(495) 766-86-01603-971-803
Мы работаем по выходным - тел. 8-926-197-21-13
 

Как усовершенствовать газовый котел


Как повысить КПД газового котла – эффективные методы

Приобретая газовый котел для своего собственного дома, мы обращаем внимание на два основных показателя: цена оборудования и его мощность. Почему-то многие из нас не смотрят на очень важную позицию – коэффициент полезного действия (КПД). А ведь именно этот коэффициент говорит о том, как экономно будет работать купленный вами котел. Производитель в паспорте ставит максимальный показатель, который определяется правильной и грамотной эксплуатацией прибора. Но в жизни такое случается редко, отсюда не только теплопотери, но и потери денежных средств из вашего кошелька. Поэтому вопрос, как повысить КПД газового котла, в настоящее время волнует многих потребителей.

Начнем отвечать на поставленный вопрос с того, что отметим – коэффициент полезного действия газового котла зависит от многих показателей.

  • Количество тепловой энергии, которая передается от сжигаемого топлива теплоносителю. Это основа КПД.
  • Далее идут теплопотери. Чем их меньше, тем лучше. Основная масса теплопотерь происходит из-за неправильного сжигания топлива, в данном случае природного газа. Здесь два вида недожога: химический и механический.
  • И последний вид теплопотерь, который зависит от неравномерного распределения выделяемой тепловой энергии.

Получается так, снизив теплопотери, можно поднять коэффициент полезного действия до заявленного производителем. В случае с газовым отопительным оборудованием нас будут интересовать всего лишь два вида тепловых потерь – это химический и механический вариант.

Грамотное обслуживание оборудования

Виды теплопотерь

Начнем с механического. По сути, получается вот какая схема. В процессе сжигания газа в топку должен подаваться кислород. Для этого в конструкции самого газового котла установлена небольшая камера с дверцей. Ее называют поддувало. Приоткрывая или прикрывая дверцу-заслонку, мы впускаем в камеру сгорания свежий воздух, обогащенный кислородом.

Если открыть заслонку больше необходимого параметра, то газ полностью сгорать не будет. Внутри топки образуется сквозняк, вытягивающий с продуктами сгорания топлива и часть несгоревшего газа. Соответственно будет меньше выделяться тепловой энергии. Это минус, это падение КПД газового котла.

Химические теплопотери – это, наоборот, большой недостаток кислорода в камере сгорания. То есть заслонка прикрыта слишком сильно. Без кислорода газ полностью сгорать не будет и опять, вместе с продуктами сгорания, будет вылетать в дымоходную трубу. При этом падение коэффициента полезного действия будет самым большим до 7%.

Правильная настройка газового котла

Как увеличить КПД

Создать правильные условия эксплуатации газового котла и тем самым повысить коэффициент полезного действия можно реально, не вызывая специалиста, то есть своими руками. Что для этого нужно сделать?

  1. Отрегулировать заслонку поддувала. Это можно сделать экспериментальным путем, найдя, при какой позиции температура теплоносителя будет выше всего. Контроль проводите по термометру, установленному в корпусе котла.
  2. Обязательно следить, чтобы трубы системы отопления не зарастали изнутри, чтобы на них не образовывалась накипь и грязевые отложения. С пластиковыми трубами сегодня стало проще, их качество известно. И все же специалисты рекомендуют периодически продувать систему отопления.
  3. Следить за качеством дымохода. Нельзя допускать его засорение и налипания на стенки сажи. Все это приводит к суживанию сечения отводящей трубы и уменьшению тяги котла.
  4. Обязательное условие – чистка камеры сгорания. Конечно, газ не сильно коптит, как дрова или уголь, но стоит хотя бы один раз в три года мыть топку, очищая ее от сажи.
  5. Специалисты рекомендуют снизить тягу дымохода в самое холодное время года. Для этого можно использовать специальное устройство – ограничитель тяги. Устанавливается он на самом верхнем краю дымохода и регулирует сечение самой трубы.
  6. Снизить химические тепловые потери. Здесь два варианта, чтобы добиться оптимального значения: установить ограничитель тяги (уже выше было об этом сказано) и сразу после установки газового котла провести грамотную настройку оборудования. Рекомендуем это поручить специалисту.
  7. Можно установить турбулизатор. Это специальные пластины, которые устанавливаются между топкой       и теплообменником. Они увеличивают площадь отбора тепловой энергии.

Своевременная чистка узлов агрегата

Вот такие причины, устранив которые можно рассчитывать на повышение эффективности работы котельного оборудования. Конечно, таких причин немало, но эти считаются основными, отвечающими на вопрос: как увеличить КПД газового котла.

Эффективность сгорания и избыток воздуха

Для обеспечения полного сгорания используемого топлива в камеры сгорания подается избыточный воздух. Избыточный воздух увеличивает количество кислорода для сгорания и сгорания топлива.

  • , когда топливо и кислород из воздуха находятся в идеальном балансе - считается, что сгорание составляет стехиометрических

Эффективность сгорания увеличивается с увеличением избыточного воздуха - до тех пор, пока потери тепла в избыточном воздухе не станут больше, чем выделяемое тепло за счет более эффективного сгорания.

Типичный избыток воздуха для достижения максимально возможной эффективности для некоторых распространенных видов топлива:

  • 5-10% для природного газа
  • 5-20% для мазута
  • 15-60% для угля

Двуокись углерода - CO 2 - является продуктом сгорания, и содержание CO 2 в дымовых газах является важным показателем эффективности сгорания.

Оптимальное содержание диоксида углерода CO 2 после сжигания составляет примерно 10% для природного газа и примерно 13% для более легких масел.

