КПД котла: формула эффективности водогрейного оборудования

Всё про КПД котла

Что такое 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.

* Чтобы купить котел Уникал заходите в соответствующий раздел. А если нужны отопительные котлы оптом, то переходите сюда.

Как рассчитать кпд котла

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.

Как увеличить кпд газового котла своими руками

Создать правильные условия эксплуатации газового котла и тем самым повысить коэффициент полезного действия можно реально, не вызывая специалиста, то есть своими руками. Что для этого нужно сделать?

  1. Отрегулировать заслонку поддувала. Это можно сделать экспериментальным путем, найдя, при какой позиции температура теплоносителя будет выше всего. Контроль проводите по термометру, установленному в корпусе котла.
  2. Обязательно следить, чтобы трубы системы отопления не зарастали изнутри, чтобы на них не образовывалась накипь и грязевые отложения. С пластиковыми трубами сегодня стало проще, их качество известно. И все же специалисты рекомендуют периодически продувать систему отопления.
  3. Следить за качеством дымохода. Нельзя допускать его засорение и налипания на стенки сажи. Все это приводит к суживанию сечения отводящей трубы и уменьшению тяги котла.
  4. Обязательное условие – чистка камеры сгорания. Конечно, газ не сильно коптит, как дрова или уголь, но стоит хотя бы один раз в три года мыть топку, очищая ее от сажи.
  5. Специалисты рекомендуют снизить тягу дымохода в самое холодное время года. Для этого можно использовать специальное устройство – ограничитель тяги. Устанавливается он на самом верхнем краю дымохода и регулирует сечение самой трубы.
  6. Снизить химические тепловые потери. Здесь два варианта, чтобы добиться оптимального значения: установить ограничитель тяги (уже выше было об этом сказано) и сразу после установки газового котла провести грамотную настройку оборудования. Рекомендуем это поручить специалисту.
  7. Можно установить турбулизатор. Это специальные пластины, которые устанавливаются между топкой и теплообменником. Они увеличивают площадь отбора тепловой энергии.

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.

Читайте в статье

КПД-брутто и КПД-нетто

Не всё выработанное при сгорании топлива тепло направляется на нагрев теплоносителя, определенная часть расходуется на собственные нужды котлоагрегата: турбина, вентилятор или дымосос, циркуляционный насос, работа автоматики и электронного дисплея, работа электропривода (как вы уже поняли, в расчете используются все виды получаемой энергии, в том числе и электроэнергия, если котел энергозависимый).

С учетом этого принято разделять эффективность котла по выработанной теплоте (КПД-брутто) и отпущенной теплоте (КПД-нетто).

Такая классификация позволяет выделить степень технического совершенства котла – КПД-брутто или экономичность расхода топлива и электроэнергии – КПД-нетто.

Как рассчитать КПД котла отопления

Рассчитать значения можно несколькими способами. В европейских странах расчет КПД котла отопления принято производить по температуре отходящих газов (метод прямого баланса), то есть зная разницу между температурой окружающей среды и реальной температурой отходящих через дымоход газов. Формула довольно проста:

η бр = (Q1/Qi r ) 100%, где

  • η бр (читается «эта») – КПД котла «брутто»;
  • Q1 (МДж/кг) – к-во тепла, которое удалось аккумулировать, т.е. использовать в целях обогрева дома.
  • Qi r (МДж/кг) – общее количество тепла, выделяемое при сжигании топлива;

Например, если Q1 = 19 МДж/кг, Qi r = 22 МДж/кг, то КПД «брутто» = (19/22)*100 = 86,3%. Все замеры проводятся при уже установившемся, стандартном режиме работы котла.

Метод прямого баланса не учитывает теплопотери самого котлоагрегата, недожог топлива, отклонения в работе и прочие особенности, поэтому был придуман принципиально другой, более точный способ расчета – «метод обратного баланса». Используется уравнение:

η бр = 100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где

  • 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

ФотоВид котла в зависимости от сжигаемого топливаСредний КПД, %
Газовые
— Конвекционные87-94
— Конденсационные 104-116 *
Твердотопливные
— Дровяные75-87
— Угольные 80-88
— Пеллетные 80-92
Жидкотопливные
— На дизельном топливе 86-91
— На мазуте 85-88
Электрические ТЭНовые99-99,5

* 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. 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.
Читайте также:  Как приклеить пеноплекс к бетонному потолку

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.

