Что собой представляет Гкал?
Начать следует со смежного определения. Под калорией подразумевается определенное количество энергии, которое требуется для нагрева одного грамма воды до одного градуса по Цельсию (в условиях атмосферного давления, разумеется). И ввиду того, что с точки зрения расходов на отопление, скажем, дома, одна калория – это мизерная величина, то для расчетов в большинстве случаев применяются гигакалории (или сокращенно Гкал), соответствующие одному миллиарду калорий. С этим определились, движемся дальше.
Применение данной величины регламентируется соответствующим документом Министерства топлива и энергетики, изданным еще в 1995-м году.
Обратите внимание! В среднем норматив потребления в России на один квадратный метр равен 0,0342 Гкал за месяц. Безусловно, эта цифра может меняться для разных регионов, поскольку все зависит от климатических условий
Итак, что же собой представляет гигакалория, если «трансформировать» ее в более привычные для нас величины? Смотрите сами.
1. Одна гигакалория равна примерно 1 162,2 киловатт-часам.
2. Одной гигакалории энергии хватит для нагрева тысячи тонн воды до +1°С.
Корректировка в зависимости от режима отопительной системы
Производители в паспортных данных указывают максимальную мощность радиаторов: при высокотемпературном режиме использования — температура теплоносителя в подаче 90 о С, в обратке — 70 о С (обозначается 90/70) в помещении при этом должно быть 20 о С. Но в таком режиме современные системы отопления работают очень редко. Обычно используется режим средних мощностей 75/65/20 или даже низкотемпературный с параметрами 55/45/20. Понятно, что требуется расчет откорректировать.
Для учета режима работы системы нужно определить температурный напор системы. Температурный напор — это разница между температурой воздуха и отопительных приборов. При этом температура отопительных приборов считается как среднее арифметическое между значениями подачи и обратки.
Нужно учесть особенности помещений и климата чтобы правильно рассчитать количество секций радиатора
Чтобы было понятнее произведем расчет чугунных радиаторов отопления для двух режимов: высокотемпературного и низкотемпературного, секции стандартного размера (50см). Помещение то же: 16м 2. Одна чугунная секция в высокотемпературном режиме 90/70/20 обогревает 1,5м 2. Потому нам потребуется 16м 2 /1,5м 2 =10,6шт. Округляем — 11шт. В системе планируется использовать низкотемпературный режим 55/45/20. Теперь найдем температурный напор для каждой из систем:
- высокотемпературная 90/70/20- (90+70)/2-20=60 о С;
- низкотемпературный 55/45/20 — (55+45)/2-20=30 о С.
То есть если будет использоваться низкотемпературный режим работы, понадобится в два раза больше секций для обеспечения помещения теплом. Для нашего примера на комнату 16м 2 требуется 22 секции чугунных радиаторов. Большая получается батарея. Это, кстати, одна из причин, почему этот вид отопительных приборов не рекомендуют использовать в сетях с низкими температурами.
При таком расчете можно принять во внимание и желаемую температуру воздуха. Если вы хотите, чтобы в помещении было не 20 о С а, например, 25 о С просто рассчитайте тепловой напор для этого случая и найдите нужный коэффициент
Сделаем расчет все для тех же чугунных радиаторов: параметры получатся 90/70/25. Считаем температурный напор для этого случая (90+70)/2-25=55 о С. Теперь находим соотношение 60 о С/55 о С=1,1. Чтобы обеспечить температуру в 25 о С нужно 11шт*1,1=12,1шт.
Методики расчёта природного газа
Разделяют четыре типа вычислений расхода газа: по мощности нагревателя, потерям тепла или виду отопительной системы.
Для централизованной обвязки
Формула достаточно проста:
V = N / (Q * J), где:
- N — необходимая для помещения мощность.
- Q — теплота сгорания топлива.
- J — КПД нагревателя.
Q для газа G20 принимают равной 34,02 МДж на кубометр, для G30 — 45,65. И также есть вещество G31, обладающее немного лучшими характеристиками, нежели G30.
Внимание! КПД зависит от конкретного устройства и прочих факторов, например, наличия утеплителя
Для автономного отопления на площадь 50, 60, 80 кв. м и 400м2
В расчётах принимает участие три показателя: площадь строения, рекомендованная мощность котла и его КПД. Любые значения в Джоулях переводят в Ватт: 1 Вт = 3,6 кДж. Теплота сгорания газа составляет 9,45 кВт. Рекомендованная мощность — размер энергии, необходимой для обогрева дома в отопительный сезон.
Поскольку летом отопление не требуется, используют лишь половину значения. Предположим, что нужно 10 кВт: в расчёте используем пять: V = 5 / (9,45 * 0,9) = 0,588 кубометров в час.
