Что такое КПД твёрдотопливного котла.

КПД твёрдотопливного котла часто указывают 90% и выше.

Сложно получить такой высокий КПД, а тем более официальный документ, его подтверждающий. Для этого необходимо провести специальные испытания, так как обычное топливо, по своим характеристикам и составу являются очень нестабильным.

На рынке много различных марок угля. Каждая марка отличается по структуре, химическому составу и влажности. Это крупные куски и пыль, которые могут быть смешаны в разных пропорциях. Соответственно теплотворность угля каждый раз будет разная. Соответственно КПД твердотопливного угля будет разной.

При таких разбросах параметров топлива гарантировать точные КПД и мощность твёрдотопливного котла сложно без проведения специальных испытаний со стандартизированным топливом.

Соотношение количества тепла, полученного от сгоревшего топлива к количеству полезного тепла, выделенного котлом через теплообменник в теплоноситель, называется коэффициентом полезного действия (КПД).

КПД твёрдотопливного котла зависит от потерь тепла:

• которые происходят из-за недожога выделяемых при горении газов, благодаря чему образуется сажа и черный дым (химический недожег топлива);
• несгоревшего топлива, удаляемого с золой (механический недожег топлива);
• степени выброса в трубу энергии тепла, т.е. от температуры дымовых газов, которая зависит от эффективности теплообменника;
• качественных характеристик топлива, в т.ч. и от его влажности.

Разберем это более подробно.

Уменьшает КПД неправильная подача воздуха. От его количества сильно зависит полнота сгорания угля, для чего необходимо строго определённое количество воздуха. Если воздуха будет мало – топливо не догорит, а значит будет меньше выделяться тепла. Если же воздуха поступает много, а так как он поступает охлаждённый, снижается температура выделяемых газов и они не догорят, осядут сажей, не отдадут все тепло.

Существует также проблема тесной топки , когда пламя, для полного сгорания топлива необходимо «развернуть» в достаточном объеме пространства, кислорода и времени.

Алгоритм работы твёрдотопливных котлов.

Автоматизация подразумевает включение и выключение дымососа, термостатом, который регулирует температуру воды, циркулирующую по отопительной системе дома. Если температура воды становится выше нормы, то термостат выключает дымосос, прекращая поступление воздуха в котёл.

Получается, что в тот момент, когда топливо разгорелось и КПД котла стало максимальным, когда надо много кислорода – термостат снижает КПД, ограничивая его подачу. Когда температура снизилась, термостат опять начинает подавать воздух. Но топливо уже остыло, ему не нужно столько кислорода и КПД опять снижается за счёт охлаждения выделяемых газов.

Поэтому, для повышения КПД необходима регулировка оборотов двигателя дымососа , чтобы интенсивность горения топлива была постоянной.

КПД по топливу некоторых тепловых машин

Карбюраторный двигатель (ДВС) — 25%

Реактивный двигатель — 30%

Дизельный двигатель (ДВС) — 38%

Газовая турбина — 55%

Паровая турбина — 60%

Влияние теплообменика на КПД.

Важно также исключить холодные стенки теплообменника котла. Вода, являясь теплоносителем, охлаждает стенки котла. Низкая температура теплообменника приводит к тому, что топливо не может нормально гореть. Оно до конца не сгорает и его остатки вылетают в трубу. Поэтому, необходимо поддерживать постоянно высокую температуру в котле, желательно выше, как минимум, температуры конденсации смол.

Важно иметь и эффективный теплообменник , чтобы снизить температуру дымовых газов, которая должна быть не более чем 100°С в идеале.

Прочие факторы влияющие на КПД.

1. Повысить КПД котла можно и за счет снижения влажности топлива.
2. Также необходимо контролировать величину уноса и провала несгоревшего топлива.
3. Не последнюю роль играет и утепление самого котла, чтобы исключить нерационально высокую температуру в помещении котельной, т.к. требуется максимально полная отдача тепла в теплоноситель.

Реальный КПД у котла редко бывает выше 50%.

Таким образом, в бытовых котлах много полезного тепла вылетает в трубу в виде сажи и несгоревших газов. Потому реальный КПД у котла обычно редко бывает выше 50%.

Для повышения КПД твердотопливных котлов надо повышать и квалификацию пользователей данного оборудования, для чего и служат эти публикации.

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.