ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ СИСТЕМЫ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ ЧАСТНОГО ДОМОВЛАДЕНИЯ

В настоящее время в мире развивается тенденция отказа от “грязного оборудования”, которое для своей работы использует топливо, имеющее пагубное воздействие на окружающую среду. Самым ярким примером являются электромобили, медленно, но верно сменяющие авто с ДВС.

В качестве объекта исследования и альтернативной замены газовому оборудованию был выбран тепловой насос воздух-вода, установленный в частном домовладении со среднестатистическими размерами и теплопотерями.

Перед тем как рассчитать потребление природного газа на отопление дома, надо узнать один важный параметр – тепловые потери жилого здания. Хорошо, когда он правильно высчитан специалистами на стадии проектирования, это значительно повышает точность расчётов. Но на практике такие данные часто отсутствуют, ведь мало кто из домовладельцев уделяет должное внимание проектированию.

Величиной тепловых потерь здания определяется мощность системы отопления и самого котла. Поэтому при подборе газового котла для коттеджа приходиться пользоваться усреднённым способом определения теплопотерь и мощности оборудования:

По общей квадратуре здания. Суть способа в том, что на обогрев каждого квадратного метра требуется в среднем 100 Вт теплоты при высоте потолков 3 метра.

Выходит, что на обогрев жилья площадью 100 метров квадратных нужно 10-12 кВт тепла в час во время сильных холодов и при расположении дома в средней полосе.  Теперь можно посчитать, какой максимальный расход газа покажет газовый котёл в самые холодные дни, для чего используется формула:

Где V – объёмный 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 ;

η – коэффициент полезного действия газового котла или конвектора.

В качестве примера возьмём дом площадью 100 м² в климате Республики Беларусь. Для его обогрева в самый холодный период потребуется  или 10 кВт. Установим современный котёл среднего ценового диапазона Bosch condens GC 7000 I W 20/28 C с КПД 102%. Тогда расчёт газа на отопление выглядит таким образом:

Следовательно, в сутки газа потребуется:

Тогда среднесуточно потребление газа на обогрев дома составит . Остаётся только умножить это число на продолжительность отопительного сезона, в Гродно он длится 194 суток:

.

Для семьи из 4 человек при нормальных условиях достаточно нагреть около 100 литров воды от 10 до 60 °С. и рассчитать количество тепла, потреблённое на нагрев воды:

Где:

c – теплоёмкость воды, составляет 4.187 ;

m – массовый расход воды, кг;

 – разница между начальной и конечной температурой, 50 °С.

Для вычисления объёмное потребление воды не переводиться в массовое, считаем, что эти величины одинаковые. Тогда количество теплоты будет:

 или 5.815  6

Подставляем полученное значение в формулу (1), где будет учитываться КПД газового котла:

Именно столько природного газа 1 раз в сутки уйдёт на подогрев воды.

Умножив полученную величину на 365, получим объём израсходованного на ГВС газа за год: 

Суммарное количество газа, расходуемое на отопление и ГВС составит:

Для газового отопления был выбран котёл Bosch condens GC 7000 I W 20/28 C, имеющий диапазон регулировки мощности от 4.1 до 21.3 кВт. Condens 7000i W оснащен модулируемой горелкой, что позволяет экономить на потреблении газа. В качестве альтернативы для замены газового оборудования был выбран тепловой насос.

В основе тепловых насосов лежит эффективный парокомпрессионный цикл, позволяющий при подводе к тепловому насосу лишь 1 кВт электроэнергии получать в среднем от 3 до 5,5 кВт тепла.

Чтобы рассчитать точный расход электроэнергии на теплоснабжение мы не можем проводить расчёт как с газом: высчитанное значение потребления газа в сутки разделить на два, за счёт изменения температуры в течении отопительного сезона. В тепловых насосах важным показателем является коэффициент COP, который и показывает эффективность его работы. Для расчёта разделяем отопительный сезон на декады.

