Конденсационные котлы - КПД свыше 100% ? Котлы кпд выше 100

Конденсационные котлы - КПД свыше 100% ?

Как известно, сегодня во всем мире и в Украине в частности все большее значение придается проблемам энерго- и теплосбережения.Одним из действенных способов экономии следует признать применение методов рекуперации и утилизации остаточного тепла. Но если до последнего времени эти технологии применялись лишь на крупных объектах, то сегодня они стали доступны и конечному потребителю. Речь идет о применении конденсационных технологий в производстве газовых котлов для индивидуального использования.

Суть этой технологии заключается в максимальном использовании энергии продуктов сгорания. Как известно, пар, образующийся при сжигании природного газа, обладает некоторым запасом энергии (так называемая скрытая теплота парообразования), которую можно извлечь. Если в стандартных схемах горячие отходящие газы, включая пар, нагревают теплоноситель в теплообменнике и выводятся прочь, то в современных конденсационных котлах пар отводится в дополнительный контур, где и происходит доотбор тепла. При этом продукты сгорания охлаждаются ниже температуры точки росы (для этих условий ~55 °С), при которой начинается конденсация воды. Освобождающаяся в процессе скрытая теплота также передается циркулирующему теплоносителю.

Благодаря утилизации этого тепла, в технических характеристиках конденсационных котлов обычно стоит значительно более высокое значение КПД, иногда превосходящее 100% . Несмотря на кажущееся отсутствие физического смысла, такие цифры отражают реальную производительность конденсационного котла в сравнении с обычным, КПД которого рассчитывается по низшей теплоте сгорания газа.

При неизменных тепловом комфорте и расходе горячей воды в доме, подобная техника позволяет снизить расход газа до 30%, уменьшить объем оксидов азота и угарного газа в выхлопах вплоть до 70%, по сравнению с обычными источниками тепла. При работе подобного котла в рабочем режиме 80/60 °С конденсация водяного пара минимизируется, а КПД колеблется в пределах 94%. Когда температура отопительной системы снизится, например на 50/30 °С, конденсационный режим котла проявит себя в полной мере. Увеличится конденсация водяного пара и тем самым возрастет эффективность котла до 108% (рассчитано по высшей теплотворной способности газа).

Это обстоятельство и обуславливает популярность такой техники в мире. Так, например, в Голландии 99% настенных котлов — конденсационные, при этом доля напольных конденсационных котлов здесь приближается к 70%, а в соседней Германии — к 50%. Кроме того, сегодня изменения в законодательстве Евросоюза призывают уделять особое внимание энергосберегающему оборудованию. Теперь в Англии и Бельгии официально запрещено использование любой газовой отопительной техники, кроме конденсационной. В течение трех лет данный запрет вступит в действие во Франции, Испании и Германии.

Также необходимо отметить, что опыт отечественной эксплуатации конденсационных котлов показал, что характерные для Украины перепады и понижение давления газа в сетях не оказывает особого влияния на срок службы горелок: котел работает при давлении подачи газа до 5 мбар; при падении давления на каждые 10 мбар котел теряет в мощности всего порядка 10%.Благодаря своей конструкции, сегодня конденсационные котлы могут стать основой для любой системы водяного отопления. Заметим, что котлы, основанные на этой технологии, оснащены всем необходимым для эффективной работы и обеспечения должного современного комфорта.Это обеспечивает оптимальное прохождение потока воды, что в свою очередь приводит к улучшению процесса теплообмена. В данном случае принцип проточного котла был усовершенствован так, что трансформация тепла начинается уже в самой горелке. Благодаря такой конструкции, теплообменник содержит небольшой объем воды, за счет чего существенно снижается инерция.Кроме того, как правило, такие котлы оснащены не только встроенным циркуляционным насосом с электронным управлением, но и вентилятором с плавно изменяющейся (в зависимости от условий работы котла) скоростью вращения. Это позволяет теплогенератору работать в оптимальном и экономичном режиме. Для удобства управления, теплогенератор может оснащаться электронной системой управления с интуитивно-понятным интерфейсом, что делает пользование им доступным даже неспециалисту. Обычно предусматривается и возможность подключения системы интеллектуального управления климатом в помещении.

