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:

• лучистый;
• по твердому телу;
• конвекция.

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 (~1,2 рубля/кВт). https://tarif.nso.ru/.

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:

0,375х1000=375 руб.

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:

1кг/2,5кВт=0,4кг

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

1,79х0,4=0,716 руб.

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:

5,835руб./м³*0,1м³=0,5835 руб.

Стоимость 1,0 МВт:

0,5835х1000=583,5 руб.

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.

По формуле:

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

где:

• 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.

За 24 часа:

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.

Решение:

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

за 24 часа это ~21 кВт/час.

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

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

500кВт / 240кВт = ~2 дней

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.

Расчеты проводились по формуле:

Стоимоть энергии на сезон=<мощность кВт/час> х <часов в сутки> х <число дней в месяце> х <сезон отопления месяц>

5кВт/ч х 24ч х 8мес х 30дней= 28800 х <стоимость кВт,час>

Исходя из этой информации можно принимать решение о способе отопления своего дома.

О КОГЕНЕРАЦИИ.

Если, отапливая свой дом, одновременно осуществлять выработку электрической энергии (это называется когенерацией), то её стоимость будет зависеть от типа используемого топлива. Цена за электроэнергию будет минимальной при сжигания угля и природного газа и составит 0,5-0,7 руб./кВт с учетом потерь.

Поэтому надо обзаводиться собственной Микро-ТЭС, для снижения затрат на потребляемую энергию.

Информация по теме:

1. Кратко из теории термодинамики (в терминах).
2. Водяное отопление дома. Закрытая и открытая системы.
3. Расчет требуемой мощности водогрейного котла.
4. Способы отопления дома.
5. Какой котёл лучше?
6. Кратко о классификациях твердотопливных котлов и о горении угля.
7. Для чего нужен трехходовой кран?
8. Что такое КПД твердотопливного котла.