КПД системы отопления и ее эффективность

Как измеряют КПД

Сначала окунемся в теорию, почитаем техническую литературу, где и узнаем, как измеряют КПД. КПД (коэффициент полезного действия) – это отношение полезной работы к затраченной энергии. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. В формулах КПД обозначается буквой «Этта»: = A/Q, где А – затраченная работа, а Q полезная теплота. В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше или равно единице, то есть невозможно получить полезной работы больше, чем затрачено энергии, не бывает котлов со 100% КПД, который не греет ничего кроме воды. Даже электрический котел, где отсутствует дымоход, а нагревательный элемент находится непосредственно в нагреваемом теплоносителе, не может выдать 100-процентный результат, так как часть энергии тратится на побочные цели – нагрев металлических деталей котла, нагрев провода от котла к розетке и т.п.

Понятие КПД напрямую связано с понятиями энергии и мощности. Применительно к отопительным приборам энергосодержание, или теплосодержание (кВт*ч), является понятием, связанным с количеством топлива (дров, газа, электроэнергии), а мощность (кВт) является понятием, связанным с размерами пламени (размерами нагревательного элемента) и скоростью горения топлива.

Коэффициент полезного действия котла, печи или камина определяется отношением количества освободившейся энергии к количеству использованной на практике освободившейся энергии. Например КПД твердотопливного котла характеризует, какую часть (в %) из всего энергосодержания древесины можно направить при ее сжигании на нагрев воды в системе отопления по отношению к той энергии, которая пошла на другие цели, например на нагрев дымохода, воздуха в нем, какая-то часть древесины остается недогоревшей в виде углей, летучей золы, негорючих газов.

С величиной КПД также связано понятие потери. Например, если потери дымовых газов (т.е. количество энергии, теряемой вместе с дымовыми газами) составляют 20%, то КПД отопительного прибора может составлять не более 80%. Полный КПД складывается из двух величин: КПД горения и потери дымовых газов.

Например, если КПД горения равен 90% и потери дымовых газов составляют 20%, то полный КПД этого очага будет равен

Коэффициент полезного действия присущ не только отопительному прибору. Есть КПД и у системы отопления в целом и зачастую именно этот показатель «страдает», сводя на нет всю работу по энергосбережению. КПД системы отопления в целом, показывает, сколько энергии горячей воды тратится на отопление воздуха в том помещении, которое вы отапливаете, по отношению к энергии, которая отапливает трубы, стены, воздух, который не нужно отапливать, и т.д. КПД системы отопления можно увеличить, например, теплоизолировав трубы, проходящие по неотапливаемым помещениям, сократив расстояние от котла до конечной точки потребления энергии, модернизировав систему отопления.

Расход энергии на обогрев «лишних» площадей называется потерями на теплопередачу. Например, если отопительный прибор (обладающий КПД 72%) подсоединен к системе отопления, в которой потери на теплопередачу составляют 8%, то КПД всей отопительной системы составит

0,72 * (1 – 0,08) = 66%.

При использовании полного КПД отопительной системы можно рассчитать фактически необходимое количество топлива для отопления всего здания. Например, для отопления жилого дома площадью 380 м2 месячная потребность в энергии составляет примерно 13500 кВт*ч, полный КПД отопительной системы принимаем за 66%, из чего и вычисляем фактическую потребность в топливе:

13500 / 0,66 = 20500 кВт*ч.

Если энергосодержание 1 кг древесины равно примерно 4 кВт*ч, то месячный запас дров должен составить

20500 / 4 = 5125 кг,

Другиме составляющие эффективной системы отопления

Если перед вами стоит задача быстрого нагрева воздуха в комнатах дома, то говорить надо об эффективности системы отопления. А это уже речь не об отопительном приборе, а о приборе, который энергию теплоносителя расходует на нагрев воздуха, – радиаторы, системы теплых полов и т.п. Чем быстрее радиатор произведет теплообмен между водой и воздухом, тем эффективнее вся система в целом.

