КПД котла

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/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

Принцип действия классического напольного газового атмосферника.

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

* 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.

Устройство простого конденсационного одноконтурного газового котла.

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.

Правильно подобранная система отопления принесет в каждый дом не только тепло и уют, но также избавит от неприятных последствий и лишних затрат на ремонт. Надежный водогрейный котел — основа отопительной системы дома.

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

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:

1. Комнатные терморегуляторы. Они контролируют температуру в жилых помещениях, не влияя на работу теплоносителя.
2. Установка циркулярного насоса, так можно стабилизировать равномерность и скорость прогревания.
3. Замена газовой горелки, повысит увеличение КПД твердотопливного котла на 5-7%. Модуляционная горелка позволит расходовать газовоздушную смесь в правильных пропорциях, что исключит неполное сжигание.
4. Расположение горелок у водяного контура прибавит к общему количеству КПД несколько процентов. Такая частичная модификация положительно повлияет на расход топлива и увеличит тепловой баланс всей системы.

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:

• Baxi.
• Buderus.
• De Dietrich.
• Vaillant.
• Viessmann.

Как заявлено их производителями в сопровождающей документации, коэффициент полезного действия данных котловых агрегатов, при подключении к низкотемпературным системам, соответствует 107-110%.

Во многие даже достаточно удаленные от городов малые населенные пункты в наше время уже проведен газ. И большинство жителей деревень и поселков России сегодня для отопления домов используют не дровяные печи, а котлы. Такое оборудование устанавливается в здании в одном из хозяйственных помещений. Далее к нему подключается дымоход и контур системы обогрева.

Что такое КПД

Выпускают газовые котлы в наше время многие компании как отечественные, так и зарубежные. При выборе такого оборудования владельцы частных домов в России, к сожалению, смотрят в основном лишь на его цену и мощность. Между тем очень важным параметром, позволяющим выбрать хороший нагревательный агрегат, является КПД. Газовый котел, помимо всего прочего, должен отличаться высокой производительностью.

Чем выше коэффициент полезного действия имеет подобное оборудование, тем меньше в последующем владельцам дома нужно будет платить за голубое топливо. Называют КПД газовых котлов соотношение затраченного топлива на тепловую отдачу.

Формула расчета усредненного КПД

КПД указывается в том числе и в техническом паспорте котла. Однако в данном случае потребителю предоставляется лишь усредненный показатель, высчитывают который фирмы, занимающиеся изготовлением подобного оборудования, по следующей формуле: n=(Q/Qo)*100%.

Здесь Q — тепло, которое удалось выделить, аккумулировать и использовать для обогрева помещений; Qo — общее количество тепловой энергии, выделяющееся при сжигании топлива.

Опередить по такой формуле, к сожалению, можно только усредненный КПД. Газовые котлы с большим показателем производительности на современном рынке представлены в довольно-таки большом ассортименте. У некоторых современных марок подобных агрегатов КПД может достигать 98%. Это конечно же, очень много. Однако на практике такой эффективной работы современные газовые агрегаты, к сожалению, зачастую не показывают. В процессе эксплуатации подобного оборудования в частных домах появляются разного рода теплопотери, что самым негативным образом сказывается на КПД. То есть, будучи установленными в доме, газовые котлы обычно теряют производительность.

Фактический КПД — формула

На месте КПД подобного оборудования определяют обычно по такой формуле: η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6).

Здесь:

• q2 — тепловые потери из-за нагретых, уходящих в трубу продуктов сгорания;
• q3 — потери из-за неверно выбранных пропорций газовой смеси (недожог);
• q4 — потери из-за сажи внутри котла и механический недожог;
• q5 — потери из-за колебаний наружной температуры воздуха.

При этом считается, что сильнее всего на КПД котла влияет показатель q2. То есть в наибольшей мере производительность и экономичность газового нагревательного агрегата зависит от того, сколько индуцируемого им тепла в буквальном смысле слова «вылетает в трубу».

