CC BY
3
Исследование КПД бытовых котлов с различными схемами
дымоудаления
Т.В. Ефремова, С. А. Выприцкий
Институт архитектуры и строительства Волгоградского государственного технического университета
Аннотация: Рассматривается величина коэффициента полезного действия бытовых газовых котлов марки Бах1 ECO-4S 24 с различными схемами воздухоподачи и дымоудаления. Анализируется различие в значениях КПД, полученных Расчетным путем, и паспортных значений.
Ключевые слова: коэффициент полезного действия, отвод дымовых газов, бытовой газовый котел, тепловой баланс, энергоэффективность.
В последние десятилетия природный газ был основным источником энергии в бытовых устройствах сжигания, заменяя традиционные жидкие и твердые ископаемые виды топлива [1,2]. Разработки существующих и открытие новых месторождений газа позволяют обеспечить «голубым» топливом большое количество потребителей. Ввиду этого, промышленностью представлен достаточно большой ряд бытовых газовых котлов как отечественного, так и зарубежного производства, с различными вариантами дымоудаления [3].
Коэффициент полезного действия (КПД) бытового котла является одним из важнейших параметров газового котла. Он представляет собой соотношение количества получаемой энергии к количеству затраченной энергии за счет сжигания природного газа. При помощи КПД можно определить энергоэффективность котла, рассчитать удельные нормы потребления газа, и именно от него зависит тариф на тепловую энергию [4,5].
КПД даже наиболее эффективных современных моделей котлов не может быть равен 100% или выше, ввиду теплопотерь в окружающую среду, недостаточной теплопроводности металлов внутреннего бака или же, с так называемым химическим недожогом. Кроме того, энергоэффективность одной и той же модели котла зависит от доли тепловой нагрузки котла от
максимального значения: указанный производителем в паспорте КПД подтверждается не во всем диапазоне типоразмеров агрегата [6].
На КПД газовых котлов оказывают существенное влияние конструкция котла, газогорелочного устройства и способ отвода дымовых газов, так как с дымовыми газами отводится значительная часть тепла. В классическом дымоходе воздух, необходимый для сжигания газа, забирается непосредственно из помещения, в котором установлен котел. При раздельном дымоудалении используются две отдельные трубы одинакового диаметра. По одной трубе поступает воздух, необходимый для горения, а по другой отводятся продукты сгорания. В случае с коаксиальным дымоходом подача воздуха и отвод продуктов сгорания осуществляется при помощи двух труб, одна из которых находится внутри другой. По внутренней трубе происходи удаление дымовых газов, а по межтрубному пространству в топку котла поступает воздух, необходимый для горения [7,8].
В рамках проводимого исследования работы систем дымоудаления выполнено сравнение КПД котлов марки Бах1 ECO-4S 24 с различными схемами воздухоподачи и дымоудаления.
Основой для проведения расчета является уравнение теплового баланса. Тепловой баланс бытового газового котла представляет собой уравнение, связывающее приход теплоты и расход теплоты. Определяется по формуле (1):
где ^ - статьи прихода теплоты, Вт; ^ 0расх - статьи расхода теплоты,
Расчет прихода теплоты учитывает следующие статьи:
- химическая теплота топлива, равная максимальной потребляемой тепловой мощности котла, Вт;
- теплота, вносимая подогретым воздухом, Вт;
(1)
Вт.
и
- теплота, вносимая подогретым топливом, Вт. Полученная теплота расходуется на следующие статьи:
- теплота, затраченная на нагрев системы отопления, равна максимальной полезной тепловой мощности котла, Вт;
- потери теплоты с уходящими газами, Вт;
- потери теплоты в окружающую среду, Вт.
КПД бытового газового котла определяется по формуле (2):
т/ = • 100 (2)
бприх
Полученные расчетные значения КПД необходимо сравнить с паспортными величинами, заявленными производителем (таблица 1). По результатам сравнения построена диаграмма (рис. 1).
п, % 100
98
96
94
92
90
88
86
Расчетное значение КПД Паспортное значение КПД
Вид дымохода
Классический Раздельный
Коаксиальный Коаксиальный
дымоход с с выводом на
выводом за крышу здания стену здания
Рис. 1. - Сравнение величин КПД
М Инженерный вестник Дона, №4 (2023) ivdon.ru/ru/magazine/arcliive/n4y2023/8361
Таблица № 1
Расчетные значения величин, при определении КПД котлов с
различными дымоходами
Вид системы воздухоподачи и дымоудаления Классич еский Раздел ьный Коаксиаль ный дымоход с выводом за стену здания Коаксиаль ный с выводом на крышу здания
Расчетные характерис тики Ед. изм.
