Экономное отопление. Что такое энергия, как её считать и экономить.

Мы постоянно пользуемся энергией, греем воду, отапливаем помещение, ездим на автомобиле и надо точно оценивать её потребление.

Но чтобы более эффективно её потреблять, надо знать, сколько энергии содержит тот или иной вид топлива и сколько она стоит.

Что такое энергия и чем она отличается от теплоты?

Теплота, или количество теплоты, — это часть внутренней энергии тела, которая самопроизвольно, без внешнего воздействия переходит от тел более нагретых, к телам, менее нагретым посредством теплопроводности или лучеиспускания (за счет электромагнитного излучения).

Теплопроводность может идти по твердому телу и за счет конвекционных потоков. Таким образом мы имеем три пути передачи тепла:

Наиболее эффективный способ теплопередачи – это лучистый, так как можно достичь максимального градиента температур между охлаждаемым и нагреваемым телами, до нескольких тысяч градусов и, соответственно, больших скоростей передачи тепла.

В каких единицах измеряют энергию.

Измеряется она в джоулях, калориях и ваттах.

Исторически сложилось, что физики считают работу, энергию, количество теплоты в джоулях . Теплотехники тепло на обогрев жилья в калориях , а электрики и энергетики считают энергию в ваттах. Калории являются тепловым потоком, потому что эта энергия считается за определенное время.

Очень важно понимать, что энергию можно потратить по-разному: можно быстро, а можно медленно.

Теплосчетчик считает потраченные гигакалории тепловой энергии за месяц, а электросчетчик считает потраченные ватты электрической энергии за месяц. Но не просто ватты, а киловатты (кВт), потраченные за один час (кВт/час).

Источники энергии и цена 1 кВт.

Сколько её содержится в 1,0 кг угля, в бензине, газе, солярке, дровах и стомость топлива за 1 кВт выделяемого тепла. Зная эти цифры, вы можете сравнить, с какой надбавкой продается тепло управляющими компаниями. В Новосибирске оно продается по официальному тарифу за 1300,07 руб./гКал (

Для упрощения расчетов можно считать, что 1,0 л солярки, 1,0 л бензина, 1,0 л пропана и также 1,0 кубометр природного газа дают около 10 кВт энергии.

А. Каменный уголь.

В 1,0 кг каменного угля содержится 7-8 кВт энергии, по 0,375 руб/кВт.

Цена 1 кг угля =3 руб. (г. Новосибирск, 2018 г.). Стоимость 1,0 кВт энергии, полученной при сжигании угля, составит:

1,0 кг=3,0 руб./8 кВт = 0,375 руб./квт.

Стоимость 1,0 МВт:

Стоимость 1,0 Гкал тепла , полученного от сжигания угля составит:

375/0.8598 = 322 руб

Б. Дрова.

В 1 кг дров примерно 2,5 кВт энергии, по 0,716 руб/кВт.

Средняя стоимость дров в Новосибирске составляет 1 200 руб. за 1,0 м³. Масса 1,0 м³ березовых дров равна примерно 670 кг. Т.е., 1,0 кг дров в среднем стоит около 1,79 руб.

Для получения 1 кВт/час тепловой энергии расходуется примерно 0,4 кг дров:

Стоимость 1,0 кВт/час тепловой энергии при сжигании дров равна, примерно:

В. Природный (магистральный) газ метан.

В 1 м³ примерно 10 кВт энергии, по 0,584 руб/кВт.

Стоимость природного газа в Новосибирске составляет 5,835 руб./м³.

Для производства 1,0 кВт/час. тепловой энергии расходуется примерно 0,1 м³ газа. Соответственно стоимость производства 1,0 кВт тепловой энергии при использовании природного газа равна примерно:

5,835 руб./м³ *0,1 м³ = 0,5835 руб.

Стоимость 1,0 МВт:

Стоимость 1,0 Гкал тепла, полученного от сжигания газа составит:

583,5/0.8598 = 501,7 руб.

Г. Сжиженный газ.

Для получения тепловой энергии в 1 кВт /час потребляется примерно 0,1 кг сжиженного газа (в зависимости от КПД котла и т.д.). 1,0 л сжиженного газа стоит в Новосибирске 25 руб. Т.е. 1,0 кВт в этом случае стоит примерно 2,5 руб .

Д. Жидкое топливо (солярка).

Стоимость 1,0 литра солярки в Новосибирске 45 руб.

