При выборе котельного оборудования для отопительной системы голову настойчиво сверлит очень беспокойная мысль — а насколько прожорливым окажется агрегат? Наверняка ответ появится, когда отопление заработает, и счетчик начнет считать расход газа напольного котла, исправно наматывая обороты. Однако поздно будет сокрушаться, если суммы к оплате за газ не порадуют…
Компетентные продавцы-консультанты, конечно, отвечают на большинство возникающих вопросов, всегда можно обратиться за помощью и к грамотному инженеру, но неплохо самому иметь хотя бы базовые знания.
Узнайте из данной статьи как можно больше про методики расчета потребления энергоносителя и факторы, которые обязательно нужно учитывать в вычислениях. Ниже вас ждут не только скучные формулы, но и примеры. В конце — о том, что можно сделать для снижения расхода газа.
Что влияет на расход газа?
Топливный расход определяется, во-первых, мощностью — чем мощнее котел, тем интенсивнее расходуется газ. При этом влиять извне на эту зависимость трудно.
Даже если вы приглушите 20-киловаттный аппарат до минимума, он все равно будет потреблять топлива больше, чем его менее мощный 10-киловаттный собрат, включенный на максимум.
Из этой таблицы видно, какова зависимость между отапливаемой площадью и мощностью газового котла. Чем мощнее котел, тем он дороже. Но чем больше площадь отапливаемых помещений, тем быстрее котел самоокупается
Во-вторых, берем во внимание тип котла и принцип его функционирования:
- открытая или закрытая камера сгорания;
- конвекционный или конденсационный;
- обычный дымоход или коаксиальный;
- один контур или два контура;
- наличие автоматических датчиков.
В закрытой камере топливо сжигается более экономно, чем в открытой камере. КПД конденсационного агрегата благодаря встроенному дополнительному теплообменнику для конденсации паров, присутствующих в продукте сгорания, повышается до 98-100% в сравнении с 90-92% КПД конвекционного агрегата.
С коаксиальным дымоходом также повышается значение КПД — холодный воздух с улицы подогревается разогретой выхлопной трубой. Из-за второго контура идет, конечно, увеличение расхода газа, но и газовый котел в этом случае обслуживает не одну, а две системы — отопление и горячее водоснабжение.
Автоматические датчики – полезная вещь, они ловят внешнюю температуру и настраивают работу котла на оптимальный режим.
В-третьих, смотрим на техническое состояние оборудования и качество самого газа. Накипь и окалина на стенках теплообменника существенно понижают теплоотдачу, компенсировать ее недостаток приходится увеличением мощности.
Увы, и газ может быть с водяной и прочей примесью, но вместо того, чтобы выставлять претензии поставщикам, мы переключаем регулятор мощности на несколько делений в сторону максимальной отметки.
Одна из современных высокоэкономичных моделей — напольный газовый конденсационный котёл марки Baxi Power мощностью 160 кВт. Такой котел обогревает 1600 кв. м площади, т.е. большой дом в несколько этажей. При этом по паспортным данным он расходует природного газа 16,35 куб. м в час и имеет КПД 108%
И, в-четвертых, площадь отапливаемых помещений, естественная убыль тепла, продолжительность отопительного сезона, погодные особенности. Чем просторнее площадь, чем выше потолки, чем больше этажей, тем больше топлива потребуется, чтобы отопить такое помещение.
Учитываем некоторую утечку тепла сквозь окна, двери, стены, крышу. Год на год не приходится, бывают и теплые зимы, и трескучие морозы – погоду не предугадаешь, но кубометры расходуемого на отопление газа от нее зависят напрямую.
Перевод единиц измерения мощности и энергии
Кинетическая энергия тела массой m
, движущегося со скоростью
v
равна работе, выполняемой силой, чтобы придать телу скорость
v
. Работа здесь определяется как мера действия силы, которая перемещает тело на расстояние
s
. Другими словами, это энергия движущегося тела. Если же тело находится в состоянии покоя, то энергия такого тела называется потенциальной энергией. Это энергия, необходимая, чтобы поддерживать тело в этом состоянии.
Ископаемое топливо образуется в земной коре при высоком давлении и температуре из органических веществ, то есть остатков растений и животных. В основном, такое топливо содержит большое количество углерода. При его сгорании выделяется энергия, а также диоксид углерода (CO₂), один из парниковых газов. Именно ископаемое топливо — основной источник энергии на данный момент. Однако, выделяемые при его использовании парниковые газы представляют серьезную угрозу окружающей среде и усугубляют глобальное потепление. Также, использование этого топлива ведет к быстрому его расходу, и человечество может остаться без топлива, если будет полностью зависеть только от ископаемого сырья.