Диаметр мм 120 80 / 80 60 / 100 60 / 100
Qхт кВт 26,3 25,8 25,8 25,8
У-.в м3/ч 27,58 27,09 27,09 27,09
^ср.в кДж/м3°С 1,289 1,284 1,284 1,285
бв кВт 0,20 -0,21 -0,21 -0,19
^ср.г кДж/м3°С 14,39 14,39 14,39 14,39
бт кВт -0,24 -0,24 -0,24 -0,24
бпр кВт 26,74 25,83 25,83 25,85
кВт 24 24 24 24
^ух м3/м3 10,94 10,94 10,94 10,94
б2 кВт 1,28 1,26 1,26 1,26
п % 94,5 97,8 97,8 97,7
Паспортно е значение п % 91,2 92,9 92,9 92,9
Анализ полученных результатов позволяет сделать вывод, что полученное в результате расчета значение КПД бытового газового котла немного больше паспортного. Это объясняется тем, что в расчетах не учитываются такие технические характеристики как конструктивные особенности котла, химический недожог, особенности работы газогорелочного устройства и т.п. [9]. С другой стороны, в обоих случаях при классическом удалении продуктов сгорания КПД имеет наименьшее значение. Применение бытовых котлов с закрытой камерой сгорания позволяет не только обеспечивать наиболее полное сжигание газа за счет
создания более качественной газо-воздушной смеси, но и получать больше тепловой энергии при одном и том же расходе газа. Несмотря на то, что котлы с коаксиальным дымоходом стоят немного дороже котлов с открытой камерой сгорания (классической), за счет наиболее высокого КПД, разница в стоимости окупается за несколько лет. Кроме того, сжигание природного газа в таких котлах является наиболее безопасным, так как практически исключается образование оксида углерода, являющегося сильным отравляющим веществом, не имеющим ни цвета, ни запаха [10].
Литература
1. Стариков А.Н., Карцева Е.В., Брыль И.Б., Иринин A.A. Методы оценки эффективности функционирования газового водогрейного котла// Образование и наука в современных условиях. 2015. №4. C221-22S.
2. Lopez-Ruiz G., Alava I., Blanco J.M. Study on the feasibility of the micromix combustion principle in low NOx H2 burners for domestic and industrial boilers: A numerical approach // Energy, 2021, T.236. p.121456.
3. Тихомиров С.А., Гришин Г.С., Маринченко В.А. Влияние падения нагрузки потребителей на оптимальную величину давления источника газоснабжения // Инженерный вестник Дона, 2009, №1 . URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2017/4201.
4. Ефремова Т.В., Штервенская В.В. Определение потерь давления на трение в стальных и кирпичных газоходах от котлов, работающих на газе // Инженерный вестник Дона, 2022, №6. URL: ivdon. ru/ru/magazine/archive/n6y2022/7753.
5. Жидилов К.А., Киселев В.Ф., Проворов В.В., Ротков С.И. Интеллектуальный газовый котел нового поколения // Вестник, 200S, №3. URL : istu. ru/material/vestnik-izhgtu-imeni-m-t-kalashnikova.
6. Ефремова Т.В., Кондауров П.П. Системы газораспределения и газопотребления населенных пунктов, коммунальных объектов и
промышленных предприятий: учебное пособие: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации, Волгоградский государственный технический университет. - Волгоград: Изд-во ВолгГТУ, 2021. - 113 с.
7. Горбунов Д.Н., Стариков А.Н. Дымоходы для котлов с закрытой камерой сгорания // Студенческий форум. 2020. №4. С. 50-55.
8. Фролов И.В. Коаксиальные и коллективные дымоходы в поквартирном отоплении // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2015. №9. С. 5461.
9. Чистов Р.А., Шеногин М.В. Типы дымовых труб // Вестник магистратуры. 2020. № 4. С. 15-20.
10. Liu C., Xu J. A novel heat recovery system for flue gas from natural gas boiler // Journal of Chemical Industry and Engineering, 2013, №11. p. 4223-4230.
References
1. Starikov A.N., Karceva E.V., Bryl I.B., Irinin A.A. Obrazovanie i nauka v sovremennyx usloviyax. 2015. №4. p.221-228.
2. Lopez-Ruiz G., Alava I., Blanco J.M. Energy, 2021, T.236. p.121456.
3. Tixomirov S.A., Grishin G.S., Marinchenko V.A. Inzhenernyj vestnik Dona, 2009, №1. URL: ivdon.ru ru magazine archive n2y2017 4201.
4. Efremova T.V., Shtervenskaya V.V. Inzhenernyj vestnik Dona, 2022, №6. URL: ivdon.ru ru magazine archive n6y2022 7753.
5. Zhidilov K.A., Kiselev V.F., Provorov V.V., Rotkov S.I. Vestnik Izhevskogo gosudarstvennogo texnicheskogo universiteta, 2008, №3. URL: istu.ru material vestnik izhgtu imeni m t kalashnikova.
6. Efremova T.V. Sistemy gazoraspredeleniya i gazopotrebleniya naselennyx punktov, kommunalnyx obektov i promyshlennyx predpriyatij [Gas distribution and gas consumption systems of settlements, municipal facilities and industrial enterprises]: uchebnoe posobie: Ministerstvo nauki i vysshego obrazovaniya
КоББувко] Federacii, Volgogradskij gosudarstvennyj texnicheskij universitet. Volgograd: VolgGTU, 2021. 113 р.
7. Gorbunov Б.М, Starikov Л.М Studencheskij Аэгит. 2020. №4. рр. 50-55.
8. Frolov I.V. Santexnika, Otoplenie, Kondicioniгovanie. 2015. №9. рр. 54-61.
9. Chistov Я.Л., Shenogin M.V. Vestnik magistгatuгy. 2020. № 4. рр. 15-20.
10. Liu С., Хи J. Joumal of ^етюа1 Industгy and Engineeгing, 2013, №11. р р. 4223-4230.