Оптимальная эксплуатация обогревательного котла

При строительстве собственного загородного дома особое внимание нужно уделить системе отопления, которая принесет тепло и уют вашему дому. Важным критерием эффективной системы отопления является отопительное оборудование, в частности – отопительный котел. Выбор водогрейного котла зависит от многих параметров, главными из которых являются используемое топливо и эффективность оборудования для ваших условий.

Отопительный котел – основа эффективной системы отопления для тепла и уюта.

Главным показателем эффективности отопительного котла является коэффициент полезного действия (КПД). Определение КПД котла происходит посредством соотношения полезно использованной теплоты и всей теплоты, которая выделилась при сжигании топлива. В идеальном случае расчет КПД производится по формуле:

η = (Q1/ Qri)100%, где Q1 – это теплота, использованная в полезных целях, а Qri – общая теплота.

Зависимость КПД водогрейного оборудования от нагрузки

Схема современного отопительного агрегата бытового назначения.

Повышение тепловой нагрузки, то есть увеличение количества сжигаемого топлива, не всегда приводит к положительным результатам. Одновременно с увеличением тепловой отдачи самого котла растет и потеря теплоты, которая уходит с дымовыми газами, так как их температура пропорциональна балансу температуры оборудования. Эффективность отопительного оборудования при этом уменьшается. Аналогично происходит и при эксплуатации отопителя на пониженной мощности. Если мощность будет ниже эксплуатационной более чем на 15%, это приведет к неполному сгоранию топливного вещества, а, соответственно, к прямому увеличению объема дымовых газов, что также снизит КПД отопительного оборудования. Поэтому важно точно соблюдать мощность котла, чтобы эксплуатировать его в оптимальном состоянии с наибольшей эффективностью.

КПД котлов с различными типами топлива

Расчет КПД котла, приведенный выше, применим только для грубых расчетов и редко используется при проектировании системы отопления. Он не применим для точных расчетов, так как не все тепло, получаемое при сжигании, расходуется на нагрев теплоносителя. Некоторая часть тепла теряется. Поэтому более точный расчет эффективности водогрейного оборудования производится по формуле:

η=100 – (q2 + q3 + q4 + q5 + q6), где q2 – потеря теплоты с уходящими продуктами горения; q3 – потери из-за недожога горючих газов; q4 – потери, связанные с механическим недожогом и золообразованием; q5 – потери из-за наружного охлаждения; q6 – потеря тепла со шлаками при очистке топки.

Потери тепла в отопителе

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.

Вид топливаТемпература уходящих газов, o СТемпература входящего воздуха, o С
Каменный уголь130-14020-30
Слабореакционные угли марок А, ПА, Т120-13020-30
Бурые угли
Марки Б3
Марки Б2
Марки Б1
140-145
145-150
150-160
30-40
40-50
60-70
Горючие сланцы140-15040-50
Торф150-16050-60
Мазут сернистый (sp = 0.5-2%)150-16070-90
Природный, попутный газ110-12020-30

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.

Сжигаемое веществоА2B
Мазут0,680,007
Природный газ0,660,009
Уголь0,6640,008
Коксовый газ0,60,011
Сжиженный газ0,630,008
Кокс0,650,008
Дерево сухое0,650,008

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.

Расчет эффективности котла на твердом топливе

Любой отопительный котел был бы идеальным, если бы его эффективность составляла 100%, однако, как уже говорилось ранее, такое невозможно из-за различного рода теплопотерь, зависящих как от сжигаемого топлива, так и от окружающих условий. Приведем пример расчета КПД отопительного устройства, работающего на твердом топливе:

Схема подключения котлов на твердом топливе.

  • потери, связанные с физическим удалением шлаков q6= (Ашл*Зл*Ар)/Qri, где Ашл – доля шлака, которое определяется по балансу уноса золы из топки относительно объема топлива . При условии, что доля уноса золы при правильно организованном процессе горения составляет обычно 5-20%, то доля шлака составляет от 80 до 95%;
  • Зл – энтальпия золы при температуре 600°С. Зл равняется 133,8 ккал/кг при нормальном тепловом расчете;
  • Ар – зольность, рассчитанная на рабочую массу. В зависимости от вида топлива Ар колеблется от 5 до 45%;
  • Qri – минимальное количество теплоты, выделяемое при сгорании. Данный параметр зависит от вида топлива и изменяется в пределах от 2500 до 5400 ккал/кг.

