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.
Как снизить потребление
https://www.youtube.com/watch?v=8F_WSWl1_Qo
Попытаться снизить расход газа котлом отопления можно, и даже нужно. Ведь от количества потребляемого топлива агрегатом напрямую зависит бюджет владельца. Поэтому необходимо интересоваться различными способами снижения расхода газа.
Редко в городских условиях устанавливают газовые котлы. Это обусловлено сложностью монтажа оборудования. Однако бывает и такое. Всё, что можно сделать городскому жителю для снижения расхода газа, это:
- утеплить фасад помещения (в особенности, если квартира угловая);
- купить более экономичный котёл;
- монтировать энергоэффективные окна из
ПВХ
с двойным стеклопакетом.
Хорошее утепление может помочь сэкономить на отоплении до 50-60 %.
Чаще газовый котёл приобретают для дач и частных домов. В отличие от города, где газ используется в основном для приготовления пищи, в данных условиях газовый агрегат может применяться для отопления, подогрева бассейна, горячей санитарной воды и т.д.
Установка оптимального режима работы газового котла
Чтобы снизить расход газа котлом отопления можно выполнить следующие действия:
- Установить счётчик. Для контроля потребления газа можно установить счётчик, а можно просто вести наблюдения о расходах. Купите блокнот и оставьте его рядом со счётчиком. В нём вы будете время от времени делать пометки. Конечно, в основном расход газа будет зависеть от погодных условий, а данные будут условными, но по истечению года вы сможете сделать выводы о попытке сэкономить с высокой точностью.
- Провести работы по
теплоизоляции
. Экономия газа может быть выше, если серьёзно заняться утеплением дома, а именно крыш, чердака, техпомещений, подвала, фасада, т.е. всех поверхностей, которые упускают тепло. Плюс ко всему, при утеплении вы получите и шумоизоляцию. Это важно в особенности, если здание находится недалеко от дорог. А чтобы
теплоизоляция
не опустошила ваш карман, получите консультацию у специалиста в этой сфере. Он составит наилучший план работ.
- Установить правильный котёл, который непосредственно отвечает за благоприятный микроклимат в доме, а от его
коэффициента полезного действия
и эффективности зависит потребление газа.
Один из рациональных вариантов подключения котла в частном доме выглядит следующим образом:
Что касается чугунного теплообменника – такие конструкции очень выносливые. Их средний срок службы 20 лет. Из-за того, что функционирующих частей в котлах напольного типа меньше, чем в моделях с двумя контурами, обслуживание будет обходиться дешевле.
Мощность котла отопительного агрегата должна соответствовать проектной или той, которую вы рассчитали сами.
автоматики (Автоматика) Комплекс электронного оборудования, как встроенного в элементы систем отопления, так и внешнего. Осуществляет бесперебойную, безопасную работу инженерных систем, а так же обеспечивает должный уровень комфорта в здании. Коэффициент полезного действия Характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. коэффициента полезного действия (Коэффициент полезного действия)
Характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. ПВХ Поливинилхлорид – бесцветная, прозрачная пластмасса, термопластичный полимер винилхлорида. Циркуляционный насос Одна из главных составляющих системы отопления и горячего водоснабжения.
Предназначен для обеспечения принудительного движения жидкости по замкнутому контуру (циркуляции), а также рециркуляции. циркуляционного насоса (Циркуляционный насос) Одна из главных составляющих системы отопления и горячего водоснабжения. Предназначен для обеспечения принудительного движения жидкости по замкнутому контуру (циркуляции), а также рециркуляции.
Теплоизоляция Элементы конструкции, уменьшающие процесс теплопередачи и выполняющие роль основного термического сопротивления в конструкции. теплоизоляции (Теплоизоляция) Элементы конструкции, уменьшающие процесс теплопередачи и выполняющие роль основного термического сопротивления в конструкции.
Как сократить издержки
- качество поставляемого топлива;
- использование второго контура котла для нагрева воды в системе ГВС (расход газа при интенсивном использовании горячей воды повышается на 20-25%);
- температура наружного воздуха;
- особенности конструкции и монтажа отопительной системы;
- состояние отдельных элементов отопительной системы в процессе эксплуатации.
А также общие теплопотери дома, зависящие от степени утепления стен, пола и потолка, количества окон и дверей в помещениях, их размеры и состояние, наличие и конструкция системы вентиляции и других технологических отверстий с выходом наружу.
Как сократить потребление газа и уменьшить стоимость отопления:
- купите котел с максимально возможным КПД (более высокая стоимость такого прибора окупается в процессе его длительной эксплуатации);
- используйте современные турбированные или конденсационные котлы;
- постарайтесь уменьшить теплопотери дома за счет его качественного утепления;
- используйте современную автоматику (терморегуляторы, датчики, термостаты), позволяющие поддерживать и регулировать необходимый уровень температуры в помещениях;
- установите теплоаккумулятор, который позволит сократить время работы газовой горелки;
- своевременно обслуживайте элементы отопительной системы (прочистка дымоходов, стравливание воздуха из радиаторов и т.д.);
- небольшое снижение температуры в помещениях (на 1-2 градуса), практически не заметное для человека, в сумме существенно сократит расходы за весь отопительный сезон.
Указанные меры позволяют сократить расход газа до 25-30% и более, что значительно отразится на ваших финансовых тратах в меньшую сторону.
Какой объем газа нужно сжечь для генерации 1 квт
Зависит от теплотворной способности топлива, чем больше показатель, тем меньше необходимо топлива. Теплота обычно измеряется в Дж/кг, Дж/м2, Дж/л. Задача — определить теплотворную способность, привести к необходимой величине. Для отопления используют:
- метан;
- пропан;
- бутан;
- пропан-бутан.
