Почему у конденсационных газовых котлов КПД больше 100%: методы расчета, показатели Hs и Hi
Читайте в статье, почему КПД конденсационных газовых котлов так отличается от конвекционных.
При выборе газового котла многие обращают внимание на коэффициент полезного действия отопительных агрегатов. Этот показатель указывает на эффективность теплогенератора производить достаточную тепловую энергию при определенных затратах топлива.
Однако, изучая характеристики конденсационного газового теплогенератора многие сталкиваются в КПД более 100%, что физически невозможно. Что же это за показатели и откуда у конденсационного котла такой высокий показатель энергоэффективности? Давайте разберемся!
Расчет КПД конвекционного котла
Для начала разберемся с расчетом показателя эффективности обычного (традиционного) газового котла.
Эффективность любой системы или устройства в отношении к его производительности и передачи тепловой энергии (так называемый КПД) рассчитывается в процентном соотношении полученной полезной энергии к затраченной. Формула расчета КПД (η) выглядит следующим образом.
η=A/Q*100%, где A – полезная работа, Q – затраченная энергия.
КПД газового или иного другого котла, как правило, рассчитывается по низшей теплоте сгорания (Hi). В этом случае берется только то количество тепловой энергии, которое образуется при полном сгорании используемого топлива. При этом предполагается, что нагретые дымовые газы (продукты сгорания) не несут дополнительной тепловой энергии: часть полученного тепла, аккумулирующегося в дыме, выходит через трубу дымохода.
Получается, что при сгорании природный газ выделяет 31,8 кДж/м3 тепла; при этом часть энергии (допустим 2,2 кДж/м3) теряется с отводящими продуктами сгорания. Остается 29,6 кДж/м3 полезной тепловой энергии, которая передает тепло теплоносителю.
В этом случае расчеты КПД котла выглядят следующим образом: 29,6/31,8*100%=93,08%.
Потеря тепла в газовом теплогенераторе зависит от материала теплообменника и общего объема воздуха в камере. Как известно, при содержании в парах газа хотя бы 1% воздуха теплоотдача снижается в 2,5 раза. Также на эффективность тепловой отдачи влияет качество тяги и образование сажи на стенках дымохода.
Откуда конденсационный котел берет дополнительную энергию?
Между классическими и конденсационными моделями газовых котлов есть существенно отличие. Сейчас мы рассмотрим процесс, который помогает вторым получать дополнительную энергию.
Конденсация, как физическое свойство пара, предполагает переход вещества из газообразного состояния в жидкость посредством отвода от него тепловой энергии. В большинстве случаев это осуществляется путем охлаждения и сжатия пара: газ соприкасается со стенками теплообменной камеры, температура которых ниже температуры «точки росы» 40-50°С. В результате на поверхности стен образуется либо пленка (пленочная конденсация), либо капли воды (капельная конденсация).
Стоит обратить внимание, что при одинаковых условиях капельная конденсация отдает большую тепловую энергию по сравнению с пленочной.
Современный конденсационный газовый котел устроен таким образом, чтобы максимально эффективно использовать природный или сжиженный газ. Конструкция теплогенератора имеет дополнительную камеру, где происходит так называемый «процесс конденсации»: часть тепла, которая в классическом конвекционном агрегате выходит с продуктами сгорания через трубу, аккумулируется дополнительным теплообменником и передается теплоносителю.
Читайте также: «Конденсационные газовые котлы: принцип работы, плюсы и минусы».
Расчет КПД конденсационного котла
Ввиду того, что при работе конденсационного агрегата используется дополнительная теплота отводящих газов, к тепловой способности устройства (Hi) прибавляют энергию, выработанную в процессе конденсации паров отходящих газов.
Расчет КПД конденсационного котла исходит от показателя высшей теплоты сгорания (Hs) – общего количества тепловой энергии.
Формула расчета высшей теплоты сгорания (Hs) выглядит следующим образом:
Qв= Qн+k(W+9H), где
- k – условный коэффициент (равен 25 кДж/кг),
- W – объем воды в газообразном веществе (%),
- H – объем водорода в парах газа.
Теоретически тепловая энергия, образованная в процессе конденсации, может достигать 11% от общего объема тепла (31,8*11%=3,50 кДж/м3). Получается, что КПД конденсационного котла в данном случае рассчитывается как:
(29,6+3,5)/31,8*100%=104%
Однако это в теории, на практике такой результат достигается крайне редко.
Обращаем ваше внимание, что все импортные теплогенераторы, работающие на жидком или газовом топливе, должны соответствовать европейским стандартам качества. При этом требования к коэффициенту полезного действия регламентируется соответствующим документом, а именно Директивой Совета 92/42/EEC. В паспорте любого низкотемпературного или газоконденсатного котла указывается его КПД с учетом низшей (Hi) и высшей (Hs) теплоты сгорания при разных режимах работы. Например,
При работе теплогенератора на полной (номинальной) мощности и нагреве теплоносителя до 80° (работа в режиме отопления обычного конвекционного котла) КПД устройства с учетом низшей теплоты сгорания будет находиться в пределах 87,9-88,6% (в зависимости от мощности котла).
При низкотемпературном режиме с температурой теплоносителя на подаче в 50° этот показатель возрастает до 96,7-97,5%.
Чтобы добиться наивысшего коэффициента полезного действия, когда в конструкции агрегата будет происходить процесс конденсации, должны соблюдаться необходимые температурные условия: температура воды в обратке не должна превышать 30°С.
Вывод
Конденсационный принцип работы газового оборудования способен не только увеличить производительность и эффективность отопительного агрегата, но также и снизить затраты на топливо.
А вы учитываете КПД при выборе отопительного прибора? Делитесь своим мнением в комментариях.