Нормальная эффективность сгорания природного газа при различных комбинациях температуры избыточного воздуха и дымовых газов указана ниже:

1) «Чистая температура дымовой трубы» - это разница температур между температурой дымовых газов внутри дымохода и комнатной температурой вне горелки.

Потери дымовых газов при сжигании нефти

Потеря эффективности дымовых газов, связанная с

  • разницей температур дымовых газов и приточного воздуха
  • CO 2 Концентрация дымовых газов

при сжигании мазута показана ниже :

Пример - Сгорание масла и потери тепла в дымовых газах

Если

  • , разница температур дымовых газов на выходе из котла и температуры окружающей среды составляет 300 o C, и
  • диоксид углерода, измеренный в дымовых газах, составляет 10% - тогда,

из диаграммы выше

  • , потери дымовых газов могут быть оценены примерно в 16% .
.

Что делать, если ваш котел теряет давление

Обычно на передней панели бойлера вы найдете манометр. Если у вас есть гидравлический манометр, вы увидите низкое и высокое давление, обозначенное красными участками на шкале. Положение, установленное при установке котла, иногда отображается красной стрелкой индикатора. На большинстве цифровых манометров вы увидите мигающее значение давления, если есть предупреждение о низком (или высоком) давлении.

Если давление вашего бойлера меньше 1 бара, возможно, вы потеряли воду из системы, которую необходимо заменить.Здесь снова появляется этот цикл заполнения (или ссылка заполнения)!

Если манометр на вашем котле показывает высокое давление (выше 2,75 бара), возможно, вам потребуется удалить воздух из радиатора, чтобы снизить уровень примерно до 1,5 бар. Это может быть сложно, а иногда и опасно; из-за высокой температуры воды. Мы рекомендуем инженеру осмотреться, если вы испытываете высокое давление - это может быть результатом неисправности внутри котла и для устранения может потребоваться посещение инженера. Кроме того, снижение давления путем удаления воздуха из радиатора может занять некоторое время, и вам понадобится какой-либо метод сбора воды, чтобы предотвратить повреждение настенных и / или напольных покрытий.Прежде всего, будьте осторожны. Эта вода очень горячая, так что, возможно, попросите инженера сделать это.

.

Газовые котлы | Building America Solution Center

По данным Управления энергетической информации США (EIA), до 11% существующих домохозяйств в той или иной форме используют горячую воду или паровое тепло (EIA 2009). Бойлеры производят горячую воду, которую можно использовать для отопления домов несколькими различными способами. Горячая вода может подаваться через петли из пластиковых труб в полу для излучающего тепла пола или через металлические радиаторы, установленные вдоль стены, или радиаторы плинтуса, установленные рядом с полом.Горячая вода также может быть направлена ​​от водонагревателя топливного бака к змеевику в воздухообрабатывающем устройстве, оборудованном вентилятором для продувки воздухом через змеевик и через приточные воздуховоды в дом. Большинство котлов для сжигания работают на природном газе. Мазут, пропан и древесина - другие источники топлива, используемые в местах, где нет свободного газа. Горячая вода для бойлера также может быть нагрета или предварительно нагрета с помощью солнечной системы нагрева воды, геотермального теплового насоса или воздушного теплового насоса.Котел может нагревать воду в баке или это может быть настенная модель без бака (проточного типа). Некоторые котлы обеспечивают тепло для бака с горячей питьевой водой в дополнение к подаче горячей воды в комнатные обогреватели; это называется косвенным нагревом воды. Некоторые более новые, очень эффективные модели сочетают в себе обогрев помещений, водонагревание и вентиляцию с рекуперацией тепла.

Для достижения наилучших рабочих характеристик система отопления должна иметь размеры, соответствующие расчетной отопительной нагрузке дома, как описано ниже. Если дом построен с высоким уровнем теплоизоляции и герметичности, часто можно установить меньшую систему отопления.Когда оборудование слишком большое, оно может «работать в коротком цикле» или многократно включаться и выключаться до того, как будет удовлетворена потребность, что может отрицательно сказаться на использовании энергии, комфорте и долговечности оборудования.

Котлы для сжигания топлива, печи и водонагреватели классифицируются Международным механическим кодексом (IMC) и Национальным кодексом топливного газа. Понимание описаний этих типов устройств на основе обоих кодов важно с точки зрения безопасности и эффективности.

Международный механический кодекс классифицирует котлы по типу вентиляции: прямой, механический или атмосферный.В соответствии с определениями главы 2 Международного механического кодекса 2009 и 2012 гг .:

  • Устройство с прямым отводом воздуха - это устройство, которое сконструировано и установлено таким образом, что весь воздух для горения поступает из наружной атмосферы, а все дымовые газы выводятся во внешнюю атмосферу;
  • Система механической тяги - это система вентиляции, предназначенная для удаления дымовых или отходящих газов с помощью механических средств, состоящих из

- участок вытяжной тяги при неположительном статическом давлении; или участок с принудительной тягой под положительным статическим давлением;

  • Система естественной тяги - это система вентиляции, предназначенная для удаления дымовых или выхлопных газов под неположительным статическим давлением вентиляции полностью за счет естественной тяги.

Национальный кодекс топливного газа 2015 года (NFPA 54) разделяет печи на четыре категории в зависимости от давления в дымоходе, температуры дымового газа (относится к конденсирующимся или неконденсирующимся) и материалов выпускных труб, как показано в таблице 1.


