КПД малой котельной, Удельный расход топлива малой котельной. Опции

[Бойко]

Зачем говорить, что водяное отопление есть.
Мы пытаемся проанализировать систему теплоснабжения одноквартирного дома.
Начали, казалось, с самого простого:
водогрейный котел+горелка на жидком топливе + водяная система отопления + автоматика.
Должна существовать методика определения затрат топлива на котельную. Нет.
Нашли, но немецкую.
Констатировали, что на эксплутационные затраты такой схемы влияют ряд факторов.
1. КПД котла (есть много вопросов по его фактическому значению.
2. Коэффициент использования топлива (определяемый: продолжительностью отопительного периода, часовым расходом горелки, параметрами настройки горелки и автоматики, цокольной температурой котла)
В Германии по "Межпрофсоюзное соглашение от 2 июля 1969г." каждый поставщик обязан в описании сообщать покупателю значения qb и цокольной температуры и это соблюдается.
В США кпд котла не придают столь решающего значения, какое оно имеет в России и странах СНГ. Это связано с тем, что величина кпд является характеристикой котла только в режиме непрерывной работы (при номинальной производительности), а такой режим является чисто теоретическим.
В реальности тепловая нагрузка системы представляет собой величину переменную. Наименее эффективный режим работы котла (вне зависимости от теоретической величины его кпд) имеет место в переходные периоды отопительного сезона.
В 1978 году Министерство энергетики США ввело в действие стандарт для оценки сезонного энергопотребления отопительных устройств. Установленный этим стандартом показатель AFUE (Annual Fuel Utilization Efficiency - годовая эффективность использования топлива) в настоящее время широко применяется в США для оценки работы системы в целом.
Величина AFUE выражается, как и кпд в процентах, но, в отличие от кпд,
она учитывает влияние многочисленных переходных периодов на протяжении всего отопительного сезона (т.е. всех периодов времени, когда котел работает в режиме неноминальной нагрузки).
Таким образом показатель AFUE используется для оценки реальных стоимостных затрат отопительного сезона.
Для этого Министерство энергетики США предлагает следующую формулу:

Показатель AFUE (десятичный) =Суммарные теплопотери здания за сезон / сезонное потребление топлива

Пример 1. Снижение сезонной эффективности работы системы по мере того, как номинальная производительность котла увеличивается по отношению к расчетной тепловой нагрузке системы ( По замерам на здании в г.Сиракузы, штат Нью-Йорк):

Соотношение: Сезонная
Производительность котла эффективность
Расчетная тепловая нагрузка системы работы системы

1,0 68%
1,5 58%
2,0 50%
2,5 45%
3,0 39%

У нас же продавцы указывают эти значения только для высокоэффективных котлов. Для остальных такая информация отсутствует (скрывается).
Это значение можно опредилить при испытаниях уже купленных изделий (методика приведена выше).
Посчитали. Прослезились (Прекрасные судебные перспективы по иску о ущербе).
Убедились, что в условиях подмосковья, при существующих ценах на энергоресурсы использование котла на дизельном топливе убыточно даже при сравнении с прямым эл. отоплением при тарифах(19000 руб/м3 диз. топлива, 1,8 руб/кВтхчас эл. эн. при одноставочном тарифе и 0,54/2,0 руб/кВтхчас при двухставочном). Пропорция повышения цен на эн. ресурсы сохранится на ближайшие 5 лет (ситуация не изменится). Таким образом каждый час работы такого котла приносит и будет приносить его владельцу прямые убытки (нетрудно посчитать).
Теперь знаем, что к-т использования топлива можно повысить - снижая продолжительность работы системы при относительно высоких температурах наружного воздуха. Поэтому рассматриваем варианты использования канального кондиционера (тепло/холод)- ТН.
Важно понимать! Использование газа в качестве топлива не повышает эффективность использования топлива, а только снижает эксплутационные расходы (низкие цены на газ 1,3 руб/нм3). Нагрузка на экологию таже.
Теперь о необратимости.
Если кратко. При оптимизации технологийческих процессов (теплоснабжение) в термодинамике выделяются необратимые процессы: адиабатическое расширение, смешение, теплопередача (т.е. процессы снижающие потенциал рабочего тела без совершения работы).
Примером может быть дросселирование, газа. Можно просто дросселировать газ (рассеевая энергию газа) из магистрального газопровода от высоких давлений до низких, применяемых, в распределительных сетях, а можно убрать необратимость и снижать давление газа в турбине (получая полезную работу). Такие установки уже довольно длительное время работают.
По аналогии можно регулировать давление теплоносителя(при больших расходах и давлении в теплосетях) на входе в ЦТП, вместо РД (турбина "Патона"). Поэтому такие звенья стараются исключать (сокращать количество).