Таким образом, на день понадобится 14,11 м3. Отопительный сезон длится около 7 месяцев: с октября по апрель. За 213 дней уйдёт 3006 кубических метров природного газа.
Этот расчёт выполнен для дома с суммарной площадью 100 квадратных метров. В зависимости от реального значения, расчёт меняется:
- Строение в 50 квадратов потребует вдвое меньше топлива, а в 60 — на 40%.
- Дом площадью 80 м2 займёт 2405 кубов газа, а в 400 м2 — немного больше 12 тысяч.
Расчёты примерны, поскольку не учитывают различные факторы. Например, в некоторые дни бывает теплее и требуется меньше топлива, в другие — наоборот. Результат также зависит от используемого газа. В представленном вычислении использован G 20.
По теплопотерям
Необходимо знать количество теплоты, которое покидает помещение за час. Предположим, что значение составляет 16 кВт в час. Для расчётов берут 70% от показателя. Таким образом, дому требуется 11 кВт в час, 264 в сутки и 7920 в месяц. Для перевода в кубометры достаточно разделить величину на 9,3 кВт/м3 — удельную теплоёмкость сгорания природного газа.
Фото 1. Теплопотери дома через различные его части. Они влияют на расход газа отопительным котлом.
И также нужно внести поправку на КПД, разделив число на паспортный показатель. В предложенном примере расход газа за один месяц составит 864 кубометра. Это усреднённая величина, которую достаточно умножить на количество месяцев в отопительном сезоне.
По мощности газового котла
Наиболее простой расчёт среди представленных. Достаточно узнать в паспорте мощность обогревателя. Показатель делят пополам и переходят к вычислениям. Это связано с действительным расходом: отопительный сезон длится 7 полных месяцев из 12. В особо холодные зимы потребуется гораздо больше тепла.
Допустим, что котёл создаёт 24 кВт энергии. Половина — 12 кВт. Принимаем потребность в тепле за эту величину. Для определения расхода топлива этот показатель делят на удельную теплоёмкость сгорания топлива. Для природного газа — 9,3 кВт/м3. Получается, что в час нужно примерно 1,3 кубометра топлива, в день — 31,2, а в месяц — 936. Полученное значение делят на коэффициент полезного действия и получают действительный результат.
Фото 2. Расход потребления газа в час и за сезон в зависимости от мощности отопительного котла.
Отопительное оборудование для отопления сжиженным газом
Котел на сжиженном газе отличается безопасностью конструкции и надежностью работы
Для отопления частного дома на сжиженном газе используют как отопительные котлы с водяным контуром, так и газовые конвекторы. Но среди всех видов подобного оборудования лидируют все же котлы отопления на сжиженном газе, как наиболее производительные. Отзывы об отоплении на сжиженном газе с использованием конвекторов редко бывают положительными.
Газовые котлы отопления для сжиженного газа по своей конструкции почти не отличаются от тех, что потребляют магистральный газ. Разница только в устройстве горелок, поскольку давление пропан-бутана, поступающего из баллона, почти в 2 раза выше, чем природного метана. Соответственно, и жиклеры в горелках тоже различаются по внутреннему диаметру. Некоторые различия есть также и в устройствах для регулировки подачи воздуха.
Газовые котлы отопления для сжиженного газа по своей конструкции почти не отличаются от тех, что потребляют магистральный газ. Разница только в устройстве горелок, поскольку давление пропан-бутана, поступающего из баллона, почти в 2 раза выше, чем природного метана. Соответственно, и жиклеры в горелках тоже различаются по внутреннему диаметру. Некоторые различия есть также и в устройствах для регулировки подачи воздуха.
Конструктивные различия настолько незначительны, что в случае необходимости достаточно только заменить горелки в котле, предназначенном для метана, и не придется покупать новый отопительный котел на сжиженном газе.
Рассмотрим, чем различаются между собой основные модели котлов для системы отопления на сжиженном газе:
- Тип котла. Среди агрегатов для отопления частного дома сжиженным газом в баллонах выделяют котлы одноконтурные и двухконтурные. Первые служат только для отопительной системы, а вторые, кроме того, обеспечивают горячей водой. Камера сгорания в котлах устроена по-разному, она может быть открытой либо закрытой. Выпускаются как большие напольные модели, так и компактные настенные;
- КПД. Судя по отзывам, отопление на сжиженном газе может стать по-настоящему рациональным и экономичным, если газовый котел обладает коэффициентом полезного действия не ниже 90-94%;
- Мощность котла. Считается одним из основных параметров при отоплении частного дома сжиженным газом. Необходимо убедиться, что паспортные характеристики агрегата позволят ему развивать достаточную мощность, чтобы обеспечить всю площадь жилища теплом, но при этом не допуская перерасхода сжиженного газа на отопление;
- Производитель. В то время как разводку труб в системе отопления на сжиженном газе можно делать своими руками, газовый котел ни в коем случае не должен быть самодельным. Более того, желательно отдавать предпочтение хорошо зарекомендовавшим себя отечественным или зарубежным производителям.