Какие котлы имеют больший КПД

Отечественные производители на настоящий момент выпускают довольно-таки мощное и надежное газовое нагревательное оборудование. Однако в нашей стране, к сожалению, до сих пор не уделяется слишком много внимания экономии ресурсов. Поэтому наибольший КПД на сегодня имеют импортные газовые котлы. В особенности это касается низкотемпературных конденсационных моделей, у которых показатель нагрева теплоносителя не превышает 70 °С, а отводимых газов — 110 °С.

Самыми производительными марками газовых котлов, КПД которых очень высок, на современном рынке являются:

• «Будерус».
• «Виссман».
• «Бакси».
• «Вайлант».

Также очень неплохой маркой нагревательных агрегатов с высоким КПД считается «Де Дитрих».

Как увеличить КПД газового котла: основные способы

Если котел в доме не будет работать с должной производительностью, его владельцам придется переплачивать за расход газа, что, конечно же, самым негативным образом скажется на семейном бюджете. Чтобы повысить производительность нагревательного агрегата и тем самым избежать ненужных трат, можно:

• модифицировать дымоход или улучшить условия отвода отработанных газов;
• почистить камеру сгорания;
• почистить или заменить магистрали системы отопления дома;
• внести изменения в конструкцию котла;
• отрегулировать пропорции газовой смеси в камере сгорания с использованием заслонки.

С использованием таких методик можно повысить КПД и двухконтурного газового котла, и одноконтурного. Подходят такие способы также и для настенных или напольных газовых нагревательных агрегатов.

Что делать с дымоходом

Очень сильно на производительность котлов влияет именно состояние отводящей продукты сгорания трубы. Если дымоход забьется сажей, это уменьшит его диаметр и, соответственно, тягу. Проверять состояние отводящей продукты сгорания газа трубы специалисты рекомендуют не реже 1 раза в год.

Котел закрытого типа для повышения КПД лучше всего будет подключить к коаксиальному дымоходу. В данном случае воздух начнет поступать в камеру сгорания через наружную полость двухполостной трубы, уже будучи слегка подогретым. Это, в свою очередь, снизит начальные теплозатраты на несколько процентов.

Дополнительные меры

Также в доме можно установить систему рециркуляции продуктов сгорания. В данном случае дым будет проходить через ломанный канал и после подмешивания воздуха снова поступать к горелке.

В сильные морозы тягу дымохода специалисты советуют немного снижать. Это также позволит слегка увеличить КПД газового котла напольного или настенного. Для снижения тяги при этом можно использовать особое приспособление, крепящееся непосредственно на дымоход.

Регулировка пропорций газовой смеси

В конструкции любого современного нагревательного агрегата, помимо всего прочего, имеется такой элемент, как заслонка. Правильно отрегулировав ее положение, можно довольно-таки серьезно повысить КПД газового котла.

Если заслонка котла будет открыта слишком сильно, в камеру сгорания начнет поступать очень много воздуха. В этом случае в топке будет образовываться сквозняк, вытягивающий на улицу вместе с продуктами сгорания и часть голубого топлива.

Еще более серьезное снижение КПД газового котла может вызывать слишком сильное закрытие заслонки. В этом случае в камеру сгорания будет поступать мало воздуха. В результате часть газа просто-напросто не сгорит и также выйдет в трубу вместе с дымом. Снизиться КПД нагревательного агрегата при таком положении заслонки может на целых 7%.

Отрегулировать пропорции горючей смеси внутри топки котла самостоятельно будет несложно. Сделать это можно экспериментальным путем. Владельцу дома нужно просто выдвигать и задвигать заслонку до тех пор, пока термометр котла не покажет самый высокий нагрев теплоносителя в системе отопления.

Очистка камеры сгорания

Голубое топливо отличается прежде всего тем, что при его сгорании не образуется слишком много сажи. Чистить топку работающего на газе котла, конечно же, нужно реже, чем твердотопливного оборудования этого типа. Но все же мыть камеру сгорания таких нагревательных агрегатов время от времени нужно. Специалисты считают, что делать такие чистки владельцам газовых котлов нужно не менее 1 раза в 3 года.

