Как правильно рассчитать расход газа на отопление и ГВС
Усредненный расход газа в частном доме или квартире обычно рассчитывается с целью определить величину затрат на отопление, горячее водоснабжение (ГВС) и приготовление пищи. Это делается еще на этапе проектирования здания или же перед выбором энергоносителя и котельного агрегата для сравнения с другими видами топлива.
Есть упрощенная методика, как рассчитать максимальный и средний расход газа на отопление и ГВС, она и будет рассмотрена в данном материале. Хотя выполнить такой расчет с большой точностью не удастся, но порядок цифр грядущей оплаты вы узнать сможете.
Расчет расхода газа на отопление
Перед тем как рассчитать потребление природного газа на отопление дома или квартиры, надо узнать один важный параметр – тепловые потери жилого здания. Хорошо, когда он правильно высчитан специалистами на стадии проектирования, это значительно повысит точность ваших расчетов. Но на практике такие данные часто отсутствуют, ведь мало кто из домовладельцев уделяет должное внимание проектированию.
Совет. Если у вас есть такая возможность, то стоит заказать расчет тепловых потерь в частной проектной организации. Это поможет не только выяснить средний расход газа на отопление частного дома, но и понять, нужно ли делать его утепление.
Величиной тепловых потерь здания определяется мощность системы отопления и самого котла либо газового конвектора. Поэтому при подборе газового котла для коттеджа или при устройстве автономного отопления квартиры приходится пользоваться следующими усредненными способами определения теплопотерь и мощности оборудования:
- По общей квадратуре здания. Суть способа в том, что на обогрев каждого квадратного метра требуется 100 Вт теплоты при высоте потолков до 3 м. При этом для южных районов принимают удельное значение 80 Вт/м², а в северных норма расхода может достигать 200 Вт/м².
- По суммарному объему отапливаемых помещений. Здесь на отопление 1 м³ выделяют от 30 до 40 Вт в зависимости от региона проживания.
Примечание. Представленные удельные расходы тепла корректны при разности температур между улицей и внутри помещений около 40 °С.
Выходит, что на обогрев жилья площадью 100 м² нужно порядка 10—12 кВт тепла в час во время сильных холодов и при расположении дома в средней полосе. Соответственно, для коттеджа 150 м² потребуется около 15 кВт тепловой энергии, для 200 м² – 20 кВт и так далее. Теперь можно и посчитать, какой максимальный расход газа покажет газовый котел в самые холодные дни, для чего используется формула:
V = Q / (q х КПД / 100), где:
- V – объемный расход природного газа в час, м³;
- Q – величина теплопотерь и мощности отопительной системы, кВт;
- q – низшая удельная калорийность природного газа, в среднем составляет 9.2 кВт/м³;
- КПД – коэффициент полезного действия газового котла или конвектора.
Примечание. КПД теплогенераторов на природном газе колеблется в пределах 84—96% в зависимости от конструкции. Самые простые энергонезависимые агрегаты имеют КПД 86—88%, конвекторы 84—86%, высокотехнологичные конденсационные котлы – до 96%.
Пример расчета
В качестве примера предлагается взять квартиру площадью 80 м² в средней полосе Российской Федерации. Для ее обогрева в самый холодный период потребуется 80 м² х 100 Вт = 8000 Вт или 8 кВт. Предполагается установить современный конденсационный котел на природном газе с КПД 96%. Тогда расчет расхода газа на отопление выглядит таким образом:
V = 8 / (9.2 х 96 / 100) = 8 / 9,768 = 0.91 м³/ч
Нетрудно посчитать, сколько горючего потребуется в сутки: 0.91 х 24 = 21.84 м³. Но для определения расходов на потребление природного газа нужно знать более реальные цифры, к примеру, его средний расход в квартире за весь отопительный сезон. Поскольку в течение этого сезона происходят значительные колебания температуры, то предполагается, что среднее количество топлива будет вдвое меньше максимального.
Тогда среднесуточное потребление газа на обогрев квартиры составит 21.84 м³ / 2 = 10.92 м³. Остается только умножить это число на продолжительность отопительного сезона, в Москве он длится 214 суток: 10.92 х 214 = 2336.9 м³. Сделав помесячную разбивку, несложно определить стоимость автономного отопления квартиры.
Для вычисления среднего расхода газа в квартире можно пойти и другим путем. Сначала выяснить расход газа на получение 1 кВт тепловой энергии, а затем помножить это значение на 8 кВт. Расчетная формула для вычисления объема топлива на 1 кВт тепла такая:
v = 1 / (q x КПД / 100), где v – это и есть искомый объем в м³/ч.
