КПД котла отопления: как расчитать и увеличить эффективность сжигания топлива, разница между значениями брутто и нетто, показатели газовых, твердотопливных и электрических котлоагрегатов

Как устроены твердотельные котлы длительного горения

Работа котла начинается с процессов тления. В котлах такого типа можно регулировать подачу кислорода. При небольшом количестве воздуха процессы тления могут длиться очень долго.

Необходимость в дозаправке такого котла возникает не так часто. Еще одним плюсом контролируемого процесса тления является экономия топлива, которое сгорает максимально медленно, выделяя при этом достаточное количество тепла.

Время работы котла от одной заправки зависит от выбранной модели оборудования. В среднем, котел может работать до двух суток, хотя встречаются такие модели время работы которых достигает 3-х суток.

Технические характеристики котлов на твердом топливе

Конечно, каждый котел обладает своими собственными техническими особенностями, но есть и средние значения:

• Мощность около 100 кВт;
• Основные виды топлива: древесина, уголь, торф;
• КПД около 89%;
• Температура воды на выходе от 50 градусов;
• Давление 1 атмосфера;
• Продолжительность непрерывной работы без дозагрузки 10-12 часов.

Экономичный котел для отопления частного дома, работающий на твердом топливе, имеет повышенную систему защиты. Такой котел отлично подойдет абсолютно для любого помещения.

Чаще всего, котлы такого типа используют в местах, где невозможна эксплуатация газовых или электрических котлов. Котлам, работающим на твердом топливе не страшны внешние факторы или, к примеру, отсутствия электроэнергии.

Срок службы чугунного твердотопливного котла составляет около 20 лет

Главным конкурентом дровяных котлов являются электронагревательные котлы. Такой вид котлов тоже довольно часто устанавливают в частных домах. Несомненным плюсом электрических котлов является их высокая безопасность.

Как выбрать твердотопливный котел

Оборудование для отопления должно быть надежным, экономичным, способным поддерживать оптимальный микроклимат. Технику, отвечающую этим требованиям, предлагают отечественные и зарубежные компании. Какой твердотопливный котел лучше для частного дома, а какой может справиться только с отоплением небольшой дачи – зависит от ряда параметров, учитывающихся при выборе модели.

Тепловая мощность

Приобрести можно небольшой недорогой котел, но необходимо учитывать мощность оборудования. Производители обязательно указывают эту характеристику в технической документации. От тепловой мощности зависит максимальная площадь отапливаемого помещения. Эти параметры находятся в прямой зависимости: на 1 кВт не должно быть больше 10 кв.м. помещений при высоте потолков 2,7 метров. Для отопления небольшого дома в 60-70 кв.м. достаточно котла с тепловой мощностью 6-7 кВт.

Предварительные расчеты актуальны для небольших зданий. Более точные параметры должны учитывать калорийность используемого топлива, количество устанавливаемых радиаторов, наличие бойлера и его объем. Детальный расчет тепловой мощности рекомендуется заказать у теплотехников. Это поможет избавиться от проблем во время сильных морозов или при использовании низкокалорийного топлива.

КПД

Соотношение потребленного топлива к количеству полезного тепла называется КПД. Оборудования со 100% показателями нет, теплопотери возникают от недожога выделяемых газов, о чем соответствует появление сажи. Часть тепловой энергии уходит через трубу, другая – тратится на нагрев стенок и теплообмен с воздухом помещения, где установлено оборудования. Снижает КПД сырое топливо, неправильная подача воздуха.

Максимальный КПД у моделей пиролизного типа, сделать его более высоким позволяет не только высокая температура горения газов, но и полное прогорание топлива. Производители увеличивают КПД за счет монтажа комбинированной теплоизоляции, частью которой становится водяная рубашка – энергия тратится не на нагрев воздуха, а на увеличение температуры воды. Чем выше КПД – тем рентабельнее система отопления.

