Что называется коэффициентом полезного действия котла
Что называется коэффициентом полезного действия котла
Коэффициент полезного действия (КПД) котельного агрегата определяют как отношение полезной теплоты, пошедшей на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте (теплоте, поступившей в котельный агрегат). На практике не вся полезная теплота, выработанная котлоагрегатом, направляется потребителям. Часть теплоты расходуется на собственные нужды. В зависимости от этого различают КПД агрегата по выработанной теплоте (КПД брутто) и КПД агрегата по теплоте, отпущенной потребителю (КПД нетто).
Разность выработанной и отпущенной теплот представляет собой расход на собственные нужды котельной. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи и пылеприготовления и т.д.), поэтому расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.
КПД брутто котельного агрегата характеризует степень его технического совершенства, а КПД нетто — коммерческую экономичность.
или по уравнению обратного баланса
Рисунок 4.4 — Зависимость КПД котла η к от его нагрузки (D/D HOM )100
КПД нетто по уравнению обратного баланса определяется как разность
где q с.н — относительный расход энергии на собственные нужды, %.
КПД по уравнению прямого баланса применяется преимущественно при составлении отчетности за отдельный период (декада, месяц), а КПД по уравнению обратного баланса — при испытании котельных агрегатов. Определение КПД по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива, особенно при сжигании твердого топлива.
Таким образом, для повышения эффективности котельных агрегатов недостаточно стремиться к снижению тепловых потерь; необходимо также всемерно сокращать расходы тепловой и электрической энергии на собственные нужды. Поэтому сравнение экономичности работы различных котельных агрегатов в конечном счете следует проводить по их КПД нетто.
В целом КПД котельного агрегата изменяется в зависимости от его нагрузки. Для построения этой зависимости (рис. 4.4) нужно от 100% вычесть последовательно все потери котельного агрегата ∑q пот = q y.г + q x.н +q м.н +q но ‘ которые зависят от нагрузки.
Как видно из рис. 4.4, КПД котельного агрегата при определенной нагрузке имеет максимальное значение, т.е. работа котла на этой нагрузке наиболее экономична.
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.
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/Qi r ) 100%, где
Например, если Q1 = 19 МДж/кг, Qi 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
КПД «нетто» котла отопления согласно методу обратного баланса:
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.
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:
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:
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.
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:
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.
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.
КПД по топливу некоторых тепловых машин
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.
Прочие факторы влияющие на КПД.
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 котла и как его расчитать
Перед выбором и покупкой стоит произвести правильный расчет КПД котла и уточнить все его параметры и факторы, которые повлияют на его работу и объем вырабатываемого тепла.
Что такое КПД котла и какие процессы влияют на его величину
Коэффициент полезного действия котла-это отношение объема использованного топлива к объему полученного тепла от котла. КПД даже самых современных котлов не может быть 100% из-за потерь тепла внутри котла.
Эффективность паровых и водогрейных котлов определяется коэффициентом полезного действия — их теплоэффективностью. То есть, это объем выработанной теплоты на производство номинального объема горячей воды в соотношении к номинальному объему сожженного топлива.
Производители указывают изначальные возможности оборудования, где КПД водогрейного котла может достигать 110%, но чаще их значение придерживается параметров 95-98%. Потребитель в дальнейшем при эксплуатации может с помощью технических модернизаций и теплоизоляции увеличить эти показатели.
Как рассчитать КПД
КПД брутто котла характеризует степень технической оснащенности, КПД нетто — экономичность расхода топлива.
Для выявления показателей КПД котла используется формула:
Расчеты не затрагивают многих моментов, поэтому их результат усреднен. Любые сбои или отклонения в работе оборудования или внешние факторы, влияющие на теплопотери, исказят результат, полученный по данной формуле.
Чтобы исключить большее число искажающих факторов, проводят коррекцию результата с уточнением теплоэффективности. В зависимости от особенностей конкретной системы отопления.
