Технико-экономический расчет эффективности отопления

Этот раздел был выполнен совместно с Юрием Ажичаковым.

1. Предварительный теплоэнергетический баланс здания

для принятия предпроектных решений,

для формулировки «правильного» технического задания.

Расчет производится в соответствии со СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха».

Для упрощения расчета некоторые малосущественные параметры пропускаются.

Расчет здания делается условно состоящим из одного помещения с площадью – 80 м2.

Для определения мощности системы отопления составим баланс часовых расходов теплоты для расчетного зимнего периода:

1 — потери теплоты через наружные ограждения определяют по формуле;

А – расчетная площадь ограждающей конструкции, м2. Потолок – 80 м2, пол – 80 м2, стены – 108 м2, окна — 5 шт. х 1,3 м. х 1,4 м. = 9,1 м2, дверь – 2 м2.

k – расчетный коэффициент, Вт/(м2 °С).

Для соломенных блоков с объемной массой 200 кг/м3, с ? = 0,07 Вт/(м2 °С), Толщина – 500 мм.

Внутренний и внешний слой из легкого глинобетона ? = 0,3 Вт/(м2 °С), толшина — 100 мм.

Два слоя гипсокартона – 0,19 Вт/(м2 °С).

Итого для 5 слоев коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции – 0,115 Вт/(м2 °С).

Для окон, по данным с сайтов производителей окон 2,8 — 0,3 Вт/(м2 °С), для расчета примем – 1,5 вт/(м2 °С).

Для дверей примем -1 вт/(м2 °С).

— расчетная температура воздуха в помещении, °С. = 20°С

— расчетная температура наружного воздуха, холодного периода года = -39°С

? – добавочные потери теплоты в долях от основных потерь = (для упрощения, в расчете не учитываем).

n – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху — (для упрощения, в расчете не учитываем).

Потолок – 80 м2 х 0,115 вт/(м2 °С) х (20- (-39)) = 543 вт.

Пол – 80 м2 х 0,115 вт/(м2 °С) х (20- (-39)) = 543 вт.

Стены – 108 м2 х 0,115 вт/(м2 °С) х (20- (-39)) = 733 вт.

Окна – 9,1 м2 х 1,5 вт/(м2 °С) х (20- (-39)) = 805 вт.

Двери — 2 м2 х 1 вт/(м2 °С) х (20- (-39)) = 118 вт.

Итого по ограждающим конструкциям – 2742 вт.

2. — расход теплоты на прогрев инфильтрирующегося воздуха и поступающего в помещение воздуха при вентиляции;

Ln – расход удаляемого воздуха, м3/ч, не компенсируемый подогретым приточным воздухом; для жилых зданий – удельный нормативный расход 3 м3/ч на 1 м2 жилых помещений (включая кухни и санузлы), но для кухонь с электроплитами – не менее 60 м3/ч, а для совмещенных санузлов — не менее 50 м3/ч; Ln = 60 м2 х 3 м3/ч +60 м3/ч + 50 м3/ч = 290 м3/ч

? – плотность воздуха в помещении, кг/ м3, определяемая по формуле;

t — температура помещения. ? = 353/ (273 + 20) = 1,2

с – удельная теплоемкость воздуха, равная 1 кДж/(кг?°С);

— расчетная температура воздуха, °С;

— расчетная температура наружного воздуха в холодный период года °С;

k – коэффициент учета влияния встречного теплового потока в конструкциях, равный 0,7 для стыков панелей стен и окон с тройными переплетами.

= 0,28 х 290 х 1,2 х 1 х (20 – (-39)) х 0,7 = 4024 Вт.

3. — технологические и бытовые тепловыделения или расходы теплоты. Для жилых зданий бытовые тепловыделения — 10 Вт на 1 м2 площади пола.

= 80 х 10 = 800 Вт.

Итого теплоэнергетический баланс здания

2742 Вт. + 4024 Вт. — 800 Вт. = 5966 Вт. — потери тепла через ограждающие конструкции.

Из вышеприведенного расчета стоит обратить внимание на инфильтрационные потери тепла.

При помощи рекуперации тепла можно, нужно и должно вернуть в дом часть этого тепла.

Примем коэффициент эффективности рекуперации = 0,5 (практически можно возвращать и больше, но в этом случае необходимо разобраться, во что это обходится с экономической точки зрения.)

Экономия на рекуперации тепла при вентиляции — 4024 х 05 = 2012 Вт.

В этом случае теплоэнергетический баланс здания приобретает следующий вид:

2742 Вт. + 2012 Вт. – 800 = 3954 Вт.

Подбор мощности отопителя

Для компенсации потерь необходимы обогреватели мощностью которая компенсирует теплопотери, т.е., 3954 кВт. Кроме того, для обогревателей примем запас мощности 20% — 3954 х 1,2 = 4745 Вт.

