CC BY
34СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Газоснабжение. ДБН В.2.5-20-2001- К.: Государственные строительные нормы Украины. 2001.- 287с.
2. Ионин А. А. Газоснабжение / Ионин А. А. - М.: Стройиздат, 1989. - 439с.
3. Снш П.М. Газопостачання населених пункпв i об'екпв природним газом / Снш П.М., Шишко Г Г., Предун К.М.. - К.: Логос. 2002. - 198 с.
4. Полиэтиленовые распределительные газопроводы в России / Бухин В.Е., Карин В.Ю. //Трубопроводы и экология. - М.-2002.- №1. - С. 26 - 28.
5. Коник А. Первый в стране полиэтиленовый газопровод запустили в Донбассе/ Коник А.// Комсомольская правда в Украине. -2010.-12.10.
6. Технико-экономическое сравнение распределительного газопровода низкого и среднего давления в населённом пункте сельской местности / Боровский Б.И., Баранова Г.Н..// Строительство и техногенная безопасность. -- Симферополь: НАПКС. -2013. - Вып.47. - С.124-129.
7. Возможность выполнения веток тупиковых газопроводов низкого давления с постоянным диаметром / Боровский Б.И., Лапина Е.А. // Строительство и техногенная безопасность. - Симферополь: НАПКС.-2010. - Вып. 32. - С. 180 - 185.
8. Пособие по водоснабжению и канализации городских и сельских поселений (к СНиП 2.07.01-89)—М.: ЦИТП, 1992. — 56 с.
УДК 696.2 (075.8)
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТРАДИЦИОННЫХ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ В ДОМОВЫХ
КОТЛАХ
Боровский Б.И., Поднебесный С.В.
Национальная академия природоохранного и курортного строительства
Технико-экономическое сравнение использования в котлах различных энергоносителей показало, что наименьшие приведенные к году затраты соответствуют каменному углю. Наблюдается следующая последовательность нарастания приведенных затрат: каменный уголь, дрова, газ, электроэнергия и дизельное топливо. Это подтверждает целесообразность перехода на уголь и дрова при росте стоимости газа. Однако необходимо применение систем очистки дымовых выбросов. Самым удобным является использование электроэнергии, однако за комфорт требуется значительная доплата.
каменный уголь, дрова, газ, электроэнергия, дизельное топливо, приведенные затраты
Введение
В настоящее время в связи с удорожанием природного газа при котельном отоплении жилых домов стали, помимо газа, использовать другие традиционные энергоносители - дрова, уголь, дизельное топливо и электроэнергия. Многие зарубежные фирмы предлагают домовые котлы, работающие на указанных энергоносителях. Однако отсутствие сравнения этих энергоносителей не даёт возможность сделать рациональный выбор энергоносителя для отопления жилого дома.
Анализ публикаций
Для отопления жилого дома нет возможности использовать нетрадиционный источник энергии, например, солнечную энергию из-за малой мощности и существенной зависимости от времени года. Поэтому солнечная энергия в быту применяется только для горячего водоснабжения [1]. Использование угля для отопления рассмотрено в работах [2,
3]. Показаны условия, при которых уголь становится экономичнее природного газа в случае обеспечения экологических требований [3].
Цель и постановка задач Цель данной статьи состоит в технико-экономичном сравнении использования в котлах природного газа, дров, угля, дизельного топлива и электрической энергии. Задачи заключаются в проведении расчётов затрат на отопление этими энергоносителями при одинаковых условиях отопления.
Методика исследования
Методика исследования заключается в проектной проработке отопления жилого дома с использованием различных энергоносителей.
Результаты и их анализ
Для исследования рассмотрим отопление коттеджа площадью 270 м2 или, что тоже самое, автономное отопление трёх подъездов коммунального дома. Количество необходимой теплоты на отопление и вентиляцию определим по формуле (МДж\год) [4]: О = [24(1 + к)(1в - Ър.оУ^в - 1р.о) + гкк^в - Ър.о)/^ - 1р.в)]ЯП,Р/По, (1)
Где 1в,1ро, 1р.вЛро. - температура 0С, соответственно, воздуха в помещении, расчётная наружная для проектирования отопления, расчётная наружная для проектирования вентиляции, средняя наружная за отопительный сезон; к,к1- коэффициенты, учитывающие расходы теплоты на отопление и вентиляцию (к=0,25, к1=0,4); ъ- среднее число часов работы вентиляции в течение суток; д- максимальный часовой расход теплоты на отопления здания; по- продолжительность отопительного сезона в году; Б- площадь отапливаемого здания, м ; по- КПД отопительного котла.