Сообщение отредактировал Бойко - 16.10.2007, 17:25

[Бойко]

Зачем говорить, что водяное отопление есть.
Мы пытаемся проанализировать систему теплоснабжения одноквартирного дома.
Начали, казалось, с самого простого:
водогрейный котел+горелка на жидком топливе + водяная система отопления + автоматика.
Должна существовать методика определения затрат топлива на котельную. Нет.
Нашли, но немецкую.
Констатировали, что на эксплутационные затраты такой схемы влияют ряд факторов.
1. КПД котла (есть много вопросов по его фактическому значению.
2. Коэффициент использования топлива (определяемый: продолжительностью отопительного периода, часовым расходом горелки, параметрами настройки горелки и автоматики, цокольной температурой котла)
В Германии по "Межпрофсоюзное соглашение от 2 июля 1969г." каждый поставщик обязан в описании сообщать покупателю значения qb и цокольной температуры и это соблюдается.
В США кпд котла не придают столь решающего значения, какое оно имеет в России и странах СНГ. Это связано с тем, что величина кпд является характеристикой котла только в режиме непрерывной работы (при номинальной производительности), а такой режим является чисто теоретическим.
В реальности тепловая нагрузка системы представляет собой величину переменную. Наименее эффективный режим работы котла (вне зависимости от теоретической величины его кпд) имеет место в переходные периоды отопительного сезона.
В 1978 году Министерство энергетики США ввело в действие стандарт для оценки сезонного энергопотребления отопительных устройств. Установленный этим стандартом показатель AFUE (Annual Fuel Utilization Efficiency - годовая эффективность использования топлива) в настоящее время широко применяется в США для оценки работы системы в целом.
Величина AFUE выражается, как и кпд в процентах, но, в отличие от кпд,
она учитывает влияние многочисленных переходных периодов на протяжении всего отопительного сезона (т.е. всех периодов времени, когда котел работает в режиме неноминальной нагрузки).
Таким образом показатель AFUE используется для оценки реальных стоимостных затрат отопительного сезона.
Для этого Министерство энергетики США предлагает следующую формулу:

Показатель AFUE (десятичный) =Суммарные теплопотери здания за сезон / сезонное потребление топлива

Пример 1. Снижение сезонной эффективности работы системы по мере того, как номинальная производительность котла увеличивается по отношению к расчетной тепловой нагрузке системы ( По замерам на здании в г.Сиракузы, штат Нью-Йорк):

Соотношение: Сезонная
Производительность котла эффективность
Расчетная тепловая нагрузка системы работы системы