Как и вся современная газовая техника, конденсационные котлы надежны и безопасны. Чтобы этого добиться, ведущие производители устанавливают на свою продукцию многоступенчатые системы защиты. Как правило, это защита от замерзания и образования накипи, работа циркуляционного насоса в режиме отопления даже после отключения горелки и защита его от блокировки, система защиты от утечек. Такой подход позволяет не только избежать проблем из-за утечек газа, но и предотвратить размораживание системы отопления в случае перебоев в газоснабжении.

Таким образом, конденсационные котлы, созданные по передовым технологиям, могут стать не только основой эффективной и безопасной системы отопления, снизить расходы, но и способствовать уменьшению вредного влияния человека на окружающую среду.

tera.umi.ru

КПД больше 100%! Лукавые цифры

Конденсационные газовые котлы в последнее время стали особенно популярны, и этому есть очень простое объяснение. Они обладают отличными экологическими параметрами, меньше загрязняют окружающую атмосферу, а самое главное, очень экономичны благодаря высокому КПД, что позволяет быстро окупить более высокую стоимость такого котла за счёт экономии газа, который постоянно дорожает. Это особенно актуально в Европейских странах, поэтому конденсационные котлы присутствуют в ассортименте многих ведущих производителей отопительной техники.

Растет их популярность и в нашей стране, что также связано с постоянным ростом цен на газовое топливо и установкой газовых счетчиков. Из представленных на Российском рынке конденсационных котлов в первую очередь надо отметить BAXI, VAILLANT, Ferroli. Все они отличаются высочайшим качеством, эффективностью, надежностью и долговечностью.

Принцип работы конденсационного котла известен уже около 100 лет и состоит в следующем.

При горении газа (как и любого углеводородного топлива) происходит химический процесс образования водяного пара, который из-за выделения тепла в камере сгорания приобретает очень высокую температуру. В обычном котле сопутствующий сжиганию газа водяной пар просто выбрасывается в дымоход вместе с другими продуктами горения.

В конденсационном котле этот водяной пар конденсируется на поверхности теплообменника специальной формы. Например, в котлах BAXI конденсация водяного пара происходит на поверхности спирального первичного теплообменника с увеличенной площадью теплообмена. Поскольку теплообменник постоянно находится в условиях высокой температуры и влажности, он изготавливается из специальной нержавеющей стали для предотвращения коррозии, а для отвода конденсата используется отводная трубка.

Конденсация (переход из газообразного состояния в жидкое) водяного пара происходит с выделением тепла, поскольку внутренняя энергия пара выше, чем внутренняя энергия воды. Это тепло и возвращается в систему отопления, а не уходит на обогрев окружающей среды, как в обычном котле.

Долгое время препятствием на пути внедрения конденсационных котлов было отсутствие технологий производства коррозионностойких материалов для теплообменников, на которых происходит конденсация водяного пара. Сейчас такие технологии хорошо известны, стоимость их вполне приемлема, что и привело к широкому распространению конденсационных котлов во всём мире.

Чтобы лучше понять смысл характеристик, приведённых в документации к конденсационным котлам, рассмотрим физические процессы, которые происходят внутри котла. Как известно из курса физики, конденсация водяного пара на поверхности происходит тогда, когда температура этой поверхности ниже «точки росы». Температура «точки росы» зависит от атмосферного давления и относительной влажности воздуха и в условиях, в которых находится теплообменник, составляет примерно 40 - 50°. Для получения на теплообменнике такой температуры используется вода из обратного отрезка контура отопления, поэтому конденсационные котлы наиболее эффективны в низкотемпературных системах отопления, таких как, например «тёплые полы». А вот если температура «обратки» выше, то конденсация происходить не будет. При этом не будет выделяться и энергия конденсации, то есть конденсационный котёл будет функционировать в режиме обычного отопительного котла.