Для получения 1,0 кВт/час тепловой энергии потребляется примерно 0,1 литр солярки (в зависимости от КПД котла и т.д.). Т.е. 1,0 кВт стоит примерно 4,5 руб .

Как посчитать энергию на нагрев воды.

Исходные данные. Вода нагревается от 0,0°С (T1) до 100°С (T2). Разница 100°.

1. Определим сколько необходимо времени на нагрев 1000 литров воды при мощности нагревателя 10 кВт.

t=0,0017x	V(T2-T1 )
	W

t= (0.00117 x V x (T2 — T1))/ W = (0.00117 x 1000 x (100 -0))/ 10 = 11,7 часа.

• t — время (в часах)
• V — объём бака (литры);
• T2 — температура нагретой воды;
• T1 — исходная температура холодной воды;
• W — электрическая мощность нагревательного элемента (кВт).

2. Определим мощность нагревательного элемента, необходимую на нагрев 1000 л воды от ноля до 100°С за сутки.

W= (0.00117 x V x (t2 — t1))/ T = (0.00117 x 1000 x (100 -0))/ 24 = 4,875 киловатт в час.

За сутки надо потратить:

4,875 х 24 часа= 117 киловатт энергии.

3. При нагреве одного литра воды на один градус затрачивается 1,17 Вт энергии.

На разогрев 1 литра воды на 100°С нужно:

117 000 Вт / 1000 л = 117 ватт энергии

Получается что для разогрева 1 литра воды на 1°С надо израсходовать 1,17Вт.

117Вт / 100°С = 1,17 Вт/литр

Запомним эту цифру , она показывает сколько энергии затратится на нагрев 1,0 л воды в чайнике от нуля градусов до 100°С. Если мощность обычного чайника составляет 1,0 кВт (в час), то время нагрева составит примерно 7 минут.

Для упрощения расчетов , можно округлить количество затраченной энергии на нагрев 1,0 литра воды до 1,0 Вт, чтобы быстро делать в уме все необходимые расчеты по затратам энергии на нагрев воды, время нагрева, а также требуемую для этого мощность.

4. Пример расчета, без учета энергии на потери.

Сколько времени потребуется для того, чтобы нагреть 1000 л воды, температурой от 10°С до 80°С котлом мощностью 20 кВт.

Для нагрева требуется израсходовать энергии:

(T2 — T1) *1кВт=(80-10)х1= 70 кВт

При мощности котла 20кВт это произойдет через:

70 кВт/20= 3,5 часа.

5. Приведем пример расчета расходов топлива на отопление дома.

При сжигании 50 кубометров природного газа, получаем 500 кВт

Этим количеством энергии можно отопить 100 м² жилья зимой в течение двух холодных дней:

100 м² * 0,1кВт/м² * 24часа=240 кВт в день

Как отмечалось выше, один кубометр газа метана при сжигании выделяет около 10 кВт энергии (

10 кКал). По строительным нормам расход (в среднем по Сибири) регламентируется на уровне 1,0 кВт на 10 м² площади (100 Вт/м²) при высоте помещения до

3 м и когда на улице -40°С. Соответственно расчетный расход газа при проектировании отопления дома площадью 100 м² холодной зимой (если все время будет -40°С) за месяц:

1 м³ х 24 часа х 30 дней =720 м³/месяц.

Так как не бывает все время -40°С, поэтому примерный расчетный расход на практике уменьшится в 2 раза и составит примерно 360 м³, что при цене газа около 6 руб. составит 2160 руб./мес.

Потери тепла, а соответственно расход газа конечно же еще зависят и от утепления дома.

Надо учитывать еще расходы газа на нагрев горячей воды и на приготовление пищи.

Стоимость энергии в кВт, выделяемой при сжигании газа будет 6 руб./10 кВт =0,6 руб./кВт. А стоимость электроэнергии сегодня составляет 3,0 руб./кВт. Поэтому в 5 раз дешевле готовить на газовой плите, чем на электрической .

Сопоставление стоимости отопления.

В расчете на дом 100 м². Стоимость энергии, в зависимости от её источника и расходы на отопление за отопительный сезон, который составляет 8 месяцев в г. Новосибирске (по ценам 2018 г.) представлена в таблице.