1,0 68%
1,5 58%
2,0 50%
2,5 45%
3,0 39%

У нас же продавцы указывают эти значения только для высокоэффективных котлов. Для остальных такая информация отсутствует (скрывается).
Это значение можно опредилить при испытаниях уже купленных изделий (методика приведена выше).
Посчитали. Прослезились (Прекрасные судебные перспективы по иску о ущербе).
Убедились, что в условиях подмосковья, при существующих ценах на энергоресурсы использование котла на дизельном топливе убыточно даже при сравнении с прямым эл. отоплением при тарифах(19000 руб/м3 диз. топлива, 1,8 руб/кВтхчас эл. эн. при одноставочном тарифе и 0,54/2,0 руб/кВтхчас при двухставочном). Пропорция повышения цен на эн. ресурсы сохранится на ближайшие 5 лет (ситуация не изменится). Таким образом каждый час работы такого котла приносит и будет приносить его владельцу прямые убытки (нетрудно посчитать).
Теперь знаем, что к-т использования топлива можно повысить - снижая продолжительность работы системы при относительно высоких температурах наружного воздуха. Поэтому рассматриваем варианты использования канального кондиционера (тепло/холод)- ТН.
Важно понимать! Использование газа в качестве топлива не повышает эффективность использования топлива, а только снижает эксплутационные расходы (низкие цены на газ 1,3 руб/нм3). Нагрузка на экологию таже.
Теперь о необратимости.
Если кратко. При оптимизации технологийческих процессов (теплоснабжение) в термодинамике выделяются необратимые процессы: адиабатическое расширение, смешение, теплопередача (т.е. процессы снижающие потенциал рабочего тела без совершения работы).
Примером может быть дросселирование, газа. Можно просто дросселировать газ (рассеевая энергию газа) из магистрального газопровода от высоких давлений до низких, применяемых, в распределительных сетях, а можно убрать необратимость и снижать давление газа в турбине (получая полезную работу). Такие установки уже довольно длительное время работают.
По аналогии можно регулировать давление теплоносителя(при больших расходах и давлении в теплосетях) на входе в ЦТП, вместо РД (турбина "Патона"). Поэтому такие звенья стараются исключать (сокращать количество).

Сообщение отредактировал Бойко - 16.10.2007, 17:25

[Alex_]

Соотношение: Сезонная
Производительность котла эффективность
Расчетная тепловая нагрузка системы работы системы

1,0 68%
1,5 58%
2,0 50%
2,5 45%
3,0 39%

Чегой-то цифры уж больно мрачные. Не верится. Да, в наших предыдущих рассуждениях среди потерь мы упустили "КПД" (эффективность) процесса химического сжигания топлива. Все равно не верится...
Необратимость, вызванная передачей тепла через промежуточный теплоноситель (воду), не так страшна, ибо компенсируется высокой интенсивностью процессов теплообмена в котле.

Теперь с небес на землю: ТН - это здорово. летом - холод, зимой-тепло. Если не предполагается постоянного проживания в домике зимой, в качестве источника низкопотенциального тепла можно использовать воздух. А использование в качестве теплоносителя воздуха дает один ощутимый плюс - нечему замерзать
Короче, тепловой насос воздух-воздух (кондиционер с режимом тепла ) + хороший камин = рецепт дачного счастья. А в трескучие морозы все равно все в городских квартирах отсиживаются и носа на улицу не суют.

[Бойко]

Чегой-то цифры уж больно мрачные.

Перефразировав анекдот из сегодняшней КП.
Доктор, неужели моя болезнь такая ужасно безнадежна?
- Ну зачем же так мрачно! Давайте по-другому: если я вас вылечу-я стану всемирно известен!
Если найдется человек, который сможет в условиях средней полосы добиться от такой системы отопления к-та использования топлива 85% -он станет всемирно известен (или получит Нобелевку)!
Несколько существенных замечаний по теме.
Философское.
Качество товара определяется и его потребительской ценностью.
Заказчик за свои деньги покупает товар и получает:
-приятный внешний вид товара, этикетка (это действительно важно);
-надежную и безопасную систему обеспечивающую тепловой комфорт в помещениях;
-достаточно автономную систему (перерыв в эл. снабжении решается бенз. генератором);
-хорошо организованную поставку топлива;
-быстрый ремонт и техническое обслуживание;
-дополнительное (свободное) время засчет устранения загатовки дров и топки.
Без доли иронии.
Такова цена комфорта при отсутствии газа и ненадежном эл. снабжении.
Глобальные проблемы (окружающая среда и пр.) это удел специалистов
Забота поставщика товара и свободной конкуренции:
-предоставить Заказчику полную информацию;
-оптимизировать стоимость товара;
-расширить потребительские свойства товара.
Иначе, рынок у нас станет слишком диким.
Эстетика энергоэффективного решения.
Инженеру когда то должно быть ЗА ПАДЛО рубить капусту.
О технике в другой раз.