Таблица 1 . Национальный кодекс топливного газа (NFPA 54) определяет четыре категории печей для сжигания и водонагревателей в зависимости от типа горения (герметичный или негерметичный), давления в вентиляционной трубе и температуры в вентиляционной трубе.

Котлы с самым низким КПД - это котлы категории I.Котел категории I работает с дымоходом при отрицательном давлении по отношению к зоне топки (CAZ), то есть комнате, в которой расположен котел, и температура дымовой трубы выше 140 ° F, что достаточно для избегайте конденсации в вентиляционном отверстии. Горелка забирает воздух для горения из CAZ. Камера сгорания также открыта для CAZ; То есть, если вы стоите рядом с котлом, вы можете заглянуть внутрь и увидеть горелку и пламя.

В более старых котлах категории I используется открытый вытяжной колпак, который позволяет разрежающему воздуху попадать в вентиляционную трубу и смешиваться с выхлопными газами (рис. 1).Переключатель тяги в основании дымохода защищает пламя от нисходящих потоков, падающих в дымоход или дымоход. Эти старые котлы не имеют механической тяги, а называются естественной тягой (или атмосферной тягой), потому что они полностью полагаются на высокие температуры дымовых газов (относительно наружных температур), чтобы вытягивать выхлопные газы вверх и из дымохода. Поскольку большая часть тепла идет вверх по дымоходу, котлы с естественной тягой имеют очень низкие показатели годовой эффективности использования топлива (AFUE), обычно 70% или меньше.

В более новом типе котла категории I вытяжной колпак заменен на небольшой вентилятор, называемый вытяжным вентилятором, который втягивает воздух через камеру сгорания, хотя котел по-прежнему полагается на температуру дымовых газов для подъема дымовых газов вверх по дымовой трубе. . Вентилятор с принудительной вытяжкой помогает предотвратить обратную вытяжку при запуске и помогает начать вытяжку. Как только вентиляционная труба нагревается до температуры (140 ° F +), создается тяга, и давление внутри вентиляционной трубы (на положительной стороне вентилятора) становится отрицательным по отношению к CAZ.Вытяжной вентилятор избавился от вытяжного шкафа и разбавляющего воздуха, что приводило к потере энергии. Котлы категории I, оснащенные вытяжным вентилятором, обычно имеют более чистое или более полное сгорание, чем их старые аналоги, и поэтому выделяют меньше загрязняющих веществ в воздух. Усовершенствованные котлы и печи категории I также имеют электронное зажигание, а не стоячую контрольную лампу. Котлы категории I с принудительной тягой могут иметь КПД от 78% до 83%.

ENERGY STAR разрешает использование котлов с естественной вытяжкой в ​​климатических зонах IECC с 1 по 3, а программа DOE Zero Energy Ready Home допускает их использование в климатических зонах 1 и 2, если они имеют AFUE ≥ 80%.Однако маловероятно, что у котлов с вытяжным колпаком КПД превысит 70%, поэтому практически все котлы и печи с вытяжкой, превышающей 80%, имеют вытяжную тягу, механическую или прямую вентиляцию. При установке котлов и топок с естественной тягой необходимо провести испытание на безопасность горения.

Котел или печь с вытяжной вентиляцией считается сконструированной механически. Однако, поскольку это все еще открытое сгорание (т. Е. Он забирает воздух для горения из CAZ) и поскольку он полагается на отрицательное давление в дымоходе для уноса побочных продуктов сгорания, он может, как котел или печь с естественной вентиляцией, иметь потенциал обратной тяги. .Обратная тяга, когда газы сгорания утекают в CAZ, а не выходят из дымохода, может произойти, если в CAZ снижается давление по отношению к дымоходу. Это может произойти по нескольким причинам - например, одновременная работа нескольких вытяжных вентиляторов, сушилки и камина.

На рисунках 1 и 2 ниже показаны котлы категории I. В котле на Рисунке 1 используется старая технология вытяжного колпака, который втягивает разбавляющий воздух в вентиляционную трубу. В новом котле на рис. 2 вытяжной колпак заменен на небольшой вытяжной вентилятор, который вытягивает продукты сгорания через камеру сгорания и дымоход, выталкивая побочные продукты сгорания через вентиляционную трубу.


Рисунок 1 . В газовых котлах с естественной тягой категории I естественная тяга нагретого дымохода втягивает воздух для горения через вытяжной колпак в камеру сгорания. (Изображение любезно предоставлено Calcs Plus)


Рисунок 2 . В котле с принудительной тягой категории I используется вытяжной вентилятор, который втягивает воздух через камеру сгорания в дымоход. (Изображение любезно предоставлено Calcs Plus)

Категория II применяется к некоторым коммерческим печам, но не к бытовым приборам.

A Категория III Прибор для сжигания имеет вентиляционную трубу, которая находится под избыточным давлением, и в приборе не происходит конденсации, то есть его дымовые газы проходят только через один теплообменник, а затем выходят через вентиляционное отверстие при температуре выше 140 ° F. К приборам категории III могут относиться проточные газовые водонагреватели и газовые или масляные котлы. Дальнейшее обсуждение масляных котлов см. В руководстве «Жидкотопливные котлы».

Категория IV Котлы - это устройства для сжигания, которые имеют вентиляционную трубу с положительным давлением и дымовыми газами ниже 140 ° F.Вытяжной воздуховод имеет низкую температуру, поскольку приборы категории IV оснащены двумя теплообменниками (или иногда одним очень большим теплообменником). Во втором теплообменнике отводится оставшееся тепло воздуха для горения, а водяной пар (побочный продукт сгорания) охлаждается и конденсируется в жидкую воду. Эта жидкость сливается в канализацию или наружу через отвод конденсата. Конденсат очень кислый (pH ≤ 3), поэтому местные нормы могут потребовать его предварительной обработки перед сбросом в канализацию.(См. Конденсационные котлы.)

