Построили вы дом. Большой, красивый. Его надо чем-то отапливать, но вам повезло больше чем мне, рядом проходит газовая труба. И вам даже разрешили к ней подключиться, вам осталось только установить котел в котельную. Идете вы в магазин, смотрите котлы, а там стоят два похожих котла с разницей в цене на 15-20% при одинаковой мощности. Один обычный, а второй конденсационный. Конденсационный при этом еще и выделяется красивой надписью "КПД 108%". Мечта, а не котел... Стоп! Я что-то пропустил в этой жизни? Изобрели вечный двигатель? КПД отопительных приборов перевалил за 100% ? Давайте разбираться!
Разбираться в данном вопросе начнем с некоторых понятий. Для начала разберемся, что такое вообще КПД. Коэффициент полезного действия, это показатель, который говорит о том, как ваш котел распределит энергию сгорания топлива между двумя трубами: трубой отопления и дымовой трубой. Для котла расчет КПД выполняется по формуле: η = (Q1/ Qri)*100%, где:
Q1 - тепло, переданное через теплообменник системе отопления
Qri - общее тепло, выделенное при сгорании топлива.
И вот именно с понимания, что такое "общее тепло" и начинаются чудеса с получением значения КПД больше 100%. Все дело в том, что существуют два понимания теплоты сгорания топлива - низшая и высшая теплота сгорания:
Высшая теплота сгорания, это энергия, полученная от сгорания топлива, включая энергию, полученную от конденсации водяного пара в продуктах сгорания (или иными словами энергию, перед этим затраченную на образование этого самого водяного пара - разогрев воды, содержащейся в горючем, а так же разогрев самого топлива и окислителя до температуры горения)
Низшая теплота сгорания, это энергия, полученная от сгорания топлива без учета энергии от конденсации водяного пара, т.е. не учитывающая потери на испарение влаги из топлива, и не учитывающая потери при разогреве топлива и окислителя.
Википедия еще приводит формулу их соотношения между собой, но нам пока эта формула не интересна, интересно другое: расчет отопительных котлов обычно ведут по низшей теплоте сгорания, т.е. без учета потерь, которые обычному котлу ни как не снизить. Иными словами при расчете КПД конденсационного котла производители сначала умышленно не учитывают энергию затраченную на образование водяного пара (при расчете Qri), а затем прибавляют энергию от конденсации водяного пара в Q1. Иными словами нас самым наглым образом пытаются ввести в заблуждение.
Предлагаю пересчитать КПД как положено, используя высшую теплоту сгорания на примере котлов Протерм:
Возьмем для примера два одинаковых по мощности котла: PROTHERM ПАНТЕРА 30 кВт (обычный) и PROTHERM РЫСЬ 30 (конденсационный). Первая же нестыковка встречается в расходе топлива: у обычного котла мощностью 30 кВт расход газа 3,4 м3/ч при КПД 91%, а у конденсационного на максимальной мощности 3,8 м3/ч при заявленном КПД в этом режиме 98,2%. Для начала отработаем методику расчета на обычном не конденсационном котле:
Как я уже написал, расход газа в котле "Пантера" - 3,4 м3/ч. Теплотворная способность газа - 9,45 кВт*ч/м3 (низшая) и 11,15 кВт*ч/м3(высшая), итого имеем 37,91 кВт тепла в час выделяется в камере сгорания (я веду расчет по высшей теплоте сгорания).
Объем газов, которые пройдут при этом через котел составит 3,4*13 (расход воздуха на 1 м3 газа)= 44,2 м3, и при этом температура отработанных газов составит по паспорту на котел - 138 градусов.
Допустим на улице -30 по Цельсию (не просто же так котел на максимум работает), тогда дельта температур составит 138- (-30)=168 градусов.
теплоемкость воздуха (потребность энергии для нагрева воздуха на 1 градус) 1,3 кДж/(м3*К), т.е. в дымовую трубу у нас вылетит 44,2*168*1,3=9,65328Мдж, или в пересчете - 2,703 кВт*ч. (коэффициент пересчета -0,28). Итак, из 37,91 Квт*ч полученного тепла, в трубу у нас вылетает 2,703 кВт*ч, или (2,703/37,91*100%) 7,13%, получаем КПД 92,87%,
Вообще, КПД должен был получиться порядка 91%, но я не учитывал в расчетах теплоемкость водяного пара, который так же образуется при сгорании топлива, хотя если пересчитать КПД по низшей теплоте сгорания, то получим 91,6%, что практически соответствует паспортным данным.
Проведем аналогичный расчет для конденсационного котла. Для простоты расчетов расход газа возьмем тот же, 3,4 м3/ч, полученная тепловая энергия - 37,91 кВт*ч.
Температура отработанных газов конденсационного котла по паспорту меняется от 37 до 60 градусов (в конденсационном режиме), посчитаем оба случая:
37-(-30)=67 градусов
60-(-30)=90 градусов
В первом случае в трубу вылетит 44,2*67*1,3*0,28/1000=1,08 кВт*ч
Во втором случае - 44,2*90*1,3*0,28/1000=1,45 кВт*ч.
КПД составит 100%-(1,08/37,91*100%)=97,15% в первом случае и 100%-(1,45/37,91*100%)=96,18%. Как видим ни какими 108 с половиной процентами КПД и не пахнет, в лучшем случае 97,15%.
Хотя, если пересчитать теплотворную способность по низшей теплоте сгорания (32,13 кВт*ч), а вот потраченную на разогрев теплоносителя энергию взять по высшей теплоте сгорания (37,91-1,08=36,83 кВт*ч), мы и получим те самые(36,83/32,13*100%=114,62 минус потери на разогрев корпуса котла и потери с конденсатом) 108,5%, но такой расчет не корректен с точки зрения физики.
Кроме того, производители конденсационных котлов умалчивают, что при использовании конденсационного котла придется потратиться еще и на радиаторы. Так как температура теплоносителя не 80-60 градусов, как прописано во всех формулах расчета радиаторов, а 40-30 градусов. Теплоотдача у радиаторов будет в разы хуже, и радиаторы придется ставить с двойным запасом (впрочем то же самое придется сделать и тем, кто поставит твердотопливный котел с буферной емкостью, там точно такие же температуры в системе отопления). Стоит ли переплачивать 10-15 тысяч за котел, у которого КПД на 4%-5% выше, при этом иметь кучу дополнительных расходов и головную боль по отводу конденсата, который в прямом смысле этого слова будет вытекать из котла ручьем? Решать вам. Лично я себе буду ставить конденсационный котел (когда газ наконец до моего дома дотянут), так как у меня и так стоят радиаторы с расчетом под температуру теплоносителя в 40 градусов (твердотопливный котел с буферной емкостью), и котел с температурой теплоносителя на выходе в 80 градусов будет либо тактовать сам, либо заставит термоголовки батарей постоянно открываться-закрываться, хотя... и на этот случай есть решения.
