Тепловой баланс котла: формула расчета и классификация теплопотерь

Тепловой баланс парового котла как номинальное число важен для определения мощности агрегата, который приобретают для отопления помещения конкретной площади. Каждый собственник жилья планирует, что зимой у него в доме будет тепло, поэтому, чтобы в комнате было комфортно находиться, котел должен нагреть помещение до температуры не менее 22 °C.

Расходы на отопление в частном доме намного больше, чем в квартире. Основная причина – отсутствие изолированности помещения, так как все стены и крыша контактируют с воздухом. Исследования с помощью специальных радаров показали уровень потерь тепловой энергии через:

• пол на грунте – от 5 до 10%;
• стены дома – до 20-30%;
• окна дома – 10%;
• крышу – до 30%.

Под понятием теплового баланса подразумевают распределение тепла, использованного на обогрев воды в теплообменнике, к тому теплу, которое рассматривают как потерю. Важно понимать, что какие-то утраты неизбежны в процессе функционирования парового котла.

Купить котел и другое необходимое оборудования для системы отопления можно в нашем интернет-магазине.

Одним из основных технических показателей котла является коэффициент полезного действия агрегата. Данный коэффициент показывает, какое количество тепла в топке котла будет использовано с пользой, а какое – нет. Уравнение теплового баланса котла и расчеты по этой формуле определяют КПД агрегата.

Тепловой баланс котла в виде уравнения состоит из шести составляющих в случае использования твердого топлива в процессе обогрева и выглядит следующим образом: QT=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6. В данной формуле показатели означают следующее:

• QT – общее количество тепла, образовавшегося в топке котла;
• Q1 – общий объем тепловой энергии, использованный для нагрева теплоносителя, циркулирующего по трубам;
• Q2 – нагретый воздух, который уходит в атмосферу через систему вентиляции или природной механической вытяжки;
• Q3 – неполное химическое сгорание продуктов, приводящее к потерям тепла;
• Q4 – утраты энергии по причине механического недожигания в процессе эксплуатации агрегата;
• Q5 – утечка через стенки парового котла и трубы отопительной системы;
• Q6 – попадание холодного воздуха в топку котла во время изымания золы из нее.

При использовании жидкого топлива не стоит брать во внимание показатели 4 и 6, так как в этой ситуации нет необходимости вынимать остатки топлива и исключается вероятность недожига.

Выведение теплоты вместе с газами в систему вентиляции – это объективное явление. Для котлов с вентиляторным дутьем этот показатель колеблется от 4 до 25%, а для агрегатов высоконапорного типа – от 8 до 16%. Данный показатель увеличивается при росте температуры сгорания топлива. Более активное горение, как правило, начинается при попадании излишнего воздуха в топку, то есть при значительном увеличении количества воздуха в топке. Ненужный воздух в любом случае выйдет, но при этом заберет с собой часть тепла.

Расчетный объем необоснованных утрат составляет 0,5-1%, то есть в любом случае число не будет равно 0. Повышение уровня потерь из-за слабого химического сгорания продуктов возможно по таким причинам:

• мало воздуха в топке;
• влажное и холодное топливо;
• наличие механических примесей в топливе в большом количестве;
• износ распылителей;
• неправильный монтаж форсунок;
• небольшой объем топки.

Соответственно для минимизации данного канала нерационального использования тепловой энергии необходимо поддерживать котел в отличном техническом состоянии, загружать его качественным и прогретым топливом (нежелательно дрова или уголь загружать в топку сразу с мороза), обеспечивать нормальное функционирование системы вентиляции.

Данное явление особенно актуально при использовании дров. В каждой закладке применяют крупные и мелкие поленья. Чем мельче частица, тем быстрее она сгорает. В процессе горения небольшой кусочек может просыпаться через колосники в зольник либо вылететь в трубу при сильной тяге. Такой процесс негативно влияет на более крупные дрова. Попадающий на место просыпавшихся небольших дровишек воздух с улицы охлаждает их и образует на верхнем слое влажную корку.

Для уменьшения тепловых потерь в результате механического недожигания необходимо:

• использовать дымоход с одним поворотом минимум – такой конструкции гарантирована оптимальная, но не чрезмерная тяга;
• располагать колосники на технически минимальном расстоянии;
• периодически проверять уровень тяги.

В видео рассказывают про виды тепловых потерь и метод теплового баланса

Данный путь тепловой энергии отображается в уравнении как Q5. Основные факторы, влияющие на объем утечки:

• Толщина и качество стенок котла. Чем более толстые стенки агрегата, тем меньше тепла через них выйдет наружу. Кроме этого, в современных котлах нанесена специальная защита для уменьшения неоправданных потерь тепловой энергии;
• Состояние дымоходных труб. Во-первых, они должны быть максимально замурованы. Во-вторых, приветствуется наложение теплоизоляции на них. В таком случае труба будет меньше охлаждаться, и, соответственно, количество ушедшего из топки тепла будет меньше.

В процессе загрузки топлива и вынимания сгоревших материалов максимально усиливается тяга, так как топка и зольник находятся в открытом состоянии. Интенсивность охлаждения увеличивается в разы. Минимизировать уровень потерь можно только посредством максимальной оптимизации и интенсификации процессов, которые зависят от истопника.

Средний показатель КПД котла на пару, выпущенного в 21 веке, составляет 93%. Этот показатель довольно неплохой, но его можно улучшить. Основные способы повышения КПД таковы:

• Установка экономайзера. Аппарат обеспечивает нагревание воды за счет охлаждения дыма, выходящего из топки.
• Установка модульных горелок. Использование таких конструкций позволит в несколько раз уменьшить количество включений и выключений котла. Соответственно, минимизируется попадание воздуха, необходимого для зажигания.
• Максимальная фильтрация воды в системе для минимизации количества вредных примесей.

Заказать монтаж котла и системы отопления вы можете в нашей компании. Подробная информация в разделе «услуги».

Уравнение теплового баланса для котла – это специальная формула, позволяющая рассчитать показатель полезного тепла и количество энергии, классифицирующейся как тепловые потери. С помощью расчетов можно получить информацию о реальном коэффициенте полезного действия конкретного агрегата и спланировать комплекс мероприятий, направленных на минимизацию убытков.