Исходя из вышеприведенных параметров, q6 колеблется в пределах от 0,1 до 2,3%.

Потери q5 зависят от номинальной производительности котла и вырабатываемой мощности. Для современных отопительных котлов малой мощности, которые применяются для обогрева частных домов, потери тепла от наружного охлаждения составляют 2,5-3,5%.

Потери от механического недожога (q4) в большей степени зависят от устройства самого котла и применяемого топлива. Теплопотери при этом составляют от 3 до 11%. Потери от химического недожога (q3) зависят от полноты смешивания горючего с поступающим воздухом. В обычных условиях такие потери равняются 0,5-1%.

Основной вид теплопотерь (q2), связанный с температурой уходящий газов, зависит от используемого топлива, температуры уходящих продуктов горения, организации процесса сгорания и особенностей конструкции оборудования. Для достижения нормы теплового расчета в 150°С минимальная рекомендованная температура уходящих газов при сжигании угля должна равняться 280°С. Потери тепла при этом составляют 9-22%.

Параметры оптимальной нагрузки обеспечивают высокую производительность отопительной системы.

Суммируя все потери, получаем максимальный коэффициент, который может быть получен в современном отопительном котле, равный 100-(9+0,5+3+2,5+0,1)=84,9%. Достижение подобного показателя может быть только при грамотном монтаже теплового оборудования, наладке высшей эффективности в зависимости от окружающих условий и подборе оптимального топлива. Эффективность отопительной системы зависит от оптимальной нагрузки, которая рекомендована производителем. Работа устройства должна быть организована так, чтобы большую часть времени он работал в экономичном режиме нагрузки.

Основные правила эксплуатации котлов для достижения максимального КПД:

  • контроль стабильности горения и максимальной полноты сгорания;
  • контроль состояния поверхности нагрева и очистка котла;
  • расчет оптимальной тяги и давления поступающего воздуха;
  • расчет доли золы.

Правильный расчет тяги, соответствующий балансу давления поступающего воздуха и скорости исходящих газов, положительным образом сказывается на полноте сгорания. Однако чрезмерное повышение давления поступающего воздуха влияет на увеличение потерь тепла с уходящими газами. Если же, наоборот, ограничить поступающий воздух, то это приведет к недостатку кислорода, а значит и к снижению процесса горения и увеличению золообразования.

Соблюдение данных рекомендаций позволит эксплуатировать отопительный котел в оптимальном режиме с максимальным КПД, что снизит затраты на отопление. Тепла вашему дому!

Коэффициент полезного действия работающего на твердом топливе

Отопительные производственные водогрейные котлы

Котельный завод изготавливает промышленные водогрейные котлы на твердом топливе. Отапливаемый объем до 132000 м3, температура воды до 115 градусов, котлы с ручной подачей топлива, а так же механические мощностью до 4 мВт

КПД производственного котла, работающего на твердом топливе

Показателем эффективности котла служит коэффициент полезного действия далее КПД. Коэффициент полезного действия котла – отношение полезно использованной теплоты ко всей теплоте, внесенной в топку котла при сжигании топлива
η = (Q1/ Qri)100 %.

По ряду причин, не все тепло выделившееся во время горения топлива и внесенное с воздухом, поданным на горение, расходуется на нагрев теплоносителя.

Часть тепла теряется. Выделяют пять основных потерь тепла в котле: с теплом уходящих газов – q2 = (Q2/Qri)100 %; от химической неполноты сгорания топлива –
q3 = (Q3/Qri)100 %; от механической неполноты сгорания топлива – q4 = (Q4/Qri)100 %; потери тепла в окружающую среду – q5 = (Q5/Qri)100 %; потери с физическим теплом шлака q6 = (Q6/Qri)100 %.