Для перевода Дж в кВт используют соотношение: 1 МДж = 0,278 кВт/ч.
Пропан, бутан, их смесь имеют разную очистку, калорийность различается. Объем, вес газа очень непостоянны. Температура, давление сильно влияют на показатели. Это объясняется большим коэффициентом расширения, по сравнению с водой, в 16 раз больше. Чтобы сравнивать показатели, исследуемое вещество должно находиться в одинаковых условиях (температура, давление, чистота продукта).
Калорийность топлива
Другой показатель, влияющий на количество получаемого тепла – КПД котла. В зависимости от конструкции определяется средняя производительность:
- газовый конвектор 86%;
- котел открытого типа 88%;
- топочная камера закрытого типа 92%;
- конденсационный газовый котел 96%.
Приведенные показатели усреднены, на производительность влияет много факторов, например, материал теплообменника. Может быть:
- стальной;
- чугунный;
- алюминиевый;
- медный.
КПД может ухудшаться, пластины теплообменника обгорают, забиваются сажей.
Газовый теплообменник
От чего зависит потребление газа
Важный вопрос, от которого зависят материальные расходы. Факторы:
- мощность котла;
- тепловые потери;
- калорийность газа.
Котел — основной генератор тепла, от производительности зависит комфорт, расход газа. Обогреватель может быть:
- конвекторным;
- с открытой камерой сгорания;
- с закрытой камерой сгорания;
- конденсационным.
Конвектор – воздушный обогреватель. Используется конвекция: принудительная, естественная. Газ сгорает в камере сгорания, проходя по теплообменнику, выводится наружу. Холодный воздух поступает к теплообменнику через нижнюю часть корпуса, нагревается, выходит в помещение. Для ускорения процесса используют вентиляторы.
Газовый конвектор
Топка может быть двух видов:
В открытой топке кислород берется из воздуха помещения, продукты сгорания выводятся наружу.
Обогреватели с открытой камерой можно ставить в нежилых помещениях. Это связано с безопасностью.
В закрытой камере кислород поступает вместе с наружным воздухом, выводится наружу. Системы более безопасные, производительные. Конвекторы отличаются малым КПД, около 86%, используются для обогрева небольших помещений.
Схема котла с: а) открытой; б) закрытой топкой
Газовые котлы устроены примерно также, но нагревают воду, которая обладает теплопроводностью выше, чем у воздуха, КПД больше. Отличие — способ передачи тепла. Нагретая в теплообменнике вода (другой теплоноситель) насосом передается радиаторам в разных частях дома. Возможно передавать тепло на большие расстояния. КПД у котлов с открытой камерой составляет 88%, закрытой – 92%.
Чтобы повысить производительность котла, стараются отобрать тепло у продуктов сгорания. Придумали конденсационный котел. Работает, как обычный, но имеет два теплообменника: первый – обычный, берет тепло от продуктов сгорания, второй устанавливается на пути выхлопных газов.
Как работает газовый конденсационный котел
Чем меньше тепловые потери, тем меньше расход газа.
Расчет тепловой нагрузки
Для получения максимально точных данных по отапливаемому объему дома отдельно вычисляется объем каждой комнаты и вспомогательных помещений, где необходимо поддерживать тепло. Измерения длины и ширины выполняются вдоль плинтусов с помощью обычной или лазерной рулетки.
Мы поступим проще: принимаем высоту потолков за 2,5 метра, умножаем ее на указанную площадь и получаем объем дома V = 250 м3.
Если помещение имеет сложную архитектурную форму, выполняется разбивка на прямоугольники, треугольники, окружности, вычисляется и суммируется площадь каждого из них
Для определения ΔT используется графа 6 в таблице 3.1 СП 131.13330.2022. Здесь указана температура воздуха наиболее холодного периода, рассчитанная, исходя из среднемесячных температур.
Находим название населенного пункта, где расположен отапливаемый объект. Допустим, это Брянск, следовательно, искомое значение составляет -12 °C. Температура в жилых комнатах по ГОСТ Р 51617-2000 должна быть в пределах 18-24 °C. Берем усредненное значение 22 °C, получаем ΔT= 34 °C.
Определяем степень теплоизоляции дома и применяем соответствующий коэффициент. В условиях роста цен на теплоносители, большинство домовладельцев стремятся повысить энергоэффективность отопления за счет улучшения теплоизоляции своего жилища, поэтому вполне обоснованно можно применить первый показатель средней степени теплоизоляции, который равен 1.
Сводим все значения по формуле:
250 м3 × 34 °C × 1 / 860 = 9,88 квт/ч.
Применим правило округления к ближайшему целому и получим Q = 10 квт/ч.
Не пренебрегайте автоматическим управлением – установите разные режимы обогрева для ночного и дневного времени, чтобы обеспечить комфортный микроклимат независимо от температуры за окном и при этом экономить до 30% газа
Напомним, что мы сделали только теплотехнический расчет дома и теперь на очереди расчет расхода газа. Но пока будет уместным сделать небольшое отступление и уточнить, что нагрузку на отопление можно вычислить и упрощенным способом.
Заметим, что мощность газового котла можно рассчитать для конкретного объекта с учетом всех технических нюансов. По усредненным данным на каждый метр стандартной жилой площади приходится 100 Вт/ч тепловой энергии. Следовательно, для дома площадью 100 м2 этот показатель составит 100 Вт/ч × 100 м2 = 10 000 Вт/ч или 10 кВт/ч.
В данном случае вычисления по формуле и упрощенный способ дали одинаковый результат, но так бывает не всегда, и разница нередко достигает 20 % и более. Тем более теплотехники рекомендуют покупать турбированные и атмосферные котлы всегда с запасом в 20-25% с расчетом на возможность покрытия потерь тепла в дни с критически низкой температурой.