Вид горючего

Рекомендуется купить котел, который работает на доступном виде топлива. Автоматизированные пеллетные модели привлекают функционалом, но при отсутствии доступа к пеллетам можно остаться в холодном доме. Универсальные модели работают на каменном угле и дровах. Уголь горит дольше, что позволяет тратить на обслуживание минимум времени. Дрова – более доступный вид топлива.

При выборе модели, работающей на дровах, следует учесть рекомендуемый размер поленьев, способность эффективно сжигать сырое топливо. Пиролизные котлы функционируют на сухих дровах. Если нет возможности хранить топливо в помещении с нормальной влажностью, то от такого оборудования придется отказаться.

Материал теплообменника

Производители выпускают модели со стальными и чугунными теплообменниками. Изготовленные из жаропрочной стали теплообменники обладают небольшой инерционностью, отличаются простотой в обслуживании, небольшим весом и устойчивостью к механическим повреждениям. Из стали можно изготовить конструкцию любой сложности и улучшить рабочие параметры. Недостатки – короткий срок эксплуатации, риск прогорания и низкая устойчивость к коррозии.

Чугунные секционные теплообменники устойчивы к воздействию коррозии, кислот, высоким температурам. Хорошая теплоотдача позволяет использовать секции небольших размеров. Чугун хрупкий материал, не устойчивый к резким перепадам температур. Теплообменники имеют большой вес и отличаются низким КПД.

Количество контуров отопления

Модели с одним водяным контуром предназначены только для отопления. Двухконтурный котел обеспечит теплом и горячей водой. Эти модели более дорогие, поэтому при необходимости лучше использовать оборудование с возможностью подключения бойлера. Топить летом не всегда комфортно, в этой ситуации выручит твердотопливный электрический котел с ТЭНом, который поддержит нужную температуру в системе горячего водоснабжения.

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;

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.

Что влияет на экономичность котла

Для того чтобы научиться правильно выбирать самые экономичные газовые котлы для конкретных условий, вначале потребуется понять, как получается и распределяется тепловая энергия при сгорании газа.

Теплотворная способность газа используемого для отопления должна соответствовать нормативным требованиям. Конечно, за это отвечает не потребители, а газоснабжающие организации, но только качественное топливо может помочь газовому котлу для отопления достигнуть проектного КПД.

Важную экономическую роль в системе индивидуального отопления играют:

• вид котла;
• примененные монтажные материалы;
• условия окружающей среды и геометрия объекта отопления.

Теплотворная способность топлива – это показатель, определяющий, количество тепла, выделяемое при сжигании единичного объема газа. КПД прибора показывает часть полезной теплоты сгорания используемой при разных режимах отопления и ГВС.

Эффективность и экономичность, взаимозависимые величины – чем более полное использование газа, тем ниже удельный расход на выработку единицы тепла и, следовательно, меньше средств уходит на его покупку, а нагреватель будет экономичным.

Экономичный котел для отопления должен сначала полностью и качественно сжечь природный или сжиженный газ, а освобожденную энергию эффективно направить на повышение температуры в системе отопления.

В реальных условиях процессы горения и теплопередачи протекают не так хорошо:

1. Для полного сжигания топлива и получения максимальной мощности, потребуется смешать газовоздушную смесь в соотношении 1 к 10, однако это под силу не всем теплогенераторам.
2. Реакции окисления метана происходит с выделением СО2 и воды, последняя мгновенно испаряется, тем самым отнимает часть тепла, образующего при сгорании топлива.
3. Разогретые продукты горения не в состоянии отдать всю свою температуру теплоносителю, поскольку часть ее уносят уходящие газы в дымовую трубу, размер таких потерь зависит от конструкции устройства и газовоздушного тракта.

Таким образом, одна часть энергии газа, безвозвратно теряется при горении, а вторая – при тепловой конвекции. Чем суммарный размер таких потерь меньше, тем экономичнее устройство для приусадебного домостроения.

Главные параметры, влияющие на эффективность работы котлового оборудования, является тип и конструкция котлоагрегата. Они могут быть энергозависимыми или автономными. Первые имеют закрытую камеру сгорания и принудительную подачу воздуха от внешнего вентилятора с электропитанием.