[Бойко]

О технике.
1. Получается, что КПД котла и к-т использования топлива зависит (кроме конструктива) от параметров настройки горелки. Или, по другому, от точности определения расчетной нагрузки на отопление. Расчетным путем точно определить реальную нагрузку ОЧЕНЬ трудно. Можно только испытаниями. Уверен, что они не проводятся. Запас вкладываемый в настройку горелки и снижает экономичность.
2. Автоматика котла ближайший родственник унитазного поплавка. Точность регулирования +-5 гр.С. Теперь понимаю почему. Трудно говорить о нормальном регулировании если ПИД регулятор будет пытаться "доводить" температуру плевками солярки по несколько секунд. Такая "точность" приводит к необходимости завышать уставку по регулируемой температуре, что дополнительно снижает экономичность.
3. Низкая точность регулирования, делает наличие терморегуляторов на отопительных приборах необходимым.
4. Такая автоматика "проглатывает" бытовые тепловыделения, которые для семьи из 3 чел. мут быть оценины в 1кВт (10% от средней нагрузки на отопление), что еще снижает экономичность.
5. Использование в качестве теплоносителя незамерзающих жидкостей (необходимо при перерывах в эл. снабжении) снижает экономичность.
6. Слой сажи, что нормально при таком количестве пусков снижает экономичность.
7. Коксование гореки и износ распыливающих ее частей опять.
Несколько слов о техническом обслуживании.
Его средняя стоимость у нас 500$ в год за два визита (чтоб я так жил). Ремонт отдельно. Это 15% от годовых затрат на топливо. Без акта. Без рекомендаций по экономичности. Эфект от такого обслуживания только моральный.

[Alex_]

Скепсис понятен, но ИМХО, несколько чрезмерен. Что ж, сжигание углеводородов имеет кучу издержек. Ставьте тепловой насос. Потерь - никаких, ибо тепло, выделяемое двигателем компрессора, пойдет на обогрев помещения. Обслуживания как такового нет.

[испытатель]

Для "смягчения" работы котла установите тепло-гидроразделитель. Два контура-два насоса и котел не дергается. А в остальном согласен, со всеми изложенными мнениями - концептуально (не практически). Особенно по поводу использования электроэнергии. Хотя проблем с электроотоплением явно будет меньше.

[Бойко]