Котлы на сжиженном газе запрещено устанавливать в подвальных помещениях, поскольку пропан-бутановая смесь тяжелее воздуха. Такой газ при утечках не выветривается, а скапливается на уровне пола, что может привести к взрыву.
Как правильно рассчитать?
Узнать расход голубого топлива на обогрев дома можно по показателям калорийности на базе управляющей компании. Если данный вариант не получится, то вы можете поставить условную цифру в расчеты, но лучше всего брать ее с некоторым запасом – 8 кВт/м³. Но также часто бывает ситуация, когда продавцы дают информацию относительно удельной теплоты сгорания, выраженной в других единицах, то есть ккал/ч. Не стоит волноваться, эти числа можно перевести в Ватты всего лишь умножив данные на коэффициент 1,163.
Еще одним показателем, который напрямую влияет на потребление топлива – это возможная тепловая нагрузка на отапливающую систему, которую составляют теплопотери вследствие дополнительных строительных конструкций постройки, а также возможных потерь, расходующихся на прогревание вентиляционного воздуха. Наиболее подходящий вариант подсчета – это проведение или же заказ детальных и точных подсчетов всех существующих теплопотерь. Если же возможности на такие методы у вас нет, и удовлетворит довольно примерный результат, то есть вариант провести перерасчет «укрупненным» методом.
- С высотой потолка до трех метров можно рассчитывать на тепло 0,1 кВт на 1 кв. м обогреваемой территории. Как следствие, на здание не более 100 м² уходит 10 кВт теплоты, 150 м2 — 15 кВт, 200 м2 — 20 кВт, 400 м2 — 40 кВт тепловой энергии.
- Если расчеты ведутся в других единицах измерения, то на 1 м³ объема отапливаемого здания 40-45 Вт теплоты. Его нагрузка проверяется умножением указанного показателя на объем всех имеющихся отапливаемых комнат в здании.
Коэффициент полезного действия теплогенератора, который влияет на максимально эффективное расходование топлива, чаще всего отмечается в специальном техническом паспорте оборудования.
Если вы еще не купили агрегат для отопления, то можете взять во внимание данные КПД газовых котлов разных типов из следующего списка:
- газовый конвектор — 85 процентов;
- котел с открытой камерой сгорания — 87 процентов;
- теплогенератор с закрытой камерой сгорания— 91 процент;
- котел конденсационный — 95 процентов.
Первоначальный расчет использования сжиженного газа на отопление можно посчитать посредством следующих формул:
V = Q / (q х КПД / 100), где:
- q — уровень калорийности горючего (если не удалось узнать данные у производителя, советуется ставить общепринятую норму в 8 кВт/м³);
- V —расходование магистрального газа, который нужно найти, м³/ч;
- КПД — эффективность использования топлива имеющимся на данный момент источником тепла, пишется в процентах;
- Q — возможная нагрузка на отопление частного дома, кВт.
Подсчитывая потребление газа за 1 час в максимально холодные времена, удается получить следующий ответ:
15 / (8 х 92 / 100) = 2,04 м³/ч.
Работая 24 часа без перерыва теплогенератор будет расходовать следующее количество газа: 2,04 х 24 = 48,96 м³ (для простоты измерения желательно округлить до 49 кубов). Конечно же, за время отопительного сезона температуре свойственно меняться, так, бывают очень холодные дни, а бывают и теплые. Из-за этого величину среднесуточного расходования газа, которую мы нашли выше, нужно будет разделить на 2, где мы получим: 49/2=25 кубов.
Имея данные, которые уже определены выше, можно рассчитать расход газа у турбированного котла за 1 месяц в доме из 150 м², который находится где-то на территории средней полосы России. Для этого мы суточный расход умножаем на количество дней в месяце: 25 х 30 = 750 м³. Посредством таких же расчетов можно найти и потребление газа больших и меньших зданий
Важно знать, что такие расчеты было бы очень хорошо проводить еще до того, как здание полностью построено. Это даст вам возможность провести мероприятия, которые могли бы помочь улучшить условия эксплуатации помещения, сэкономив при этом на расходовании тепла
Методика расчета для природного газа
Примерный расход газа на отопление считается исходя из половинной мощности установленного котла. Все дело в том, что при определении мощности газового котла закладывается самая низкая температура. Это и понятно — даже когда на улице очень холодно, в доме должно быть тепло.