Как рассчитать мощность котла: два метода

Чтобы обеспечить комфортную температуру на протяжении всей зимы котел отопления должен выдавать такое количество тепловой энергии, которое необходимо для восполнения всех потерь тепла здания/помещения. Плюс к этому необходимо иметь еще и небольшой запас мощности на случай аномальных холодов или расширения площадей. О том, как рассчитать требуемую мощность и поговорим в этой статье.

Для определения производительности отопительного оборудования нужно в первую очередь определить потери тепла здания/помещения. Такой расчет называется теплотехническим. Это один из самых сложных расчетов в отрасли, так как требуется учесть много составляющих.

Для определения мощности котла необходимо учесть все потери тепла

Безусловно, на величину теплопотерь, влияют материалы, которые использовались при возведении дома. Потому учитываются стройматериалы, из которых изготовлен фундамент, стены, пол, потолок, перекрытия, чердак, кровля, оконные и дверные проемы. Принимается во внимание тип разводки системы и наличие теплых полов. В некоторых случаях считают даже наличие бытовой техники, которая во время работы выделяет тепло. Но совсем не всегда требуется такая точность. Есть методики, которые позволяют быстро прикинуть требуемую производительность отопительного котла, не погружаясь в дебри теплотехники.

Расчет мощности котла отопления по площади

Для приблизительной оценки требуемой производительности теплового агрегата достаточно площади помещений. В самом простом варианте для средней полосы России считают, что 1кВт мощности может обогреть 10м 2 площади. Если у вас дом площадью 160м2, мощность котла для его обогрева — 16кВт.

Эти расчеты приблизительны, ведь не учитывается ни высота потолков, ни климат. Для этого существуют выведенные опытным путем коэффициенты, при помощи которых вносятся соответствующие корректировки.

Указанная норма — 1кВт на 10м 2 подходит для потолков 2,5-2,7м. Если у вас потолки в помещении выше, нужно вычислять коэффициенты и пересчитывать. Для этого высоту ваших помещений делим на стандартную 2,7м и получаем поправочный коэффициент.

Расчет мощности котла отопления по площади — самый простой способ

Например, высота потолков 3,2м. Считаем коэффициент: 3,2м/2,7м=1,18 округляем, получаем 1,2. Выходит, что для обогрева помещения 160м 2 с высотой потолков 3,2м требуется отопительный котел мощностью 16кВт*1,2=19,2кВт. Округляют обычно в большую сторону, так что 20кВт.

Чтобы учесть климатические особенности есть уже готовые коэффициенты. Для России они такие:

• 1,5-2,0 для северных регионов;
• 1,2-1,5 для подмосковных регионов;
• 1,0-1,2 для средней полосы;
• 0,7-0,9 для южных регионов.

Если дом находится в средней полосе, чуть южнее Москвы, применяют коэффициент 1,2 (20кВт*1,2=24кВт), если на юге России в Краснодарском крае, например, коэффициент 0,8, то есть мощность требуется меньше (20кВт*0,8=16кВт).

Расчет отопления и подбор котла — важный этап. Неправильно найдете мощность и можете получить такой результат…

Это основные факторы, которые учитывать необходимо. Но найденные значения справедливы, если котел будет работать только на отопление. Если требуется еще и греть воду, нужно добавить 20-25% от рассчитанной цифры. Потом требуется добавить «запас» на пиковые зимние температуры. Это еще 10%. Итого получаем:

• Для отопления дома и ГВС в средней полосе 24кВт+20%=28,8кВт. Потом запас на холода — 28,8кВт+10%=31,68кВт. Округляем и получаем 32кВт. Если сравнивать с первоначальной цифрой в 16кВт, разница получается в два раза.
• Дом в Краснодарском крае. Добавляем мощность для нагрева горячей воды: 16кВт+20%=19,2кВт. Теперь «запас» на холода 19,2+10%=21,12кВт. Округляем: 22кВт. Разница не столь разительная, но тоже достаточно приличная.

Из примеров видно, что учитывать хотя-бы эти значения нужно обязательно. Но очевидно, что в расчете мощности котла для дома и квартиры, разница быть должна. Можно пойти тем же путем и использовать коэффициенты для каждого фактора. Но есть более простой способ, который позволяет внести коррекции за один раз.

При расчете котла отопления для дома применяется коэффициент 1,5. Он учитывает наличие теплопотерь через кровлю, пол, фундамент. Справедлив при средней (нормальной) степени утепления стен — кладка в два кирпича или аналогичные по характеристикам стройматериалы.