Такие условия возникают в том случае, если котёл работает на больших мощностях и температура теплоносителя в обратном отрезке выше 50°. К счастью, на большой мощности котёл будет работать не так часто, только в самую холодную погоду. По статистике в средней полосе это около 10% времени работы котла.

По этой причине в технических характеристиках конденсационных котлов Ferroli указываются параметры при нагрузках 30% от номинальной мощности, у BAXI в режимах 50/30° (режим конденсации) и 75/60° (режим без конденсации), у VAILLANT в режимах 40/30° и 80/60° (с конденсацией и без конденсации соответственно). Из сравнительных таблиц хорошо видно, что при пониженных температурах конденсационные котлы значительно более эффективны, они имеют большую мощность и больший КПД.

Но вот сами приведенные значения КПД вызывают изумление у людей, даже отдалённо знакомых со школьным курсом физики! Например, для котлов Ferroli серии «Econcept Tech» указан КПД 109,1%, а для BAXI серии PRIME HT 107,3 – 107,5%, хотя хорошо известно, что КПД, в принципе, не может быть выше 100%.

Попробуем разобраться в этом вопросе.

По определению, коэффициент полезного действия – КПД – это отношение теплоты, переданной системе отопления через теплообменник котла, к теплоте сгорания топлива. Вот в определении теплоты сгорания топлива и кроется ответ на вопрос о значениях КПД конденсационных котлов.

Для углеводородных видов топлива, при горении которых образуется водяной пар, существует два понятия теплоты сгорания – низшая теплота сгорания и высшая теплота сгорания. Низшая теплота сгорания – это количество теплоты, выделяемое только при сжигании топлива, без учёта дополнительных физических процессов, которые могут возникать после самого процесса сгорания (например, дальнейшей конденсации образовавшегося водяного пара). Высшая теплота сгорания – это сумма низшей теплоты сгорания и теплоты конденсации выделившегося водяного пара. Таким образом, здесь учитываются два разных физико-химических процесса – собственно сгорание топлива, и конденсация водяного пара. Чтобы правильно посчитать КПД конденсационного котла, надо отнести количество теплоты, полученное системой отопления через теплообменник к высшей теплоте сгорания топлива.

Если считать КПД котла, когда он работает в режиме без конденсации, т. е. при высокой температуре теплоносителя в обратном отрезке отопительного контура, то мы получим КПД обычных котлов около 90 – 93%, а КПД конденсационных котлов примерно 97 – 98% (сравните, например, КПД обычного котла BAXI LUNA-3 Comfort 1.240 равный 91,2%, и КПД конденсационного котла BAXI PRIME HT 1.240 в режиме 75/60°С, т. е. в режиме без конденсации, равный 97,2%). Столь высокие показатели у конденсационных котлов достигаются за счёт специальной конструкции теплообменника с увеличенной площадью теплообмена. Эти значения совершенно естественны, они меньше 100% и соответствуют понятиям классической физики.

Но вот в режиме конденсации при определении КПД начинается путаница. Для сравнения эффективности обычных и конденсационных котлов, производители используют другую схему расчета. Берётся количество теплоты, переданное системе отопления с учётом конденсации и относится к низшей теплоте сгорания, которая, по определению, процесс конденсации не учитывает. При конденсации выделенного при сгорании газа водяного пара высвобождается ещё примерно 10 – 11% теплоты. Вот и получается 97 – 98% плюс 10 – 11% равно 107 – 109% (например, у рассматриваемого нами BAXI PRIME HT 1.240 в режиме 50/30°С (т. е. с конденсацией) указан КПД 107,5%).

Это значение ошибочно или умышленно называют КПД конденсационного котла, хотя на самом деле эти цифры просто показывают, что конденсационный котёл на 107 – 109% минус 90 – 93% равно 14 – 19% эффективнее, чем обычный, и к физическому определению КПД никакого отношения не имеют.

Таким образом, можно сделать следующий вывод.

Применительно к конденсационным котлам в режиме конденсации КПД должен рассчитываться по высшей теплоте сгорания. В этом случае он будет соответствовать определению классической физики и никогда не превысит 100%.