КПД котла=100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)
Где Q2 – теплопотери в виде дыма, вышедшего через систему вентиляции,
Q3 – недостаточное сжигание смеси газа при неправильно используемых объемах газовоздушной смеси,
Q4 – тепловые теплопотери из-за загрязнений теплообменника, а также, если загрязнены газовые горелки,
Q5 – теплопотеря из-за внешнего холодного воздуха (влияет производительностью котельной установки),
Q 6 – потеря тепла по время чистки топочной камеры.
Основной фактор влияющий на телоэффективность — это уходящие отработанные продукты горения, при уменьшении их нагрева в пределах 10-12°С можно увеличить общий КПД газового котла отопления на несколько процентов.
По этой же причине конденсационные котлы обладают самым высоким показателем КПД, т.е. чем ниже температура отопительного оборудования, тем выше это значение. Самым низким показателем обладает пищеварочный электрический котел в силу минимальной функциональности и простого устройства.
Два используемых варианта в определении КПД газовых котлов отопления: отчетность за конкретный период времени и во время первоначальных испытаний при установке. В последнем варианте результат расчета будет более точен, благодаря наглядности в подсчете теплопотерь.
Как увеличить КПД газового котла
Создать подходящие условия для повышения коэффициента полезного действия, можно оптимизировав процессы самостоятельно или с привлечением специалиста. Изначально все параметры заложены в конструкции электрокотла, эффективность принимаемых мер по увеличению КПД техники будут зависеть от этих данных.
Для начала проводят модернизация без изменения структуры твердотопливных котлов:
Проведение регулярного обслуживания и очистка оборудования увеличит его КПД. Накипь в трубах системы отопления и сажа на внешних стенках дымохода, образующиеся в процессе работы, могут забирать до 5%. Пластиковые трубы меньше нуждаются в уходе, но осуществлять их продувку требуется периодически.
Засорившийся дымоход суживает проход отводящей дым трубы, это приводит к уменьшению тяги, а это уже не только потеря процентов тепла, но и угроза для здоровья людей, находящихся в жилых помещениях.
Как вариант понизить химические тепловые потери, для этого производят высококвалифицированную настройку системы оборудования. Лучше воздержаться от самостоятельной настройки и доверить дело специалисту.
Борьба с недогаром решается увеличением скорости поступления сжиженного газа в горелку, так процесс сгорания происходит активнее, а КПД, соответственно, увеличивается.
Хотя увеличение КПД практически никак не влияет на теплоэффективность котельного агрегата. На нынешний день природный газ остается самым экономичным, оборудование на этом топливе более распространено и экономически оправдано, чем котлы на традиционном твердом дровяном топливе или угле.
Газовые котлы с самым высоким КПД
Лучшее качество котлов, которые еще и обладают высокими показателями КПД — иностранного происхождения. Энергосберегающие технологии, соответствующие требованиям ЕС, являются определяющими при производстве такого оборудования.
Автоматическая и экономичная, у нее широкий набор, позволяющий приспособиться к индивидуальным параметрам конкретного котла и системы отопления. Ее горение осуществляется в постоянном режиме.
Также основное преимущество — их максимальная теплоотдача. Наиболее оптимальное значение разогрева теплоносителя, представленное иностранным производителем, до 70°С. Продукты горения нагреваются не более 110°С.
Изготавливают теплообменник для котлов с наивысшими показателями КПД из нержавеющей стали. Дополнительно они оборудованы блоком для отбора тепла из конденсата. Минусы, которые характерны при низком температурном нагреве: сила тяги развивается с недостаточной силой и образование излишнего конденсата.
Подача в горелку уже подогретого газа и газовоздушной смеси, а также поступающего в камеру воздуха через двуполостную трубу в топку — обеспечивает снижение общего числа теплозатрат для котлов закрытого типа на 1-2%.
Конденсационные котлы, работающие на условиях нагревания при низких температурах отличаются относительно небольшим потреблением газа. Это обуславливает их теплоэффективность, особенно при подключении к газобаллонным установкам. Также это делает такой котел экономичным.