Наличие эффективной системы отопления помимо «радостей» влечет также и «хлопоты». Ведь необходимо следить за тем, чтобы радиатор, преобразующий тепло воды в теплый воздух, сам не остыл и чтобы вода на выходе из радиатора была не слишком холодной, иначе котел будет работать на износ, а это недопустимо. В этих «хлопотах» огромную помощь оказывает циркуляционный насос, поддерживающий такую скорость циркуляции воды, которая позволит и радиаторы держать в нужном температурном режиме, и воду возвращать в котел непереохлажденной.

Здесь сразу отсеивается целый ряд систем отопления, основанных на естественной циркуляции теплоносителя. Эти системы – неэффективны. Неэффективны в первую очередь по причине своей инертности: здесь скорость циркуляции напрямую зависит от температуры воды. Сначала мы ждем пока произойдет нагрев воды в котле, по мере нагревания она потихоньку начинает пе-ремещаться вверх по стояку, а оттуда – по радиаторам. Но достигнув их, процесс снова затормаживается: горячая вода в радиаторе находится наверху, она не попадет вниз, пока не остынет. Какая же тут эффективность?

Итак, разобрались – включив циркуляционный насос, мы устранили все естественные пробки, связанные с разницей температур. В нашей системе циркулирует теперь любая вода – холодная, горячая, очень холодная и очень горячая, вне зависимости от того, успела она остыть или нагреться – вода уходит в систему и возвращается обратно в котел с одной и той же скоростью.

СРАВНИМ? Воздушное отопление или водяное?

Давайте сравним два вида отопления: водяное и воздушное (на базе газовых конвекторов). Какому отдать предпочтение при организации тёплого быта в загородном доме?

_4.png); border-bottom: #828384 1px solid; font-weight: bold; color: #ffffff; text-align: center; border-left: #828384 1px solid»> Водяное		Годовой коэффициент полезного действия	не более 30%	90-92%
Регулирование мощности	50-100%	10-100%
Ежегодные расходы на обслуживание	требует	не требует
Разогрев комнаты	2-5 часов	10-15 минут
Опасность протекания, разморозки, коррозии, воздушных пробок	да	нет
Токсичность	при использовании антифризов – да	нет
Срок службы	10-25 лет	до 150 лет
Автоматизация	низкая	совершенная система, заложена на заводе
Сложность монтажа	высокая	низкая
Эстетика	нет	да

Причинами низкого годового КПД системы водяного отопления являются: потери тепла, «расточительство» (весной и осенью происходит перетапливание из-за постоянного открытия окон) и невозможность точной регулировки комнатных температур. Высокий годовой КПД системы воздушного отопления объясняется индивидуальным контролем климата в каждом помещении, что сводит к минимуму тепловые потери.

Водяное отопление – негибкая система, которая не может функционировать меньше чем на 50% мощности. В свою очередь, воздушное отопление тонко реагирует на температурные изменения, дозируя мощность.

Отсутствие ежегодных трат на обслуживание системы воздушного отопления разъясняется просто – обслуживать нечего, разве что стереть пыль с газового конвектора.

Система водяного отопления в виду повышенной инерционности тратит на разогрев помещения до 5 часов. Система воздушного отопление гораздо «проворней», а благодаря отсутствию жидкого теплоносителя (воды) ещё и защищена от протекания, размерзания и коррозии.

Срок эксплуатации системы водяного отопления уменьшают соляные отложения в трубопроводах, а также расчёт «на глазок» гидравлических сопротивлений.

Систему водяного отопления возможно реализовать лишь в период строительства здания или во время капитального ремонта. Причём, это достаточно трудоёмкий процесс. А вот простота и скорость монтажа системы воздушного отопления приятно удивляют, в этом заслуга стандартизированных элементов креплений и труб.

Установка газовых конвекторов (под окнами), от которых отходит единственная газовая трубка, сохраняет неповторимый экстерьер комнат. Съёмный корпус конвектора при желании можно покрасить в любой цвет или декорировать.

Вывод: воздушное отопление более эффективно, чем водяное.