Итак, обогреватели на 5 кВт. компенсируют расчетные потери тепла.

Приблизительный расчет отопления (самый простой)

При подборе отопителей часто руководствуются соотношением 1,5 — 2 кВт (для Западной Сибири) на 10 м2 общей площади.

80 : 10 х 1,5 =12 кВт.

Предположим, что теплоэффективность стен из соломенных блоков в 2 — 3 раза выше традиционных стен.

2. Сравнение стоимости 1 кВт энергии

по состоянию на 01.12.2008 год

№ п. п.	Вид топлива	ед. измерения	теплотворная способность (кДж\кг)	КПД	теплотворная способность 1 топливной единицы кДж	количество топлива на 1 кВт энергии	стоимость топлива руб	стоимость 1 кВт энергии руб
1	природный газ	куб.м	33718	0.9	30346.2	0.119	2.02	0.240
2	уголь	кг	27000	0.8	21600	0.166666667	1.6	0.267
3	дрова (сосна)	кг	15800	0.7	11060	0.325497288	1.5	0.488
4	гранулы	кг	17585	0.9	15826.5	0.227466591	5	1.137
5	центральное отопление	Гкал	4186800	0.000859845	600	0.516
6	дизельное топливо	кг	43000	0.9	38700	0.093023256	22	2.047
7	сжиженный газ	кг	45200	0.9	40680	0.088495575	21.95	1.942
8	электричество	кВт\ч	1	3600	1	1.3	1.300

Примечания: Цена дров и угля взяты с доставкой; Объемный вес дров = 500 кг/м3 ; 1 гКал = 1.163 мВт ; 1 кКал = 0.001163 кВт\час ; 1 литр дизтоплива = 0.85 кг; 1 кВт\час = 3600 кДж

3. Технико-экономический расчет четырех типов отопления

Технико-экономический расчет системы теплоснабжения

Для определения срока окупаемости строительства (теплоснабжения) магистрали тепловой сети в жилых районах необходимо посчитать абсолютные и удельные капитальные вложения в данный проект.

Расчеты будем производить из следующих данных:

— расчетный суммарный часовой расход сетевой воды G_p ч = 107,444 кг/с = 386,798 т/ч;

— годовые потери тепла Q_тп год = 1051,08 ГДж/год;

— температурный график тепловых сетей 150 – 70°С.

Для начала определим расчетное часовое количество тепловой энергии Q_р ч (ГДж/год), отдаваемой потребителям участка тепловой сети по формуле:

где G_p ч − расчетный суммарный часовой расход сетевой воды, т/ч;

τ₁,τ₂ – температура воды в подающем и обратном трубопроводах, °С;

с – удельная теплоемкость воды; с=4,19 кДж/(кг·°С).

Q_р ч = 386,798*4,19*(150–70)*10 –3 = 129,655 ГДж/ч.

Определим часовую нагрузку за отопительный период Q_ср ч (ГДж/ч) по формуле:

где τ_ср1,τ_ср2 – среднегодовые температуры теплоносителя в зависимости от температурного графика, °С;

Q_ср ч = 129,655(85 – 45)/(150 – 70) = 64,8275 ГДж/ч.

Годовой расход тепловой энергии на теплофикационные нужды Q г (ГДж/год) рассчитаем по формуле:

Q г = Q_ср ч h_отоп , [8] стр.14 (48)

где h_отоп − продолжительность отопительного периода, ч; принимается по приложению 1[1].

Q г = 64,8275*230*24 = 357845,04 ГДж/год.

Найдем наружный диаметр с изоляцией всех теплопроводов:

[8] стр.15 (49)

d₁₈₂ = 0,182 + 2*0,1 = 0,382

d₁₄₃ = 0,143 + 2*0,1 = 0,343

d₂₅₇ = 0,257 + 2*0,1 = 0,457

d₃₀₉ = 0,309 + 2*0,1 = 0,509

Определим стоимостные показатели а и b в ценах на 2007 г.:

а = 4200/2,68*2,81 = 4403,7;

b = 21600/2,68*2,81 = 22647,8.

Абсолютные капитальные вложения в участок тепловой сети К (тыс. руб.) найдем по формуле:

(∑₁ i l_i)*2 – суммарная длина участка сети, включая подающую и обратную сеть, = 1665*2 = 3330 м;

(∑₁ i d_il_i)*2 – продольное сечение теплопроводов (подающих и обратных), = 393,52*2 = 787,04 м 2 ;

k_рс коэффициент, учитывающий район прокладки участка тепловых сетей = 1,07;

k_и кап · – коэффициент нфляции к ценам на 2005 год принять равным 1,2.

К = (4403,7*3330 + 22647,8*5631.03)*1,07*1,2*10 –6 = 32340,3 тыс.руб.

