Выбор источника отопления
Содержание |
Выбор источника энергии
Котел в общем смысле – устройство для нагревания теплоносителя, в большинстве случаев - воды. Котел - обязательная часть любой системы отопления, использующей теплоноситель. Простейший котел состоит из топки, в которой горит пламя, и рубашки, через которую пропускается теплоноситель. Более сложные котлы могут иметь несколько рубашек для нескольких контуров обогрева, температура в которых отличается, например для обогрева радиаторов температурой 90°С и теплых полов температурой 50 °С, либо контур для горячего водоснабжения (ГВС).
Конструкция и характеристики котлов значительно зависит от используемого источника энергии.
При выборе источника отопления дома прежде всего приходится выбирать из тех возможностей, которые предоставляет выбранный участок. Важным критерием является возможность создания автоматизированной системы отопления.
Для сравнения стоимости различных способов отопления, возьмем, для примера, дом общей площадью 150 кв.м. Утепленный в соответствии со СНиП) в наиболее холодный период времени года дом должен тратить 100 Вт энергии на 1 кв.м общей площади дома. Мощность котла выбирается в соответствии с этой величиной. Предположим, что за отопительный сезон на отопление дома в среднем будет затрачено 50 Вт/м2. Тогда средняя мощность, расходуемая на отопление дома – 150·50 = 7,5 кВт. Отопительный сезон в Московской области (по СНиП Строительная климатология) – 214 день, таким образом количество энергии за сезон – 7,5•24•214 = 38,52 МВт•ч = 33,2 Гкал.
Кроме того, необходимо учитывать, что теплота, которую выделяют различные виды топлива, может рассчитываться по разному. В случае, если вода, содержащаяся в дымовых газах в виде пара «улетает в трубу», то речь идет о низшей теплоте сгорания, а если пытаться сконденсировать этот пар в воду, то получается высшая теплота сгорания (которая несколько больше). При сжигании большинства видов топлива мы имеем дело с низшей теплотой сгорания, хотя существуют конструкции котлов, которые конденсируют влагу (конденсатные котлы).
| Полезные ссылки: |
Магистральный газ
Наиболее удобным и дешевым видом топлива на сегодняшний момент является магистральный газ. Газовый котел - полностью автоматическое устройство, не требующее участия человека в своей работе. Поэтому дом можно оставлять зимой на длительное время без опасения, что он замерзнет.
Тем не менее, поскольку газ «магистральный», то существует возможность того, что он пропадет. Кроме того, в сильные морозы потребление газа возрастает, и давление в магистрали падает. Поскольку для работы котла необходимо определенное давление газа, длительное падение давления чревато размораживанием системы теплоносителя.
Газовые котлы могут легко управлять процессом горения и поэтому обычно автоматизированы. Обычные газовые котлы обладают КПД около 90%.
Существует вид котлов, в котором отходящие дымовые газы охлаждаются до температуры менее 100°С. В этом случае пары влаги конденсируются и образуется конденсат. Конденсационные котлы могут иметь КПД до 110% (На самом деле КПД конденсационных котлов, конечно же, меньше 100%. Но поскольку КПД традиционных котлов рассчитывается по низшей теплоте сгорания, то для правильного сравнения традиционных и конденсационных котлов КПД последних принимается равным 107-109%). Однако подобный КПД достигается только в случае низкотемпературных систем отопления - температура воды на выходе из котла 50°С, что пригодно для устройства теплых полов, но вызывает проблемы при обогреве классическими радиаторами. Кроме того, в конденсационных котлах появляется необходимость нейтрализации и слива достаточно агрессивного конденсата.
Теплота сгорания газа составляет 8500 ккал/куб.м. На отопление нашего эталонного дома нам понадобится 33200*1000/8500/0,9 = 4 340 куб.м. газа для атмосферного котла и 33200*1000/8500/1,1 = 3 550 куб.м. газа для конденсационного котла.
Электричество
При отсутствии магистрального газа альтернативным источником энергии является электричество: оно есть практически везде, обогрев им легко автоматизируется и регулируется, однако, у электроэнергии есть существенный минус - это один из наиболее дорогих источников тепла. И, как и газ, электричество может быть отключено.
Для обогрева дома при помощи электричества служит электрокотел. Модели меньшей мощности работают от одной фазы – 220 В, более мощные – от трех – 380 В. Часто котлы работающие на нескольких видах топлива комплектуются электрокотлом (встроенный ТЭН) в качестве дополнительного нагревателя.
Кроме того, при помощи электричества можно обогревать отдельные помещения с использованием электрических радиаторов и тепловентиляторов.
Электрокотёл имеет КПД равное 0,99. Поэтому на отопление эталон-ного дома уходит 38,9 МВт•ч.
Тепловой насос
Тепловой насос – система отопления, использующая электроэнергию и низкопотензиальное тепло. Работа теплового насоса аналогична работе холодильника. В холодильнике холодное содержимое охлаждается за счет передачи тепла теплому окружающему воздуху. В системе охлаждения, основанной на тепловом насосе, охлаждается массивная теплоемкая среда (скалистая порода, земля, подземная река, и т.п.) и нагревается сравнительно теплый дом.