Атомная энергия — один из альтернативных видов энергии. Она выделяется во время контролируемой ядерной реакции деления, во время которой ядро атома делится на более мелкие части. Энергия, которая выделяется во время этой реакции, нагревает воду и превращает ее в пар, который движет турбины.
Атомная энергетика небезопасна. Самые известные за последние годы аварии произошли на Чернобыльской атомной электростанции (АЭС) на Украине, на АЭС Три-Майл-Айленд в США, и на АЭС Фукусима-1 в Японии. После Фукусимской трагедии многие страны начали пересматривать внутреннюю политику использования атомной энергии, и некоторые, например Германия, решили от нее отказаться. На данный момент Германия разрабатывает программу перехода на другие виды энергоснабжения и безопасного закрытия действующих электростанций.
Кроме аварий есть еще проблема хранения отработавшего ядерного топлива и радиоактивных отходов. Часть отработавшего ядерного топлива используют в производстве оружия, в медицине, и в других отраслях промышленности. Однако большую часть радиоактивных отходов использовать нельзя и поэтому необходимо обеспечивать их безопасное захоронение. Каждая страна, в которой построены атомные электростанции, хранит эти отходы по-своему, и во многих странах приняты законы, запрещающие их ввоз на территорию страны. Радиоактивные отходы обрабатывают, чтобы они не попадали в окружающую среду, не разлагались, и их было удобно хранить, например, делая их более компактными. После этого их отправляют на захоронение в долгосрочных хранилищах на дне морей и океанов, в геологических структурах, или в бассейнах и специальных контейнерах. С хранением связаны такие проблемы как высокая стоимость переработки и захоронения, утечка радиоактивных элементов в окружающую среду, нехватка мест для хранения, и возможность совершения террористических актов на объектах захоронения радиоактивных отходов.
Другие альтернативные виды энергии — это энергия солнца, океана, и ветра. Технологии производства такой энергии пока не развиты в такой степени, чтобы человечество могло отказаться от использования ископаемого топлива. Однако, благодаря государственным субсидиям, а также тому, что они не причиняют много вреда окружающей среде, эти виды энергии становятся все более популярными.
Быстрый предварительный расчет
Приблизительно прикинуть на глаз, сколько газа будет потребляется вашим газовым котлом, довольно просто.
Будем отталкиваться или от объема обогреваемого помещения, или от его площади:
- в первом случае пользуемся нормативом 30-40 Вт/куб. м;
- во втором случае — 100 Вт/кв. м.
Нормативы взяты с учетом высоты потолка в помещении до 3-х метров. Если вы живете в южных краях, цифры можно уменьшить на 20-25%, а для севера, наоборот, увеличить в полтора раза или вдвое. Т.е. взять во втором случае, например, 75-80 Вт/кв.м или 200 Вт/кв.м.
Перемножив соответствующий норматив на объем или площадь, получим, сколько ватт мощности котла необходимо для обогрева помещения. Далее исходим из стандартного утверждения о том, что современное газовое оборудование потребляет 0,112 кубометра газа на выработку 1 кВт тепловой мощности.
Снова перемножаем — на этот раз норматив потребления газа (число 0,112) на полученную в предыдущем умножении мощность котла (не забываем перевести ватты в кВт). Получаем примерный расход газа в час.
Котел обычно работает 15-16 часов в сутки. Считаем суточный расход газа. Ну, а когда уже известен суточный расход, легко определяем расход газа на месяц и на весь отопительный сезон. Вычисления приблизительные, но вполне достаточные для того, чтобы осмыслить и сам принцип расчета, и ожидаемый газовый расход.
Обычной счетной машинки вполне достаточно, чтобы вычислить расход газа. Если не хотите вникать в расчетные формулы, пользуйтесь в сети программами онлайн-калькуляторов. Вводите исходные данные и сразу же получайте результат
Пример.
Допустим, площадь помещения равна 100 м².
Рассчитаем мощность котла: 100 Вт/кв. м * 100 м² = 10000 Вт (или 10 кВт).
Рассчитаем расход газа в час: 0,112 куб. м * 10 кВт = 1,12 куб. м/час.
Рассчитаем расход газа в сутки (16 часов работы), за месяц (30 дней), за весь отопительный сезон (7 месяцев) :
1,12 куб. м * 16 = 17,92 куб. м 17,92 куб. м * 30 = 537,6 куб. м 537,6 куб. м * 7 = 3763,2 куб. м
Примечание: можно сразу определить месячную и сезонную потребляемую мощность котла в кВт/час, а потом пересчитать ее в расход газа.