Посчитать расход газа на отопление можно самостоятельно
Но считать расход газа на отопление по этой максимальной цифре совсем неверно — ведь в основном температура значительно выше, а значит, топлива сжигается намного меньше. Потому и принято считать средний расход топлива на отопление — порядка 50% от теплопотерь или мощности котла.
Считаем расход газа по теплопотерям
Если котла еще нет, и вы оцениваете стоимость отопления разными способами, считать можно от общих теплопотерь здания. Они, скорее всего, вам известны. Методика тут такая: берут 50% от общих теплопотерь, добавляют 10% на обеспечение ГВС и 10% на отток тепла при вентиляции. В результате получим средний расход в киловаттах в час.
Далее можно узнать расход топлива в сутки (умножить на 24 часа), в месяц (на 30 дней), при желании — за весь отопительный сезон (умножить на количество месяцев, на протяжении которых работает отопление). Все эти цифры можно перевести в кубометры (зная удельную теплоту сгорания газа), а потом перемножить кубометры на цену газа и, таким образом, узнать затраты на отопление.
| Наименование толпива | Единица измерения | Удельная теплота сгорания в кКал | Удельная теплота сгорания в кВт | Удельная теплота сгорания в МДж |
|---|---|---|---|---|
| Природный газ | 1 м 3 | 8000 кКал | 9,2 кВт | 33,5 МДж |
| Сжиженный газ | 1 кг | 10800 кКал | 12,5 кВт | 45,2 МДж |
| Уголь каменный (W=10%) | 1 кг | 6450 кКал | 7,5 кВт | 27 МДж |
| Пеллета древесная | 1 кг | 4100 кКал | 4,7 кВт | 17,17 МДж |
| Высушенная древесина (W=20%) | 1 кг | 3400 кКал | 3,9 кВт | 14,24 МДж |
Пример расчета по теплопотерям
Пусть теплопотери дома составляют 16 кВт/час. Начинаем считать:
- средняя потребность в тепле в час — 8 кВт/ч + 1,6 кВт/ч + 1,6 кВт/ч = 11,2 кВт/ч;
- в день — 11,2 кВт * 24 часа = 268,8 кВт;
в месяц — 268,8 кВт * 30 дней = 8064 кВт.
Переводим в кубометры. Если использовать будем природный газ, делим расход газа на отопление в час: 11,2 кВт/ч / 9,3 кВт = 1,2 м3/ч. В расчетах цифра 9,3 кВт — это удельная теплоемкость сгорания природного газа (есть в таблице).
Так как котел имеет не 100% КПД, а 88-92%, придется внести еще поправки на это — добавить порядка 10% от полученной цифры. Итого получаем расход газа на отопление в час — 1,32 кубометра в час. Далее можно рассчитать:
- расход в день: 1,32 м3 * 24 часа = 28,8 м3/день
- потребность в месяц:28,8 м3/день * 30 дней = 864 м3/мес.
Средний расход за отопительный сезон зависит от его длительности — умножаем на количество месяцев, пока длится отопительный сезон.
Этот расчет — приблизительный. В какой-то месяц потребление газа будет намного меньше, в самый холодный — больше, но в среднем цифра будет примерно такой же.
Расчет по мощности котла
Расчеты будут немного проще, если имеется рассчитанная мощность котла — тут уже учтены все необходимые запасы (на ГВС и вентиляцию). Потому просто берем 50% от расчетной мощности и далее считаем расход в день, месяц, за сезон.
Например, проектная мощность котла — 24 кВт. Для расчета расхода газа на отопление берем половину: 12 к/Вт. Это и будет средняя потребность в тепле в час. Чтобы определить расход топлива в час, делим на теплотворную способность, получаем 12 кВт/час / 9,3 к/Вт = 1,3 м3. Далее все считается как в примере выше:
- в день: 12 кВт/ч * 24 часа = 288 кВт в перерасчете на количество газа — 1,3 м3 * 24 = 31,2 м3
в месяц: 288 кВт * 30 дней = 8640 м3, расход в кубометрах 31,2 м3 * 30 = 936 м3.
Далее добавим 10% на неидеальность котла, получим, что для этого случая расход будет чуть больше 1000 кубометров в месяц (1029,3 куб). Как видите, в этом случае все еще проще — меньше цифр, но принцип тот же.