Удельные капитальные вложения для прокладки теплопровода К_уд (руб./м) определим по формуле:

где К − абсолютные капиталовложения,

К_уд = 32340,3/1665 = 19,424 тыс. руб./м.

Удельные потери тепла q_пот (%) рассчитаем по формуле:

q_пот = Q_тп год /Q г ·100%, [8] стр.16 (52)

где Q_тп год − годовые потери тепла, ГДж/год.

q_пот = 1051,06/357845,04*100% = 0,29 %.

Основная заработная плата

Прямой фонд ЗП_прям (руб.) основных рабочих рассчитываемпо формуле:

где Окл – оклад рабочих, принимается 4500 руб.;

Ч_р – численность персонала в одном ТП, принимается 5 чел.;

К_тп – количество теплопунктов = 4.

ЗП_прям = 4500*5*4*12 = 1080 000 руб.

Затраты на основную заработную плату ЗП_осн производственных рабочих, кроме прямой, включают доплаты по премиальным системам и выплаты по районному коэффициенту.

где ЗП_прем – фонд премии = 50% от ЗП_прям;

ЗП_дп – фонд доплат = 40% от ЗП_прям;

К_р – районный коэффициент, по г. Красноярску = 1,3.

ЗП_осн = (1080000 + (0,5*1080000) + (0,4*1080000))*1,3 = 2667600 руб.

Оплата отпусков, льгот и т.д. относится к статье «Дополнительная заработная плата». ЗП_доп определяем по формуле:

где n – принятый процент дополнительной ЗП = 15%

ЗП_доп = 2667600*0,15 = 400140 руб.

Общий фонд ЗП_общ равен:

ЗП_общ = 2667600 + 400140 = 3067740 руб.

Отчисления на социальные нужды

Обязательные отчисления в государственные внебюджетные фонды – Пенсионный Фонд – 20%, Фонд социального страхования – 2,9 %, Фонд обязательного медицинского страхования – 3,1% и Фонд социального страхования от несчастных случаев – 0,4%.

Размер всех этих отчислений равен:

Отч = ЗП_общ*(ПФ + ФСС + ФОМС + ФССНС)/100 [8] стр.18 (57)

Отч = 3067740*26,4/100 = 809883,36 руб.

Затраты на закачку теплоносителя

Основной частью этой статьи является стоимость электроэнергии на привод сетевых насосов, находим по формуле:

, [8] стр.18 (58)

где G – расход в сети (подача насоса) = 107,444 кгс;

Dр – перепад давления, развиваемого насосами;

ρ – плотность воды = 975 кг/м 3 ;

n – число часов работы насосов за год;

Ц_э – стоимость электроэнергии, 1,73 руб./кВт*ч

= 60,671 тыс. руб./год

Годовые амортизационные отчисления И_а (тыс.руб./год) зависят от нормы амортизации на реновацию и от вложений капитала определим по формуле:

где Н_а рен − годовая норма амортизации на реновацию, 4,6 %.

И_а = 4,6*32340,3 /100 =1487,654 тыс. руб./год

Ремонты могут выполняться хозяйственным способом и с помощью подрядных организаций.

Стоимость ремонтов, выполняемых хозспособом И_рем хоз.сп (тыс.руб./год) рассчитаем по формуле:

И_рем хоз.сп = α _хоз.сп·Н рем К/100, [8] стр.19 (60)

где Н рем − норматив отчислений на ремонт, в процентах от капиталовложений в участок сети = 8,9%.

α _хоз.сп – доля ремонтов, выполняемых хозспособом = 0,22%

И_рем хоз.сп = 0,22*8,9*32340,3/100 = 633,22 тыс.руб./год

Стоимость ремонтов, выполняемых подрядным способом И_рем подр (тыс.руб./год) рассчитаем по формуле:

И_рем подр = 1,3α _подр·Н рем К/100, [8] стр.19 (61)

где 1,3 − коэффициент, учитывающий накладные расходы при подрядном способе выполнения ремонтов;

α _подр – доля ремонтов, выполняемых подрядным способом, α _подр = 1–α_хоз.сп.

И_рем подр = 1,3·0,78·8,9·32340,3/100 = 2918,58 тыс.руб./год

Годовые отчисления на ремонт и техническое обслуживание И_рем (тыс.руб./год) определим по формуле:

И_рем = И_рем хоз.сп + И_рем подр , [8] стр.20 (62)

И_рем = 633,22+2918,58 = 3551,8 тыс.руб./год.

Стоимость тепловых потерь И_тп (тыс.руб./год) рассчитаем по формуле:

где Ц _т.э·− цена (тариф) на тепловую энергию у производителя тепловой энергии, руб./ГДж;

Q_тп год – годовые потери тепла, ГДж/год;

k_и тепл – коэффициент инфляции по тепловой энергии k_и тепл = 1,16

И_тп = 54,5·25993,78·1,16·10 –3 = 1643,32 тыс.руб./год.

