5. Účinnosť vykurovacích zariadení

Účinnosť vykurovacích zariadení η je podiel vyrobeného tepla, a dodanej energie vo forme paliva. Alebo podiel výkonu a príkonu.

η = Q / E

kde je
η - účinnosť (%)
Q - vyrobené teplo (Wh)
E - energia vo forme paliva (Wh)

Príklad 1: 1 kg dreva obsahuje 5 kWh energie. Vykurovacie zariadenie z neho vyrobilo 3 kWh tepla. Aká je účinnosť zariadenia?

η = Q / E = 3 kWh : 5 kWh = 0,6 = 60 %

Pre výkon je účinnosť:

η = P / Q

kde je
η - účinnosť (%)
P - tepelný výkon (W)
Q - dodávaný výkon (W)

Príklad 2: Plynový kotol odberá 20 kW v plyne (2 m3/h), a vyrába 18 kW tepla. Akú má účinnosť?

η = P / Q = 18 kW : 20 kW = 0,9 = 90 %

Účinnosť sa počíta vzhľadom na výhrevnosť paliva alebo spalné teplo. Preto treba uviesť o akú účinnosť ide. Napríklad kondenzačný plynový kotol má účinnosť vzhľadom na výhrevnosť 109 %, vzhľadom na spalné teplo 98 %.

Výhrevnosť paliva je množstvo tepla, ktoré možno získať spálením 1 kg paliva.

Výhrevnosť paliva kWh/kg:

  • drevo 2 roky sušené, vlhkoť 20 %: 4,2
  • pelety suché, vlhkosť 10 %: 4,9
  • hnedé uhlie: 5,6
  • čierne uhlie: 8,3

Príklad 3: Koľko tepla sa uvoľní spálením 30 kg dreva s vlhkosťou 20 %?

E = 10 kg . 4,2 kWh/kg = 42 kWh

Spalné teplo je maximálne množstvo tepla, ktoré vzniká horením. Je to teplo, ktoré možno získať z paliva pri ideálnom horení, nulovej vlhkosti paliva, skondenzovaním vody v spalinách a ochladením spalín na teplotu nasávaného vzduchu do spaľovacej komory:

Spalné teplo (kWh/kg):

  • vodík: 39,4
  • metán: 15,4
  • propán: 14,0
  • bután: 13,8
  • benzín: 13,1
  • nafta: 12,4
  • etanol: 8,3
  • drevo: 5,5

Kondenzačné teplo je skupenské teplo, ktoré možno získať kondenzáciou vodných pár zo spalín. Napríklad pri zemnom plyne nastáva kondenzácia pod teplotou 60 °C, a kondenzáciou možno získať maximálne 11 % energie, účinnosť kondenzačného kotla vzhľadom na výhrevnosť môže byť maximálne 111 %.

Príklad 4: Kondenzačný plynový kotol má uvedenú účinnosť 106 %. Akú má účinnosť vzhľadom na spalné teplo?

η = 106 % - 11 % = 95 %

Pomocou teploty spalín možno vypočítať účinnosť vykurovacieho zariadenia ktorého spaliny sú ochladzované nabytočným vzduchom:

η = 1 - (Tk - Ts) / Tp

kde je
η - účinnosť (%)
Tk - teplota spalín v spaľovacej komore (°C)
Ts - teplota spalín vchádzajúca do komína (°C)
Tp - teplota plameňa (°C)

Teplota plameňa Tp:

  • rašelina, mazut: 1 000 °C
  • drevo, hnedé uhlie, ropa, petrolej, motorová nafta: 1 100 °C
  • čierné uhlie, kaučuk a jeho výrobky, benzín: 1 200 °C
  • antracit: 1 300 °C
  • zemný plyn: 1957 °C
  • vodík: 2 800 °C

Príklad 5: V spaľovacej komore šamotovej pece na drevo majú spaliny teplotu 1000 °C. Teplota spalín vstupujúca do komína je 200 °C. Aká je účinnosť pece?

η = 1 - (1000 °C - 200 °C) / 1100 °C = 0,72 = 72 %

Príklad 6: V krbovej vložke na drevo majú spaliny teplotu 900 °C. Teplota spalín vstupujúca do komína je 300 °C. Aká je účinnosť krbu?

η = 1 - (900 °C - 300 °C) / 1100 °C = 0,55 = 55 %

Dôvod tepelných strát vykurovacieho zariadenia:

  • vysoká teplota spalín vstupujúca do komína - všetko teplo vstupujúce do komína je strata
  • veľké množstvo vzduchu - ochladzuje spaliny a tým zhoršuje predávanie tepla, a zvyšuje prietok spalín a tým aj stratu do komína

Napríklad je rozdiel či sa spaliny ochladia na stenách krbovej vložky, alebo v dôsledku veľkého množstva privádzaného vzduchu. Alebo je rozdiel či z pece odchádzajú spaliny s teplotou 200 °C a z krbovej vložky s teplotou 300 °C. V automatických kotloch sa presné množstvo vzduchu nastavuje napríklad elektrickým ventilátorom odťahu spalín alebo elektricky ovládanou komínovou klapkou.

Tepelné čerpadlá presúvajú teplo z telesa s nížšou teplotou na teleso s vyššou teplotou (vykurovacie tepelné čerpadlo), alebo naopak (chladnička, klimatizácia).

Vykurovací faktor COP je pomer tepla na vykurovanie alebo chladenie, a energie potrebnej na jej prečerpanie. K teplu na vykurovanie sa pripočítava aj energia na čerpanie, ak sa premení na teplo a použije na vykurovanie.

COP = Q / W

kde je
COP - vykurovací faktor (-)
Q - vykurovacie teplo (Wh)
W - mechanická práca (Wh)

Príklad 7: Aké COP má tepelné čerpadlo ak dodalo vykurovacie teplo 30 kWh pomocou mechanickej práce 10 kWh?

COP = Q / W = 30 kWh : 10 kWh = 3,0