К этому классу принадлежат многие разновидности настенных устройств. Второй тип — напольный газовый котел открытого типа, работающий на естественной вентиляции воздуха и дымовых газов в газовоздушном тракте агрегата.

Он намного экономичнее предыдущего, хотя и обладает более сложной конструкцией с крупными размерами, поэтому обычно исполняются напольным.

Следующий параметр — материал котловых теплообменных аппаратов: медные, чугунные или из нержавеющей стали. Самой большой теплоотдачей отличаются медные и чугунные, они экономичнее, поскольку значительно снижают расход топлива.

Еще один немаловажный параметр связан с технологий процесса нагрева. Например, в конденсационных котлах, кроме водяного теплоносителя дополнительно вырабатывается паровой.

Несмотря на повышенную рыночную цену, они меньше затрачивают топлива на выработку единицы тепловой энергии и, следовательно, имеет малый срок окупаемости.

Особое внимание в пакете энергоэффективности котловой системы отопления необходимо уделить внимание выполнению правил эксплуатации газовых котлов, пользователям надо знать, как настроить эффективную работу всего отопительного комплекса

Поэтому понятие экономичного режима работы намного шире, чем просто приобретение эффективного агрегата, важно, чтобы он еще соответствовал отопительным характеристикам дома и подходил к действующей системе отопления

Поэтому понятие экономичного режима работы намного шире, чем просто приобретение эффективного агрегата, важно, чтобы он еще соответствовал отопительным характеристикам дома и подходил к действующей системе отопления

Характеристики, определяющие экономичность газового котла

Для того чтобы определиться с понятием экономичного газового котла надо уточнить, что такой котел будет отапливать помещение с минимальными затратами. Это котел, правильно рассчитанный по мощности в соответствии с площадью отопления, с высоким КПД, с хорошей регулировкой режимов работы, с оптимальным расходом газа

Если обобщенно определить критерии экономичности котла, то стоит обратить внимание на следующее:

• Оптимально подходящая мощность;
• Высокий КПД;
• Оптимальная конструкция и дополнительное оснащение;
• Надежная, хорошо зарекомендовавшая себя фирма-производитель.

Рассмотрим эти и другие критерии, влияющие на экономичность котла. Более подробно.

Как повысить КПД (эффективность) твердотопливного котла

Твердотопливные котлы (далее ТТН) обладают достаточным процентом КПД по сравнению с другими отопительными агрегатами (газовыми котлами, к примеру), чтобы быть конкурентоспособными и лидировать на рынке. Последние модели ТТН оснащаются новейшими системами автоматики для оптимизации работы.

Котлы на твердом топливе работают по принципу печного отопления: тепло передается теплоносителю (воде) посредством генерации энергии в процессе горения угля, дров, пеллет в топке. Коэффициент полезного действия или КПД у каждого котла свой и зависит от множества условий: выбора топлива, правил эксплуатации, качества монтажа и т.д. Рассмотрим подробнее, что же такое КПД отопительных приборов, и как увеличить этот коэффициент для твердотопливных котлов.

Что такое КПД – коэффициент полезного действия

Для правильного подбора мощности котла относительно квадратуры помещения, которое следует отапливать, рекомендуем обращать внимание на эффективность агрегата, его КПД, особенно, если речь идет о твердотопливных котельных. Коэффициент полезного действия или КПД – это показатель, который рассчитывается исходя из соотношения между затраченной энергией (тепловой – при горении продуктов в топке) и полезным теплом – которое поступает в систему отопления для передачи в помещение. После вычисления простой формулы получаем процент эффективности

После вычисления простой формулы получаем процент эффективности

После вычисления простой формулы получаем процент эффективности

Коэффициент полезного действия или КПД – это показатель, который рассчитывается исходя из соотношения между затраченной энергией (тепловой – при горении продуктов в топке) и полезным теплом – которое поступает в систему отопления для передачи в помещение. После вычисления простой формулы получаем процент эффективности.

q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = 100%

Расшифровываем:

q1 – показатель тепла, которое было передано теплоносителю – воде.

q2 – физический недожег – теплопотери с отходящими газами.

q3 – химический недожиг – теплопотери при неполном сгорании топлива.

q4 – теплопотери при рассеивании тепла.