Список конденсационных котлов известных и заслуженных европейских производителей с лучшим качеством сборки и высоким уровнем КПД:
Как заявлено их производителями в сопровождающей документации, коэффициент полезного действия данных котловых агрегатов, при подключении к низкотемпературным системам, соответствует 107-110%.
КПД газового котла. Каким бывает и как его увеличить?
В наше время газовые котлы играют очень существенную роль в отоплении во многих странах мира. Ведь, начиная от крупных городов и заканчивая отдаленными поселками, проведен газ. И поэтому газовое отопление постепенно вытеснило печи на дровах. Газовый котел размещается внутри здания в специально предназначенном для этого хозяйственном помещении. После чего к оборудованию подключают обогревательный контур, подключают дымоход и запитывают котел от газопровода. Для любых видов котлов: напольных, настенных и других; существует такой важный показатель, как КПД.
Что означает КПД
На рынке можно встретить огромное количество моделей газовых котлов от различных производителей, среди которых присутствуют не только отечественные, но и зарубежные. Обычно при покупке данного газового прибора, покупатели определяют свой выбор исходя из стоимости и мощности оборудования. И, к сожалению, это неправильные критерии выбора газового котла. Многие владельцы частного домохозяйства забывают про такой показатель, как коэффициент полезного действия. Это очень важный параметр, по которому можно подобрать достаточно хороший обогревательный прибор. Коэффициент полезного действия котла имеет следующее определение: это отношение полезной теплоты, израсходованной на обогрев воды, к установленной теплоте газового котла. То есть, не все тепло, которое вырабатывает газовый котел, идет на нагрев рабочей жидкости. Какая-то часть энергии уходит в окружающую атмосферу и на собственные нужды обогревательного прибора.
Как рассчитать среднее значение КПД
Каждый газовый котел комплектуется паспортом. Именно в паспорте отображается значение коэффициента полезного действия. Но основная проблема в том, что это лишь среднее значение КПД, которое может отличаться от действительности. Данный показатель рассчитывает завод-изготовитель по формуле n=(Q/Qo)*100%, где:
Данная формула позволяет только лишь вычислить среднее значение КПД. Газовое оборудование, у которых показатель коэффициента достигает практически 100%, все чаще можно встретить на рынке, и ассортимент такой продукции увеличивается в геометрической прогрессии. Конечно, такой показатель полезного действия, прямо говоря, недостоверен. Ведь во время работы котла в частном доме, добавляются дополнительные потери тепловой энергии, которые не учитываются производителем. И именно эти потери могут основательно понизить коэффициент полезного действия отопительного оборудования.
Фактическое полезное действие установленного оборудования правильнее всего рассчитать по следующей формуле: Nf=100-(q+q2+q3+q4), где:
Выяснено, что наибольшие потери тепла указываются в показателе q. Получается, что большая часть выработанного тепла буквально «улетает в трубу».
КПД напольного котла
Существует несколько видов газовых котлов. Одними из наиболее распространенных, являются напольные. Оборудование такого типа зарекомендовало себя положительными эксплуатационными параметрами и компактностью. Конструктивная особенность таких устройств позволяет добиться большей мощности, по сравнению с настенными аналогичными моделями.
В линейке напольного оборудования есть модели, которые могут без воздействия насоса взаимодействовать с носителем тепла. В таких устройствах минимальное количество автоматики и дополнительного оборудования. Это, в свою очередь, влияет на надежность и простоту обслуживания.
Значение КПД таких газовых котлов колеблется в пределах 90% при идеальных условиях эксплуатации. Это довольно хороший показатель производительности, но при всем этом у напольного котла есть недостатки. Основным из них можно выделить необходимость отдельного обустроенного помещения, в котором должны соблюдаться установленные требования.