Полезно используемую теплоту определяют путем вычитания из теплоты сгорания топлива Qri суммарных потерь теплоты, кДж/кг или ккал/кг

Q1 = Qri (Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6)

или (в процентах)

q1 = 100 (q2 + q3 + q4 + q5 + q6)

Влияние нагрузки КПД отопительного котла

Чем выше тепловая нагрузка (форсировка) котла, тем больше топлива сжигается в его топке и тем больше образуется дымовых газов. Одновременно с увеличением теплопроизводительности котла при повышенной форсировке растут потери теплоты с уходящими газами, так как температура уходящих газов при увеличении нагрузки возрастает, как следствие КПД котла уменьшается.

Читайте также:  Какую бензопилу или электропилу купить: цены, характеристики и советы

Эксплуатация котла ниже установленной мощности на 15 % пиковой нагрузки с учетом теплопотребления и потерь при транспортировке, приводит к увеличению потерь в окружающую среду и как следствие снижение КПД котла, особенно при работе котла на неполную мощность в начале и в конце основного отопительного сезона.

Поэтому так важно при выборе котла точно определить необходимую мощность при пиковой нагрузке.

Казалось бы, есть к чему стремиться достичь КПД котла близкий к 100 %, но на этом пути есть преграды, которые не преодолеть либо по причине самой специфики слоевого сжигания твердого топлива, либо высоких капитальных и эксплуатационных затрат.

Рассмотрим возможный достижимый КПД котла при слоевом сжигании твердого топлива.

Оценим потери q6- потери с физическим шлаком

q6 = (Q6/Qri)100 % = (aшл∙(cυ)зл∙Ar)/Qri

Где: aшл = 1 aун доля шлака в слое топлива, определяется по доле уноса золы из топки котла aун, доля уноса зависит от вида топочного устройства и способа подачи топлива в топку на горение, при правильно организованном процессе горения составляет 5-20 % (Тепловой расчет котельных агрегатов (Нормативный метод), Издательство “Энергия”, Москва. Далее Нормы теплового расчета), следовательно, доля шлака составляет 80-95 %;

(cυ)зл = 133,8 ккал/кг энтальпия золы (шлака) при температуре 600 °C (нормы теплового расчета) ;

Ar зольность на рабочую массу топлива, зависит от вида топлива и колеблется в пределах 5-45 % (нормы теплового расчета);

Qri низшая теплота сгорания топлива, зависит от вида топлива и колеблется в пределах 2500-5400 ккал/кг.

Следовательно, q6 может колебаться в пределах 0,1-2, 3 %.

Оценим потери q5. С увеличением номинальной производительности котла доля ограждающей поверхности на единицу вырабатываемой мощности уменьшается, следовательно, уменьшаются и потери q5. Потери тепла от наружного охлаждения для котлов малой мощности от 0,1 до 4 МВт колеблются в пределах 2,5-3,5 % (Нормы теплового расчета).

Оценим потери q4. Данный вид потерь в большей степени зависит от типа топочного устройства применяемого для сжигания конкретного вида топлива. Потери от механической неполноты сгорания топлива колеблются в пределах 3-11% (Нормы теплового расчета).

Оценим потери q3. Данный вид потерь зависит от полноты смешивания топлива с воздухом. Потери тепла от химической неполноты сгорания топлива колеблются в пределах 0,5 1 % (Нормы теплового расчета).

Оценим потери q2. Данный вид потерь является основным, и зависит от вида топлива, температуры уходящих газов, организации топочного процесса и конструктивных особенностей котла (эффективности организации теплообмена). Учитывая низшую рекомендованную температуру уходящих газов по нормам теплового расчета 150 °C и максимально допустимую по ГОСТ 30735-2001 при сжигании углей 280 °C, потери q2 варьируются в пределах 9 – 22 %.

Суммируя все потери, получаем, что максимально достижимый КПД котла на данном этапе развития промышленности в области малой теплоэнергетики составляет

Заявленный производителем КПД котла обеспечивается грамотным монтажом, наладкой и его эксплуатацией на месте, а также сжигаемым топливом и его характеристиками.

Каждый котел имеет оптимальную нагрузку, являющуюся наиболее экономичной. Эксплуатация котла должна быть организована таким образом, чтобы наибольшую часть времени он работал на максимально экономичном режиме нагрузки.