Накипь в трубах

Обязательно хозяевам частных домов, чтобы не тратить большие деньги на газ, нужно следить и за состоянием магистралей системы отопления. Снизить производительность котла может в том числе и обычное засорение труб. Опытные владельцы загородных домов, к примеру, не советуют слишком часто менять теплоноситель в контуре системы отопления. Нежелательно сливать воду из магистралей даже по окончании холодного сезона. Дело в том, что любая вода из скважины, колодца и централизованной системы содержит огромное количество растворенных минеральных веществ, которые в последующем и выпадают в трубах в виде осадка.

Какие изменения можно внести в конструкцию

Для повышения КПД настенных газовых котлов или напольных между топочной камерой агрегата и его теплообменником можно установить специальные турбулизаторы. Так называют особые пластины, способные значительно увеличить площадь отбора теплоэнергии.

Также работу котла можно регулировать с использованием датчиков температуры. Такие приспособления устанавливаются в помещениях дома и включают/выключают горелку нагревательного агрегата в зависимости от прогрева воздуха до заданной хозяевами температуры. При использовании датчиков важно правильно выполнить настройку и синхронизацию работы котла в соответствии с показаниями последних.

Включение горелки газовых нагревательных агрегатов при снижении температуры воздуха в помещениях ниже заданных параметров происходит от специальной «зажигалки». Называют так маленькую горелку, газ на которой не затухает никогда. Много голубого топлива такая «зажигалка» сжечь не может. Однако за сезон из-за ее работы зачастую все же сгорает несколько кубометров голубого топлива. Чтобы снизить потери, обычную «зажигалку» в котле можно заменить на «пьезо». Работать такое устройство будет не хуже традиционного, а экономия от его использования весьма значительная.

Другие изменения

Очень хорошие показатели в плане производительности имеются, помимо всего прочего, и у газовых нагревательных агрегатов, оснащенных модуляционными горелками. Современные котлы от лучших европейских производителей изначально дополняются подобными элементами двухуровневыми или же полностью модулированными. Горелки этого типа способны самостоятельно приспосабливаться к фактическим рабочим параметрам смонтированной в доме системы отопления. Таким образом процент недожога в котлах такой конструкции снижается до минимума.

В обычных нагревательных агрегатах владельцы дома могут, помимо всего прочего, попробовать изменить положение горелки. Установка этого элемента ближе к водяному контуру позволяет повысить КПД котла на несколько процентов. Тепловой баланс агрегата в этом случае увеличивается в большую сторону.

Конденсационные котлы

Таким образом, повысить КПД газового котла будет относительно несложно. Но конечно же, владельцам загородных домов лучше все же сразу приобретать экономичное и производительное оборудование этого типа. Самым высоким КПД, как уже упоминалось, отличаются конденсационные газовые котлы.

На отечественном рынке такое оборудование появилось относительно недавно. Экономичность этих котлов определяется в первую очередь тем, что в них дополнительно используется энергия, образующаяся из-за конденсации водных паров из отработанных газов. Эффективность такого оборудования на порядок выше, чем у обычных нагревательных агрегатов.

Многие производители подобных котлов уверяют даже, что они выпускают газовые котлы с КПД 100% или выше — 108-109%. Конечно, подобные утверждения оспариваются специалистами. Ведь, как известно, КПД любого оборудования редко доходит до 100%. Превышать же эту цифру такой показатель и вовсе не может. Увеличить количество тепла при сжигании одного и того же объема голубого топлива, разумеется, не способен даже самый совершенный нагревательный агрегат.

Но все же КПД газовых котлов отопления конденсационных намного выше, чем обычных. По мнению специалистов, он может доходить до 98-99%.

В плане экономичности расхода газа конденсационные котлы, таким образом, значительно превосходят простые. Однако, к сожалению, при этом и стоит такое оборудование намного дороже традиционного. Приобретать или нет такой агрегат — дело выбора самих хозяев газифицируемого дома. Скорее всего, в процессе эксплуатации газового котла с высоким КПД конденсационного разница в стоимости в конечном итоге окупится. Но произойдет это все же не слишком быстро, к чему покупатели должны быть готовы заранее.