Соответственно, 1 / (9.2 х 0.96) = 0.113 м³/ч, а на всю квартиру это будет 0.113 х 8 = 0.905 м³/ч с небольшой погрешностью. Дальше вычисления ведутся так же, как это описано выше.
Примечание. В расчет не принято количество газа, расходуемое газовой плитой и на ГВС, о чем пойдет речь далее.
Потребление газа на ГВС
Когда вода для хозяйственных нужд подогревается с помощью газовых теплогенераторов – колонки или котла с бойлером косвенного нагрева, то для выяснения расхода горючего надо понять, сколько же требуется воды. Для этого можно поднять данные, прописанные в документации и определяющие норму на 1 человека.
Другой вариант – обратиться к практическому опыту, а он гласит следующее: для семьи из 4 человек при нормальных условиях достаточно нагреть 1 раз в сутки 80 л воды от 10 до 75 °С. Отсюда рассчитывается потребное на нагрев воды количество тепла по школьной формуле:
- с – теплоемкость воды, составляет 4.187 кДж/кг °С;
- m – массовый расход воды, кг;
- Δt – разница между начальной и конечной температурой, в примере равна 65 °С.
Для вычисления предлагается не переводить объемное потребление воды в массовое, считать что эти величины одинаковы. Тогда количество теплоты будет:
4.187 х 80 х 65 = 21772,4 кДж или 6 кВт.
Остается подставить это значение в первую формулу, где будет учитываться КПД газовой колонки или теплогенератора (здесь — 96%):
V = 6 / (9.2 х 96 / 100) = 6 / 8.832 = 0.68 м³ природного газа 1 раз в сутки уйдет на подогрев воды. Для полной картины сюда же можно прибавить расход газовой плитой на приготовление пищи из расчета нормы 9 м³ горючего на 1 проживающего человека в месяц.
Как определить расход сжиженного газа
Обогрев жилища, организованный с использованием сжиженного горючего (пропана или бутана) имеет свои особенности. Чаще всего домовладельцы устанавливают специальные емкости – газгольдеры, заправляющиеся на весь отопительный сезон. Обогрев с помощью баллонов встречается куда реже. Но никаких особых сложностей расчет расхода сжиженного газа на отопление дома не представляет.
Берется та же формула, только в нее подставляется удельная теплота сжигания СУГ (пропан-бутана), равная 46 МДж /кг или 12.8 кВт/кг. Обратите внимание: расчетная калорийность топлива относится к единице массы (килограмм), а на заправке цена считается за объем (литры). Результаты можно пересчитать после, сначала надо узнать потребление сжиженного газа обычным котлом (КПД – 88%), обогревающим дом площадью 80 м² из предыдущего примера:
V = 8 / (12.8 х 88 / 100) = 8 / 11.264 = 0.71 кг/ч.
Зная, что 1 л сжиженного газа имеет массу 540 г (справочная величина), нетрудно подсчитать расход пропана в литрах: 0.71 / 0.54 = 1.3 л. В сутки это 1.3 х 24 = 31.2 л газа, за месяц – 31.2 х 30 = 936 л. Теперь, учитывая изменения погодных условий, для определения среднего потребления сжиженного газа полученную цифру надо уменьшить вдвое: 936 / 2 = 468 л в месяц. Расход газа на отопление за год получится (31.2 л / 2) х 214 суток = 3338.4 л (для Москвы).
Как уменьшить расход газа на обогрев и другие нужды
В этом разделе речь пойдет о банальных вещах, о которых слышали многие. Но от банальности их важность не становится меньше. Ведь это прямой путь снизить количество используемых энергоносителей, в том числе большой расход газа, идущего на отопление частного дома.
Существенно уменьшить потребление позволят следующие мероприятия:
- Провести качественное утепление здания, желательно с наружной стороны.
- По возможности автоматизировать систему отопления, чтобы комнаты дома хорошо прогревались во время пребывания в них людей, а при их отсутствии поддерживалась дежурная температура 10—15 °С.
- Задействовать таймер для бойлера косвенного нагрева, чтобы вода в нем подготавливалась к определенному времени суток.
- Устраивать обогрев дома водяными теплыми полами.
- Приобретать наиболее экономичные газовые котлы – конденсационные.
Все эти мероприятия принесут еще больше пользы и позволят уменьшить расход газа, если экономить будете и вы сами. Возможно, поставить автоматику удастся только частично или не удастся вовсе, тогда вам придется управлять системой самостоятельно. Кстати, современные контроллеры для котлов имеют встроенные функции дистанционного управления через интернет или сотовый телефон.