10 кВт * 24/3*2 * 30 = 4800 кВт/час — за месяц 0,112 куб.м * 4800 кВт/час = 537,6 куб. м 4800 кВт/час * 7 = 33600 кВт/час — за сезон 0,112 куб.м * 33600 кВт/час = 3763,2 куб. м
Остается взять текущий тариф на газ и перевести итог в деньги. А если в проекте установка двухконтурной системы, которая будет не только отапливать дом, но и греть воду для бытовых нужд, прибавьте к мощности оборудования и, соответственно, к расходу газа напольными газовыми котлами отопления еще 25%.
Самые простые тепловизоры стоят не менее 300 долларов, а цена на профессиональные стартует от нескольких тысяч, но эти приборы показывают все места, через которые в дом заходит холодный воздух и уходит наружу тепло
Какую плиту выбрать
Также на выбор счётчика и метода расчёта расходования газа плитой влияют такие факторы, как:
- Число и мощь горелок. Например, если вам не нужно готовить целый день блюда для большого коллектива/семьи, вам подойдёт модель с 2 горелками невысокой мощности. И тогда контролирующий прибор понадобится недорогой. С 4-х конфорочной немного сложнее.
- Метод эксплуатации плиты.
- Число жильцов и их привычки.
- Время года и сезон. Например, в зимние морозы на газовое отопление уходит примерно 300 куб.м. сжиженного газа. Летом – 30-40 куб.м. И порядка 10% – это траты газа из-за горелок. Другие 90% расходуются на воду. И при таких раскладах в месяц такая плита потребляет 3-4 куб.м. горючего.
Котел подключен на магистральный газопровод
Разберем алгоритм вычислений, позволяющих с точностью определить расход голубого топлива для агрегата, установленного в доме или квартире с подключением к централизованным сетям газоснабжения.
Расчет расхода газа в формулах
Для более точного расчета мощность газоотопительных агрегатов вычисляют по формуле:
Мощность котла = Qт * К,
где Qт — планируемые теплопотери, кВт; К — поправочный коэффициент (от 1,15 до 1,2).
Планируемые теплопотери (в Вт) в свою очередь считают так:
Qт = S * ∆t * k / R,
где
S — суммарная площадь ограждающих поверхностей, кв. м; ∆t — перепад внутренней/наружной температур, °C; k — коэффициент рассеивания; R — значение теплового сопротивления материала, м2•°C/Вт.
Значение коэффициента рассеивания:
- деревянное строение, металлическая конструкция (3,0 — 4,0);
- кладка в один кирпич, старые окна и кровля (2,0 — 2,9);
- двойная кирпичная кладка, стандартная крыша, двери, окна (1,1 — 1,9);
- стены, крыша, пол с утеплением, двойные стеклопакеты (0,6 — 1,0).
Формула для расчета максимального часового расхода газа на основе полученной мощности:
Объем газа = Qmax / (Qр * ŋ),
где Qmax — мощность оборудования, ккал/час; Qр — теплотворная способность природного газа (8000 ккал/м3); ŋ — КПД котла.
Для того чтобы определить расход газообразного топлива, нужно просто перемножить данные, часть которых нужно взять из техпаспорта вашего котла, часть из строительных справочников, опубликованных в интернете.
Использование формул на примере
Предположим, что мы имеем здание общей площадью 100 кв м. Высота здания — 5 м, ширина — 10 м, длина — 10 м, двенадцать окон размером 1,5 х 1,4 м. Внутренняя/внешняя температура: 20 °С/-15 °С.
Считаем площадь ограждающих поверхностей:
- Пол 10 * 10 = 100 кв. м
- Кровля: 10 * 10 = 100 кв. м
- Окна: 1,5 * 1,4 * 12 шт. = 25,2 кв. м
- Стены: (10 + 10 + 10 + 10) * 5 = 200 кв. м За минусом окон: 200 – 25,2 = 174,8 кв. м
Значение теплового сопротивления материалов (формула):
R = d / λ, где d – толщина материала, м λ – коэффициент теплопроводности материала, Вт/[м•°С].
Рассчитываем R:
- Для пола (бетонная стяжка 8 см + минвата 150 кг/м3 х 10 см) R (пол) = 0,08 / 1,75 + 0,1 / 0,037 = 0,14 + 2,7 = 2,84 (м2•°C/Вт)
- Для кровли (сэндвич-панели из минваты 12 см) R (кровля) = 0,12 / 0,037 = 3,24 (м2•°C/Вт)
- Для окон (двухкамерный стеклопакет) R (окна) = 0,49 (м2•°C/Вт)
- Для стен (сэндвич- панели из минваты 12 см) R (стены) = 0,12 / 0,037 = 3,24 (м2•°C/Вт)
Значения коэффициентов теплопроводности для разных материалов были выписаны из справочника.
