную и боковые ее стороны. Дополнительные трубы устанавливаются на исходящей газов. Это обычная схема в котлах и печах, дает КПД 70 — 75%.
  
• Водяная колосниковая решетка — в отдельных котлах делают еще и колосники из труб с теплоносителем — прибавка в несколько процентов.
• На дымоход сделанный из труб надевается дополнительный бак-теплообменник — обычно им подогревают небольшую ГВС.
• Теплообменник в виде короба на исходящих газах, — забор энергии у дымовых газов, количество зависит от размеров, протяженности, площади, поднятие КПД до 85%.

Важно в печке организовать правильное горение дров, чтобы достаточное количество воздуха поступало бы к зоне горения поверх пламени, тем самым снижая не догоревшие сухие летучие остатки к минимуму, и дожигая СО, если он образуется из-за недостатка воздуха снизу, когда происходит режим тления. Именно таким образом уменьшаются отложения сажи и забирается вся энергия заключенная в топливе — поднимается КПД печи или котла.

КПД теплообменника

Один из главных показателей эффективности теплообменного оборудования — его КПД. Он зависит от очень многих факторов, а в первую очередь от того, насколько правильно был выполнен расчет и конструктивное исполнение теплообменника.

Компания LHEngineering производит пластинчатые теплообменники. Они отличаются простой конструкцией и хорошим КПД. Высокий КПД пластинчатого теплообменника обеспечивается тем, что теплообмен ведется через тонкую металлическую пластину большой площади. Фактически, площадь теплообмена равна суммарной площади всех пластин. Она может достигать десятки кв. метров. Этот показатель напрямую влияет на мощность. Толщина самой пластины обычно делается небольшой, около 2 мм.

КПД теплообменника будет наибольшим, если обмен производится между одинаковыми средами. В жидкостях он в разы выше чем в газовой среде. Сфера применения пластинчатых теплообменников, преимущественно, жидкостные среды под небольшим давлением. В этом случае КПД теплообменника вода вода будет составлять около 85%, если среда воздух воздух, то — 50 – 60%. Для обеспечения максимального КПД всегда должно сохраняться равенство поперечных сечений каналов для обоих сред. При пластинчатой конструкции это легко обеспечивается, так как используются пластины с одинаковой гофрировкой и одного стандартного размера.

Замер КПД теплообменника выполняется простым изменением температуры в четырех точках: на входе и выходе обоих сред. Используя термодатчики можно подобрать оптимальный вариант конфигурации пластин, сечения трубопроводов, скорости потока и еще множества других параметров. Все эти данные учитываются, когда ведется расчет КПД теплообменника еще на стадии проектировании.

Для увеличения КПД теплообменника нужно увеличивать площадь теплообмена. Это влечет за собой расширение габаритов, массы и стоимости аппарата. Большие габариты увеличивают вероятность возникновения протечки, так как площадь уплотнителей существенно больше. Поэтому всегда стараются находить баланс между габаритными размерами и КПД.

Какой теплообменник лучше

Пришло время заменить теплообменник, без разницы по какой причине, потек, забился накипью, плохо греет воду или просто устарел, вопрос возникает один — какой теплообменник лучше?

Естественно каждый производитель хвалит свою продукцию, то, что он производит и есть «лучшее», а подогнать ответ под необходимые выводы легко , наверное, каждый занимался этим еще в школе, заглянув в ответы учебника. Но давайте попробуем отбросить коммерческую подоснову и попробуем самостоятельно принять решение в вопросе, какой теплообменник лучше применительно к подогреву горячей воды в многоквартирных жилых домах или использованию теплообменника для отопления тех же домов.

Современный кожухотрубный теплообменник

В данном случае, учитывая примерно равную цену и доступность, соревнуются в основном два типа теплообменников – кожухотрубные и пластинчатые. Первые потому, что других мы раньше и не знали, именно кожухотрубные теплообменники до сих пор установлены в 80% многоквартирных домов и именно с их помощью мы до сих пор получаем горячую воду от отопления. Вторые — пластинчатые, в последние 10 лет именно эти теплообменники активно продвигаются западными фирмами, как самые эффективные.

Какой теплообменник лучше пластинчатый или кожухотрубный.

Кожухотрубные или просто трубные хвалят зато, что они меньше зарастают накипью, их легче чистить и ремонтировать, а для разборки ни чего кроме пары ключей не нужно, а то, что КПД ниже, не беда, мощность всегда можно нарастить, увеличив количество секций, длину или диаметр. К тому же современные самые эффективные трубные теплообменники по КПД догоняют пластинчатые.

Достоинства и недостатки трубных теплообменников.