Надо отметить, что в последнее время производители постепенно переходят на расчет КПД конденсационных котлов по высшей теплоте сгорания, что, возможно, не так эффектно, как значения больше 100%, но зато соответствует здравому смыслу, физическому определению, и не вводит Потребителя в заблуждение.

Согласно ст. 5, 6 и 7 Закона РФ «Об авторском праве и смежных правах» данные материалы являются объектом авторского права. Любое их копирование разрешено исключительно при размещении прямой активной ссылки на www.marvel-group.ru

Отзывы об этой статье

В данном блоке Вы можете ознакомиться с отзывами посетителей сайтаоб этой статье, а также оставить свой отзыв

	Отзывов об этой статье пока нет. Ваш отзыв может стать первым!

www.marvel-group.ru

Статья: Принцип работы конденсационных котлов. Почему КПД выше 100%?

Одной из наиболее инновационных технологий в производстве тепла является использование водяных паров, образующихся при горении углеводородов. Реакция горения сопровождается выделением тепла. Конечными продуктами сгорания являются углекислый газ и водяные пары. Выделяемое тепло называется высшей теплотой сгорания (Qdi). Пары воды, присутствующие в дымовых газах, нагреты до температур в 130-180 С. Для того, чтобы испарить воду, необходимо потратить тепло, которое выделяется при обратном переходе из газообразного состояния в жидкое. Это тепло, называют скрытой теплотой конденсации. Оно является постоянно известной величиной при определенных температурах и давлении.

В конденсационных котлах применяется новая технология, которая позволяет использовать процесс конденсации для того, чтобы получить тепло от отходящих дымовых газов. По такому принципу работают например котлы De Dietrich.

Свободная теплота, получаемая по технологии конденсации, равна сумме низшей теплоты сгорания Qdi и скрытой теплоты конденсации, и называется высшей теплотой сгорания Qds.

Для метана эти значения таковы:

Qdi = 34 Мдж/м3Qds = 37,7 МДж/м3

Этот пример показывает, насколько существенная разница между этими значениями. Экономия энергии при использовании теплоты конденсации составляет 11%. Вот эти 11% и «плюсуют» к показателям КПД производители котлов. Ничего общего с КПД с точки зрения физики это не имеет, а можно рассматривать данный показатель сугубо как маркетинговый ход.

Необходимо помнить некоторые нюансы, возникающие при использовании конденсационных котлов:

1. Скрытая теплота извлекается только из воды, содержащихся в дымовых газах. Если в дымовых газах, то при конденсации образуются очень агрессивные вещества (например, серная кислота), которые неблагоприятно воздействуют на материалы теплообменника.

2. Для конденсации водяных паров требуется охлаждение дымовых газов до точки росы. Поэтому конденсационный котел «накрученный» на 75-80 °С температуры «подачи» теряет свое преимущество в экономичности и по сути является просто дорогим традиционным газовым котлом. Поэтому рекомендуется проектировать систему отопления для таких котлов с учетом эффективной работы в условиях «низкой» температуры подачи в 45-60 °С. Например, использовать стальные панельные радиаторы или системы водяного теплого пола, которые способны быстро отдавать достаточное количество тепла.

vsk-style.com.ua

КПД обогревателей как критерий их выбора

Известно, что коэффициент полезного действия (КПД) не может быть больше единицы (или 100%). Этот показатель определяют отношением энергии, затраченной на выполнение работы, к энергии, поступившей за это же время. Поэтому затратить больше энергии, чем поступило, нельзя. Однако сейчас из рекламы можно узнать, что, например, конденсационный газовый котел имеет КПД более 100%, а тепловой насос – 200%.

Размер отапливаемой площади различными обогревателями.

Котлы, работающие на разных видах топлива, по этому показателю существенно разнятся. Самым высоким КПД обладают аппараты, использующиеся для обогрева помещения электроэнергию. Однако это не означает, что именно такие обогреватели и следует устанавливать.

