Эффективность автономного отопления дома, квартиры или коттеджа непосредственно зависит от вида отопительного котла. В частном секторе, в отдельных офисных зданиях, павильонах, мастерских, магазинах, не подключенных к централизованной системе отопления, котел является единственным источником тепловой энергии. При выборе котла нужно обращать внимание не только на вид топлива, но и на коэффициент полезного действия  (КПД).

Современные котлы на газовом, твердом или дизельном топливе работают с КПД от 60 до 90%. Если производитель указывает в паспорте 96-98%, то это нужно воспринимать как маркетинговую уловку. К тому же нужно учитывать потери тепла в процессе передачи тепловой энергии к радиаторам и другими видам теплообменников. Увеличить КПД источника тепловой энергии можно разными способами, часто не затрагивающими собственно котла. Сначала рассмотрим характеристики котлов и способы увеличения их производительности.

КПД-брутто и КПД-нетто

Брутто и нетто КПД котла отопления относятся к двум различным показателям эффективности работы котла. Брутто КПД (или граничный КПД) отражает отношение выделенной котлом тепловой мощности к тепловой мощности топлива, которое подается в котел. Брутто КПД учитывает только тепловую мощность, которая может быть использована для отопления, а не учитывает потери тепла, связанные с отходящими газами или другими факторами.

Нетто КПД (или полезный КПД) отражает отношение выделенной котлом тепловой мощности к тепловой мощности топлива, которое подается в котел, с учетом всех потерь тепла, связанных с отходящими газами, теплопроводностью, тепловыми потерями через стенки котла и т.д.

Из этого следует, что брутто КПД всегда выше нетто КПД, поскольку он не учитывает потери тепла, которые связаны с работой котла. Нетто КПД является более показательным показателем эффективности котла, поскольку он учитывает все потери тепла, которые происходят в процессе работы котла. Однако, в некоторых случаях, например при сравнении разных типов котлов, брутто КПД может использоваться для оценки их общей эффективности, поскольку он является более универсальным и общим показателем.

Расчет КПД брутто котла отопления можно выполнить, используя формулу:

 ПДбр = (Qн - Qв) / Qн * 100%,

где:

• Qн - номинальная тепловая мощность котла (кВт или МВт), а Qв - количество тепла, уходящее с отходящими газами.
• Для расчета Qв можно использовать следующую формулу:

Qв = m * c * (t1 - t2),

• где m - масса отходящих газов (кг/ч), c - удельная теплоемкость газов (Дж/кг·°C), t1 - температура газов перед дымоходом (°C), а t2 - температура воздуха за котлом (°C).
• Информацию о массе и температурах отходящих газов можно получить из технической документации на котел.
• Например, если номинальная мощность котла составляет 100 кВт, а количество тепла, уходящее с отходящими газами, составляет 20 кВт, то КПДбр будет равен:
• КПДбр = (100 - 20) / 100 * 100% = 80%.

Как сказано выше, брутто-мощность — это идеальный показатель, который замеряется в лабораторных условиях и не учитывает потери тепловой энергии в реальных процессах. Даже при диагностике котла в режиме холостого хода показатели брутто могут отличаться в связи с другими теплотехническими показателями топлива и условиями проверки.

Расчет КПД котла нетто

Расчет КПД нетто котла отопления можно выполнить, используя следующую формулу:

КПДн = (Qн - Qп) / Qт * 100%,

где:

• Qн - номинальная тепловая мощность котла (кВт или МВт), Qп - потери тепла отходящими газами (кВт или МВт) и Qт - тепловая мощность топлива (кВт или МВт), подаваемого в котел.
• Для расчета потерь тепла отходящими газами (Qп) можно использовать следующую формулу:
• Qп = m * c * (t1 - t2),
• где m - масса отходящих газов (кг/ч), c - удельная теплоемкость газов (Дж/кг·°C), t1 - температура газов перед дымоходом (°C), а t2 - температура воздуха за котлом (°C).
• Информацию о массе и температурах отходящих газов можно получить из технической документации на котел.
• Для расчета тепловой мощности топлива (Qт) можно использовать следующую формулу:
• Qт = mт * Qнр,
• где mт - массовый расход топлива (кг/ч), а Qнр - низшая теплота сгорания топлива (кДж/кг).
• Информацию о массовом расходе топлива и его низшей теплоте сгорания можно также получить из технической документации на котел.
• Например, если номинальная мощность котла составляет 100 кВт, массовый расход топлива - 10 кг/ч, низшая теплота сгорания топлива - 40 МДж/кг, количество тепла, уходящее с отходящими газами - 20 кВт, то КПДн будет равен:
• Qп = m * c * (t1 - t2) = 1 * 1.2 * (200 - 100) = 120 кВт
• Qт = mт * Qнр = 10 * 40 = 400 кВт
• КПДн = (Qн - Qп) / Qт * 100% = (100 - 20 - 120) / 400 * 100% = 20%.

