Показаны сообщения с ярлыком Газоснабжение. Показать все сообщения
Показаны сообщения с ярлыком Газоснабжение. Показать все сообщения

среда, 1 октября 2014 г.

Окупаются ли энергоэффективные технологии?

Текущие низкие цены на газ в России делают экономически неоправданными применение многих энергоэффективных технологий при строительстве дома, будь то энергоэффективные окна, приточная вентиляция в рекуперацией, солнечные коллекторы для нагрева ГВС, супер утепление оболочки дома. К сожалению.

Я посчитал стоимость газа на отопление+вентиляцию+ГВС нашего дома при утеплении в соответствии с текущими СНиП. С учетом текущих неопределенностей реальных КПД котлов и качества газа (см предыдущий пост), затраты на газ для нашего дома получается в диапазон от 25 до 60 т.р. в год. В принципе диапазон терпимый.

Исходные данные для расчета: Цена газа 4,6 руб/м3, площадь дома 150 м2, высота потолков 3 м, ГВС из расчета 70 литров на человека, проживание 5 человек. Не
Отопительный период 214 дней, средняя температура отопительного периода -3, температура в помещении 20 градусов

Я рассмотрел два сценария - оптимистический и пессимистический
В оптимистическом: тепловыделение при сжигании газа 9,4 кВт/м3, КПД газового котла  90%
В пессимистическом: тепловыделение при сжигании газа 5 кВт/м3, КПД газового котла 70%

Для оптимистического сценария
Отопление: 10181 руб
ГВС: 4355 руб
Вентиляция: 10457 руб
Итого: 24993 руб в год

Для пессимистического сценария получились следующие цифры:
Отопление: 24741 руб
ГВС: 10582 руб
Вентиляция: 25409 руб
Итого: 60773 руб в год

Все энергоэффетивные технологии, которые я рассматривал способны увеличить эффективность дома в 2 раза. А значит дать выигрыш в диапазоне от 12,5 до 30 т.р. в год, так затраты на газ будут в два раза меньше.  Существует мнение, что срок окупаемости в строительстве должен быть не больше 12 лет. Получается, чтобы получить срок окупаемости 12 лет на энергоэффективные технологии я могут потратить в диапазоне 150-360 тысяч рублей.

Совсем другая ситуация в Европе.  Цена газа в Европе в 2014 году в среднем в 6 раз больше, чем в России (см ссылку)

В результате затраты на газ в Европе составили бы от 150 т.р. в год до 360 т.р. в год. Понятно, что при таких затратах задумаешься о внедрении энергоэффетивных технологий. Увеличение эффективности дома в два раза дают выигрыш в диапазоне 75-180 т.р. в год. Умножаем на 12 лет получаем 900 т.р - 2160 т.р. Это деньги, за которые действительно можно увеличить энергоэффективность дома в два раза.

Отсюда в Европе все идеи пассивных домов, толстого утепления стен, рекуперации энергии.
При низких ценах на газ в России (несмотря на их рост) все эти идеи энергоэффективности экономически не очень оправданы.

Затраты на магистральный газ в доме

При попытке рассчитать затраты на газ в доме сразу возникает вопрос сколько энергии образуется при сжигании 1м3 газа. Первая цифра, на которую наталкиваешься в интернете и на которой основаны многие расчеты -10 кВт/м3. При более пристальном рассмотрении оказывается, что даже теоретический газ бывает разный и что его теплотворная способность отличается (например на 16%). А уж практически так и того хуже, чуть ли не в два раза.

В общем я задумался можно ли брать в расчетах затрат на газ цифру 10кВт/м3. Заставили меня задуматься два "практических" сигнала.

Первый сигнал. По этой ссылке описывается реальный эксперимент по нагреву бойлера с помощью газового котла и электричества на одну и ту же температуру. В результате эксперимента оказалось, что при сжигании 1м3 газа удолось сообщить воде только 5 кВт. Эта цифра характеризует как реальную теплотворную способность газа, КПД котла, потери тепла бойлером и трактом. На нам то какая разница из чего состоит эта цифра - факт, что эти 5кВт в текущий момент будут стоить 4,6 рубля (в Московской области).

Второй сигнал. В книге Кокорина Энергосбережение в системах отопления, вентиляции, кондиционирования теплотворная способность для выполнения оценок затрат на газ берется 5кВт/м3 и КПД котла 0,7 кВт. Либо это делается намеренно для выпячивания преимуществ энергоэффетивных технологий за счет занижения преимуществ конкурирующих. Либо это реальные цифры практика.

Кроме того, газ в каждом газопроводе разный, соответственно и теплотворная способность у него разная.  По следующей ссылке доступе документ, в котором перечислены газопроводы и состав газа в них. Например, в Москву приходят три газапровода
- Саратов-Москва указано 34,16 Мдж/м3 (8160 ккал или 9,48кВт) и содержание метана 78,2 %
- Ставрополь-Москва 1я и 2я ветка 36.09 (8620 или 10,025 кВт) и 36.55 (8730 или 10,1527 кВт) и содержание метана 93,8 и 92,8 %

В инструкциях для европейских газовых котлов указываются расходы для двух типов газа LL и E. Эти типы газа отличаются количественным составом метана.
100% Natural gas E = 93% CH4 + 4,9% CnHm + 1,1% N2 + 1% CO2
100% Natural gas LL = 81,8% CH4 + 3,4% CnHm + 14% N2 + 0,8% CO2
Получается, что в газопроводе из Саратова у нас газ ближе к типу LL, а в ветке из Ставрополя газ ближе к типу E. Для выработки 1кВт расход газа E меньше, чем LL в 1,1638. Как я понимаю, оба типа газа при продаже населению идут по одной и той же цене.