По квадратуре
Еще более приблизительные расчеты можно получить по квадратуре дома. Есть два способа:
- Можно посчитать по СНиПовским нормам — на обогрев одного квадратного метра в Средней Полосе России в среднем требуется 80 Вт/м2 . Эту цифру можно применять, если ваш дом построен по всем требованиям и имеет хорошее утепление.
- Можно прикинуть по среднестатистическим данным:
- при хорошем утеплении дома требуется 2,5-3 куб/м2;
при среднем утеплении расход газа 4-5 куб/м2.
Каждый хозяин может оценить степень утепления своего дома, соответственно, можно прикинуть, какой расход газа будет в данном случае. Например, для дома в 100 кв. м. при среднем утеплении потребуется 400-500 кубометров газа на отопление, на дом в 150 квадратов уйдет 600-750 кубов в месяц, на отопление дома площадью 200 м2 — 800-100 кубов голубого топлива. Все это — очень приблизительно, но цифры выведены на основании многих фактических данных.
Расчет расхода газа
Расчет расхода газа на отопление дома можно сделать по следующей формуле:
V = Q / ((q * КПД) / 100).
В приведенной расчетной формуле буквы имеют следующее значение: Значение q, которое расположено в знаменателе формулы – это калорийность расходного горючего материала. Принимается значение 8 кВт/м³; V – какой объем газа расходуется при отоплении помещения; КПД – это коэффициент полезного действия при сжигании топлива, он всегда обозначается в процентах; Q – это величина нагрузки на отопление помещения с площадью 150 м2.
Пример расчета
В приведенном примере предложено жилое помещение, площадь которого составляет 150 квадратных метров, а величина нагрузки составляет 15 киловатт.
Все расчеты расхода газа на отопление приведены относительно данных величин. Обогревать здание будет установка, которая имеет камеру закрытого типа, а КПД составляет 92%.
При самых сильных возможных морозах на улице, расход газа за шестьдесят минут, т.е. один час активной работы котла будет составлять 2,04 м³/ч. Все расчеты произведены по формуле, приведенной в начале заголовка. А за одни сутки расход газа на отопление дома площадью 150 м² будет равняться 2,04*24=48,96 кубических метров. Подсчеты произведены для северных широт нашей страны и с учетом максимально возможных морозов. Т.е. если говорить более профессиональным языком, произведен расчет максимального часового расхода газа.
Во время отопительного сезона температура окружающей среды может отличаться в зависимости от того, в каком регионе живет субъект. Температура может опускаться до -25ºС, а местами и до -40ºС. Поэтому средний расход будет значительно меньше, чем мы рассчитали, и будет в районе 25 кубических метров в сутки.
Получается, что за один месяц отопительного сезона турбированный котел, который установлен и применяется для обогрева жилого помещения, находящегося в средних широтах России, площадью 150 метров кубических, истратит 25*30=750 кубических метров газа. Таким же нехитрым способом с использованием формул можно вычислить потребление газа для помещений других размеров.
Пример расчета расхода сжиженного газа
Большая часть современного отопительного оборудования разработана и работает таким образом, чтобы сжигать газ и отапливать помещение без замены горелки. Поэтому людям будет интересно рассмотреть расходы пропан-бутана, который поставляется населению в баллонах или автономных газгольдерах.
Данная информация, в частности все расчеты, будут интересны тому сегменту населения, которые хотят установить автономное газовое отопление помещения ввиду отсутствия магистрального горючего и автономного газоснабжения.
Чтобы произвести расчет расхода сжиженного газа на отопление помещения, требуется добавить значение теплотворной способности данного вида горючего материала. При этом необходимо помнить, что все объемы природного газа рассчитываются либо в метрах кубических, либо в литрах, а сжиженного в килограммах, которые в дальнейшем необходимо перевести уже в литры.
Теплота сгорания сжиженного газа будет равняться величине 12,8 кВт на один килограмм. Эта величина равняется 46 мегаджоулям на один килограмм. В итоге благодаря формуле мы получаем показатель в 0,42 килограмма за час. Это при условии, что мы использовали котел с КПД 92 %, т.е. как и в приведенном примере выше 5/(12,8*0,92).
Один литр сжиженного газа пропан-бутан имеет массу в 540 грамм. Если перевести данное значение в литры, то мы получаем значение в 0,78 литра сжиженного газа. Если умножить данное значение на 24, то мы получим показатель за одни сутки, и он будет равняться 18,7 литра. Как показывает учет расхода газа, в месяц мы получим значение в размере 561 литр. Это значение для помещения площадью в 100 квадратных метров. Как показывает наш расходомер что при площади здания 200 метров квадратных, расход будет составлять 1122 литра, а при площади дома 300 м2 объем составит 1683 литра.
