Простой метод определения КПД бытовых печей

Анализ существующих методов измерения КПД печей показал, что все известные методы имеют свои недостатки. Как по точности замеров, так и по применению весьма дорогих приборов. Например - ГА DELTA 65. Стоимость его около 45т.р. Что, конечно, очень дорого и мало кому доступно, да и с точностью его показаний КПД надо еще разбираться. И вряд ли рядовой печник позволит себе такой прибор. Но потребность в измерениях есть у многих печников, занимающихся созданием новых конструкций печей для оценки их эффективности. Поэтому я предлагаю на рассмотрение простой и доступный метод измерения КПД печи, который требует минимум приборов. Всего одного электронного термометра с термопарой. Минимальная цена такого прибора около 500-600р. Предлагаемый способ замера КПД имеет достаточную точность. И основан на принятии некоторых допущений для упрощения расчетов КПД. Что не значительно увеличивает погрешность замеров. Что бы понять, о чем я говорю, необходимо вспомнить, что такое КПД печи и от каких параметров зависит.
КПД - это отношение количества тепла, отданного печью помещению, к количеству тепла, содержащемуся в топливе.
Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:
КПД= (Q1/ Qтоп)*100 (1)
где: Q1-тепло, отданное печью помещению;
Qтоп количество тепла содержащееся в топливе
Тепловой баланс определяется по формуле:
Qтоп= Q1+ Q2+Q3+Q4 (2)
Где Q2+Q3+Q4 (3) тепловые потери в печи,
Q2 - потери с уходящими газами,
Q3 –потери от химической неполноты горения,
Q4 –потери от механической неполноты горения,
Зная эти величины, можно определить и КПД печи.
Существует два подхода определения КПД :
Первый – это определение КПД по расчету Q1-количества тепла, отданное печью помещению, что пока трудно выполнить.
Второй – это определение КПД по расчету ( Q2+Q3+Q4) -количества тепловых потерь в печи и по этой величине определяют КПД по формуле:
КПД= ((Qтоп – Q2-Q3-Q4) / Qтоп)*100 (4)
Второй подход – замер КПД по потерям, более точный и более реальный. Поэтому именно он и взят за основу.
Если посмотреть выражение 3 в данной статье, то видно из чего состоят потери.
Потери от химической и механической неполноты горения не велики и составляют в сумме 3-5%. А потери с уходящими газами могут составлять до 60% и их и надо обязательно учитывать. Для их расчета воспользуемся таблицами из книги М.Б. Равича «Упрощенная методика теплотехнических расчетов». Стр.218, гл. тринадцатая «Упрощенные теплотехнические расчеты при сжигании дров», где весьма подробно изложен материал по расчету потерь в печи. По таблицам для наглядности построим графики потерь с уходящими газами в зависимости от выходной температуры газов, коэффициента избытка воздуха и влажности дров. На рис.1 представлены эти графики.
Как видно из графиков на величину потерь с уходящими газами самое большое влияние оказывает температура. Это и понятно. Чем больше температура выходных газов в печи, тем больше тепла улетает в трубу. Коэффициент избытка воздуха «альфа» также влияет на величину потерь, чем больше воздуха проходит через печь, тем больше потери, но в меньшей степени. Меньше всего влияет на потери влажность дров. Это также понятно. Чем больше влаги в дровах, тем меньше горючего материала. Тем меньше требуется воздуха для его сжигания. Значит и меньше потери с уходящими газами. Но для преобразования лишней влаги в пар необходимо дополнительное тепло, что в итоге и незначительно увеличивает потери.
На практике дрова, которые используются при топке, имеют среднюю влажность около 30%.
Поэтому для упрощения зададимся средней влажностью дров в 30%. Отклонения в +- 5%практически не скажется на точности замеров КПД.

 

Исходя из результатов таблиц и графиков Рис1 построим график зависимостей КПД от температуры и коэффициента избытка воздуха для влажности 30%. Рис.2. Потери на химический и механический недожог возьмем как 5% и прибавим их к потерям с уходящими газами для значений температуры 300грС. В процентах КПД будет выглядеть следующим образом:
КПД= 100% - Qп(%) (5),
где Qп(%)-суммарные потери в процентах из графиков рис 1., с учетом потерь на химический и механический недожог. Получим графики КПД в зависимости от выходной температуры и от коэффициента избытка воздуха «альфа» . Рассмотрим, как влияет «альфа» на режим горения дров в печи. При 1 горение плохое. При четырех горение интенсивное. Из практики известно, для нормального горение дров, необходима «альфа» больше 2. Если истопник, наблюдая за горением, регулирует поддувальную дверку, то он получает среднее значения «альфа» в пределах от двух до трех. Конструктивно печь рассчитывается на среднее значение «альфа» в пределах 2-3 при горении дров. Т.е. я хочу сказать, что если задать на графиках среднее значение «альфа» равное 2,5 , то при определении КПД мы сильно не ошибемся. На рис 2 показан график КПД для этого случая. Например, для температуры 200грС погрешность определения КПД при изменении «альфа» = 2-3 составляет +-4%, при температуре 300грС погрешность составит +-6%. Реальная средняя погрешность должна быть меньше, т.к. мы задали среднее значение «альфа» и отклонения в ту или другую сторону должно компенсироваться. В аналитическом виде формула для КПД будет представлена как:
КПД =100 - К∆Т (%) (5) Где К –коэффициент пропорциональности, зависящий от коэффициента избытка воздуха и от влажности дров.(1/грС).
Для α равное 2,5 и влажности дров 30% К =0,12(1/грС)
Тогда КПД =100 - 0,12∆Т (%) (6)