ОСНОВНЫМИ ПУНКТАМИ ПРАВИЛ ЭКСПЛУАТАЦИИ, ИМЕЮЩИХ НАИБОЛЬШЕЕ ВЛИЯНИЕ НА КПД КОТЛА, ЯВЛЯЮТСЯ

Регулировка тяги и дутья; контроль стабильного горения и полноты выгорания топлива;- контроль величины провала и уноса; контроль состояния поверхностей нагрева и их своевременная очистка. Правильно организованные тяга и дутье позволят организовать оптимальный коэффициент избытка воздуха в топке и полноту выгорания топлива. Увеличение коэффициента избытка воздуха приведет к увеличению потерь с уходящими газами. Чрезмерное уменьшение коэффициента избытка воздуха приведет к появлению зон с недостатком кислорода. В таких зонах не происходит полного окисления элементов топлива и образуется сажа. Контроль за стабильностью горения и полнотой выгорания топлива осуществляется при выполнении основных правил: загрузка топлива должна быть равномерной (достаточной), не должно быть очагового горения слой топлива должен покрывать все полотно слоевой решетки и гореть по всей поверхности. Равномерно распределенная по времени загрузка топлива позволит сократить период сушки топлива и добиться устойчивого пламени. Правильное осуществление контроля за горением топлива позволяет сократить время сушки топлива и обеспечить полное выгорание летучих горючих веществ топлива и кокса. При правильно организованном топочном процессе пламя должно иметь соломенный цвет. Провал топлива – это по сути потери с механическим недожогом. Интенсивный провал может привести к возгоранию топлива в коробе поддува, с последующим перегревом и выходом из строя слоевой колосниковой решетки. Наличие сажистых и золовых отложений на поверхностях нагрева в разы уменьшает интенсивность теплообмена и, следовательно, снижает КПД котла. ООО Котельный завод “РЭП” производит широкий модельный ряд водогрейных котлов, а так же котельно – вспомогательного оборудования

Что такое КПД котла и как его расчитать

Перед выбором и покупкой стоит произвести правильный расчет КПД котла и уточнить все его параметры и факторы, которые повлияют на его работу и объем вырабатываемого тепла.

  • 1 Что такое КПД котла и какие процессы влияют на его величину
  • 2 Как рассчитать КПД
  • 3 Как увеличить КПД газового котла
  • 4 Газовые котлы с самым высоким КПД

Что такое КПД котла и какие процессы влияют на его величину

Коэффициент полезного действия котла-это отношение объема использованного топлива к объему полученного тепла от котла. КПД даже самых современных котлов не может быть 100% из-за потерь тепла внутри котла.

Эффективность паровых и водогрейных котлов определяется коэффициентом полезного действия — их теплоэффективностью. То есть, это объем выработанной теплоты на производство номинального объема горячей воды в соотношении к номинальному объему сожженного топлива.


Производители указывают изначальные возможности оборудования, где КПД водогрейного котла может достигать 110%, но чаще их значение придерживается параметров 95-98%. Потребитель в дальнейшем при эксплуатации может с помощью технических модернизаций и теплоизоляции увеличить эти показатели.

Как рассчитать КПД

КПД брутто котла характеризует степень технической оснащенности, КПД нетто — экономичность расхода топлива.

Для выявления показателей КПД котла используется формула:

Расчеты не затрагивают многих моментов, поэтому их результат усреднен. Любые сбои или отклонения в работе оборудования или внешние факторы, влияющие на теплопотери, исказят результат, полученный по данной формуле.
Чтобы исключить большее число искажающих факторов, проводят коррекцию результата с уточнением теплоэффективности. В зависимости от особенностей конкретной системы отопления.

КПД котла=100-(Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)

Где Q2 – теплопотери в виде дыма, вышедшего через систему вентиляции,
Q3 – недостаточное сжигание смеси газа при неправильно используемых объемах газовоздушной смеси,
Q4 – тепловые теплопотери из-за загрязнений теплообменника, а также, если загрязнены газовые горелки,
Q5 – теплопотеря из-за внешнего холодного воздуха (влияет производительностью котельной установки),
Q 6 – потеря тепла по время чистки топочной камеры.
Основной фактор влияющий на телоэффективность — это уходящие отработанные продукты горения, при уменьшении их нагрева в пределах 10-12°С можно увеличить общий КПД газового котла отопления на несколько процентов.