Заведите привычку регулярно снимать показания счетчика, записывать их и делать сравнительный анализ с учетом интенсивности работы котла, погодных условий и пр. Эксплуатируйте котел на разных режимах, ищите оптимальный вариант нагрузки
Теперь посчитаем тепловые потери.
Q (пол) = 100 м2 * 20 °С * 1/ 2,84 (м2*К)/Вт = 704,2 Вт = 0,8 кВт Q (кровля) = 100 м2 * 35 °С *1 / 3,24 (м2*К)/Вт = 1080,25 Вт = 8,0 кВт Q (окна) = 25,2 м2 * 35 °С * 1/ 0,49 (м2*К)/Вт = 1800 Вт = 6,3 кВт Q (стены) = 174,8 м2 * 35 °С * 1/ 3,24 (м2*К)/Вт = 1888,3 Вт = 5,5 кВт
Теплопотери ограждающих конструкций:
Q (общ) = 704,2 + 1080,25 + 1800 + 1888,3 = 5472,75 Вт/ч
Еще можно добавить потерю тепла на вентиляцию. Чтобы нагреть 1 м3 воздуха с –15 °С до +20°С требуется 15,5 Вт тепловой энергии. Человек потребляет примерно 9 л воздуха в минуту (0,54 куб. метра в час).
Предположим, что в нашем доме находятся 6 человек. Им требуется 0,54 * 6 = 3,24 куб. м воздуха в час. Считаем потерю тепла на вентиляцию: 15,5 * 3,24 = 50,22 Вт.
И суммарные теплопотери: 5472,75 Вт/ч + 50,22 Вт = 5522,97 Вт = 5,53 кВт.
Проведя теплотехнический расчет, рассчитываем сначала мощность котла, а затем расход газа в час в газовом котле в кубических метрах:
Мощность котла = 5,53 * 1,2 = 6,64 кВт (округлим до 7 кВт).
Чтобы воспользоваться формулой для расчета расхода газа, переведем полученный показатель мощности из киловатт в килокалории: 7 кВт = 6018,9 ккал. И примем КПД котла = 92% (производители современных газовых напольных котлов заявляют данный показатель в рамках 92 – 98%).
Максимальный часовой расход газа = 6018,9 / (8000 * 0,92) = 0,82 м3/ч.
Проблема выбора газового счетчика
Основная проблема при выборе прибора учета – необходимость установить такой счетчик, который бы «покрывал» диапазон от минимальной мощности одного (самого маломощного устройства) до суммарной мощности всего газового оборудования в жилище. Поскольку все счетчики имеют свой интервал, отраженный в индексе G, иногда не представляется возможным найти прибор учета, способный соответствовать вышеуказанным требованиям. Чаще эта проблема возникает в частных домах, где устанавливается более мощное газовое оборудование, и реже – в квартирах.
Соответственно в частных домах эту проблему решают установкой нескольких газомеров, благодаря чему можно установить отдельный счетчик на плиту и производить абсолютно точный замер потребления по месяцам. Если такая проблема возникает в квартирах, то ее чаще решают снижением мощности устанавливаемого оборудования так, чтобы сумма укладывалась в индекс G счетчика.
Значение G или диапазон min/max указывается в паспортах газовых устройств. Например, если для плиты он составляет 0,03 (min )– 1,2 (max) м3/час, то подойдут счетчики G 1,6, G 2,5, в некоторых случаях – G 4. Интервалы мощностей можно представить в сводной таблице:
- 0,0160-2,5 – G 1,6
- 0,0250-4 – G 2,5
- 0,0400/0,0250-6 – G 4
- 0,0600-8 – G 6
- 0,0800-10 – G 8
- 0,1000-16 – G 10
- 0,1600-25 – G 16
Котел питается от газгольдера или баллона
Формула Объем газа = Qmax / (Qр * ŋ) годится для определения потребности в различном топливе, в т.ч. и сжиженном газе. Возьмем из предыдущего примера полученный показатель мощности котла — 7 кВт. Если для такого котла требуется 0,82 м3/ч природного газа, сколько же тогда потребуется пропан-бутана?
Примерно раз в неделю с газовыми баллонами придётся ехать на заправку, а это транспортные расходы и потеря личного времени. Неприятный сюрприз может принести и понижение температуры ниже нуля, если газовые баллоны стоят на улице. В промороженном баллоне газ не замерзает, но и не испаряется, превращаясь в жидкость. И котел прекращает работу
Для расчета надо знать, какова его теплотворная способность. Уд. теплота сгорания (это и есть теплотворная характеристика) сжиженных углеводородов в мегаджоулях — 46,8 МДж/кг или 25,3 МДж/л. В киловатт-часах — 13,0 кВт*ч/кг и 7,0 кВт*ч/л соответственно.