Основные критерии выбора котла

Кроме характеристики по расходу топлива, имеется ряд критериев, влияющих на экономические параметры котла. Это касается срока службы, КПД устройства, материалов и прочее.

Материал

Параметр экономичности газовых котлов отопления имеет прямую зависимость от срока их службы. Самые длительные по эксплуатационному сроку и надежности считаются газовые агрегаты с теплообменником, изготовленным из чугуна. Эти котлы рассчитаны срок службы до 50 лет. Но, недостатком данного материала является его хрупкость, следовательно, необходимо быть очень осторожным при его перемещении. Только при аккуратной и бережной эксплуатации можно добиться длительности работы. Помимо требуемой осторожности, также важно избегать температурных перепадов, например, нельзя, чтобы на поверхность нагретого теплообменника попала холодная вода, поскольку это может привести к образованию трещин.

Напольные агрегаты, в которых контуры выполнены из стали не являются такими капризными, как из чугуна. Но, при этом они более подвержены коррозии, следовательно, срок их службы меньше.

Наличие комплектующих

Важным параметром, влияющим на срок эксплуатации, является доступность в продаже запасных элементов, а так их качества. Рекомендуют при приобретении агрегата выяснить, насколько легко можно найти необходимые комплектующие. Поэтому, логично, что к более известным и популярным маркам проще подобрать нужные детали.

Производители

Насчет страны производителя, то считаются наиболее долговечными устройства, немецкого, итальянского и словацкого производства. Аналогичное оборудование, произведенное отечественными фирмами, зачастую, обладает меньшим сроком действия, хотя у них лучшая приспособленность к эксплуатационным условиям в России и плюс ко всему, они ниже по стоимости.

Плановые проверки

Есть пользователи газовых котлов, которые в качестве экономии не обращаются в сервисное обслуживание, или же нерегулярно проводят плановые проверки. Однако, это большая ошибка, поскольку во время эксплуатации котла могут происходить различные ситуации, например, смещение фокуса горелки. Это приведет к появлению нагара, а после могут возникнуть небольшие неисправности. Если же их в свое время не заметить и не исправить, то это может привести к увеличению расхода газа и снижению производительности котла. Это хороший пример, что на плановых проверках экономить не стоит.

КПД агрегата

Важный показатель, на котором нужно акцентировать внимание во время подбора экономичных газовых котлов для частного дома — коэффициент полезного действия.

Например, для напольных газовых устройств КПД = 85-90%. Меньшие показатели присущи более дешевым агрегатам, в которых оборудована одноступенчатая или двухступенчатая горелка.

Более эффективными считаются котлы, с плавно меняющейся мощностью. Тепло, образовавшееся при сжигании топлива, начинает производить нагрев теплообменника с теплоносителем. После остаточное тепло через дымоход попадает в атмосферу.

Количество тепла, которое теряется, можно вычислить с помощью замера температуры дымового газа. Экономичным считается устройство, у которого нагрев дыма происходит до 100-150°C. Если же температура более 200°C, то устройство не обладает высокими экономическими показателями.

Газовым агрегатом для жилья с самыми высокими экономическими параметрами считают конденсационный котел, у которого имеется особая технология по отбору тепла из образовавшегося конденсата. Конденсационные котлы имеют КПД более 100%.

Учитывая различные критерии, непосредственно оказывающие влияние на экономические показатели газовых агрегатов, можно выделить ряд моделей, обладающих необходимым экономическим качеством.

Подсчёт КПД газового котла отопления

Метод расчёта производительности осуществляется путём сравнения потраченной теплоэнергии на нагрев жидкости и фактического объёма всей теплоты, что была выделена в момент сжигания топлива. Вычисляется по такой формуле:

η = (Q/ Qобщ.)*100%η — читается как “эта”;
Q1 — тепло, которое удалось аккумулировать и использовать для нагрева помещения;
Qобщ. — общее количество тепловой энергии, которое выделяется при сжигании топлива.

