Самый дешевый и достаточно экологичный вид топлива – природный газ.
На рынке представлены различные изделия, цель данного материала, осветить вопрос эффективности/КПД газовых обогревателей/теплогенераторов.
Как в любом вопросе, изначально нужно разобраться в исходных понятиях/терминах.
Терминология сейчас очень пестрая, приведу самые основные наименования одних и тех же по сути изделий.
У газовых обогревателей с прямым сгоранием (высокоинтенсивные/ "светлые" газовые инфракрасные обогреватели и смесительные газовые воздухонагреватели) с КПД всё понятно. Всё тепло, как и все продукты сгорания поступают в обогреваемое помещение. Единственно, для уличных смесительных воздухонагревателей с раздачей воздуха по уличным воздуховодам без теплоизоляции потери могут составлять 2-5 %.
Рассматриваем далее газовые обогреватели с непрямым нагревом, когда продукты сгорания выводят через дымоход на улицу.
Газовые обогреватели в общем бывают/делят на такие типы: водяные котлы; газовые воздухонагреватели / теплогенераторы/ генераторы теплого воздуха; газовые инфракрасные обогреватели/газовые инфракрасные излучатели / газолучистые обогреватели.
Возьмём для примера газовый инфракрасный обогреватель HP50 от французского производителя.
При сжигании 5,08 м3/ч природного газа (метан, G20) мы получаем полную тепловую мощность (энергию) в 53,3 кВт (в Европе её называют PCS или Rated inlet power, согласно EN437 имеет обозначение Hs). В Америке и некоторых странах Азии именно от этой полной тепловой мощности (тепловой мощности по выcшей теплотворности) считают КПД всех теплогенераторов. Поэтому вы никогда не увидите в американской техдокументации КПД более 100 %, как это указывают в характеристиках конденсатных теплогенераторов европейские производители. Европейцы считают КПД от тепловой мощности по низшей теплотворности (PCI, Heat inlet power, Hi по EN437). Так исторически сложилось. Разница между PCS и PCI – «скрытая» тепловая энергия, содержащаяся в водяном паре продуктов сгорания. В любом топливе (даже в угле) есть вода, при сжигании любого топлива, часть теплотворности затрачивается на испарение этой воды. Доля этой «скрытой» теплоты относительно полной имеет разное значение для различных видов топлива. На максимальной мощности, при температуре отходящих газов теплогенератора (частный случай – газовый котёл, газовый воздухонагреватель или газовый инфракрасный обогреватель) в 220-240°С, величина теплового КПД равна 85–93 % в европейской системе или 75–82 % - в американской системе (AFUE).
В общем, наибольший тепловой КПД достигается при работе газового обогревателя на минимальной мощности.
При значительном охлаждении теплообменного модуля (низкая температура воздуха\воды на входе и/или небольшая степень нагрева) он работает в конденсатном режиме с общим тепловым КПД по низшей теплотворности более 100 %. При конденсации продуктов сгорания внутри газового обогревателя выделяется теплота затраченная ранее на испарение воды при сжигании топлива.
Особенность для газовых инфракрасных обогревателей (ГИО) : при понижении тепловой мощности увеличивается доля конвективной составляющей полезной тепловой мощности остающейся в верхней зоне помещения; возможность реализовать конденсацию продуктов сгорания только в дополнительном теплообменнике газ/воздух (на данный момент такие системы предлагаются немецкими компаниями, где для увеличения теплового КПД на 2-5 % готовы увеличивать стоимость изделий на 15-20 %).
В любом случае, вне зависимости от точки отсчёта КПД, при организации выброса продуктов сгорания через дымоход максимальная полезная тепловая мощность, передаваемая помещению обогревателем HP50, равна 42,3 кВт. В частном случае для инфракрасного обогревателя в расчётах надо учитывать, что полезная тепловая мощность газолучистого обогревателя имеет две составляющие: конвективную (для модели HP50 данная величина = 14,1 кВт, которая первоначально остаётся в верхней зоне обогреваемого помещения) и лучистую (для модели HP50 она равна 28,2 кВт). Только лучистая составляющая обогревает предметы, находящиеся в рабочей зоне под инфракрасным обогревателем.
Американские (английские) производители газовых инфракрасных обогревателей (ГИО), как правило, указывают в технической документации только полную тепловую мощность сжигаемого топлива (PCS/Hs). Европейские производители в свою очередь указывают только номинальную тепловую мощность по низшей теплотворности (PCI/Hi). Очень редко кто-то из производителей инфракрасных обогревателей пишет о реальной излучаемой тепловой мощности (которая зависит от конкретного монтажа и может существенно меняться в ходе эксплуатации без правильной профилактики), ещё реже производители ГИО указывают реальную полезную тепловую мощность/теплопроизводительность, которая и должна в основном использоваться при подборе оборудования.
Приведём для сравнения реальный КПД системы с центральной котельной:
КПД системы = КПД котла х КПД теплообменника х КПД теплотрассы х КПД водяного калорифера (радиатора) = 0,85х0,95х0,90х0,90 = 0,65, т.е. 65 % (это для наилучших условий без учета износа оборудования и старых теплотрасс). Реально эта цифра составляет 40 – 50 %.
Если рассматривать современную локальную/автономную котельную, то можно исключить КПД теплообменника теплового пункта. КПД системы равный 0,85х0,90х0,90 = 69 % – это идеальное значение.
P. S.
Дополнительно к этому необходимо проанализировать, как тепловая мощность распределяется внутри помещения по высоте (температурное расслоение) , но это уже тема других статьей , присутствующих на данном канале. :)