Котлы категорий III и IV являются приборами с принудительной тягой (также называемыми механическими вентилируемыми), что означает, что они оснащены вентилятором для горения, который расположен перед горелкой и направляет воздух через камеру сгорания и из вентиляционного отверстия (Рисунок 5 ). Во время работы горелки вентилятор работает постоянно, поэтому давление в вентиляционной трубе всегда положительное. Побочными продуктами полного сгорания являются CO 2 , H 2 O и N.

Котлы категории IV, как и котлы категории III, выпускают выхлопные газы сгорания непосредственно наружу через герметичную трубу, поэтому их нельзя отводить назад.Приборы категорий III и IV должны быть установлены как приборы с герметичным сгоранием / прямым выпуском воздуха, что означает, что их камера сгорания изолирована от CAZ, и они забирают воздух для горения извне через вторую выпускную трубу или концентрические трубы, которые направляют воздух для горения непосредственно в камера сгорания снаружи дома. Однако, хотя производители не рекомендуют это, они иногда устанавливаются как устройства с прямым выпуском воздуха (когда выхлопная труба установлена, но труба для входящего воздуха не установлена, поэтому котел забирает воздух для горения из CAZ).

Котлы категории IV могут работать на газе или жидком топливе. Для получения дополнительной информации о масляных котлах обратитесь к руководству по масляным котлам. Подробнее о котлах категории IV см. Конденсационные котлы.

С 1992 года Министерство энергетики США (DOE) в соответствии с Законом об энергосбережении национальных устройств требует, чтобы у небольших газовых котлов AFUE составляло не менее 80%. В ноябре 2007 года Министерство энергетики установило пересмотренный минимальный стандарт эффективности 82% для бытовых котлов, который вступит в силу в ноябре 2015 года.Чтобы иметь маркировку ENERGY STAR, котел должен иметь КПД 85% или выше.

ENERGY STAR для домов (Версия 3, Ред. 08) позволяет газовым и масляным печам и котлам иметь AFUE ≥ 80% в климатических зонах 1, 2 и 3. В климатических зонах 4-8 ENERGY STAR требует, чтобы котлы были ≥ 85 % и маркировка ENERGY STAR.

Программа DOE Zero Energy Ready Home допускает использование котлов AFUE ≥ 80% только в климатических зонах 1 и 2. В климатических зонах 3 и 4 (кроме морской климатической зоны 4) котлы должны иметь AFUE ≥ 90%, а в климатических зонах с 5 по 8 (плюс морская климатическая зона 4) котлы должны иметь AFUE ≥ 94%.

Блок управления котлом

В то время как старые котлы либо включены, либо выключены, новые котлы с многоступенчатыми или модулируемыми горелками имеют регулируемую мощность для лучшего соответствия тепловой нагрузке. Это уменьшает количество циклов включения-выключения (и циклические потери) и позволяет котлу работать дольше при более низких скоростях сжигания, что повышает эффективность. Немодулирующие котлы имеют КПД от 85% до 90%. Котлы, которые работают в режиме модуляции, а не только в режиме включения-выключения, могут повысить средний КПД котла до 8%.Модели с более высоким КПД также оснащены электронными контроллерами, которые могут увеличить срок службы оборудования, повысить эффективность котла и повысить комфорт за счет регулирования температуры котловой воды, создания реле задержки времени, выполнения автоматической дополнительной продувки, предотвращения работы котла в теплую погоду, управления положение смесительных клапанов и контроль скорости насоса. Эти средства управления могут повысить эффективность котлов без конденсации на 10% и более и снизить потери на холостом ходу до 0,3%. Конденсационные газовые котлы, которые полностью регулируются и имеют расширенные средства управления, могут достигать КПД от 92% до 96%.

Существует множество настроек, которые можно отрегулировать на современном котле для повышения эффективности и комфорта оборудования, эти настройки могут обеспечить лучшую производительность, чем заводские настройки по умолчанию.

Управление сбросом температуры наружного воздуха, которое приводит выходной сигнал системы в соответствие с фактическими температурными условиями наружного воздуха, повысит комфорт владельцев как конденсационного, так и неконденсирующего оборудования, предотвращая резкие скачки температуры в помещении, когда наружная температура выше, чем расчетные условия.Если вы устанавливаете внешний сброс, рекомендуется, чтобы домовладельцы не использовали стратегию понижения температуры в ночное время, если не были установлены специальные элементы управления, которые могут игнорировать управление сбросом. Расположите наружный датчик в месте, где он не будет подвергаться воздействию источников тепла, таких как прямой солнечный свет или вытяжное отверстие сушилки.

При установке регулятора сброса наружной температуры с котлом без конденсации выберите настройки так, чтобы температура обратной линии в котел была не ниже 140 ° F, чтобы предотвратить конденсацию.Однако при выборе уставок кривой сброса наружного воздуха для конденсационного котла выберите такие настройки, чтобы температура воды, возвращающейся в котел, была ниже 130 ° F. Это гарантирует, что температура обратки будет достаточно низкой для конденсации, что значительно повысит энергоэффективность системы (более подробную информацию см. В Arena 2012). Чтобы гарантировать, что температура обратки ниже 130 ° F, температуру подачи, вероятно, придется снизить до значения ниже заводской настройки. Убедитесь, что используемые излучатели тепла (плинтусы, радиаторы и т. Д.)) имеют правильный размер, исходя из средней температуры в распределительном контуре. Если они меньше размера, они не будут отдавать достаточно тепла в помещение, и вода будет возвращаться в котел при слишком высокой температуре, предотвращая конденсацию. Системы теплого пола обычно настраиваются для работы при более низких температурах при установке, поэтому они не требуют дополнительной регулировки температуры подачи котла.