Процент КПД увеличивается при условии оптимизированной работы котла.

Ключевым моментом, который влияет на показатель эффективности – насколько качественно произведен монтаж твердотопливного котла. Кроме этого, учитывается выбор топлива (уголь, дрова, пеллеты), наличие вентиляции, условия эксплуатации.

Разберем на примере.

Если в паспорте приобретенного котла указан КПД 90%, следует учесть, что это показатель, которого можно добиться, если агрегат будет работать в номинальном режиме, будет сжигаться топливо высокого качества и низкой степенью зольности. При других факторах во время эксплуатации КПД твердотопливного котла может снижаться до 60% или 70%.

Как же приблизиться к идеалу и максимально выжимать тепло при эксплуатации ТТН?

Как повысить КПД твердотопливного котла

Рассмотрим некоторые рекомендации, ка сделать так, чтобы твердотопливный котел работал на максимум, работал экономично, расходуя минимум дров, угля или пеллет.

1. Загружайте только просушенное топливо в ТТН. Если жечь влажные дрова или уголь, часть энергии потратиться на то, чтобы их просушить.
2. Не используйте топливо с большим количеством мусора, примесей, пыли, потому что эти включения быстро засорят как теплообменные каналы котла, так и колосники и дымоход.
3. Твердотопливные котлы требуют обязательной периодической чистки дымохода и внутренних поверхностей котла, потому что любой ТТН засоряется несравненно больше, чем другой газовый котел.
4. Обеспечьте правильную тягу в канале дымохода: она должна быть не очень сильной, но и не слишком слабой. Если исключить момент правильного проектирования дымохода, то для этого на дымоходе либо на ТТН есть дроссельный клапан, которым регулируется тяга воздуха в дымоходе – его следует установить на правильное значение. Для того, чтобы загружать твердотопливный котел один-два раза в сутки и обеспечить эффективную работу отопления в целом обязательно следует проектировать буферную емкость (аккумулятор тепла).
5. Приобретайте твердотопливный котел только с дутьевым вентилятором, который сможет точно отрегулировать процесс горения в котле и контролировать температуру дымовых газов.

Подберем оборудование, спроектируем и смонтируем твердотопливную котельную под ваши помещения, чтобы максимально экономить тепло и средства. Чтобы проконсультироваться по поводу установки твердотопливного котла и стоимости монтажа отопления, звоните по тел. (067) 939-29-29 или (044) 221-93-35 или Закажите консультацию! Мы на связи всегда!

Выбираем горелку для пайки

Осуществить пайку либо резку при помощи обыкновенных газовых горелок не получится. Для этой цели нужны мощные и производительные устройства, оснащенные нагнетателем воздуха либо же инжектором. Регулируя состав подаваемой смеси, можно добиться пламени нужной силы и выполнить необходимую работу, касающуюся пайки металлов либо иных материалов. Профессиональные горелки, используемые для пайки, дороги, а потому нужны они узкому кругу специалистов. Мощность таких устройств составляет 10-15 кВт.

Внимание! Данный материал носит субъективное мнение авторов проекта и не является руководством к покупке

Расчет расходов на электроэнергию

В этой статье расходов определяются расходы на электроэнергию на собственные нужды котельной (привод дутьевых вентиляторов, дымососов, питательных и сетевых насосов и т.д.)

, (3.22)

где — тариф одного киловатт-часа электроэнергии;

При мощности трансформационных подстанций котельной до 750 кВА, расходуемая электроэнергия оплачивается по одноставочному тарифу. При мощности трансформационных подстанций котельной 750 кВА и выше оплата производится по двухставочному тарифу. Так как котельная запитана от ТП с номинальной мощностью 630 кВА, то расчет производим по одноставочному тарифу.