Расчеты проводятся на стадии проектирования с учетом особенностей тепловых потерь конкретного объекта.

Расчет реального КПД котла отопления

При разработке проекта и расчете сметы системы отопления дома, коттеджа или квартиры с автономным отоплением учитывают теоретические расчеты и поправки на реальные условия эксплуатации. Для расчета реального КПД котла отопления необходимо учесть не только потери тепла отходящими газами, но и другие факторы, влияющие на эффективность работы котла. Реальный КПД можно рассчитать по следующей формуле —

КПДр = Q полезная / Qт * 100%,

где Q полезная - полезная тепловая мощность котла (кВт или МВт), Qт - тепловая мощность топлива (кВт или МВт), подаваемого в котел.

Для расчета полезной тепловой мощности котла необходимо учесть теплопередачу от котла к отопительной системе, а также потери тепла через стены, окна и двери здания, в котором установлен котел. Полезная тепловая мощность может быть рассчитана по следующей формуле:

Q полезная = Q отопления + Q ГВС,

 где:

• Q отопления - тепловая мощность, передаваемая в систему отопления (кВт или МВт);
• Q ГВС - тепловая мощность, передаваемая в систему горячего водоснабжения (кВт или МВт).

Информацию о тепловой мощности системы отопления и горячего водоснабжения можно получить из технической документации на систему. Например, если тепловая мощность системы отопления составляет 80 кВт, а тепловая мощность системы горячего водоснабжения - 20 кВт, а тепловая мощность топлива, подаваемого в котел, равна 100 кВт, то реальный КПД будет равен:

• Q полезная = Q отопления + Q ГВС = 80 + 20 = 100 кВт
• КПДр = Q полезная / Qт * 100% = 100 / 100 * 100% = 100%.

Это означает, что вся тепловая мощность, получаемая от топлива, используется для обогрева помещений и подачи горячей воды. Однако, в реальности, КПД котлов отопления обычно ниже 100% из-за различных потерь тепла в системе отопления, гидравлических потерь и других факторов.

От чего зависит тепловая эффективность

Один из факторов, определяющих выбор конкретной модели котла — тепловая эффективность.  Показатель зависит от множества факторов:

• Тип топлива: разные виды топлива имеют различную энергетическую ценность:
• Конструкция, правильное проектирование, использование качественных материалов и компонентов, а также соблюдение всех норм и правил монтажа и эксплуатации повышают теплоотдачу;
• Эффективность сгорания: наличие достаточной подачи воздуха для сгорания топлива, оптимальное соотношение топлива и воздуха, а также правильное обращение с продуктами сгорания увеличивают  КПД и тепловую эффективность.
• Терморежим  — правильная настройка термостата и контроль температуры воды в системе отопления и горячего водоснабжения существенно увеличивают теплоотдачу.
• Регулярное техническое обслуживание — чистка и обслуживание, проверка всех компонентов и настроек обеспечивают сохранение тепловой эффективности на высоком уровне.
• Сбалансированность системы отопления и утепление дома, любые потери тепла через трубы, окна и двери снижают эффективность котла.

В целом, для достижения высокой тепловой эффективности необходимо уделить внимание многим аспектам, начиная от выбора правильного топлива и заканчивая регулярным обслуживанием и проверкой всей системы отопления.

КПД котлов на разных видах топлива

Коэффициент полезного действия на разных видах топлива может существенно различаться в зависимости от свойств топлива и особенностей конструкции котла. КПД газовых котлов находится в диапазоне  от 90% до 98%. Это связано с тем, что при сгорании газа образуются продукты сгорания с низкой температурой, что позволяет эффективно использовать тепло.

Котлы на твёрдом топливе, такие как дрова или уголь, могут иметь низкий КПД (от 50% до 80%). Это связано с тем, что при сгорании твёрдого топлива образуется много золы и дыма, что ведёт к потере тепла. КПД котлов на жидком топливе находятся в диапазоне от 80% до 90%. Для эффективной работы необходимо обеспечить правильную подачу топлива и настройку параметров сгорания.

КПД электрических котлов близкий к 100%. Это связано с тем, что электрическая энергия преобразуется в тепло без каких-либо потерь. Но стоимость электроэнергии и удельный расход на единицу тепла определяют одно из последних мест электрокотлов в рейтинге энергоэффективности.

В целом, выбор котла зависит от типа топлива, доступности ресурсов и требований к системе отопления и горячего водоснабжения.