Если вы выбираете обогреватели с носками в домах, в которых есть конденсационные котлы с элементами управления сбросом наружного воздуха, убедитесь, что указанная модель с носками может работать при низких температурах.Многие из доступных в настоящее время нагревателей пальцев ног не будут работать при температуре подачи ниже 140 ° F. Правильно спроектированная и сконфигурированная конденсационная гидронная система будет иметь температуру в обратной линии ниже 130 ° F большую часть года, в результате чего пассажиры останутся без тепла в помещениях с обогревателями.

В энергоэффективных домах с высокой степенью теплоизоляции и оборудованием правильного размера из-за проблем с комфортом в ночное время могут возникнуть проблемы со стороны потребителей. Котел, размер которого соответствует расчетной тепловой нагрузке дома, не будет иметь достаточной мощности для восстановления после спада в разумные сроки, особенно если система спроектирована с контролем сброса наружного воздуха.Наружные регуляторы сброса приводят температуру подачи котла в соответствие с тепловой нагрузкой на основе текущих внешних условий, что серьезно ограничивает способность системы повышать температуру в помещении. Если котел был настроен с контролем сброса наружного воздуха и не имел возможности его отмены, посоветуйте домовладельцам не устанавливать обратно температуру термостата в ночное время. Это также рекомендуется, если дом очень энергоэффективен и котел рассчитан на расчетную тепловую нагрузку.

Если вы знаете, что домовладелец будет использовать стратегию понижения температуры, или если вы хотите предоставить такую ​​возможность, вы можете установить средства управления для ускорения восстановления температуры, такие как 1) контроль наддува, который автоматически повышает целевую температуру на выходе котла, если потребность в тепле не выполняется в течение установленного количества минут, 2) внутренний датчик, который работает с управлением сбросом наружного воздуха, чтобы компенсировать задержки в ответе на основе внутренней температуры, или 3) простой ручной переключатель.Увеличение мощности излучателей тепла и, возможно, котла может потребоваться для удовлетворения дополнительной нагрузки, возникающей в периоды восстановления после снижения.

Если размер котла превышает расчетную нагрузку, превышение размеров тепловых излучателей поможет сократить короткие циклы работы котла. Это может быть единственный вариант в ситуациях, когда самые маленькие котлы слишком велики для расчетной нагрузки или имеется несколько зон, каждая из которых имеет очень малую нагрузку по сравнению с мощностью котла. В этих случаях увеличение размеров излучателей сократит цикличность, улучшит время отклика и повысит эффективность.Обратите внимание, что многие производители устанавливают максимальную разницу температур между подачей и обраткой котла для защиты теплообменника. Превышение размера излучателя тепла приведет к увеличению дельты T, поэтому убедитесь, что вы не увеличили размер до такой степени, что предел производителя будет превышен. При установке котла без конденсации убедитесь, что увеличение эмиттера не приводит к температуре возвратной воды ниже 140 ° F.

Как для конденсационных, так и для неконденсирующих котлов отключение в теплую погоду отключает котел, когда заданная температура превышается на температуру наружного воздуха.Бойлеры обычно поставляются с завода с установкой отключения от 68 ° F до 72 ° F. В местах с большими перепадами температуры днем ​​и ночью или весной и осенью в домах, которые используют понижение температуры, если отключение установлено слишком низко, теплая полуденная наружная температура может помешать поступлению тепла, даже если внутри все еще холодно. Убедитесь, что настройка отключения в теплую погоду не ниже желаемой температуры в помещении зимой. Например, если нормальная настройка составляет 70 ° F, отключение в теплую погоду должно быть не ниже 70 ° F.

Убедитесь, что ваша система включает в себя автоматическое управление последующей продувкой, при котором насос системы остается включенным в течение нескольких минут после прекращения работы котла для рассеивания тепла, остающегося в массе котла.

Некоторые производители котлов начали предлагать средства управления, которые могут ограничивать максимальную мощность котла. Это может быть особенно полезно, если котел используется как для отопления помещений, так и для горячего водоснабжения, и одна нагрузка значительно меньше другой. Этот предел сокращает цикличность в ситуациях, когда максимальная мощность нагрева котла значительно превышает потребность, например, когда водонагреватель требует тепла, а обогреватель - нет.

Отвод тепла - это стратегия, при которой избыточное тепло котла отводится в резервуар горячей воды для бытового потребления (ГВС) после удовлетворения потребности в отоплении помещения. Исследования показали, что этот метод может значительно повысить общую эффективность системы (Butcher 2011).

См. Отчет о руководящих принципах измерения Building America: Конденсационные котлы - оптимизация эффективности и времени отклика во время работы в режиме пониженного давления для получения дополнительных указаний по настройке средств управления котлом.

Распределение

Одним из больших преимуществ водяного отопления является простота его зонирования.Системы лучистого отопления в старых домах часто устанавливались последовательно: одна труба шла от котла сначала к одному радиатору, а затем к следующему (с последующей потерей температуры в каждом последующем излучателе). Но в более новых распределительных системах используются параллельные или первично-вторичные трубопроводы с отдельными зонами, которыми можно управлять с помощью отдельных термостатов, чтобы легко согласовывать различные уставки температуры и графики.