Из выражения 6 видно, что в данном случае КПД печи зависит только от выходной температуры газов.
Получилась очень простая и наглядная формула для определения КПД печи.
Т.к. коэффициент избытка воздуха может сильно изменяться во время всего цикла горения, то необходимо оговорить те рамки, где этот метод будет давать приемлемую точность. Начало отсчета надо выбрать при достижении выходной температуры в 25% от максимальной. А окончание, когда начнется догорание углей и выходная температура уменьшится на 10% от максимальной. В дальнейшем эти величины могут быть скорректированы.

 

Опечатка в файле. КПД - это отношение количества тепла, оставшееся в печи , к количеству тепла, содержащемуся в топливе.
Коэффициент полезного действия печи определяется по формуле:
КПД= (Q1/ Qтоп)*100 (1)
где: Q1-тепло, оставшееся в печи ;

 

Владимир, Вы наверное шуткой такой способ "ПРостым" обозвали??

 

Шутки нет. Все рассуждения только для обоснования этого метода. А для рассчета всего одна формула (6).

Тогда КПД =100 - 0,12∆Т (%) (6)

где: ∆Т- разница температур воздуха на выходе и входе в печь.

Замерив температуру на выходе печи, можно по этой формуле построить график изменения КПД печи в процессе топки. Для определения средного значения КПД надо взять среднее значение температур на участке : начало отсчета надо выбрать при достижении выходной температуры в 25% от максимальной. А окончание, когда начнется догорание углей и выходная температура уменьшится на 10% от максимальной. И это среднее значение температуры подставить в выражение (6).
Точность результата +-3%.
Мне, кажется, это совсем не сложно. А очень наглядно. И доступно почти всем. Тогда разговоры о достоинствах или недостатках печей будут более конкретными.

 

Если тупо следовать данной формуле, то практически любая печь имеет КПД 100 %, если... топить её спичками , аккуратно подбрасывая по несколько штук, чтобы огонь не угас. Температурная дельта при таком способе протопки всегда будет близка к 0.

 

А, если тупо не следовать, то все будет нормально.

 

еще проще ...

"Для того чтобы посчитать КПД печи необходимо
температуру уходящих газов (измеряется термометром на газоходе) разделить на 15
(с понижением температуры уходящих газов на 12-15С, потери теплоты уменьшаются на 1%),
прибавить 2 (потери с химическим недожогом в слоевой топке 0,5-3%),
прибавить 3 (потери с механическим недожогом в слоевой топке 1-5%),
прибавить 2 (сумма остальных потерь).
Полученное значение - ориентировочная величина потерь КПД в процентах, вне зависимости от вида топлива и мощности печи."

 

не стыковка в значение ∆Т

Уточните конструкцию печи, позволяющей так экономить топливо?

 

[QUOTEsp_00;]не стыковка в значение ∆Т QUOTE]
Мне знаком приведенный Вами способ. Мне, кажется, у меня проще. А самое главное, я обосновал точность приведенного мною метода. Метод разработан на основе таблиц М.Б. Равича. И весьма точен. И очень наглядно показывает зависимости КПД от свойств дров и от величины коэффициента избытка воздуха. И позволяет при желании лучше понять процессы, происходящие при сгорании дров и их влияние на КПД печи.

 

Что вы все про "свой" метод!
Ваш он, успокойтесь...а может Равича?
Я вас спросил про то, что ставить в формулу (6)
разницу температур воздуха на выходе и входе в печь или
среднее значение температур дымовых газов на участке 25%< dT >10%

И второе, самое главное.
Избыток воздуха мы задаем "с потолка"! О какой точности может идти речь?
Равич этот метод применяет с использование газового анализа по О2 и СО.
Ведь именно от них зависит значение избытка воздуха при горение топлива.
Вы упростили до выбора этого основного параметра самостоятельным решением.
А если мне не нравится 2.5? Хочу 1.5 избыток!
Пусть КПД будет выше.
Ура.

 

Формулы и рассчеты конечно М.Б. Равича. Я построил графики по ним и принял допущения.
Подставляется среднее значение температур на участке.
Если проанализировать и принять мои допущения, то альфа около 2,5. Если Вы с мной не согласны, то примите свои допущения по выбору альфы. Поэтому метод и назван простым. Без применения ГА. В том методе, что приводили Вы, также задается определенное значение альфы. Сколько не знаю.
Если у Вас есть ГА, то подставив из него значение О2 в таблицы М.Б.Равича, Вы, конечно, получите более точное значение КПД.

 

Действительно все просто.
Хочешь КПД в 80%, нет? Тогда можно и в 90%
Кто круче?
У меня печь работает с избытком 2.5, как сказал (обосновал) Шевяков!
Ха, а у меня с избытком 1.2. Мне так больше нравится.

 

Как нравится, так и поступайте.

 

И так будет делать каждый.
Для чего тогда нужен такой КПД?