Для юга Украины пр инимается: 1в= 200С, 1;р.о= - 200С, 1р.в= - 150С, 1;ср.о. = 10С, ъ = 18 час/сут, д = 0,544 МДж/ч.м , по =165 сут/год.
В табл. 1 приведены параметры котлов, работающих на различных энергоносителях. При выборе котла исходили из двух условий: мощность, необходимая для отопления, должна быть близка к максимальной мощности котла, и стоимость котла должна быть минимальной.
Мощность, необходимая для отопления, определяется соотношением (кВт):
Ко = О103/то, (2)
где то - продолжительность отопительного сезона, сек; то = по 24*3600, сек.
Таблица 1
Параметры котлов___
Марка Страна Тип Энергоноситель Цена (Ц), грн N, кВт □о
Viessman Vitopend WR36 Германия Конденсационный одноконтурный Природный газ 12768 5,2-26 1,09
Viessman GAZ 3000WZS-3a 2AE Германия Газовый Природный газ 10056 10-27,6 0,93
Protherm Бизон NL 31,5 Чехия Жидкотопливный Дизельное топливо 8990 31,3 0,90
Viadrus Hercules U22D7 Чехия Твердотопливный Дрова 9505 35 0,78
Viadrus Hercules U22D7 Чехия Твердотопливный Каменный уголь 9505 35 0,75
Dakon PTE27 Словакия Электрический Электроэнергия 8358 10-27 0,99
С использованием данных табл. 1 и формул (1), (2) проведены экономические
расчёты, результаты которых приведены в табл. 2.
Таблица 2
__ Результаты экономических расчётов__
Марка Энерго- Q,104 No, Теплота Годовой Цена Годовая Приве-
но- МДж/г кВт сгора- расход едини- стои- денные
ситель од ния энерго- цы мость зараты
(Ясг), носителя энерго- энерго- (Зпр),
МДж/м3, (Уг), носи- носи- грн.
МДж/кг м3/год, кг/год теля, грн. (С) теля (Эг), грн.
Viessman Vitopend WR36 Природный газ 33,86 23,8 35,84 9448 2,2482 грн./м3 21241 22837
Viessman
GAZ 3000WZS Природный газ 39,60 27,6 35,84 11050 2,2482 грн./м3 24843 26100
3a 2AE
Protherm Бизон NL 31,5 Дизельно е топливо 41,0 28,8 42,70 9602 кг, 12486 л 9,93 грн./л 123986 125110
Viadrus 47310 кг, 200 грн./м3
Hercules U22D7 Дрова 47,31 33,2 10,0 63,1 м3 12620 13808
Viadrus Камен- 0,407 грн./кг
Hercules U22D7 ный уголь 49,20 34,5 22,0 22360 9100 10288
Dakon PTE27 Электроэнергия 37,27 26,2 - 103752 кВтч 0,9576 грн./ кВтч 99353 100398
Теплота сгорания украинского каменного угля принималась средней величиной [5]. Годовой расход энергоносителя рассчитывался по формуле
Уг = О/Ясг, (3)
Литровый расход дизельного топлива находился по стандартной плотности 0,769 кг/л. Расход дров в куб. м вычислялся при средней плотности дуба, граба, бука и ясеня, равной 750 кг/м3.
Затраты электроэнергии определялись соотношением
Уг = Кпо24, (4)
Цена м газа для населения при наличии счётчика и годовом потреблении не более 12000 м составляет 2,2482 грн. Текущая цена литра дизельного топлива в Крыму равна 9,93 грн. В интернете предлагаются дрова из дуба, граба, бука и ясеня по цене 200 грн. за м3. Государством установлена цена каменного угля для населения в Крыму 407 грн./т. Для жилых домов с электроотопительными установками определён тариф 0,9576 грн./кВтч при месячном потреблении электроэнергии более 3600 кВтч.
Приведенные к одному году затраты при стандартном сроке окупаемости капитальных трат 8 лет рассчитываются по формуле
Зпр = 0,125Ц + Эг, (5)
Анализ данных табл. 2 показывает, что, несмотря на повышенную цену, конденсационному газовому котлу из-за большего КПД соответствуют на 12,5% меньшие приведенные затраты, чем у обычного газового котла. Наименьшие приведенные затраты соответствуют котлу, работающему на угле.