Тепловые насосы потребляют порядка 30% электричества от необходимой мощности обогрева (остальное тепло берется у источника низкопотенциального тепла). Однако стоимость этих установок чрезвычайно высока.
| Полезные ссылки: |
Дизельное топливо
Если угроза исчезновения централизованных источников энергии вас беспокоит, то возникает необходимость устройства действительно автономного отопления. Одним из источников такого отопления являются котлы на жидком (дизельном) топливе. Запас горючего и котел на жидком топливе – и вы обеспечены надежным бесперебойным автоматизированным отоплением.
Дизельное топливо для отопления дома дешевле дизельного топлива, которое используется в дизельных двигателях, поскольку требования к нему ниже. Однако высокая стоимость топлива все равно снижает популярность этого вида отопления.
Теплота сгорания дизельного топлива около 10200 ккал/кг. Средняя плотность дизельного топлива – 843 кг/куб.м. Таким образом для отопления эталонного дома необходимо 33200*1000/10200/0,8/843 = 4,8 куб.м. дизельного топлива.
| Обсуждения на Околотке: |
Твердое топливо
Дрова
Дрова - наиболее традиционный источник питания. Поскольку древесина любых пород деревьев имеет одинаковый химический состав, удельная низшая теплота сгорания всех пород дерева одинакова и равняется для абсолютно сухой древесины 4440 ккал/кг. Однако на теплоту сгорания сильнейшим образом воздействует влажность дерева. В среднем на каждые 10% влажности теплота сгорания снижается на 500 ккал/кг. Свежесрубленные дрова обладают влажностью 50-60%, и теплотой сгорания порядка 1940 ккал/кг. После 1,5-2 лет естественной сушки на открытом воздухе влажность дров снижается до равновесного значения 20% (теплота сгорания 3400 ккал/кг). Таким образом набольшая эффективность использования дров достигается, если перед использованием дрова хранятся 1-2 сезона. КПД твердотопливных котлов оценим как 0,7.
Необходимое количество дров на сезон – 33200*1000/3400/0,7/0,650 = 21,3 м3 (считая за плотность древесины плотность сухих березовых дров - 650 кг/м3)
Топливные пеллеты
Топливные пеллеты – это попытка автоматизации отопления твердым топливом. Пеллеты изготавливаются из древесных отходов специально для средств отопления. Теплота сгорания пеллет достигает значения сухого дерева - 4500 ккал/кг (по информации производителя). Пеллеты загружаются в специальный бункер, откуда автоматически, по мере надобности поступают в котел. Возможность установки котла на пеллетах полностью определяется доступностью поставщика пеллет. КПД пеллетных котлов 0,8.
Для отопления эталонного дома необходимо 33200*1000/4500/0,8 = 9,2 т пеллет
| Обсуждения на Околотке: |
| Полезные ссылки: |
Торф
Торф является продуктом разложения под водой отмерших остатков растений. В процессе торфообразования в течение года наращивается слой толщиной 1-2 мм. Таким образом с одного гектара торфяника образуется 1-2 т сухого торфа. Т.е. торф является возобнов-ляемым источником топлива. Недостатком торфа является его высокая зольность (достигает 11%). Теплота сгорания торфа колеблется в значительных пределах в за-исимости от его влажности и зольности. В кусковом торфе влажность составляет 40%, теплота сгорания 2560 ккал/кг. У высушенного на воздухе до 20% - 3610 ккал/кг.
При использовании кускового торфа, топка затрудняется, поскольку мелкие частицы торфа проваливаются сквозь колосниковую решетку. Кроме того его неудобно хранить и транспортировать. Для удобства использования и повышения качеств топлива, добываемый торф сушат до 15% и прессуют с получением торфобрикетов. Их теплота сгорания 4130 ккал/кг.
Уголь
В процессе дальнейшего преобразования за миллионы лет торф постепенно превращается в бурый уголь, затем в каменный уголь и наконец в антрацит. Каждый последующий вид топлива содержит все меньше различных органических соединений и все больше чистого углерода (собственно, угля).
Бурый уголь называется бурым, поскольку при обработке его раствором щелочей, он приобретает бурый цвет (поскольку содержит большое количество органических кислот). Бурый уголь добывать легче других, поскольку он располагается ближе всего к поверхности. Как и торф, бурый уголь содержит достаточное количество влаги (30-40%). Теплота сгорания бурого угля 2800-4500 ккал/кг.
Каменный уголь располагается в более глубоких слоях земли, но его органические соединения в большей степени превратились в уголь. Влажность не превышает 10%. теплота его сгорания 4250 – 6100 ккал/кг.
Антрацит содержит состоит на 90% из чистого углерода. Влажность не превышает 5%. Теплотворная способность максимальна и составляет 6000-7200 ккал/кг.
| Полезные ссылки: |
Горючие сланцы
Горючие сланцы – порода образованная из органических отходов в результате процессов, происходящих на дне моря, содержит большое количество минеральных составляющих, поэтому большая часть энергии горения уходит на нагрев золы (зольность до 50%). Теплота сгорания – 1350 – 2600 ккал/кг в зависимости от месторождения.
| Топливо | Низшая теплота
сгорания, ккал/кг |
Количество топлива
на сезон, т |
|---|---|---|
| Торфобрикеты | 4130 | 10,0 |
| Горючие сланцы | 1350 – 2600 | 21,1 |
| Бурый уголь | 2800 - 4500 | 11,4 |
| Каменный уголь | 4250 – 6100 | 8,0 |
| Антрацит | 6000 - 7200 | 6,3 |
- Околоток