Устройство эффективного трубного теплообменника

Сказанное выше всё правда, но КПД обычного трубного теплообменника всего 70%, а это значит что, потребив горячей воды на 70 рублей, вы заплатите еще просто так за 30, которые улетели в воздух, через его поверхность или просто вернулись назад поставщику тепла. А ведь это ваши кровные, для многих заработанные «кровью и потом» и чем больше секций поставите для увеличения мощности, тем больше денег выбросите на ветер, грея подвал или улицу.

Конечно же, КПД современных трубных теплообменников приближается к эффективности пластинчатых. Добиваются этого особым расположением пучка труб по спирали, многоходовым движением греющей воды и оребрением внутренних греющих труб теплообменника. Оребрение это особая конструкция внутренних труб теплообменника, типа гармошка или спираль, когда особая лента приварена или напрессована на трубки теплообменника.

При этом возрастает площадь теплообмена, но с нею теряется легкость разборки и ремонта. И главное — беда всех теплообменников, накипь, здесь проявляется сильнее, поскольку из-за накипи, осевшей на стенке тонкой трубочки, по которой идет нагреваемая вода, теплообменник теряет в три четыре раза свою мощность. Происходит это именно за счет увеличенной площади теплообмена методом напрессовки или приварки ленты.

Есть у трубных теплообменников еще одна беда, о которой производители умалчивают. При производстве горячей воды, для экономии финансов, циркуляцию теплоносителя в нем, при отсутствии водоразбора, останавливают. Делают это с помощью различного вида автоматических клапанов. При этом теплообменник за счет постоянного нагрева и остывания играет как гармошка, вальцовка внутренних трубок нарушается, и они дают течь (трубки не варят, а именно вальцуют, сварку отрывает еще быстрее).

Страдает и наружная рубашка теплообменника, изготовленная из электросварной трубы, а именно из такой трубы делают трубные теплообменники большинство производителей. Она расходится по шву – покрывается свищами. Вносит свою лепту в появление течи по наружной рубашке теплообменника и кислород, который активно выделяется при нагреве воды и завихрении потоков внутри теплообменника для того же увеличения теплообмена. А кислород, как известно катализатор всех процессов и особенно коррозии металла.

Трубный теплообменник из нержавеющей стали для пищевой промышленности

Добавьте ко всему этому насколько тяжело занести в подвал теплообменник весом в 120-150 кг или длиной в 4 метра, и делайте выводы сами, а нужны ли вам эти проблемы? Кожухотрубные теплообменники хороши из нержавейки, для пищевой промышленности. Там в технологических процессах (и в данном варианте цене) им, пожалуй, равных нет – дорого и для нас не практично.

Достоинства и недостатки пластинчатых теплообменников.

За что же ругают пластинчатые теплообменники, если сейчас они несколько дешевле кожухотрубных. За то, что они быстро забиваются накипью. Верно, три года максимальный срок их функционирования без чистки. Если у кого-то забился раньше вина только тех, кто устанавливал или проектировал, значит, не установили сетчато-магнитный фильтр для очистки, или установили, а слесаря, вместо чистки выбросили внутренности фильтра, чтобы не чистить лишний раз.

Разборные пластинчатые теплообменники различной мощности

Конечно, трубный теплообменник перестанет работать лет через десять, но при этом его КПД будет не 70%, а 30%. Это сколько же денег уйдет на ветер, здесь уж стоимость куба горячей воды будет не 110 рублей, а все 400р. У пластинчатого теплообменника КПД, кстати – достигает 95%.

Говорят, что после чистки пластинчатый теплообменник забивается очень быстро, порою через полгода, а кому Вы доверили его чистку? Аккредитованной изготовителем организации, со специалистами прошедшими у них обучение или слесарю дяде Ване из ЖЕКА за пол-литра? Скорее всего, дяде Ване, он при чистке поцарапал все полированные изначально пластины, поэтому накипь стала мгновенно оседать на них, сэкономили – получили результат, скупой платит дважды.

И еще одно достоинство пластинчатых теплообменников они более компактные, хотя конечно не легче трубных, но занести или закатить пластинчатый теплообменник по трубам можно в любой подвал без труда. Их конструкция изначально на это рассчитана. А еще такие теплообменник легко автоматизируются и в течение отопительного сезона вообще не требуют обслуживания.

Самый эффективный теплообменник

Выводы, какой теплообменник лучше и эффективнее делайте сами, мое мнение пластинчатый – цена, долговечность, экономичность, высокий КПД, простота транспортировки и установки на существующем объекте.

Если у Вас еще остались вопросы звоните +7 918-581-18-61 Юрий Олегович, расскажем все о поставляемых нами теплообменниках, рассчитаем мощность, подберем и доставим на объект в течение 7 календарных дней. Выполним монтаж и дадим трехлетнюю гарантию на выполненные нами работы. Монтаж тоже будет не долгим, все зависит от ваших условий.