В табл. 3 дано сравнение приведенных затрат котлов, использующих различные энергоносители, с котлом, работающим на угле.
Таблица 3
Марка Энергоноситель о /о уголь Зпр' Зпр S/Sуголь
Viessman Vitopend WR36 Природный газ 2,22 2,07
Viessman GAZ 3000WZS-3a 2AE Природный газ 2,54 2,40
Protherm Бизон NL 31,5 Дизельное топливо 12,2 12,1
Viadrus Hercules U22D7 Дрова 1,34 1,24
Viadrus Hercules U22D7 Каменный уголь 1,0 1,0
Dakon PTE27 Электроэнергия 9,76 9,72
.Из табл. 3 видна следующая последовательность нарастания приведенных затрат: каменный уголь, дрова, газ, электроэнергия и дизельное топливо. Это подтверждает целесообразность перехода на уголь и дрова при росте стоимости газа. Однако необходимо использование систем очистки дымовых выбросов. Вместе с тем по комфорту эксплуатации котлов энергоносители располагаются в такой последовательности: электроэнергия, природный газ, дизельное топливо, дрова и каменный уголь. Самым удобным является использование электроэнергии. Но за комфорт требуется значительная доплата. Приведенные затраты дизельного топлива и электроэнергии соответственно в 12,2 и 9,76 раз больше, чем в случае каменного угля, а природному газу соответствуют приведенные затраты примерно в 2,4 раза большие, чем каменному углю.
Для сравнения эффективности котлов в работе [6] предлагаются следующие показатели, не требующие подробных тепловых расчётов: 1 кВт мощности котла необходим для обогрева 10 м2 площади утеплённого помещения высотой 3 м.; расход жидкого топлива л/ч равен 0,Шмак Первый показатель приближённый. Действительно, проведенные расчёты показали, что при отапливаемой площади 270 м2 необходимая мощность котлов в зависимости от энергоносителя изменяется от 23,8 до 34,5, т.е. в 1,45 раз. Вместе с тем, сообщая мощность котла, фирма приводит обогреваемую площадь, практически исходя из приведенной нормы. Второй показатель, определяющий связь часового расхода топлива с мощностью котла, должен зависеть от теплоты сгорания топлива дсг. После преобразований получим:
Уч = 3,6^сг = КК (6)
где N в кВт; Уч - часовой расход энергоносителя, кг/ч, м /ч, л/ч при соответствующей размерности дсг МДж/кг, МДж/м3, МДж/л; Кэ -коэффициент энергоносителя.
Однако потребителя тепловой энергии, прежде всего, интересуют его будущие денежные затраты. В связи с тем, что расчёт приведенных затрат не оперативен и затруднителен, предлагается определять часовые затраты на энергоноситель, рассчитываемые по формуле (грн./ч):
8 = СУЧ, (7)
где С - цена единицы энергоносителя.
Показателя Б удобен для сравнения котлов, так как в каталогах обычно указывается часовой расход топлива Уч или он рассчитывается по выше приведенной формуле, а цену единицы топлива можно определить в интернете. Для электрокотла
Б = СК (8)
В табл. 4 приведены рассчитанные значения Кэ, Уч, Б и 8/8уголь.
Таблица 4
Марка Энергоноситель Кэ Уч S, грн./ч S/S U/ иуроль
Viessman Vitopend WR36 Природный газ 0,1 2,38 м3/ч 5,35 2,07
Protherm Бизон NL 31,5 Дизельное топливо 0,11 3,17 л/ч 31,48 12,1
Viadrus Hercules U22D7 Дрова 0,36 11,95 кг/ч 3,19 1,24
Viadrus Hercules U22D7 Каменный уголь 0,184 6,35 кг/ч 2,58 1,0
Dakon PTE27 Электроэнергия -- -- 25,09 9,72
При расчётах значения Ко, дсг и С взяты из табл. 2, кроме стоимости дров, которая пересчётом определена равной 0,267 грн./кг. Отметим, что для дизельного топлива при расчёте часового литрового расхода Кэ = 0,09. Таким образом, действительно, для жидких топлив коэффициент Кэ близок к 0,1. Такое же значение соответствует и природному газу.
Для сопоставления отношений Б/Буголь и Зпр/Зпруголь, значения 8/8уголь приведены в табл. 3. Из табл. 3 видно, что отношения 8/8уголь и Зпр/Зпруголь очень близки. Это связано с тем, что 8/8уголь отражает отношение годовой стоимости энергоносителей. Таким образом, при сравнении котлов достаточно определять часовые затраты на энергоноситель.