КПД настенных газовых котлов
Настенные модели газовых котлов являются компактными и экономичными обогревательными приборами. Такие котлы отлично служат для обогрева домов, небольших дач и загородных объектов. КПД такого оборудования обычно составляет от 85% до 100% по заверениям завода изготовителя. Но, как мы уже знаем, на данный показатель влияют фактические потери тепловой энергии.
Настенные модели, как правило, имеют небольшие габариты и вес, что и позволяем монтировать их на стену. Они оснащены коаксиальным дымоходом и имеют в своей конструкции встроенный гидронасос. Благодаря насосу производится принудительное движение теплоносителя внутри системы отопления, что в значительной степени позволяет повысить полезное действие котла.
Конденсационные отопительные приборы
Котлы такого типа стали производиться относительно недавно. За это время они по праву заслужили звание самых экономичных устройств. Согласно паспорту на приборы, их полезность достигает 110%. И тут невольно возникает вопрос – откуда берутся такие значения. Ведь еще со школы всем известно, что КПД не может превышать 100%. Данное значение может превышать 100% у конденсационных котлов ввиду того, что при сгорании топлива, около 95% энергии идет на полезное действие. При этом внутри котла образуется углекислый газ и водяной пар. Как правило, пар содержит в себе некоторое количество энергии, и если её сконденсировать, то выделяется еще дополнительная энергия, способная повысить КПД на 10-15%. Суммируя данные числа, получается значение, превышающее 100%.
Способы увеличения КПД
Чем выше значение полезного действия отопительного прибора, тем он экономичнее и производительнее. Поэтому владельцы частных домов уделяют особое внимание повышению КПД котлов. Как правило, на это значение влияют следующие факторы:
Как уже говорилось, большое количество энергии попросту ходит в трубу дымоотвода. Также образование гари на внутренних стенках дымохода отрицательно влияет на производительность отопительной установки. Поэтому рекомендуется не реже, чем раз в год производить чистку данного узла. Чтобы дополнительно уменьшить потери тепла, на котел устанавливается коаксиальный дымоход. Благодаря своему устройству, такая отводящая труба способна значительно снизить пустые тепловые затраты.
Правильная пропорция газа и кислорода также позволяет серьезно изменить производительность устройства. Для регулировки горючей смеси в устройстве котлового оборудования существует заслонка. Установив её в правильном положении, можно значительно улучшить значение КПД газового котла. Регулировка заслонки не вызовет сложностей, и потому производится данная процедура самостоятельно. Для этого необходимо путем эксперимента выставлять этот элемент в различные положения до тех пор, пока термометр на котле не будет указывать самую высокую температуру.
Для того, чтобы более быстро прогреть теплоноситель и, соответственно, снизить энергозатраты, в систему отопления устанавливается гидронасос. Некоторые модели котлов уже имеют в своем устройстве такой узел, но на некоторых моделях о данном вопросе нужно задумываться отдельно.
Окружающая обстановка также влияет на производительность котла. Именно поэтому к помещению, где устанавливается котловое оборудование, предъявляются определенные требования. При их соблюдении гарантируется не только безопасность эксплуатации прибора, но и экономичность отопления.
Хоть голубое топливо славится тем, что у него практически отсутствует гарь и сажа при сгорании, но всё же доля продуктов сгорания всё же присутствует. Если сравнить с твердым топливом, таким как уголь или дрова, у газа значительно меньше несгораемых остатков. Но и они способны откладываться на стенках рабочих областей, тем самым снижая теплопередачу. В результате чего нагрев теплоносителя происходит медленнее, повышается расход топлива и уменьшается КПД. Чтобы не допускать таких изменений, необходимо производить чистку котла не реже 1 раза в 3 года.
Подведя итог, можно с уверенностью сказать, что газовые котлы любого типа обладают достаточно высоким коэффициентом полезного действия, они экономичны и компактны. Как и любая другая техника, они нуждаются в обслуживании и правильной эксплуатации. При должном уходе они способны прослужить не один десяток лет.