Гидравлическая стрелка существенно упростит гидравлику системы, но не сможет повысить к-т использования топлива.
Дополнительно к вышесказанному.
Перевод котла в "дежурный режим" - снижение температуры в помещениях (при неизменной настройке горелки на Q^р_о) окончательно смещает к-т использования топлива малой котельной в область близкую к 0,35 (я все таки доверяю приведенной таблице, вряд ли американцы ставили задачей испытаний-подрыв благосостояния нашей страны.
Несколько соображений по повышению эффективности.
1. Установить: термометр на газоходе (желательно малоинерционный) и счетчик моточасов работы горелки. При техническом обслуживании (отказываться от него считаю нецелесообразным) документально фиксировать:
- КПД котла;
- содержание RO2;
- температуру уходящих газов;
- настройку горелки кг/час;
- определить срок службы распылителей форсунки и требовать их своевременной замены;
- ежегодно определять к-т использования топлива котельной;
- испытания на qb.
2. В дальнейшем при завышении Тух допустим на 5 гр.С (оговорить с специалистом проводящим ТО)- вызывать специалиста.
Рассмотреть возможность самостоятельной чистки (один раз в месяц) горелки и поверхностей нагрева котла - резерв около 5%.
3. В связи с трудностью определения фактического Q^р_о:
-снизить расчетнуь температуру наружного воздуха. Потребовать проведение процедуры настройки горелки итерационно (методом последовательных приближений) с низу. При окончании этой работы при температуре нар. возд. (допустим-15) горелка должна работать непрерывно. Недостаток тепловой энергии (понижение температуры нар. возд.) покрывать эл. нагревателями с термостатами. Это позволит учесть внутренние (бытовые) тепловыделения, снизить время простоя котла в при температуратурах средних для отопительного сезона, повысить эффективность при дежурном режиме. Резерв 5-10%.
Работать модулятором. Периодически менять настройку горелки.
Несколько неочевидных предложений.
При проектировании котельной сразу:
- планировать сразу использование незамерзающих теплоносителей (создавать запас по площади котла);
- для повышения надежности (автономности), несмотря на наличие циркуляционных насосов, расчитывать СО как гравитационную;
- проверять настроечную характеристику горелки (данных ненашел, но сомневаюсь, что она имеет плоскую во всем диапазоне настроек характеристику эффективности);
- расчитывать планируемый к-т использования топлива;
- предварительный подогрев топлива (кабель с самовыравниванием синхронизированный с топливным насосом);
- предусматривать два котла.
Следующая мысль. Ведь при к-те использования топлива выше 0,81 котел экономичней эл. нагрева при одноставочном тарифе.
Поставить в паралель эл. котел (стоит копейки). Настроить жидкотопливный котел из решения уравнения при к-те использования 0,81. Контроллер автоматики распределения нагрузки между котлами настроить:
-эл. котел обеспечивает нагрузку до расчитанной для данной местности температуры наружного воздуха - зоны включения жидкотопливного котла. В этой зоне эл. котел отключается и работает периодически для обеспечения цокольной температуры во время остановок жидкотопливного котла. После падения температуры наружного воздуха ниже экономически расчитанной для настройки жидкотопливного котла - эл. котел опять включается в постоянную работу. При это горелка работает в постоянном режиме, а эл. котел точно отслеживает колебания температуры и бытовые тепловыделения. Современный свободнопрограммируемый контроллер позволяет это реализовать.
Такая комбинированная система будет экономичней эл. котла и жидкотопливного используемых по отдельности.

Рассмотреть возможность установки дровяного котла параллельно.
Еще одно соображение.
Попробовать сконденсировать водяной пар из уходящих газов, для чего на отключаемом байпасе в газоходе , установить рекуператор (конструкция таких устройств подробно описана). Проблема. Наличие низкотемпературного теплоносителя обеспечивающего конденсацию.
А что если решить эту задачу при помощи тепловрго насоса.


Сообщение отредактировал Бойко - 1.10.2007, 16:42

[Alex_]

Верно, как говорится, концептуально... Теперь опять о прозе жизни.
Ох, не завидую я тем, кто будет регулировать Вам горелку...
С таким подходом Вам лучше прикупить недорогой газоанализатор, типа TESTO 325 - за год отобъется, если не раньше. Котелок я бы посоветовал Витолу от Виссмана с контроллером не ниже КС5. Там (в контроллере) есть опция измерения Т отходящих газов - то, что Вы хотите. Горелку - Гирш или Вайсхаупт, с той самой воздушной заслонкой... И еще, не пожалейте денег и купите блок стабилизатора тяги от того Висмака. Сие оборудование приблизит Вас к решению поставленных Вами задач. От владельцев упомянутых в тексте торговых марок денег я не получаю.

[Бойко]

Мы свое еще стекляшкой ГХП-100 отбили.

[Alex_]

???

[Бойко]

Газоанализатор химический поглотительный (клинский завод химлаборприбор). Была такая штука.

[Alex_]

Сорри, я пришел в область инженерных коммуникаций другим путем. А из всего, что мы монтируем, отечественного только ВГП (БШВ) трубы и фланцы...
За державу обидно, но это уже другой разговор

[Бойко]

Если ставится задача минимизации расхода топлива котлом (нагревателем), то для снижения потерь тепловой энергии с уходящими газами предпочтение должно отдаваться низкотемпературным системам:
- теплым полам или стенкам;
- воздушным системам отопления.