Однако эта формула не берёт в учёт многие нюансы, например, возможные тепловые потери, отклонения в рабочих параметрах системы и прочее. Расчёты дают возможность узнать только средний КПД самого котла от газа. Многие изготавливающие компании указывают именно это значение.

Расчитать теплопотери дома или помещения можно с помощью подготовленного нами калькулятора.

Тут же оценивают погрешности определения тепловой эффективности. Используют такую формулу:

η=100 — (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Расчёты помогают проанализировать в соответствии с особенностями определённой отопительной системы.

ОбозначениеЗначение

Настоящий коэффициент полезного действия рассчитывают только на месте, в зависимости от правильно выполненной системы удаления дыма и качественного монтажа.

Больше всего на тепловую эффективность влияет температура отходящих газов, которая отмечена в формуле сокращением q2. Если интенсивность нагрева газов на 10-15 °С, то производительность повышается на 1-2 %. Поэтому наивысший КПД в конденсационных котлах, что относятся к низкотемпературной технике отопления.

Как повысит эффективность отопительной техники, работающей на твердом топливе

Сегодня многие потребители, имея в своем распоряжении твердотопливный котел, стараются найти наиболее удобный и практичный способ как повысить КПД отопительного оборудования. Технологичные параметры нагревательных приборов, заложенные производителем, со временем теряют свои номинальные значения, поэтому для повышения эффективности котельного техники изыскиваются различные способы и средства.

Рассмотрим один из наиболее эффектных вариантов, установка дополнительного теплообменника. В задачу новой оснастки входит снятие тепловой энергии с летучих продуктов горения.

На видео можно увидеть, как сделать самостоятельно экономайзер (теплообменник)

Для этого нам предварительно необходимо узнать какова температура дыма на выходе. Изменить ее можно при помощи мультиметра, который помещается непосредственно в середину дымохода. Данные о том, сколько можно получить дополнительного тепла от улетучивающихся продуктов горения необходимы для расчета площади дополнительного теплообменника. Делаем следующие действия:

• отправляем в топку дрова определенного количества;
• засекаем за сколько времени прогорит определенное количество дров.

К примеру: дрова, в количестве 14.2 кг. горят 3,5 часа. Температура дыма на выходе из котла составляет 460 0 С.

За 1 час у нас сгорело: 14,2/3,5 = 4,05 кг. дров.

Для расчета количества дыма  используем общепринятое значение  — 1 кг. дров  = 5,7 кг. дымовых газов. Далее умножаем количество сгоревших за один час дров  на количество дыма, получаемое при сгорании 1 кг. дров. В итоге: 4,05 х 5,7 = 23,08 кг. летучих продуктов горения.  Эта цифра и станет отправной точкой для последующих расчетов количества тепловой энергии, которую можно использовать дополнительно для нагрева второго теплообменника.

Зная значение теплоемкости летучих горячих газов, как 1,1 кДж/кг., делаем дальнейший расчет мощности теплового потока, если мы хотим снизить температуру дыма с 460 0С до 160 градусов.

Q = 23,08 х 1,1 (460-160) = 8124 кДж тепловой энергии.

В итоге получаем точное значение дополнительной мощности, которую обеспечивают летучие продукты горения: q = 8124/3600  = 2,25 кВт, цифра большая, которая может оказать существенное влияние на повышение эффективности отопительного оборудования. Зная о том, сколько энергии уходит впустую, желание оснастить котел дополнительным теплообменником вполне оправдано. За счет притока дополнительной тепловой энергии для работы по нагреву теплоносителя, повышается не только эффективность всей системы отопления, но и сам КПД отопительного агрегата растет.