Выбирая аппарат, учитывают его потребительские качества. В первую очередь это относится к такому показателю, как эксплуатационные расходы на обогрев.

Котлы на органическом топливе

Аппараты, работающие на электроэнергии, имеют КПД, равный 100%.

Для использующих органическое топливо, то есть дрова или уголь, солярку (мазут) или газ, производители гарантируют такие коэффициенты:

обычный котел на газе – ηг=90%;
конденсационный газовый котел – ηгк=96%;
на дизельном топливе – ηдт=85%;
на твердом топливе (на дровах) ηдр=70%; пиролизный котел обладает высшим коэффициентом, равным ηдр пир=90%.

Таблица сравнения традиционных электрических нагревателей.

Для приобретения обогревателя необходимо рассчитать мощность, необходимую для обогрева дома. Мощность котла должна возместить потери тепла, уходящего из внутренних помещений. Точный расчет этих потерь достаточно сложен, и без специалиста не обойтись. Однако для примерного расчета можно воспользоваться данными, полученными практически.

Так, в европейских странах, где уже давно ведут строительство с утеплением стен, перекрытий и чердаков, практикой установлено, что для компенсации потерь достаточно на 1 м2 площади помещения 100 Вт мощности обогревателя.

Для сравнения котлов по стоимости топлива удобно воспользоваться практически установленной часовой потерей тепла на 1 м3 объема дома. Обозначим его как γ (кВт·ч). Теперь можно определить количество топлива, S, которое необходимо сжечь в течение часа. Это можно выполнить по формуле:

S=(γ×V)/(w×кпд), (1)

где V – объем здания;

w – удельная теплоемкость сгорания, кВт·ч.

Удельная теплота сгорания отдельных видов топлива составляет:

1 м3 природного газа 34 МДж или 9,45 кВт·ч;
1 кг дизельного топлива 42 МДж или 11,7 кВт·ч;
1 л дизельного топлива 33,6 МДж или 9,33 кВт·ч;
1 кг сухих дров 10 МДж или 2,78 кВт·ч; у пиролизного котла удельная теплота сгорания дров выше и равна 4 кВт·ч.

Расчет расхода отдельных видов топлива

Рассчитаем требуемое количество топлива для здания площадью 250 м2, с высотой потолков 3 м, то есть V=750 м3.

Для России отопительный сезон реально длится не менее 250 дней. За это время газовые котлы и котлы на жидком топливе работают примерно 6 часов в сутки, то есть всего 250×6=1500 ч.

Для этих котлов воспользуемся формулой (1), считаем, что γ=0,02 кВт·ч/м3.

Принцип работы пиролизного котла.

газовый котел обычный;

Часовой расход равен:

Sг=(750·0,02/(9,45×0,9)=1,764 м3, что за 1500 часов работы составит 2645 м3.

Для газового конденсационного котла объем потребленного газа составит 2480 м3.

котел на дизельном топливе;

Часовой расход равен:

Sдт кг=(750·0,02/(11,7×0,85)=1,51 кг, что за 1500 часов работы составит 2262 кг.

Расход дизельного топлива в литрах будет равен:

Sдт л=(750·0,02/(9,33×0,85)=1,89 л, что за 1500 часов работы составит 2837 л.

Для котлов на твердом топливе такой режим работы не подходит. Эти котлы работают непрерывно, только для пиролизных котлов необходимо учитывать перерывы на закладку новой порции дров.

обычный котел на дровах;

Работая непрерывно в течение всего отопительного сезона, то есть время работы (в часах) за отопительный сезон составит 250×24=6000 ч. По формуле (1) имеем:

Sдр=(750·0,02/(2,78×0,7)=7,7 кг, что за 6000 ч работы составит 46.2 т.

Рисунок 1. Процесс горения в обычном и конденсационном котле.

пиролизный котел на дровах.

Обычный пиролизный котел имеет камеру сгорания, объем которой равен 0,1 м3. Требуемый часовой расход дров составит:

Sдр пир=(750·0,02/(4×0,9)=4,17 кг.