Оставим КПД газового отопительного котла равным 92% и рассчитаем часовую потребность в газе:
Объем газа = 7 / (13 * 0,92) = 0,59 кг/ч
Один литр сжиженного газа весит 0,54 кг, за час котел сожжет 0,59 / 0,54 = 1,1 л пропан-бутана. Теперь считаем, сколько потребляется газовым котлом сжиженного газа в сутки и за месяц.
Если котел будет работать по 16 часов, то за сутки — 17,6 литров, за месяц (30 дн.) – 528 литров. В обычном 50-литровом баллоне находится около 42 литров газа. Получается, что на наш дом площадью 100 м2 потребуется 528 / 42 = 13 баллонов на месяц.
Газгольдер с запасом объема позволяет экономить на газе. Стоимость заправки осенью растет, весна – период снижения цен. Старайтесь максимально заправлять резервуар весной
Установить газовый резервуар намного удобнее, чем менять пустые баллоны на полные. Газгольдер достаточно дозаправить за весь отопительный сезон 2-3 раза.
Особенности монтажа учетного устройства
Установка счетчика должна осуществляться исключительно специалистами с соответствующей квалификацией, соблюдение требуемых установочных норм и требований обязательно. Что же касается стоимости установочных работ, то она зависит от ряда индивидуальных особенностей, среди которых конкретная модель устройства, расположение газопроводов и оборудования, работающего на газу.
Как минимизировать потребление газа
Чтобы отдавать меньше денег за потребляемый напольным котлом газ и не округлять изумленно глаза при виде очередной платежки, следуйте таким рекомендациям.
Во-первых, обратите внимание на конденсационный котел — самый экономичный на сегодня. Его КПД достигает 98-100% и выше. Цена высокая, но себя оправдает и вскоре окупится. По каждой модели читайте отзывы покупателей.
Если не нужен подогрев воды, берите одноконтурный котел. У двухконтурной системы в газовую потребность заложены дополнительно не нужные вам 20–25%.
Во-вторых, добросовестно утеплите не только стены, но и крышу, пол с фундаментом и подвалом. Установите на окна энергосберегающие стеклопакеты. Используйте тепловизор. Все точки холода должны быть найдены и устранены. На входе в дом (коридор, холл, прихожая) соорудите теплый пол.
В-третьих, используйте таймеры и датчики. Заданная вами температура нагрева воздуха в помещении будет регулироваться автоматически — к примеру, батареи будут раскаляться к ночи и слегка остывать днем.
Если вы надумаете покинуть дом на неделю, можно выставить систему отопления на время отсутствия на минимум с возвратом нормального режима работы к моменту приезда. Раз в год нужен техосмотр с очисткой засоров и накипи с теплообменника, следов копоти с горелки, сажи из дымохода.
Не эксплуатируйте котел по максимуму. В его паспортных данных заложено 10-20% запаса мощности на аварийные случаи, рекордно холодные зимы. Не спешите переключать регулятор температуры еще на деление. Мелочь, а на среднемесячном потреблении газа отразится
В-четвертых, установите в систему отопления буферный накопитель, в котором будет находиться некоторый запас теплоносителя (горячей воды). За счет этого «термоса», подпитывающего какое-то время батареи при выключенном котле, удается экономить до 20% топлива.
В-пятых, не игнорируйте правильное проветривание. Постоянно приоткрытая оконная створка вынесет на улицу больше тепла, чем распахнутое настежь на пять минут окно.
Методы экономии
Чтобы плита, к примеру, Gefest, или любая другая не приносила больших расходов, от хозяев требуется определённая дисциплина. И экономить можно такими методами:
- Когда посуда помещается на горелку для нагревания, обязательно закрывайте её крышкой. Экономия – порядка 20%.
- Следите, чтобы площадь днища перекрывала всю площадь расхождения огня.
- Как можно быстрее нагревайте содержимое посуды для необходимых показателей. Ведь если вентиль прикручен, стенки кастрюли гораздо дольше отдают тепло впустую. И траты развиваются на 10-15%.
- Защищайте огонь в духовке от потоков воздуха (от сквозняков, кондиционеров). Они направляют тепло в сторону. Так нагрев продолжается дольше, а топлива тратится больше на 10-15%.
- Когда необходимая температура достигнута, обязательно перекрывайте вентиль. Например, вода в чайнике не должна выкипать.