Рисунок 3 . Котлы могут обеспечивать зональное отопление с параллельными петлями трубопроводов.(Изображение любезно предоставлено Calcs Plus)


Рисунок 4 . Котельная система может быть оснащена первичным и вторичным контурами для подачи горячей воды для различных целей. (Изображение любезно предоставлено Calcs Plus)


Рисунок 5 . Плинтусные радиаторы отопления - одно из средств распределения тепла горячей воды.


Рисунок 6 . Петли трубопровода PEX укладываются перед заливкой плиты для этой системы лучистого теплого пола.(Изображение любезно предоставлено TC Legend Homes)

Как выбрать и установить котел

  1. Выберите котел с максимальной производительностью, финансирование которого позволит удовлетворить расчетную тепловую нагрузку проекта. Если вы участвуете в программе энергоэффективности, выберите котел, который соответствует требованиям для вашей климатической зоны, как описано на вкладке «Соответствие».
  2. Установите в соответствии с применимыми стандартами, включая Стандарт 5 ACCA: Спецификации установки качества HVAC и Руководство ACCA для технических специалистов по качественной установке и Стандарт 9 ACCA: Протоколы проверки качества установки HVAC.
  3. Разработайте эффективную систему распределения, позволяющую зонировать.
  4. Подберите размер котла, предварительно рассчитав тепловую нагрузку дома. Рассчитайте тепловую нагрузку, как описано в Руководстве по основам ASHRAE. Также доступно множество программных продуктов, которые могут помочь вам в расчетах, и некоторые производители котлов включают рекомендации по выбору размеров или программное обеспечение на своих веб-сайтах. Если расчетная нагрузка равна или ниже минимальной мощности выбранного котла, рассмотрите альтернативные варианты отопительного оборудования с низкой нагрузкой, которые лучше соответствуют расчетной нагрузке дома.
  5. Установите котел в виде системы с прямым отводом воздуха, при которой воздух для горения подводится непосредственно к камере сгорания котла снаружи. Если котел должен использовать CAZ для воздуха для горения, убедитесь, что в CAZ имеется необходимый воздух для горения, и проведите испытание на безопасность горения после установки. комната. См. Методы расчета и подачи воздуха для горения в руководстве «Печи для сжигания».
  6. Выберите подходящий вентиляционный трубопровод в соответствии с Национальным кодексом по топливному газу (см. Вкладку «Соответствие»).
  7. Задайте настройки управления оборудованием для оптимизации эффективности системы, как описано выше и в Arena 2012.
  8. Если ваш котел нагревает гидро змеевик для принудительного нагрева воздуха, см. Компактное распределение воздуха и правильный выбор размеров воздуховодов HVAC.
  9. После установки котла и перед первым заполнением заполните систему водой с чистящим раствором. Дайте ему циркулировать в течение нескольких часов, чтобы удалить жир, масло и химические вещества с припоя и флюса. Слейте, затем залейте чистой водой.Если городская вода вызывает коррозию, включите первоначальную очистку. При правильной установке котел должен работать бесконечно долго, не требуя дополнительной воды или очистки.
  10. Для конденсационных котлов: обеспечить отвод конденсата в канализацию или прямо на улицу. Поскольку конденсат очень кислый, соблюдайте местные нормативные требования в отношении предварительной обработки конденсата перед его сбросом в канализацию. Защищайте конденсатопровод от замерзания. Предусмотрите вторичный (аварийный) дренажный поддон из прочного материала.
  11. Проверьте правильность работы котла, проверив внешний регулятор сброса и оценив регулятор наддува, если он установлен.
.

Модуляция котла - лучше?

В конструкцию большинства современных котлов заложена степень модуляции. Фото любезно предоставлено Smith Energy-Moss Park Armory

Модуляция котла имеет три преимущества; он снижает потери цикла, снижает износ компонентов и может (но не обязательно, как показано далее в этой статье) привести к более высокому тепловому КПД. Но помимо преимуществ, каково влияние регулирования мощности горения на газовые водогрейные котлы? Когда модуляция котла приводит к снижению КПД и риску повреждения оборудования?

Чтобы понять эти проблемы, необходимо проанализировать, как работает котел, и какие потери связаны с его работой.


Связано: Перечень работ по обслуживанию котла


Основные операции котла: сжигание

Типичный водогрейный котел с предварительным смешиванием предназначен для выработки горячего газа путем сжигания топлива в присутствии воздуха с последующей передачей, насколько это возможно, тепловой энергии этого горячего газа в котловую воду. Котлы оцениваются по их тепловому КПД, который представляет собой просто отношение химической энергии, добавленной к котлу, к энергии, добавленной к котловой воде.По мере того как больше тепла передается от горячего газа в котловую воду, термический КПД увеличивается, а температура выходящего (дымового) горячего газа снижается.
Химическое представление идеального сгорания с природным газом представлено ниже:

2O2 + Ch5 = CO2 + 2h3O

Фактический процесс сгорания приводит к образованию других побочных продуктов или продуктов в концентрациях, отличных от указанных выше. К ним относятся:

  • Воздействие азота в воздухе для горения, которое может привести к образованию оксидов азота (NOx) в горячем газе
  • Несгоревшее топливо, если воздух и топливо не смешаны должным образом или если используется недостаточный воздух для горения
  • Различные концентрации CO, CO2 и 02 в зависимости от количества воздуха, добавляемого в процесс сгорания

Почти все котлы настроены на добавление избыточного воздуха, чтобы обеспечить надлежащее смешивание воздуха с топливом и полное сгорание топлива.Также добавляется избыточный воздух, чтобы предотвратить перегрев горелки, когда пламя находится на поверхности горелки. Более высокие смеси газов и воздуха «выталкивают» пламя сгорания от горелки, тем самым снижая температуру горелки.