Экономичный газовый котёл с высоким КПД

Как показывает практика, а также доказывает техдокументация, котлы зарубежных производителей имеют более высокий коэффициент полезного действия. Европейские организации акцентируют усилия на совершенствовании энергосберегающих технологий. Зарубежные котлы от газа характеризуются высокой производительностью, потому что их устройство подразумевает:

1. Модуляционную горелку. Котлы популярных компаний отличаются двухступенчатыми либо модулируемыми горелками, которые могут похвастаться автоматической приспособляемостью к фактическим рабочим параметрам отопительной системы. Остатков на выходе минимальное количество.
2. Нагрев жидкости. Хороший котёл – это оборудование, которое разогревает теплоноситель максимум до 70 °С, в то время как отходящие газы нагреваются не более 110 °С, это и даёт наилучшую тепловую отдачу. Однако при низкотемпературном нагреве жидкости присутствуют некоторые недостатки, такие как малая тяга и активное образование конденсата. Теплообменники в агрегатах от газа с высокой производительностью выполняются из качественной нержавейки и имеют особый конденсаторный блок, который необходим для отбора энергии от конденсата.
3. Нагрев подводящего газа и воздуха, что поступает в горелочное устройство. Подключение агрегатов закрытого типа происходит коаксиальному дымоходу. Воздух циркулирует в камеру сжигания через наружную полость трубы с двумя полостями, до этого подогреваясь, что способствует снижению нужных тепловых затрат на пару процентов. Горелочные устройства с предварительным изготовлением газовоздушной смеси тоже осуществляют подогрев газа перед подачей его на горелку.
4. Монтаж системы повторной циркуляции отходящих газов. В таком случае дым поступает не сразу в камеру сжигания, а циркулирует через дымоход, смешивается с чистым воздухом и оказывается опять в горелке.

Больше информации о конденсационных газовых котлах в этой статье.

Наивысший коэффициент полезного действия наблюдается при нагреве образования конденсата либо «точки росы». Агрегаты, функционирующие при низкотемпературном нагреве, называют конденсационными. Их отличие в небольшом количестве потребляемого газа и высокая тепловая эффективность, что очень видно при подсоединении к оборудованиям от баллонов с газом и газгольдеру.

Известно множество брендов конденсационных агрегатов, самыми популярными из них являются только некоторые. Газовые котлы с высоким КПД для дома вы можете выбрать из следующих марок:

• Виссман;
• Будерус;
• Вайлант;
• Бакси;
• Де Дитрих.

Значения современных котлов в зависимости от вида топлива

*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.

Устройство простого конденсационного одноконтурного газового котла.

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.

Инструкции Котлы Энергосберегающие технологии

Потеря тепла с отходящими газами

Потери тепла с уходящими продуктами горения (q2) являются самыми весомыми. Температура продуктов горения напрямую влияет на эффективность отопительного котла.

Нормальный температурный напор на холодном конце воздухонагревателя обеспечивается при температуре 70-110°С.

Основные источники теплопотерь.

При уменьшении температуры уходящих газов на 12-15°С КПД котла увеличивается примерно на 1%. Однако охлаждение уходящих газов требует увеличения размеров поверхностей нагрева, что увеличивает размеры всей конструкции. Кроме того, при уменьшении температуры отработанных газов есть риск возникновения низкотемпературной коррозии.

Эта температура зависит от температуры поступающего воздуха и вида топлива. Рекомендуемые значения температуры уходящих газов для различных видов сжигаемого топлива и различной температуры входящего воздуха приведены в таблице ниже.

Чтобы произвести расчет потерь тепла, связанных с уходящими продуктами горения, применяется формула:

q2 = (T1 – T3) (A2/(21 – O2) + B), где Т1 – температура уходящих продуктов горения в контрольной точке за пароперегревателем; Т3 – температура входящего воздуха; 21 – концентрация кислорода в воздухе; О2 – концентрация кислорода в уходящих продуктах горения, ее определение происходит в контрольной точке; А2 и В – коэффициенты, которые зависят от сжигаемого топлива, приведены в таблице ниже.

Потеря тепла из-за химического недожога

Сжигание мазута приводит к потерям тепла из-за химического недожога.