Для квартир применяются другие коэффициенты. Если сверху находится отапливаемое помещение (другая квартира) коэффициент 0,7, если отапливаемый чердак — 0,9, если неотапливаемый чердак — 1,0. Нужно найденную по описанной выше методике мощность котла умножить на один из этих коэффициентов и получите достаточно достоверное значение.

Чтобы продемонстрировать ход вычислений, произведем расчет мощности газового котла отопления для квартиры 65м 2 с потолками 3м, которая расположена в средней полосе России.

1. Определяем требуемую мощность по площади: 65м 2 /10м 2 =6,5кВт.
2. Вносим поправку на регион: 6,5кВт*1,2=7,8кВт.
3. Котел будет греть воду, потому добавляем 25% (любим погорячее) 7,8кВт*1,25=9,75кВт.
4. Добавляем 10% на холода: 7,95кВт*1,1=10,725кВт.

Теперь результат округляем и получаем: 11Квт.

Указанный алгоритм справедлив для подбора отопительных котлов на любом виде топлива. Расчет мощности электрического котла отопления ничем не будет отличаться от расчета котла твердотопливного, газового или на жидком топливе. Основное — производительность и эффективность котла, а теплопотери от типа котла не изменяются. Весь вопрос в том, как потратить меньше энергоносителей. А это уже область утепления.

Мощность котла для квартир

При расчете отопительного оборудования для квартир можно пользоваться нормами СНиПа. Использование этих норм еще называют расчетом мощности котла по объему. СНиП задает требуемое количество тепла на обогрев одного кубического метра воздуха в типовых постройках:

• на обогрев 1м 3 в панельном доме требуется 41Вт;
• в кирпичном доме на м 3 идет 34Вт.

Зная площадь квартиры и высоту потолков, найдете объем, затем, умножив на норму в узнаете мощность котла.

Расчет мощности котла не зависит от типа используемого топлива

Для примера посчитаем требуемую мощность котла для помещений в кирпичном доме площадью 74м 2 с потолками 2,7м.

1. Вычисляем объем: 74м 2 *2,7м=199,8м 3
2. Считаем по норме сколько нужно будет тепла: 199,8*34Вт=6793Вт. Округляем и переводим в киловатты, получаем 7кВт. Это и будет необходимая мощность, которую должен выдавать тепловой агрегат.

Несложно посчитать мощность для такого же помещения, но уже в панельном доме: 199,8*41Вт=8191Вт. В принципе, в теплотехнике округляют всегда в большую сторону, но можно принять во внимание остекление ваших окон. Если на окнах энергосберегающие стеклопакеты, можно округлять в меньшую сторону. Считаем, что стеклопакеты хорошие и получаем 8кВт.

Выбор мощности котла зависит от типа здания — для обогрева кирпичных требуется меньше тепла, чем панельных

Далее нужно, так же как и в расчете для дома, учесть регион и необходимость подготовки горячей воды. Актуальна и поправка на аномальные холода. Но в квартирах большую роль играет расположение комнат и этажность. Принимать во внимание нужно стены, выходящие на улицу:

• Одна наружная стена — 1,1
• Две — 1,2
• Три — 1,3

После того, как учтете все коэффициенты, получите достаточно точное значение, на которое можно опираться при выборе техники для отопления. Если хотите получить точный теплотехнический расчет, его нужно заказывать в профильной организации.

Есть еще один метод: определить реальные потери при помощи тепловизора — современного прибора, который покажет к тому же места, через которые утечки тепла идут более интенсивно. Заодно сможете устранить и эти проблемы и улучшить теплоизоляцию. И третий вариант — воспользоваться программой-калькулятором, который посчитает все вместо вас. Нужно только выбрать и/или проставить требуемые данные. На выходе получите расчетную мощность котла. Правда, тут есть определенная доля риска: непонятно насколько верные алгоритмы заложены в основу такой программы. Так что все-таки придется еще хотя-бы приблизительно просчитать для сравнения результатов.

Так выглядит снимок тепловизора

Надеемся, у вас теперь есть представление о том, как рассчитать мощность котла. И вас не путает, что это газовый котел, а не твердотопливный, или наоборот.

По результатам обследования можно устранить утечки тепла

Возможно, вас заинтересуют статьи о том, как рассчитать мощность радиаторов и выбор диаметров труб для системы отопления. Для того чтобы иметь общее представление об ошибках, которые часто встречаются при планировании системы отопления смотрите видео.