Потери котла

Потери энергии котла обычно возникают в результате:

  • Потери в сухом дымоходе (тепло побочных продуктов сгорания на выходе из котла)
  • Энергия водяного пара на выходе из котла
  • Радиационные и другие потери (обычно незначительные по сравнению с первыми двумя)

Когда достаточно тепловой энергии от горячих газов передается котловой воде, общая температура горячего газа опускается ниже точки росы по воде, и часть или вся вода становится жидкой.Энергия, выделяемая при превращении воды из пара в жидкость, улавливается котловой водой, что приводит к значительному повышению эффективности. Каждый фунт воды в горячем газе, преобразованном в жидкость, добавляет 1000 БТЕ в котловую воду.

Потери в сухих дымовых газах и потери водяным паром могут быть легко рассчитаны, если известно количество CO2 или 02 в дымовых газах (это используется для расчета точки росы воды в дымовых газах и определения концентраций продукты горячего газа) и температура дымовой трубы известна.Два примера представлены на рисунках 1 и 2 , где в качестве источника топлива используется природный газ.

Рисунок 1 - это расчет потерь, предполагающий 27-процентный избыток воздуха (соответствует девяти процентам CO2) и температуру дымовых газов 150F. Обратите внимание, что точка росы для газа при этом уровне избыточного воздуха составляет 130,6 градусов - любая температура дымовых газов (и, соответственно, температура котла обратной воды) выше этой точки не приведет к конденсации дымовых газов.Общий КПД котла в установившемся режиме (без учета тепловых и других незначительных потерь), работающего в этот момент, составляет 88,1%.

Рисунок 2 предполагает те же условия, что и Рисунок 1 , однако температура дымовых газов была снижена до 120F. Это приводит к повышению эффективности на 92% или повышению эффективности на 3,9%. Это увеличение происходит из-за дополнительной энергии за счет скрытой теплоты парообразования в воде дымовых газов.

Теплообмен

Теплообменники котла предназначены для оптимизации передачи тепловой энергии горячего газа котловой воде.Количество тепла, переданного в этом процессе, представлено как:

Q = U • A • ∆Tlm

Где:

Q = количество переданного тепла

U = общий коэффициент теплообменника

A = эффективная площадь теплопередачи в теплообменнике

∆Tlm = средняя логарифмическая разница температур входящего / выходящего горячих газов и входящей / выходящей котловой воды.

В этой статье не рассматриваются подробные элементы теплопередачи; скорее, он рассмотрит основные элементы, влияющие на передачу тепла.По сути, любое улучшение U, A или большей разницы температур приводит к большей теплопередаче и более высокой эффективности котла.

Общий коэффициент

U обратно пропорционален сопротивлению теплового потока в теплообменнике (т.е.U = 1 / Сопротивление). Позиции сопротивления тепловому потоку включают:

  • Сопротивление конвективной теплопередаче от горячего газа к слою загрязнения на горячей стороне теплообменника
  • Сопротивление кондуктивной теплопередаче через засорение горячей стороны
  • Сопротивление кондуктивной теплопередаче через материал теплообменника
  • Сопротивление кондуктивной теплопередаче через водные загрязнения
  • Сопротивление конвективной теплопередаче от загрязнения со стороны воды в котловую воду

Для кондуктивной теплопередачи сопротивление определяется теплопроводностью материала (константа) и толщиной материала.Потери конвективного теплообмена менее очевидны, поскольку они регулируются коэффициентом конвективного теплообмена, который зависит от свойств газа / жидкости и характеристик потока. Одним из основных факторов, влияющих на эти коэффициенты, является то, является ли поток турбулентным с большим перемешиванием или ламинарным, когда поток очень однороден. Переход от турбулентного потока к ламинарному потоку может снизить этот коэффициент конвективной теплопередачи в пять или более раз. Это усугубляется тем фактом, что сопротивление конвективной теплопередаче обычно намного больше, чем сопротивление кондуктивной теплопередаче.Из-за этого воздействия большое внимание уделяется проектированию теплообменников для работы с турбулентными потоками воды и газа.

Цикл котла

Последним пунктом в описании основных операций котла является описание типового цикла котла для котла с вентилятором или с положительным давлением. Каждый раз, когда котел приводится в действие, он проходит цикл предварительной продувки для удаления любых остаточных газов в камере сгорания. Это делается из соображений безопасности и достигается путем пропускания воздуха для горения без топлива в течение заданного периода времени.Во время этого процесса тепло передается от горячей котловой воды в теплообменнике к более холодному потоку воздуха для горения. Эта теплопередача представляет собой потерю энергии, но она снова необходима из соображений безопасности. После цикла продувки топливо добавляется к воздуху для горения, смесь зажигается, и котел начинает нормальный режим работы. После выключения котла выполняется дополнительная продувка для удаления любых остаточных газов. Эти процессы продувки являются основной причиной потерь цикла, которые снижают общую эффективность котельной.

Модуляция котла

Почему модуляция? Раньше котлы проектировались только с одним режимом работы - вкл / выкл. Они не были предназначены для стрельбы с любой другой скоростью, кроме их полной номинальной мощности. Когда потребности в отоплении для объекта были меньше, чем мощность котла, котлы подвергались циклическому включению, при котором они включались, удовлетворяли нагрузку и затем отключались. Чем больше разница между тепловой нагрузкой и мощностью котла, тем больше количество циклов котла.

