Что такое кпд котла отопления

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/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.
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.

КПД газового котла. Каким бывает и как его увеличить?

Газовые котлы

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:

• n – коэффициент полезного действия;
• Q – тепловая энергия, которую получилось задействовать на обогрев;
• Qo – значение общего количества тепла, которое выделяется при сжигании газа.

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:

• Nf – фактический коэффициент полезного действия оборудования;
• q – энергия тепла, улетучиваемая в дымоход;
• q2 – потери энергии, образуемые из-за слоя гари внутри стенок котла;
• q3 – потери, вызванные неправильно приготовленной газовой смеси;
• q4 – тепловые потери, вызванные колебаниями температурой окружающего пространства.

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:

• Дымоход;
• Пропорция топливной смеси;
• Принудительная прокачка теплоносителя;
• Окружающее пространство;
• Оседание сажи в камере сгорания.

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.

Подписывайтесь так же на наш Youtube, группу Вконтакте, Яндекс Дзен. Там много полезного и интересного контента!

КПД котла

Коэффициентом полезного действия отопительного котла называют отношение полезной теплоты, израсходованной на выработку пара (или горячей воды), к располагаемой теплоте отопительного котла. Не вся полезная теплота, выработанная котельным агрегатом, направляется потребителям, часть теплоты расходуется на собственные нужды. С учетом этого различают КПД отопительного котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

По разности выработанной и отпущенной теплот определяется расход на собственные нужды. На собственные нужды расходуется не только теплота, но и электрическая энергия (например, на привод дымососа, вентилятора, питательных насосов, механизмов топливоподачи), т.е. расход на собственные нужды включает в себя расход всех видов энергии, затраченных на производство пара или горячей воды.

В итоге КПД-брутто отопительного котла характеризует степень его технического совершенства, а КПД-нетто — коммерческую экономичность. Для котельного агрегата КПД-брутто, %:
по уравнению прямого баланса:

ηбр = 100 Qпол / Qрр

где Qпол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр — располагаемая теплота, МДж/кг;

по уравнению обратного баланса:

ηбр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6),

где q — потери тепла в %:

• q2 — с уходящими газами;
• q3 — из-за химического недожога горючих газов (СО, Н2, СН4);
• q4 — с механическим недожогом;
• q5 — от наружного охлаждения;
• q6 — c физическим теплом шлаков.

Тогда КПД-нетто отопительного котла по уравнению обратного баланса

ηнетто = ηбр — qс.н

где qс.н — расход энергии на собственные нужды, %.

Определение КПД по уравнению прямого баланса проводят преимущественно при отчетности за отдельный период (декада, месяц), а по уравнению обратного баланса — при испытании отопительного котла. Вычисление КПД отопительного котла по обратному балансу значительно точнее, так как погрешности при измерении потерь теплоты меньше, чем при определении расхода топлива.

• Сертификаты завода
• Членство в СРО
• Аттестованная технология сварки
• Патенты на котельное оборудование

Подобрать мощность котла по площади важно учитывая не только площадь и объем здания, но и тип зданий и климатические данные региона.

На нашем сайте калькулятор расчета мощности котла учитывает тепло, требуемое на возмещение тепловых потерь через строительные конструкции и потери, вызываемые инфильтрацией (проникновением) наружного воздуха, через их неплотности и периодически открываемые двери.

Наружный строительный объем здания должен определяться умножением площади горизонтального сечения, взятого по внешнему обводу здания на уровне первого этажа на полную высоту здания, измеренную для панельных зданий: от уровня чистого пола (нулевой отметки) до верхней плоскости теплоизоляционного слоя чердачного покрытия, для остальных строений от уровня земли.

Расчетная температура воздуха в отапливаемых зданий принимается в зависимости от типа и назначения здания:

• Гостиница, общежитие, административное здание, жилые дома + 20 °С;
• Детские сады, ясли, поликлиники, амбулатории, диспансеры, больницы + 22 °С;
• Высшие и средние специальные учебные заведения, общеобразовательные школы, школы интернаты, лаборатории, предприятия общественного питания, клубы, дома культуры + 16 °С;
• Театры, магазины, пожарные депо + 15 °С;
• Кинотеатры + 14 °С;
• Гаражи + 10 °С;
• Бани + 25 °С.

В случае если требуется отопление различных по типу зданий, теплопотребление каждого считается отдельно, полученные значения складываются и подобрать мощность котла нужно в соответствии с общей суммарной мощностью каждого отдельно стоящего задания.

Климатические условия вашего региона принимаются в соответствии с СП 131.13330 Строительная климатология. Данные по всем регионам России занесены в наш калькулятор расчета мощности котла.

КПД котла

Коэффициентом полезного действия котла является отношение энергии, затраченной при работе, к полученному по итогу теплу. Поскольку часть теплоты затрачивается котельной на собственные нужды, различают КПД котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и по отпущенной теплоте (КПД-нетто).

КПД-брутто рассчитывается по следующей формуле:

ηбр = 100 Qпол / Qрр

где Qпол — количество полезно используемой теплоты, МДж/кг; Qрр — располагаемая теплота, МДж/кг;