Анализи / Техн. решения

Истини и заблуди за газовите котли

05.04.2012 г.

Проф.д-р инж.  Димитър Киров пред Инженер.bg

 

Понятието „газови котли” може да се тълкува по различен начин. Такова наименование се използва обикновено от неспециалисти, за да се означи, че се използва генератор с гориво „природен газ”. Ако изключим индустриалните котли на газово гориво, които са съвсем отделна категория, би следвало да анализираме три характерни типа битови генератори на топлина, използващи гориво „природен газ”.

 

Типове битови генератори на топлина, захранвани с природен газ

Към Iва категория отнасяме подови котли с вентилаторни горелки. Въздухът за горене се осигурява от вентилатор, който гарантира висок напор и преодолява евентуални атмосферни смущения. Горивната глава и вентилаторът са събрани в моноблок. Тези котли позволяват степенно или аналогово безстепенно регулиране.

 


Фиг. 1  Моноблокова горелка с вентилатор

 

Във IIра категория се включват блокови стенни котли с атмосферни горелки. Те имат нисък напор, затова при тях е необходимо да се вземат мерки срещу атмосферните смущения. Всички елементи на котела са събрани в общ корпус. Произвеждат се с микропроцесорно управление, пълна блокова окомплектовка, т.е. готови за свързване към вътрешната отоплителна инсталация (фиг. 2).

 

фиг. 2   Стенен газов котел – примерен външен вид и функционална схема

 

Към IIIта категория се отнасят индивидуалните газови уреди: газови конвектори за отопление, които директно затоплят циркулационния въздух от помещението (фиг. 3), проточни или обемни водоподгреватели за битова гореща вода (фиг. 4).

 

фиг.3    Стенен газов конвектор

 

С други думи, идентификацията на понятието „газов котел” с „блоков стенен котел на газ” по принцип е неправилна!

 

Характеристики на съвременни „блокови стенни котли на газ”

Съвременните „блокови стенни котли на газ” имат серия специфични характеристики, сред които:

- Атмосферна горелка с нисък напор, което изисква използването на специално решение на комина за димни газове;

- „Отворена” или „затворена” горивна камера към околното пространство. У нас са предпочитани затворените горивни камери;

- Предлагат възможност за частична рекуперация на топлината на димните газове, с която се загрява пресният въздух за горене. При подовите котли, рекуператорът е отделно съоръжение;

- По желание на потребителя се комплектоват със система за битова гореща вода, а това увеличава стойността на коефициента на полезно действие (КПД);

- Опционално предлагат конструктивно изпълнение с вграден топлообменник – кондензатор, но в този случай е целесъобразно топлоносителят да бъде 60/40 ºС. От своя страна, този факт налага изискването за използване  (при други равни условия) на отоплителна инсталация с около 50% по-висока инвестиционна стойност;

- Конструктивно агрегатиране на възлите в котела (виж фиг. 2). Това решение опростява производството на котли, но ги прави ремонтно непригодни. При повреда се подменя отделен блок или целият котел. Специфичната компактна горивна камера позволява постигането на високи стойности на КПД;

- Стенните газови котли са целесъобразни при относително малки мощности (до 100 kW) или при паралелно свързване на няколко модула.

 

КПД над 100% е груба грешка в метода на изчисление

Съществуват  различни подходи за ловко манипулиране, а дори и грубо пренебрегване на методите за изчисление на ефективността на дадено съоръжение с цел постигане на заблуда в крайния потребител. В най-общ вид ефективността или КПД на едно и също съоръжение е отношение на полезно използваната енергия към получената на входа на съоръжението:


 

В този смисъл, имайки предвид „Закона за запазване на енергията”, при получена на входа на съоръжението единица енергия можем да оползотворим максимум единица полезна енергия, и то само на теория. Това е така защото няма идеално изолирани процеси, при които не се губи енергия чрез трансформирането й в друг, неполезен за нас вид.


Декларирането на ефективност, респективно КПД над 100% означава груба грешка в метода на изчисление или съзнателно фалшифициране на резултата.

 

За методите, при които ефективността е над 100%

Една от най-разпространените заблуди е ефективността на кондензационните котли да се определя на стойност над 100%, при което се използват няколко метода, разбира се, всичките, напълно погрешни.

 

Първият метод е чрез промяна на стойността на получената енергия на входа. Известно е, че за топлотехнически изчисления, при определяне на ефективност на котел на природен газ се взима долната граница на калоричност на горивото. Имайки в предвид, че кондензационните котли утилизират и част от енергията на кондензация на водните пари, отделяни при изгарянето на мета­на (98,2% от съдържанието на природния газ, внасян в България), някои произ­водители взимат в предвид отношението на горна към долна граница на калоричност.


Така се създава възможност за два варианта на заблуждаване на потребителя. Първият вариант твърди, че ефективността е съотношение на горната към до­лната калоричност на горивото:


 

От това следва , че съоръжението има ефективност над 100%, което е абсурдно.

 

Вторият вариант използва същото отношение за определяне на получената на входа на съоръжението относителна енергия:

 

 

Стойностите Qгорна  и Qдолна, отбелязани със звездичка, се отнасят за горна и долна граница на калоричност на природния газ, внасян за България при 0°С и 101 325 Ра.


Така се получават стойности, дори по-високи от 110% ефективност. Реално при заместване на вложената енергия с единица се получава ефективност 99,1%, което е много трудно постижим резултат, но все пак теоретично възможен.

 

Трети подход за представяне на нереални резултати е чрез определяне на ефективността на кондензационен котел чрез използване на теоретично максималната потребена полезна енергия и съпоставянето й с долната граница на калоричност на горивото. При това, без да се има предвид, че се утилизира и енергията от кондензацията на водните пари. Следователно, би трябвало като входна енергия да се отчита горната граница на калоричност на горивото.

 

 

Реално, ако получената енергия се отнесе към горната граница на калоричност, резултатът ще е съвсем друг:

 

 

Ако се отчетат и реалните условия, че не цялата влага кондензира, а само част от нея, ще се получи реалният резултат:

 

 

Бих искал категорична да заявя, че при никакви условия не е възможно да се реализира степен на ефективност (КПД) над 100%, което би било проява на „Перпетуум мобиле”.

 

 Съвети към проектанти и инсталатори

1. Винаги, когато условията позволяват, е добре да се предпочитат блокови стенни газови котли”. При мощности до 30 kW, цената е силно конкурентна. При мощности до 60 kW цената е сравнима с подов котел. При мощности над 60 kW, цената им е значително по-висока.


2. Добре е да се съобрази, че кондензационните котли работят с топлоносител 60/40°С или 60/50°С, а това означава по-голяма и по-скъпа вътрешна инсталация. Затова е добре да се изработва сравнителен технико-икономически анализ за цялата система.


3. При мощности над 100 kW, е добре да се проверят варианти с няколко модула „блокови стенни газови котли”. Добре е да се направи сравнителен технико-икономически анализ за цялата система, като се включи вариант с подов котел и вентилаторна горелка.


4. Важно е да се провери възможното решение на комина за димни газове. При съмнение за предпочитане е да се използва подов котел с вентилаторна горелка. Коминът следва да се оразмери.

 

Източник на снимковия материал: проф. Димитър Киров

Още от ОВК