По этой же причине конденсационные котлы обладают самым высоким показателем КПД, т.е. чем ниже температура отопительного оборудования, тем выше это значение. Самым низким показателем обладает пищеварочный электрический котел в силу минимальной функциональности и простого устройства.
Два используемых варианта в определении КПД газовых котлов отопления: отчетность за конкретный период времени и во время первоначальных испытаний при установке. В последнем варианте результат расчета будет более точен, благодаря наглядности в подсчете теплопотерь.

Как увеличить КПД газового котла

Создать подходящие условия для повышения коэффициента полезного действия, можно оптимизировав процессы самостоятельно или с привлечением специалиста. Изначально все параметры заложены в конструкции электрокотла, эффективность принимаемых мер по увеличению КПД техники будут зависеть от этих данных.

Для начала проводят модернизация без изменения структуры твердотопливных котлов:

  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%.

Читайте также:  Как установить шведскую стенку

Как рассчитать количество точечных светильников для комнаты

Нехватка или избыток искусственного освещения считаются существенными недостатками помещения. В первом случае обстановка не позволяет полноценно отдыхать и работать, негативно отражаясь на качестве зрения из-за его постоянного напряжения. Чрезмерное количество света является причиной существенного перерасхода электроэнергии. Специалисты в области ремонта и дизайна указывают на необходимость грамотного расчета качества освещения. Подбирать количество светильников в зависимости от их мощности рекомендуется согласно требованиям актуальной редакции СНиП 23-05-95 ”Естественное и искусственное освещение”.

  1. Расчёт освещенности помещений различного назначения
  2. Сколько точечных светильников нужно на комнату 16 метров
  3. Расчет количества светильников в натяжной потолок
  4. Как рассчитать точечное освещение

Расчёт освещенности помещений различного назначения

Существует несколько способов расчета необходимого количества светильников:

  • Многочисленные онлайнкалькуляторы, размещенные на страницах профильных сайтов по строительству и обустройству интерьера. Пользователю необходимо ввести необходимые данные помещения. Встроенная программа в считаные секунды рассчитает нужное количество осветительных устройств и их рекомендуемую мощность. У данного способа есть существенные недостатки. Как правило, компания-владелец сайта разрабатывает схему расчетов с учетом светильников, имеющихся у нее в продаже. Покупатель «привязан» к конкретному типу ламп и лишен права выбора.
  • Расчет по формуле. Под рукой необходимо иметь таблицу норм освещенности для разных типов жилых помещений, согласно действующим правилам СниП. Ее несложно найти в Интернете. Освещенность рабочей зоны должна составлять не менее 300 люкс, для жилых комнат норма составляет 150 люкс, для вспомогательных и хозяйственных помещений — не менее 50 люкс. Стоит отметить особые требования для детской комнаты, расчет светильников для которой нужно делать исходя из обязательной нормы в 200 люкс.

При расчете освещения важно учитывать температуру света. Чем она выше, тем выше спектр искусственного света. В результате в помещении будет светлее без применения дополнительных источников. Две лампы одинаковой мощности, но с отличием по температуре света, дают разный эффект.

Сколько точечных светильников нужно на комнату 16 метров

Расчет количества единиц выполняется по следующей формуле:

где Е — норма освещенности конкретного помещения согласно таблицам СНиП, S — его площадь в квадратных метрах, F — световой поток одного светильника в люменах, Н — высота натяжного потолка. Для последнего параметра рассчитаны следующие коэффициенты:

  • для потолка высотой до 2,7м Н равен единице;
  • для потолков 2,7-3,0 м Н равен 1,2;
  • при высоте от 3 до 3,5 Н равен 1,5;
  • для более высоких потолков Н равен 2.

Для светодиодных светильников рассчитана таблица привязки мощности к величине светового потока.

Если вы намерены выбрать другие типы ламп, данные для расчета количества светильников можно уточнить по таблице:

Результат, полученный по формулам и онлайн-расчетам, дает лишь минимальный уровень освещенности помещения согласно требованиям СНиП. Если один из светильников выйдет из строя, и вам не удастся сразу найти ему замену, освещенность ощутимо уменьшится. Поэтому оптимальным решением будет расчет количества светильников в зависимости от уровня их мощности.