Начало отопительного сезона в Гродно датируется 13-го октября. Считая от этой даты принимаем длительность отопительного сезона 194 суток. Получаем длительность отопительного сезона  (декад). Заканчивается отопительный период во второй декаде апреля 24-го числа.

Для каждой декады принимаем значение средней температуры, интерполируя которые рассчитываем коэффициент COP.

Следовательно, величина Q_тс теплопотерь на время отопительного периода составит:

Разделив данное значение на средний коэффициент COP за отопительный период получим действительные затраты электроэнергии с учётом экономичности системы:

Для оценки экономической эффективности необходимо учитывать стоимость газа и электроэнергии, стоимость установок, продолжительность их работы и потребляемую ими газ и электроэнергию. Заменим котёл Bosch на тепловой насос Hotta со схожими параметрами.

Тарифы на газ:

В отопительный период: с 1 января по 31 мая – 0,1366 руб/1 куб.метр;

С 1 июня по 31 декабря – 0,1406 руб/1 куб.метр;

В летний период – 0,4840 руб/1 куб.метр.

На теплоснабжение в отопительный период берём средний тариф – 0,1374 руб/1 куб.метр. Для нужд ГВС газ потребляется круглый год и затраты рассчитываем по тарифам и для летнего периода. Разделив потребление газа на ГВС на число месяцев, получим количество газа, потреблённое за месяц. Отсюда высчитаем затраты с летним тарифом:

Разделив стоимость потреблённого газа, с учётом цен за летний период, на общее потребление газа в год получим среднее значение тарифа на газоснабжение:

Тариф на электроэнергию для отопления и ГВС при наличии отдельного прибора учёта – 0,0335 руб/1 кВт.

Расчетное потребление газа и электроэнергии за 20 лет:

Для газового котла:

Для теплового насоса:

Тогда затраты на электроэнергию для данных установок будут равны:

Стоимость затрат на приобретение оборудования будет составлять:

Тогда вложенных инвестиций для каждой лампы за год:

Значит показатель экономичности:

Таким образом из расчётов видно, что газовый котёл работает всего в 1,63 раза экономичнее чем тепловой насос.

Проведённые расчёты показали, что на сегодняшний день газовое оборудование является более экономичным чем электрическое. Однако это не ставит точку на его использовании и развитии. Иссекаемые источники, такие как: газ, нефть, уголь, медленно, но верно, уходят на второй план, из-за внедрения в энергосистему более экологичных и дешёвых способов добычи электроэнергии. В связи с этим тарифы на их потребление растут всё быстрее.

В связи с постройкой в белорусской атомной электростанции, появляется переизбыток добываемой энергии, который в будущем будет способствовать снижению тарифов на электроэнергию и увеличению использования электрических отопительных систем.

Газовое оборудование требует проекта и дорогостоящей прокладки газового канала, ежегодного технического обслуживания. Все эти процедуры стоят больших вложений, в отличии от теплового насоса, который работает от сети 220 В и не нуждается в ежегодном техническом осмотре и трудоёмком ремонте.

Полученный результат не является отрицательным, он показывает, как скоро приближается время замены газовых котлов на более безопасное и экологически чистое оборудование.

Список литературы:

1. Формула окупаемости затрат [Электронный ресурс] / SolverBook. – 2015. – Режим доступа: http://ru.solverbook.com/spravochnik/formuly-po-ekonomike/formula-okupaemosti-zatrat/. – Дата доступа: 15.05.2021.
2. Отопление дома [Электронный ресурс] / otivent. – 2021. – Режим доступа: https://otivent.com/kak-rasschitat-rasxod-gaza-na-otoplenie-i-gvs. – Дата доступа: 10.05.2021.
3. Тепловые насосы [Электронный ресурс] / ТеплоЭнергоЛюкс. – 2021. – Режим доступа: https://teploenergo.by/o_teplovykh_nasosakh.html. – Дата доступа: 11.05.2021.