[Alex_]

Правильно. Даже котел конденсатный для легких жидких топлив видел у немцев. Забыл, к сожалению, у кого. Кстати, принаших ценах на дизтопливо должон окупаться за два сезона. Интересно только, если в ентом котле нашу соляру жечь, кому продавать слабый раствор сернистой+серной кислот....

Сообщение отредактировал Alex_ - 9.10.2007, 12:15

[Бойко]

Т.е. получается перевод нагревателя в конденсационный режим дает минимум 15% снижения расхода топлива? И в принципе технических преград в этом нет? Вопрос о конденсате конечно интересен. Ph=4? Три литра в час. Ну не "Боржом". Врпрос нейтрализации конденсата действительно важен. Я все не пойму. Чем же наша солярка плоха для котлов?

[Смит]

производительность котла (горелки) меняется методом Вкл.100% (Выкл100%).

Сейчас сделал в Excel простенький расчёт среднего за сезон кпд котельной, в которой работают котлы с одноступенчатыми "атмосферными" горелками:

[attachment=117241:raschyot...y_1_stup.PNG]

[attachment=117242:raschyot...y_1_stup.xls]

Главный вопрос - величина потерь тепла во время простоя. Можно, конечно же, попытаться определить её экспериментально, можно взять из паспортных данных котла (у некоторых встречается). Но сдаётся мне, что величина эта значительно изменяется в зависимости от скорости ветра, его направления...
У нас в одной крышной котельной удельный расход условного топлива за время с 1 по 17 января изменялся в диапазоне 179…209 кгут/Гкал (есть и газ. счётчик с корректором, и теплосчётчик).

Сообщение отредактировал Смит - 25.2.2017, 11:19

[Смит]

Расчетная нагрузка на отопление Q^р_о=20кВт.
Пусть принимается к установке котел фирмы N номинальной производительностью 20 кВт.
Котел и топливная емкость устанавливаются в отдельном помещении.
Заявленный КПД котла 85% (Так и не понял у поставщиков котла или горелки?).
Это при расчетной нагрузке при температуре наружного воздуха -28⁰С.
Средняя температура наружного воздуха за отопительный период -3,2 ⁰С.

"Забил" в расчёт эти данные и ещё величину потерь тепла во время простоя 5%:

 raschyot_kpd_kotelnoy_1_stup.PNG ( 18,91 килобайт ) Кол-во скачиваний: 2



 raschyot_kpd_kotelnoy_1_stup.xls ( 26 килобайт ) Кол-во скачиваний: 5

[Смит]

Тогда средний КПД котла по неточным оценкам падает до 50% (в среднем за отопительный сезон).

Сейчас попробовал в своём расчёте приблизиться к 50%. Это удалось путём завышения установленной мощности в 4 раза и увеличения величины потерь тепла во время простоя до 10%. Вопрос, насколько реальна эта ситуация?

 KPD_kotelnoy_53_.png ( 13,88 килобайт ) Кол-во скачиваний: 2

[Смит]

Ещё вариант: установленная мощность в 2 раза больше требуемой, потери тепла во время простоя - 25%. КПД котельной, средний за отопительный сезон - 51%.

 KPD_kotelnoy_51_.PNG ( 14,01 килобайт ) Кол-во скачиваний: 3

[CNFHSQ]

Смит. При закрытом шибере потери будут 0. При открытом тоже маленькие. Поверхность котла сравнительно невелика.

[Смит]

Смит. При закрытом шибере потери будут 0.

Да. Похоже, сейчас уже нет требования о наличии отверстия в шибере дымохода газового котла.

[Valiko]

Да. Похоже, сейчас уже нет требования о наличии отверстия в шибере дымохода газового котла.

Не. об этом забывать низзя. НО, если шибер на воздушном регистре горелки во время простоя закрыт, то и расход охлаждающего воздуха через котел минимален.

[Смит]

если шибер на воздушном регистре горелки во время простоя закрыт, то и расход охлаждающего воздуха через котел минимален.

В этой теме речь о котлах такого вида:

 Dunkirk_D_247.PNG ( 68,22 килобайт ) Кол-во скачиваний: 2