Эксплуатационные затраты на амортизацию, ремонт, техническое обслуживание и тепловые потери при транспортировке теплоносителя И_экс (тыс.руб./год) определим по формуле:

И_экс = 1487,6 + 3551,8 + 1643,32 + 3067,740 + 809,833 + 60,671 = 10621,594 тыс.руб./год.

Оценка эффективности системы теплоснабжения.

Выручка В от реализации Теловой энергии равна:

В = Q_T*307,98/4,187, руб. [8] стр.20 (65)

где Q_T – годовой расход тепловой энергии ГДж/год;

307,98 руб. цена тепловой энергии с НДС за 1 Гкал по данным КрасноярскТеплоСбыта.

В = 357845,04 *307,98/4,187 = 26321737,621 руб.

Срок окупаемости Т_ок рассчитывается по формуле:

где К – абсолютные капиталовложения.

Т_ок = 32340300/(26321737,621 – 10621594) = 2,06 год.

В энергетике нормативный срок окупаемости Т_{ок н} = 4,5 года,

Т_{ок н} > Т_ок, значит капитальные вложения с экономической точки зрения целесообразны.

Рентабельность выработки тепловой энергии рассчитаем по формуле:

Р = (26321737,621 – 10621594)*100/10621594 = 48,41.

Таким образом, предлагаемый проект участка системы теплоснабжения является эффективным. Об этом свидетельствуют следующие показатели:

— годовая прибыль участка составляет 15725804 руб.

— рентабельность продукции равна 48,41.

— срок окупаемости равен 2,06 года.

Заключение

В дипломном проекте я рассчитал проектируемую тепловую сеть, расположенную в г. Красноярске. Она предназначена для теплоснабжения четырех жилых микрорайонов с общественными зданиями.

В заключение хочется отметить, что централизованное изготовление укрупненных узлов, блоков и деталей тепловых сетей – один из важнейших этапов индустриализации работ по их прокладке. При этом сокращаются общие сроки строительства тепловых сетей, так как узлы теплопроводов изготавливаются параллельно с общестроительными работами; снижается стоимость работ за счет уменьшения трудоемкости изготовления, значительного повышения производительности труда в результате внедрения механизации, уменьшения организационных потерь и ликвидации зависимости производства работ от метеорологических условий, сокращения отходов и потерь материалов, уменьшения расходов на хранение материалов на месте монтажа.

При централизованном изготовлении укрупненных узлов тепловых сетей обеспечивается возможность перенести до 60% всех трудозатрат с монтажной площадки в заводские условия: механизировать большинство производственных процессов; внедрять высокопроизводительные станки и машины, сборочно-сварочные установки и приспособления; широко применять механическую, механизируемую газопламенную и газоэлектрическую резку, полуавтоматические и автоматические способы сварки; механизировать подъемно-транспортные операции; значительно повышать качество выполнения работ.

Размеры и массы укрупненных узлов и блоков должны обеспечивать удобство их транспортирования к месту монтажа и установки в проектное положение.

При строительстве неподвижных опор тепломагистрали большого диаметра также целесообразно применять готовые укрупненные блоки из сборных железобетонных конструкций.

Задача ближайшего времени при строительстве тепловых сетей – дальнейшее повышение индустриальности и сборности конструкции теплопроводов, сокращением ручного малопроизводительного труда в теплоизоляционных работах на трубопроводах, трудоемких в исполнении монолитных конструкций из сооружений из кирпича. Большую роль в повышении качества и ускорении сроков строительства тепловых сетей играют организационные и технико-экономические мероприятия

Список использованной литературы

1. Методические указания к выполнению курсового проекта «Теплоснабжение района» по дисциплине «Теплоснабжение». – Иваново, 2003.

2. Рекомендуемые нормативы численности промышленно-производственного персонала котельных в составе электростанций и предприятий сетей. МЭ и Э СССР. Управление социального развития и условий труда. – М., 1989.

3. Ривкин С.Л., Александрова А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. Справочник. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

4. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара: Справочник. – М.: Изд-во МЭИ. 1999.

5. Ионин А.А. Надежность систем тепловых сетей. М.: Стройиздат, 1989.

6. Авдолимов Е.М., Шальнов А.П. Водяные тепловые сети. – М.: Стройиздат, 1984.

7. Наладка и эксплуатация водяных тепловых сетей: Справочник / В.И. Манюк, Я.И. Каплинский, Э.Б. Хиж и др. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, 1988.

8. Витальев В.П. и др. Эксплуатация тепловых пунктов и систем теплоснабжения: Справочник. – М.: Стройиздат, 1988.

9. СНиП 2.01.01.-82 Строительная климатология и геофизика Госстрой СССР-М: Стройиздат, 1983.