Расчет количества светильников в натяжной потолок

Данный способ расчета рекомендован только для точечных светодиодных светильников, которые будут установлены в жилом помещении с потолком стандартной высоты. Изменение одного из указанных параметров повлечет за собой существенное искажение результата.

Общее правило, которого необходимо придерживаться при работе с формулой, гласит: на каждый квадратный метр площади должно приходиться 5Вт искусственного света.

Высокая точность такого расчета количества светодиодных светильников на квадратный метр подтверждена многочисленными отзывами потребителей. Качество полученного светового потока будет комфортным для работы, выполнения повседневных дел, отдыха. Кроме того, если со временем вы решите установить диммеры для более комфортного освещения, запаса мощности установленных осветительных устройств вполне хватит для регулирования светового потока.

Важный параметр, который необходимо брать во внимание, — наличие люстры, обеспечивающей общее освещение в комнате. Если от нее решено отказаться, вся нагрузка по созданию комфортной обстановки придется на точечное освещение. Если же вы планируете приобрести люстру, количество единиц дополнительного освещения уменьшится.

Как рассчитать точечное освещение

Общая мощность светильников в комнате для разной степени освещенности

тобы рассчитать, сколько точечных светильников нужно на комнату 16 кв.м без люстры, нужно выполнить два действия. Площадь помещения умножается на норму освещения 5 Ватт. Результат — 80 Вт суммарной мощности всех приобретенных и установленных устройств. Теперь остается подобрать лампы подходящей мощности, после чего разделить суммарную мощность на мощность единицы устройства. Для ламп мощностью 8 Вт их необходимое количество составит 10 шт, для ламп на 10 Вт — 8, для ламп мощностью 15 Вт — 6. В последнем случае точный математический расчет дает 5 единиц с остатком от деления. Рекомендуется округлять итог в большую сторону.

Данный способ расчета предоставляет покупателю свободу выбора. Если дизайн помещения предусматривает установку небольшого количества светильников, стоит отдать предпочтение лампам повышенной мощности, чтобы выйти на суммарный показатель в 80 Вт согласно расчету. Если вы желаете создать эффект зонирования пространства именно за счет точечных светильников, можно выбрать лампы меньшей мощности, но в большем количестве.

Рекомендуемые показатели мощности на 1 квадратный метр

Если в центре потолка планируется повесить люстру, расчет необходимо скорректировать. Сделать это несложно: пропорция «5Вт на квадратный метр площади» остается прежней, но при умножении на площадь готовый результат делят пополам. Для рассматриваемого примера расчет будет выглядеть следующим образом:

  • 5 Вт *16 кв.м. площади = 80 Вт суммарной мощности приборов искусственного света;
  • 80 Вт /2 = 40 Вт мощности придется на точечные светильники.

Аналогичные вычисления проводятся и для ламп, которые планируется установить в люстру. Согласно приведенным выше расчетным данным, на нее приходится 40 Вт суммарной мощности. Если в выбранной модели люстры 5 рожков, покупается 5 ламп по 8 Вт каждая. Если в люстре три рожка, точный результат деления даст 13,3 Вт на каждую лампу. Поскольку такие модели не выпускаются, стоит отдать предпочтение осветительным устройствам на 15 Вт.

Независимо от дизайна помещения, его ориентированности по сторонам света, выбранного типа люстры важно обязательно соблюсти указанный выше норматив — 5 Вт на квадратный метр помещения. Если вам кажется, что в помещении недостаточно светло, стоит дополнительно приобрести стильный торшер или настольную лампу, которая украсит зону отдыха благодаря оригинальному дизайну.

Отдав предпочтение точечным светильникам небольшой мощности, вы сможете приобрести их увеличенное количество. С помощью такой точечной подсветки можно создать на потолке интересный рисунок и выделить зону отдыха, сделав ее несколько светлее основного пространства комнаты.

Как рассчитать количество точечных светильников — формула

На этапе ремонта жилой комнаты или офисного помещения важно правильно рассчитать нужное количество источников света для создания эффективной системы освещения.