Самые экономные котлы отопления

Как уменьшить расход газа в системе отопления? В первую очередь нужно выбрать прибор, подходящий именно для вашего дома. Почему так? Потому что только с учетом площади помещения, материала стен, количества окон и прочих факторов можно рассчитать необходимую мощность и производительность котла. Только тогда техника будет эффективно отдавать тепло, не расходуя лишнюю энергию.

Если вы хотите экономить на потреблении газа, то подключайтесь только к общей магистрали. Использовать баллоны весьма затратно. Какие критерии влияют на экономию:

• Конструктивные особенности;
• Коэффициент полезного действия (КПД);
• Мощность техники;
• Качество топлива;
• Оптимальный режим.

Пройдемся подробнее по каждому пункту.

Конструкция техники

Отопительные котлы бывают с одним и двумя контурами. Одноконтурный прибор рассчитан только на отопление помещения, а для горячего водоснабжения (ГВС) придется дополнительно подключать бойлер. А вот двухконтурные модели уже включают в себя все необходимое и для обогрева дома, и для ГВС.

Чтобы рассчитать экономию, обратите внимание на тип камеры сгорания. Открытая камера забирает воздух из помещения для поддержания горения и отвода газов. Закрытая же принудительно загоняет воздух с улицы

Отвод продуктов сгорания осуществляется вентилятором. Этот принцип способствует полному сгоранию топлива, а также минимальному выделению СО2

Закрытая же принудительно загоняет воздух с улицы. Отвод продуктов сгорания осуществляется вентилятором. Этот принцип способствует полному сгоранию топлива, а также минимальному выделению СО2.

Влияние КПД

Сегодня рынок предлагает покупателю конвекционные и конденсационные котлы. Какой экономичнее? Считается, что конденсационный, поскольку использует энергию конденсата. При учете дополнительной энергии обычный агрегат имеет КПД 92-94%, а конденсационный — 100-102%.

Стандартная работа заключается в сгорании топлива и отводе газов на улицу, которые имеют высокую температуру. Продукты сгорания содержат в себе примеси и влагу. Проходя через теплообменник, газы достигают 60°. Из-за этого выпадает осадок и скапливается в резервуаре. В процессе выделяется энергия, которая и используется конденсационным прибором. Считается, что благодаря этому можно сэкономить до 20% топлива. Но и здесь есть свои «подводные камни». Такие агрегаты устанавливаются к низкотемпературным системам с теплым полом.

Есть также ряд других нюансов, которые мы описывали в статье «Что такое газовый конденсационный котел ».

Что влияет на КПД конвекционного котла:

• Физический недожог. Когда вместо газа сгорает воздух. Влияет качество топлива;
• Химический недожог. Зависит от количества угарного газа в процессе горения;
• Плохая изоляция, утепление стен.

Как настроить оптимальную работу:

• Проводите чистку системы не реже раза в год. Удаляйте накипь из теплообменника, сажу с горелки и трубок;
• Поставьте заслонку на трубу, чтобы ограничивать приток воздуха;
• Счищайте копоть с деталей камеры сгорания, иначе увеличивается потребление газа.

Мощность оборудования

Мощность настенных и напольных котлов различна. Навесные обогревают помещения площадью до 300 м². А вот напольные могут отопить огромные площади. Оптимальная температура теплоносителя зависти от мощности. Почему важен этот показатель?

Есть такое понятие — тактование котла. Это частотность включения и отключения нагрева в зависимости от снижения температуры. Слишком мощный прибор не сможет работать в оптимальном режиме — производитель учитывает это, указывая КПД модели. Прибор будет включаться часто, а интервал отдыха будет коротким.

Слабое оборудование наоборот быстро износится, так как его работа будет идти на пределе возможностей

Перед покупкой обратите внимание на оптимальную мощность — это 75% от максимума производительности

Отличительные черты котлов газ-дрова

«газ-дрова» относится к первому типу. Обозначается буквами Т. Г. Твердым топливом для него являются дрова, уголь, брикеты, пеллеты . Оборудование удобно для тех, кто только планирует провести газ в дом, в котором уже проживает.