Годовой расход газа на горячее водоснабжение
Годовой расход газа на централизованное горячее водоснабжение от котельной ( Qг .в ) определяется по формуле:
(1.9)
— где 
— укрупненный показатель среднечасового расхода тепла на горячее водоснабжение с учетом общественных зданий, кДж/чел. час, при норме расхода воды на горячее водоснабжение 105 л /(чел сутки), принимаем 1272 кДж/чел. час; N- число жителей, пользующихся горячим водоснабжением от централизованных источников; 
-число дней отопительного периода в сутках; 
, 
— температура водопроводной воды в летний и зимний периоды, 0 С, при отсутствии данных принимается равной соответственно +15°С и +5°С; 
— коэффициент, учитывающий снижение расхода горячей воды в летний период, при отсутствии данных, принимается равным 0,8; 
— КПД котельной; 
— низшая рабочая теплота сгорания газа, кДж / м3 ; 350 — число суток работы горячего водоснабжения в году.
Из общего расхода газа на горячее водоснабжение выделим расход газа за отопительный сезон ( 
,м 3 /год) и летний период ( 
,м 3 /год):
(10)
тыс,м 3 /год
тыс,м 3 /год
1.2.5 Расчетные часовые расходы газа на отопление и вентиляцию жилых иобщественных зданий
Максимальный часовой расход газа на отопление и вентиляцию жилых и общественных зданий определяется по формуле :
(11)
где 
-укрупненный показатель максимально-часового расхода тепла на отопление жилых зданий, кДж /(ч* м 2 ) ; F–площадь отапливаемых или вентилируемых зданий, м 2 ; 
— низшая рабочая теплота сгорания газа, кДж / м 3 , 
-– КПД отопительной системы.
Расчет показателей проводится в табличной форме (таблица 1.7.)
Таблица 1.7 – Расчет часовых расходов газа на отопления и вентиляцию жилых общественных зданий
| Источник теплоснабжения | Площадь зданий м 2 | Qo, кДж/(м 2 *ч) | Qн р , кДж/м 3 | ɳо | Часовой расход газа, м 3 /час | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Местные отопительные установки | 92243 | 585 | 37997,22 | 0,75 | 1893 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Котельная | 39157 | 585 | 37997,22 | 0,85 | 709 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Котельная | 32850 | 585 | 37997,22 | 0,85 | 595 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Котельная | 13140 | 585 | 37997,22 | 0,85 | 238 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(12)
тыс.м 3 /ч.
— расчетный часовой расход газа на горячее водоснабжение, м 3 /ч ; 2 — коэффициент неравномерности; 
— среднесуточный расход газа на горячее водоснабжение, определяется делением годового расхода газа за отопительный сезон, 
на число дней отопительного периода.
(13)
(14)
— температура внутреннего воздуха, 0 С, для больницы; 
— расчетная температура наружного воздуха, 0 С , 
— коэффициент, учитывающий затраты теплоты на подогрев инфильтрационного воздуха, в зданиях с приточной вентиляцией 
-температурный коэффициент
м 3 /ч.
(15)
м 3 /ч.| Наименование | Размерность | Значение |
| Теплопроизводительность котла | Гкал/ч (МВт) | 2,0 (2,35) |
| Отапливаемая площадь при высоте 3м. | м 2 | 20000 |
| Номинальный расход газа | м 3 /ч | 50 |
| на входе | °С | 70 (90) |
| на выходе | °С | 95 (115) |
| Длина | мм | 3410 |
| Ширина | мм | 1800 |
| Высота | мм | 3190 |
| Масса котла | кг | 3900 |
Расходы газа по данным промышленным предприятиям определяются втаблице1.9.
Таблица 1.9 — Расходы газа промышленными потребителями
| № п/п | Наименованиепредприятий | Годовой расход газа, тыс. м³/год | Коэффициентчасовогомаксимума | Часовой расход газа, м³/ч |
| 1 | Цементный завод | 157 | 1/5900 | 50 |
| 157 | 1/5900 | 50 |
1.4 Общий расход газа по населенному пункту
Проведенные расчеты по определению расходов газа по всем потребителям должны быть приведены в таблице 1.12
Таблица 1.12 — Расходы газа по потребителям поселка
| Номерпредприятия на схемегазоснабжения поселка | Наименование предприятий | Годовой расход газа, тыс. м³/год | Часовой расход газа, м³/ч |
| 1 | Школьная столовая | 23 | 11 |
| 2 | Больница | 21 | 8 |
| 3 | Котельная № 1 | 3335 | 709 |
| 4 | Котельная № 2 | 2798 | 595 |
Результаты всех выполненных расчетов сводятся в таблицу 1.13.