Известно, что газ в экологическом отношении лучше, чем уголь. В каталоге [7] форсунки для котельных разделены на три класса, с увеличением номера класса выбросы вредных веществ уменьшаются. Выбросы оксида углерода при сжигании дизельного топлива для форсунок первого и второго классов на 10% больше, чем в случае природного газа, однако для третьего класса, наоборот, эти выбросы меньше на 40%. Выбросы диоксида азота при первом классе одинаковы и для дизельного топлива, и для газа, но при втором и третьем классах эти выбросы больше для дизельного топлива на 54% и 50%. С помощью работы [8] сравним выбросы пыли и оксида углерода при сжигании каменного угля и дров (данные по диоксиду азота для дров отсутствуют). В этой работе предложены следующие соотношения: Пыль, т/год - для угля
Пу = 0,0023Уг А/100, где Уг - годовой расход угля, т/год; А - зольность угля, %.
- для дров
Пд = 0,024 Уг, где Уг - годовой расход дров, т/год. Оксид углерода, т/год
- для угля
Ву = 0,0019 Уг дсг,
(9)
(10)
(11)
где q^ - теплота сгорания угля, МДж/кг. - для дров
Вд = 0,0014V q№ (12)
где q^ - теплота сгорания дров, МДж/кг.
При расчётах вредных выбросов принята средняя зольность украинских каменных углей, равная 26% [5]. Результаты расчётов по приведенным формулам даны в табл. 5 для котла Viadrus Hercules U22D7.
Таблица 5
Эергоноситель Пыль, т/год Оксид углерода Пд/ Пу Вд/ Ву
Каменный уголь 0,013 0,93 87,7 0,71
Дрова 1,14 0,66
Из табл. 5 следует, что в данном случае выбросы пыли при сжигании дров значительно больше, чем при сгорании каменного угля, что представляется неожиданным. Выбросы оксида углерода при сжигании этих энергоносителей примерно одинаковы.
Выводы
1.Минимальные приведенные затраты соответствуют использованию каменного угля. Наблюдается следующая последовательность нарастания приведенных затрат: каменный уголь, дрова, газ, электроэнергия и дизельное топливо. Это подтверждает целесообразность перехода на уголь и дрова при росте стоимости газа, электроэнергии и дизельного топлива. Однако необходимо использование систем очистки дымовых выбросов.
2. Вместе с тем, по комфорту использования котлов энергоносители располагаются в такой последовательности: электроэнергия, природный газ, дизельное топливо, дрова и каменный уголь. Самым удобным является применение электроэнергии. Таким образом, за комфорт требуется значительная доплата.
3. Для сравнения экономической эффективности котлов, работающих на разных энергоносителях предложено использовать показатель - часовые затраты на энергоноситель. Этот показатель легко рассчитать по данным каталогов котлов и стоимости единицы энергоносителей.
4. Несмотря на повышенную цену, конденсационному газовому котлу из-за большего КПД соответствуют меньшие приведенные затраты, чем у обычного газового котла.
Список литературы
1. Казаченко С.В. Солнечная энергетика в Крыму/ С.В. Казаченко, С. А. Кибовский, А.С. Мазинов, Е.В. Николаев А.С. Слепокуров, В.У. Стоянов. Киев-Симферополь: ТС НИО Крым.2008. - 200 с.
2. Перспективы использования угля в энергетике Украины /Б.И. Боровский,Е.В. Аметина // Строительство и техногенная безопасность. - Симферополь: НАПКС. -2010. Вып. 33-34. - С. 372 - 376.
3. Газоснабжение городского микрорайона с коммунальной угольной котельной /Б.И. Боровский,Е.В. Аметина // Строительство и техногенная безопасность. -Симферополь: НАПКС. - 2011. Вып. 36. - С. 118-123.
4. Ионин А.А. Газоснабжение / А.А. Ионин. М.: Стройиздат. 1989. - 439с.
5. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. /Ю.Л. Гусев. М.: Стройиздат. 1973. - 248 с.
6. Отопительные котлы: какими они бывают и как их выбирают. Режим доступа: http:/www.s-h-o-p. com.ua/ gazheater.shtml.
7. Горелки RIELLO, Каталог. 2009. - 180с.
8. Эколого-экономическая оценка деятельности МУП «Сыктывкарский банно-прачечный трест». Режим доступа: http:/www best referat. ru /referat—185269. html. 2010г.