Материалом для изготовления топки котла служат сталь и чугун, поэтому оборудование размещается на полу. Более того, для котла с чугунной топкой требуется усилить фундамент.

Существуют одноконтурные и двухконтурные модели котлов. Одноконтурные могут только отапливать помещение, двухконтурные дополнительно обеспечивают дом горячей водой. Теплообменные узлы подают в жилье 700 литров горячей воды за час.

Комбинированный котел может иметь одну или две топки. В двухтопочных моделях в нижней топке располагается газовая горелка, а в верхнюю монтируется дымоход. Обе топки разогреваются одновременно. Продукты сгорания оседают на специальный поддон. Это облегчает процесс чистки оборудования. Поддон устанавливается только в случае использования дров.

Как устроен самодельный котел длительного горения

Принцип работы

Схема работы таких котлов основывается на особенности твердого топлива тлеть несколько часов, производя при этом большое количество тепловой энергии. Характерно, что топливо в таком случае сжигается более полно, а количество отходов, как следствие, заметно снижается.

Чертеж котла

Основным элементом котла является топка, где горение ограничено, а интенсивность подачи воздуха контролируется при помощи специальных приспособлений. Топливо загружается два раза в сутки большими порциями, после чего медленно тлеет (ограниченное количество кислорода не позволяет ему полноценно гореть).

Труба, посредством которой выводится дым, пропускается через теплообменники и нагревает жидкость в отопительной системе. Выходит, достаточно лишь каждые 12 часов загружать топливо для бесперебойного обогрева дома.

Схема котла

Основные преимущества

Котлы длительного горения выделяются на фоне отопительных систем других типов. Конечно, основное преимущество – это именно длительность работы, но есть и другие важные моменты:

• низкая стоимость топлива;
• автономность;
• возможность обогрева больших площадей при минимальных расходах;
• легкость монтажа и эксплуатации;
• безопасность;

• возможность изготовления в домашних условиях.

Устройство прибора

Для изготовления котла удобнее использовать металлическую трубу ø30 см и больше с толщиной стенок не менее 5 мм (иначе последние в скором времени прогорят из-за высокой температуры внутри прибора). Высота конструкции может колебаться между 80 см и 100 см, все зависит от площади помещения.

Труба для корпуса

Вне зависимости от модификации котел состоит из трех основных зон:

• загрузочной зоны;
• зоны тления и теплообразования;
• зоны окончательного сжигания, где горит зола и выводятся дымные газы.

Данный элемент выполняется в виде металлического круга толщиной 5-6 мм с отверстием посередине, через которое с помощью телескопической трубы кислород подается в топку. Диаметр изделия должен быть несколько меньше диаметра корпуса. Высота регулируется посредством специальной крыльчатки.

Котел на дровах длительного горенияКотел на дровах длительного горения

Котел длительного горения

Воздух может подаваться одним из двух способов:

• прямо из атмосферы;
• из специальной камеры нагрева (она располагается в верхней части конструкции), что обеспечивает более эффективную работу котла.

Для регулировки используется специальная воздушная заслонка.

Сверху приваривается дымоотводная труба. Она должна вестись перпендикулярно корпусу минимум 0,5 м, иначе образуется чрезмерная тяга.

Снизу оборудуется дверка для удаления продуктов горения. Чистку нужно проводить нечасто, ведь топливо будет сгорать полнее.

Существует два способа нагрева теплоносителя, у каждого есть свои сильные и слабые стороны.

Котел длительного горенияКотел длительного горения

Способ №1. К трубе теплообменника, проходящей через зону сгорания, подключается змеевик, посредством которого и происходит нагрев воды в баке.

Способ №2. Формируется отдельный металлический бак, сквозь который пропускается труба дымохода. Разгоряченный дым подогревает жидкость.

Первый способ более эффективен, но вместе с тем более сложен в выполнении. Второй сделать проще, но он целесообразен только в небольших домах.