Данный вид потери (q3) учитывается, если в качестве топлива используются газообразные вещества или мазут. Для современных газовых котлов он составляет 0,1-0,2%. Если процесс сжигания идет с небольшим избытком воздуха, то потерю следует принимать равной 0,15%, а при большом избытке воздуха – равной нулю. Если же используется смесь газов с разной температурой сгорания, то q3=0,4-0,5%.

Данный вид потерь (q4) характерен для твердых видов топлива. К примеру, для антрацита он равен 4-6%, для полуантрацита – 3-4%, а для каменного угля – 1,5-2%. Малореакционные виды угля необходимо сжигать с жидким шлакоудалением, тогда q4 будет минимальным из приведенных значений, при твердом же шлакоудалении принимается верхняя граница теплопотерь.

Потери тепла от наружного охлаждения

Данный вид потерь (q5) весьма невелик (составляет менее 0,5%) и уменьшается с ростом мощности отопительного агрегата. Такие потери соответствуют прямому расчету паропроизводительности котла:

• при паропроизводительности D от 42 до 25 кг/с потери равны q5=(60/D)0,5/lgD;
• при паропроизводительности D более 250 кг/с потери принимаются равными 0,2%.

Потери тепла при удалении шлаков

Потери, связанные с физическим теплом шлаков, (q6) учитываются при жидком шлакоудалении. Если же шлак из топки удаляется твердым методом, то потеря тепла учитывается только если она составляет более 2,5Q.

Меры безопасности при повышении КПД

Еще 20-30 лет назад цена энергоносителей на постсоветском пространстве была невысокой, поэтому никто не уделял внимание такому параметру, как КПД. Ведь все могла решить производительность. Зато, когда газ начал расти в цене, а современные технологии были еще недоступны умельцы начали модернизировать газовые котлы, с целью повышения эффективности, доступными способами.

При выполнении любых работ с газовым оборудованием необходимо соблюдать меры безопасности и владеть специальными навыками и инструментов. А также не стоит использовать запрещенных законодательством способы повышения КПД

К примеру, прикрепляя к теплообменникам медные, алюминиевые пластины для улучшения теплопередачи. Уменьшали теплопотери элементов конструкции приборов отопления привариванием сторонних элементов. Менялась автоматика и теплообменники. В ход шли и другие подобные способы. КПД повышалось, а государство и газовая служба не реагировали на «творчество» умельцев.

Сейчас все иначе и профильные законы запрещают изменять конструкцию газовых котлов, которые должны быть сертифицированными, как и все их отдельные элементы. В результате повышать КПД с помощью замены механических, электрических и других компонентов отопительных приборов на сторонние нельзя.

За нарушение указанных требований может наступить:

• Административная ответственность. Если сотрудники горгаза выявят вмешательство в конструкцию котла, а при этом никаких происшествий не было, то придется выплатить штраф в размере 10-15 тыс. рублей. На это указывает статья7.19 КоАП. В тяжелых случаях газовая служба вправе даже разорвать договор на обслуживание и прекратить поставки топлива.
• Уголовная ответственность. О чем свидетельствует Федеральный закон от № 229-ФЗ от 29.07.2018 «О внесении изменений в статью215.3 УКРФи статьи150 и 151 Упк РФ». Эти нормы вступят в действие, если изменения конструкции привели к серьезным последствиям.

То есть рисковать жизнями людей, чтобы поднять эффективность котла на несколько процентов, не стоит.

Правила эксплуатации, влияющие на величину КПД котла

Чтобы отопительное оборудование всегда работало исправно, специалисты рекомендуют придерживаться основных правил эксплуатации, влияющих на величину КПД котла.

В данном случае необходимо четко выполнять такие пункты:

1. Выбирать только оптимальные режимы дутья и функционирования вытяжки.
2. Контролировать интенсивность горения и полноту сжигания топлива.
3. Постоянно следить за величиной уноса и провала.
4. Оценивать состояние поверхностей, которые нагреваются при горении топлива.
5. Регулярно прочищать оборудование.