Если светильников будет слишком мало, в комнате будет темно и неудобно независимо от её назначения. Если же свет будет слишком яркий и интенсивный, это отрицательно отразится на расходе электричества и на зрении пользователей помещения.

Нормативы освещённости помещений различного назначения

Оптимальные уровни освещённости для жилых и офисных помещений определены государственными органами расчётным путём и закреплены специальными нормативными актами.

СП 52.13330.2011 и СНиП 23-05-95 рекомендуют при организации систем освещения руководствоваться следующими стандартами:

  • в помещениях, где выполняются чертежи и работы с мелкими деталями – 500 Лк;
  • в библиотеках, кабинетах и офисах, оснащённых персональными компьютерами – 300 Лк;
  • в детских комнатах – 200 Лк;
  • в прочих жилых комнатах (на кухне, в гостиной и спальне) – 150 Лк;
  • в гардеробных – 75 Лк;
  • в коридорах, прихожих, санузлах и иных подсобных помещениях – 50 Лк.

К примеру, рабочее пространство имеет смысл освещать более интенсивно, а проходные части помещений, наоборот, не нуждаются в слишком яркой подсветке.

Нормативы можно использовать без каких-либо оговорок для расчётов по помещениям со стандартными потолками (высотой в 2,7 метра).

Если же комнаты имеют большую, чем стандартная, высоту потолков, потребуется применить поправочный коэффициент:

  • до 3 метров – 1,2;
  • в пределах 3-3,5 метров – 1,5;
  • от 3,5 до 4,5 метров – 2.

Данный коэффициент обязательно нужно учитывать при расчетах, поскольку чем дальше располагаются источники света от предметов, находящихся в помещении, тем хуже они освещают объекты и поверхности.

Способы расчёта количества точечных светильников

Для определения необходимого количества точечных светильников, которые будут размещены в той или иной комнате, обычно пользуются одной из двух формул: первая учитывает параметры светового потока источников света, вторая – мощность осветительных приборов.

Расчёт по световому потоку

Формула здесь выглядит следующим образом:

n = S x E / F, где:

n – искомое число светильников;

S – площадь комнаты в кв. метрах;

E – нормативное значение освещённости с учётом назначения помещения по СНиП;

F – мощность светового потока одного светильника.

Пример: требуется рассчитать, сколько нужно установить точечных светильников для нормального освещения гостиной со стандартной высотой потолка площадью 20 кв. метров. В светильники будут установлены светодиодные лампочки с мощностью светового потока в 700 Лм.

Согласно СНиП уровень освещённости гостиной должен составлять 150 Лк на 1 кв. метр. Умножим площадь комнаты на нормативное значение освещённости: 20х150=3000 Лм – такова общая мощность светового потока, требуемая для освещения комнаты. Поделим её на мощность одной лампочки и получим нужное количество приборов: 3000/700 = 4,3 светильника.

При получении дробных значений округление рекомендуется производить в большую сторону, а значит, для того чтобы нормально осветить гостиную необходимо будет установить в ней 5 точечных светильников с лампами мощностью в 700 Лм.

Расчёт по мощности лампочек

Ещё несколько лет назад, когда повсеместно были распространены только лампы накаливания, а альтернативные источники света просто отсутствовали в свободной продаже, применяли другой метод расчётов.

В этом случае учитывали мощность самих осветительных приборов и ориентировались на следующие нормативные значения освещённости помещений:

  • в спальной комнате – 15 Вт/кв. метр;
  • в гостиной и санузле – 22 Вт/кв. метр;
  • в кухне – 26 Вт/кв. метр;
  • в детской – 60 Вт/кв. метр.

Количество светильников, работающих с лампами накаливания, рассчитывается путём умножения площади комнаты на нормативное значение освещённости и последующего деления результата на мощность одной лампочки.

Пример: та же гостиная площадью в 20 кв. метров будет освещаться лампочками на 60 Вт. Находим нужное количество светильников: 20х22/60 =7,3, округляем до большего числа, получаем, что комнату смогут качественно осветить 8 приборов.

Мощность светодиодных и люминесцентных лампочек измеряется не в Ваттах, а в люменах. Чтобы определить мощность источников света, потребуется воспользоваться таблицей соответствия мощностей различных типов ламп:

Оцените статью
Добавить комментарий