Чтобы определить расход за отопительный сезон, необходимо рассчитать время работы котла на одной закладке дров. В камеру объемом в 0,1 м3 войдет примерно 20 кг дров. То есть одной загрузки достаточно на 5 ч работы. Если время на загрузку равно 30 мин, то в течение суток необходимо выполнить 4 загрузки по 20 кг каждая, всего 80 кг в сутки. За отопительный сезон это составит 20 т. То есть пиролизный котел более чем в два раза эффективнее обычного.

Теперь, зная стоимость каждого вида топлива, легко сориентироваться, каким топливом выгодно пользоваться в районе проживания.

Почему иногда получают КПД больше единицы?

Как получают этот коэффициент больше единицы (более 100%), можно показать на примере конденсационного газового аппарата.

Для определения КПД газовых котлов необходимо знать общее количество теплоты, полученной от сгорания газа. В нее войдет и тепло, уходящее в дымоход с продуктами сгорания. Вместе с дымом в обычных котлах уходит и скрытое тепло водяных паров. Эта ситуация представлена в левой части изображения 1.

Рисунок 2. Схема масляного обогревателя.

Рассчитывая КПД этих котлов, ориентируются на низшую теплоту сгорания, то есть не учитывают примерно 10% скрытой теплоты, уходящей вместе с водяными парами.

На изображении 1 справа показано, как происходит использование скрытой теплоты. Для такого котла КПД следовало бы рассчитывать по высшей теплоте сгорания, только за вычетом потерь через стену теплообменника (3%) и дымоход (1%). Тогда этот показатель был бы равен 96%.

Однако, сравнивая обычный и конденсационный котлы, КПД последнего продолжают рассчитывать по низшей теплоте сгорания, и в результате его значение получается больше 100%.

Рекламируя, следовало бы обратить внимание на потенциально возможную экономию за счет уменьшения расхода газа в конденсационном котле и объяснить покупателю, как быстро окупится разница в стоимости котлов и начнется экономия средств.

О бытовых обогревателях и их КПД

Обогреватели, применяемые для обогрева отдельной комнаты, используют электроэнергию. Поэтому все тепло, которое выделилось, поступает в помещение, то есть КПД этих приборов практически равно 100%. Эффективность же использования тепла зависит не от источника энергии, а от качества самого помещения, точнее насколько долго оно способно сохранять поступившее тепло.

Рисунок 3. Принцип работы тепловентилятора.

Некоторые из обогревателей для ускорения распространения тепла по комнате, имеют вентиляторы. Если энергию, затрачиваемую на вентилятор, вычесть из общей энергии, потребляемой прибором, то остальная часть уйдет на тепло. И в этом случае можно считать, что КПД прибора как обогревателя меньше 100%. Однако это несправедливо по отношению к прибору. Ведь он, помимо генерации тепла, еще позаботился и о его быстрейшем распространении по помещению.

Что касается коэффициента полезного использования поступившего в помещение тепла, то можно рассуждать о КПД каждого помещения. Поскольку абсолютно изолированных жилых помещения не существует, то каждое из них имеет свои особенности и свой коэффициент.

Весьма распространенным обогревателем является масляный радиатор, один из которых показан на изображении 2. Для небольших помещений обогрев с помощью масляного радиатора – это наиболее подходящий вариант.

Большую скорость распространения тепла по помещению создают тепловентиляторы. В них специально объединены нагревательный элемент (в виде спирали или пластин) и вентилятор, прогоняющий воздух через этот элемент. На изображении 3 показан один из вариантов исполнения этого обогревателя.

Инфракрасные обогреватели нагревают не воздух, а предметы, находящиеся в помещении, которые затем отдают тепло в окружающую среду.

Эффективнее всех генерируют тепло карбоновые обогреватели.

Итак, коэффициент полезного действия не определяющий критерий выбора обогревателя. Все определяется доступностью конкретного вида топлива и его стоимостью.

Самые популярные статьи блога за неделю

teplomonster.ru

Каталог товаров:

Контакты

Статистика сайта