Как упоминалось ранее, чрезмерные циклы котла приводят к потерям цикла, но они также увеличивают общий износ оборудования. Реле и контакты в электрических компонентах могут выдержать ограниченное количество, и эти компоненты необходимо будет заменять с большей частотой, когда возникает чрезмерная цикличность.

По мере того, как в конструкции котлов были внесены новшества, производители начали предлагать блоки с несколькими скоростями горения (многоступенчатое горение), за которыми следовали устройства, которые могли плавно переключаться между фиксированной низкой и высокой скоростью горения.В котлах с вентилятором модуляция достигается за счет уменьшения потока воздуха и газа в котел. Отношение низкой пожарной нагрузки к высокой пожарной способности определяется как способность котла изменяться. Большинство современных дизайнов имеют встроенный уровень модуляции; либо с котельными агрегатами, имеющими соответствующий диапазон регулирования, либо с использованием нескольких двухконтурных котлов.

Когда мы смотрим на уравнение теплопередачи, представленное ранее, модуляция котла означает более эффективную площадь теплопередачи (A) для количества тепла, добавляемого в систему.Этот эффект проиллюстрирован на кривых КПД на рис. 3 .

Объединяя все вместе - влияние высоких скоростей отклонения

Из предыдущих обсуждений следует, что более высокая модуляция котла лучше. Возникает фундаментальный вопрос: не будет ли котел с экстремальным диапазоном регулирования быть намного эффективнее, чем котел с диапазоном изменения 5: 1? Ответ на этот вопрос не обязательно, как показано ниже.

Для достижения экстремального диапазона регулирования котлы с большим диапазоном регулирования настроены на подачу большего количества избыточного воздуха при таких низких скоростях горения, чтобы их горелка оставалась холодной.Этот дополнительный избыток воздуха значительно снижает точку росы воды в дымовых газах, а также изменяет потери в сухих газах. Чтобы проиллюстрировать этот эффект, пример, использованный в , рис. 2 , обновлен, чтобы отразить изменение 20: 1, где 02 установлено на 11 процентов (соответствует 5,6 процента CO2 и 97 процентам избыточного воздуха). Результаты показаны ниже на рис. 4 .

Обратите внимание, что точка росы снижена со 130.От 6 до 117 градусов, и котел больше не находится в диапазоне конденсации. Это представляет собой снижение общей эффективности на 3,7%, и это только начало плохих новостей. При уменьшении общего потока газа при экстремальной модуляции существует вероятность того, что поток газа через теплообменник станет ламинарным из-за значительного уменьшения воздушных потоков. Если так же уменьшить циркуляцию воды в бойлере в соответствии с интенсивностью горения, поток воды со стороны воды также может стать ламинарным. Если первичное сопротивление тепловому потоку возникает из-за конвекции тепла на стороне газа и воды и если одно или несколько из этих сопротивлений увеличиваются в пять раз, то общая производительность теплообменника значительно падает.

Конечным результатом будет повышение температуры дымовых газов и более высокие потери в котле. Есть и другие негативные последствия. Если поток со стороны воды становится ламинарным, температура материала теплообменника повышается. Если он достаточно поднимется, это может вызвать локальное кипение в областях вдоль стенки теплообменника. Поскольку эти пузырьки пара образуют растворенные твердые частицы в котловой воде, они выходят из раствора и прилипают к стенке теплообменника, что приводит к увеличению слоя загрязнения.Этот слой добавляет дополнительное сопротивление тепловому потоку, что способствует большему пропариванию. Если температура становится достаточно высокой, теплообменник выйдет из строя, потому что котловая вода обеспечивает необходимое охлаждение, чтобы защитить его от повреждений.
Последняя важная область воздействия - управление пламенем. Когда в котле используется избыток воздуха, превышающий 50 процентов, это влияет на стабильность пламени сгорания, что может привести к чрезмерным сбоям пламени, ложным отключениям и потерям цикла.

На рынке, однако, высказываются предположения, что потери в установившемся режиме, возникающие из-за высоких скоростей модуляции котла, превосходят потери цикла, которые возникают в модулирующих котлах 5: 1.Johnston Boiler Company опубликовала исследование именно по такому сценарию, в котором подчеркивается, что даже с вытекающими потерями в цикле котел с изменяющимся режимом 4: 1 будет более эффективным, чем идентичный котел, работающий на 10% полного огня1. При снижении эффективности и возможном повреждении котла некоторые производители намеренно ограничивают динамический диапазон своих котлов до 5: 1 и проводят лабораторные испытания, чтобы продемонстрировать истинную эффективность котлов при различных скоростях горения. Это не экстраполированные показатели эффективности с использованием одной точки данных при более высокой скорости стрельбы, а затем расширенные до более низкой скорости стрельбы.Способ действительно узнать, какова эффективность в любом из условий обжига, - это запросить прямые лабораторные результаты в этих рабочих точках и не принимать прогнозируемые или расчетные числа.

Заключение

Реалистичные коэффициенты модуляции котла помогли повысить общий КПД котельной системы за счет снижения потерь в цикле и увеличения теплового КПД, но экстремальный диапазон изменения (выше 10: 1 и выше) может дать противоположный эффект. При разумном проектировании котельной необходимо учитывать фактическую (не экстраполированную) эффективность котла с учетом рабочего диапазона оборудования и согласования ожидаемых нагрузок на установку с правильным выбором размера котла.


Артикул:

1 Johnston Technical Brief, Сравнение эффективности: 4: 1, изменение размера и 10: 1, Johnston Boiler Company, 17 марта 2003 г.

.

Смотрите также