Таблица 1.13 — Общий расход газа по населенному пункту
| Наименованиепотребителей | Годовой расход газа, тыс. м³/год | Часовой расход газа, м³/ч |
| Бытовые (на приготовление пищи и горячей воды) | 1160 | 645 |
| Местныеотопительныеустановки | 8904 | 1893 |
| Прочиепотребители | 151 | 32,25 |
| Общий расход по сетям низкого давления | 10215 | 2570 |
| Отопление, вентиляция и горячее водоснабжение жилых и общественных зданий | 7253 | 1542 |
| Коммунальныенуждыпоселка | 44 | 19 |
| Промышленныенуждыпоселка | 157 | 50 |
| Общий расход по сетям среднего давления | 7454 | 1611 |
| Общийрасходпопоселку | 17669 | 4181 |
Входе расчета было получено расходы газа по сетям низкого давления 10215 тыс. м³/год, а по сетям среднего давления 7454 тыс. м³/год. Общий расчетный расход газа по Петровску составляет 17669 тыс. м³/год
Полученные величины расходов позволят сделать выбор схемы газоснабжения поселка, а также провести ее оптимальный гидравлический расчет.
1.5 Выбор схемы газоснабжения поселка
Особенности планировки и застройки поселка, степень охвата газоснабжением различных потребителей, ширина уличных проездов и наличие инженерных коммуникаций, климатические и геологические условия – все это должно быть учтено при газоснабжении.
Проведем расчет оптимального количества ШРП на основе технико- экономического расчета исходя из стоимости ШРП и газопроводов, плотности газопроводной сети, удельного расхода газа, приходящегося на одного жителя поселка и возможного перепада давления газа. Уменьшение числа ШРП приводят к снижению приведенных затрат в ШРП и подводящим газопроводам среднего давления, однако при этом увеличиваются приведенные затраты в распределительные сети за счет увеличения среднего диаметра газопровода низкогодавления.
Определим оптимальный радиус действия (Rопт) ШРП, м
(16)
где S – стоимость одного ШРП с учетом его монтажа, руб; 
— возможный перепад давления газа в распределительной сети низкого давления, Па; 
— коэффициент плотности сети низкого давления;
(17)
где m – плотностьнаселенияпоселка,чел./га,
(18)
где N – численность населения поселка, F – площадьзастройки поселка, га);e – удельный часовой расход газа на одного жителяпоселка, м3/чел.ч., 
-часовой расход газа низкого давления, м 3 /ч (по данным табл. 1.13 составляет 7709 м 3 /ч).
Оптимальная нагрузка ШРП составляет:
м 3 /ч (19)
Таким образом, оптимальное число ШРП для проектируемой системы газоснабжения поселка Петровск будет составлять:
На основании проведенных расчетов можем принять 1 ШРП.
1.6 Гидравлический расчет газопроводов низкогодавления
Рассмотрим последовательность гидравлического расчета внутридворовых газопроводов низкого давления:
1. проектирование газовых сетей низкого давления по тупиковой схеме (на генеральном плане поселка);
2. разбивка газопровода на участки определенной длины и расхода газа (нумерация начинается с самого удаленного участка);
3. расчет средних удельных потерь давления на расчетной линии от точки подключения к распределительному газопроводу до наиболее удаленного здания, Па/м:
(20)
где DP – нормативный перепад давления, Па; kм – коэффициент,
учитывающий местные сопротивления, 10%; lсум.л. – суммарная длина расчетной линии, м.
Необходимо определить коэффициенты этажности kэт. и застройки kз. Приведенный коэффициент для различных вариантов: для одноэтажной односторонней застройки составляет 0,5kэт; для одноэтажной двухсторонней застройки – 1,0 kэт; двух- трех этажная односторонняя застройка – 0,5 kэт.2-3; двух-трех этажная двухсторонняя застройка – 1,0 kэт.2-3.
4. установление диаметров газопроводов участков на основании средней удельной потере давления и расчетным расходам газа на соответствующих участках сети, с определением действительных удельных потерь давления;
5. корректировка расчетов в случае, если невязка к располагаемому давлению превышает 10%.
Таблица 1.12 —Гидравлический расчет газопроводов низкого давления
м
м 3 /ч