Это интересно: Преимущества, которые дает автоматика твердотопливным котлам — разъясняем развернуто

Чугунные и стальные конструкции – в чем отличия

Из какого бы материала ни был изготовлен котел, очень важно, чтобы он соответствовал основным эксплуатационным характеристикам. Разберемся в них более подробно.

В первую очередь стоит обратить внимание на материал теплообменника – чугун или сталь. Если вы хотите воспользоваться готовой схемой твердотопливного котла – своими руками чугунный теплообменник сделать вряд ли получится. Такая работа требует как специального оборудования, так и особых знаний и умений. Поэтому можно приобрести готовые секционные конструкции, которые перед транспортировкой разбирают, а на месте снова собирают.

Чугунным теплообменникам свойственно покрываться сухой ржавчиной – особой пленкой, защищающей стенки агрегата от разрушения. Кроме того, влажная ржавчина также образуется намного медленнее, чем обусловлен длительный срок эксплуатации чугунных изделий – от 10 до 25 лет. Среди прочих преимуществ чугунных теплообменников можно назвать отсутствие необходимости в частом и сложном обслуживании. Чистка таких устройств требуется нечасто, да и нагар практически не снижает КПД котла. В случае необходимости ремонта или усиления мощности агрегата нужно лишь заменить дефектные секции или увеличить их число.

Недостатки чугунных изделий таковы:

• большая масса котла предполагает наличие отдельного фундамента;
• затруднения в процессе сборки и высокие затраты на транспортировку;
• чувствительность к термическим ударам – чугун не любит перепадов температур, поэтому контакт горячей поверхности с холодными дровами или холодной водой может быть губительным для него;
• большая тепловая инерционность – на разогрев котла требуется длительное время, но и его последующее остывание происходит медленно.

Что касается стальных изделий, то они менее чувствительны к перепадам температур и не боятся контакта с холодными объектами. Это свойство позволяет при сборке котлов отопления на твердом топливе по чертежам оборудовать их чувствительными автоматическими элементами. А благодаря небольшой инерционности такие агрегаты быстро прогреваются и остывают – это позволяет регулировать температуру воздуха в доме. При этом, можно сделать чертеж твердотопливного котла длительного горения своими руками, что позволит учесть все нюансы.

По внешнему виду котлы из стали – это сплошные сварные агрегаты, которые довольно сложно перевозить, хотя и чувствительность к механическим повреждениям у них намного ниже аналогов из чугуна.

Возможность ремонта стальных котлов с точки зрения некоторых специалистов весьма сомнительна. Отремонтировать, равно, как и сварить котел своими руками по чертежу в домашних условиях довольно непросто, со временем на швах в нем могут образовываться течи. Справедливости ради, отметим, что все зависит от навыков работника в работе со сварочным аппаратом. Но выполнить ремонт чугунного теплообменника все же проще – требуется только замена секций.

Как правило, котлы с чугунными теплообменниками являются энергонезависимыми, стоят недорого, поэтому они могут стать достойной альтернативой уже установленному отопительному оборудованию в случае отключения электричества. Циркуляция теплоносителя в таких агрегатах происходит естественным путем, без применения насоса. Однако монтаж батарей нужно выполнять так, чтобы вода по трубам при нагревании свободно перемещалась по трубам под воздействием давления в котле.

Заключение и полезное видео по теме

Первый видеоматериал поможет понять то, как выполняется очистка теплообменника котла, что поможет существенно увеличить его КПД.

Следующий видеоролик даст возможность разобраться с тем, как выполняется очистка газовой горелки с целью повышения эффективности котла.

Опыт показывает, что максимального КПД от котла можно добиться при его системном техническом обслуживании с своевременной очисткой горелок, теплообменника от продуктов сгорания, грязи. А также при правильном размещении, использовании радиаторов. Кроме того, высокой эффективностью может отличаться только современное высокотехнологичное оборудование.

Увидели несоответствие или хотите дополнить наш материал полезными рекомендациями по увеличению КПД котла? Оставляйте свои комментарии, участвуйте в обсуждении и задавайте свои вопросы нашим экспертам – форма обратной связи расположена ниже.