Если для европейского котла написано (см например и брошюру для котла Viessmann Vitidens 200-W), что при 100% нагрузке и мощности 23,7 Вт он сжигает 2,61 м3 газа E или 3,04 м3 газа LL, то это означает, что из 1м3 газа он способен извлечь 23,7/2,61= 9,08 кВт/м3 или 7,796 кВт/м3. Это цифры уже с учетом КПД котла.

В статье дается ссылка на ГОСТ 5542-87 (Газоснабжение СНиП 2.04.08-87), который регламентирует качество газа. По этому ГОСТ минимальное значение теплотворной способности должно быть не ниже 7600 ккал/м3 (31,9 МДж), реально же поставляемый природный газ имеет теплотворную способность 8100-8170 ккал/м3. Также в статье говорится, что данный ГОСТ гармонизирован со стандартами стран Евросоюза. Поэтому нельзя сказать, что в Европе и России газ принципиально разный.

Рассчитывая затраты на газ можно взять лучший и худший сценарий. Если взять КПД 90% и 9,4 кВт/м3 то затраты на газ на наш дом (примерно 150 м2) при утеплении по СНиП получаются 25 т.р. в год, что . А если взять по Кокорину реальное КПД котла 70% и теплотворную способность газа 5кВт/м3 затраты получаются 60 т.р. в год. Вторая цифра примерно равна затратам при использовании ночного тарифа на электричество.

Также существует мнение, что газ в России бодяжится. Но как учесть этот момент я пока не знаю. Может быть этот момент и отражают низки оценки Кокорина.


КПД газового котла - основные факторы

КПД, которое приводится для котлов в маркетинговых брошюрах - это максимально достижимое КПД при оптимальном режиме работы котла. Часто - это режим с максимальной нагрузкой, в котором котел трудится очень малую часть года. Счета на отопление и ГВС сильно зависят от КПД котла в межсезонье.

Какое будет КПД в реальности зависит от следующих основных факторов:
- типа котла: конденсационный или простой
- тип горелки: атмосферная, наддувная
- режима работы для обеспечения меньшей мощности: включение/выключение, двухступенчатая горелка, модулирование пламени
- температуры обратки

Котлы с наддувной горелкой мне кажется должны давать больший КПД.
Но такой котел занимает больше места и шумит. При установке в доме необходимо принимать серьезные меры по звукоизоляции. Либо устанавливать его в отдельной котельной.

На КПД газового котла очень сильно влияет режим его работы, что определяется текущей потребляемой мощностью отопительной системы. Зимой в морозы и в межсезонье потребности дома в тепле разные. Существует несколько способов регулировки котла для обеспечения меньшей мощности: включение/выключение котла, применение двухтактной (или N-тактной) горелки (или как вариант нескольких небольших котлов), модулирование пламени. Для котлов с включением/выключением и двухтактной горелки при неполной загрузке эффективность снижается. Для модуляционных котлов (о чудо!) она наоборот растет.


Диапазон модуляции горелки может быть самый разный. Например, котел с модуляционной горелкой Viessmannn Vitodens 300-W может снижать мощность до 20%.

Более дательный удалось найти вот такой график. На нем видно как себя качественно ведет КПД  для котлов с разными горелками: армосферной, наддувной, модуляционной. Это более пессимистичный график, на нем максимальные КПД котлов находятся в диапазоне 80-90%.
Видно, что для котла с атмосферной горелкой КПД существенно падает при малых нагрузках - аж до 55% при нагрузке в 20%.


Еще один способ повлиять на эффективность работы котла - это использование в системе отопления с газовым котлом теплоаккамулятора. Идея та же, что и с твердотопливным котлом. Обычный газовый котел, работая в режиме полной мощности, нагревает воду в тепло аккамуляторе и отключается. Благодаря теплоаккамулятору количество включений/выключений будет минимизировано, а значит повыситься и КПД котла.

Новые конденсационные котлы позволяют повысить КПД аж до 95-98%.  Но тут нужно уточнить, что максимально достижимый КПД зависит от свойств системы отопления, а именно от температуры обратки. КПД конденсационных котлов в 98% достигается только при малых темпаратурах обратки. Для достижения этого КПД необходимо использовать либо полностью низкотемпературную систему отопления (теплые полы), либо при проектировании системы отопления увеличивать разницу температуры между подаваемым и возвращаемым теплоносителем.




Подтверждение этим графикам можно увидеть и в заявляемых характеристиках котлов, например см. вкладку Характеристики для Котла Buderus Logomax Plus GB072
Видно, что КПД для режима работы 80/60 меньше, чем для режима 50/30 на 8%.
Отсюда вывод - применение конденсационных котлов оправдано в низкотемпературной системе отопления.

Итак, для повышения КПД газового котла способствуют следующие меры
- использование конденсационного котла совместно с низкотемпературной системой отопления
- использование конденсационного котла с увеличением разности температур в высокотемпературной системе (например до 40 градусов возможно ли?)
- использование наддувной горелки с хорошей звукоизоляцией котла от жилых помещений
- использование горелки с модулированием пламени (типично в диапазоне 20-100%)
- использование в системе отопления с одно и двух ступенчатой горелкой теплоаккамулятора