Для удовлетворения разных нужд потребителей должно быть довольно тепла, которое обеспечивается котельной. Расчет выработки тепловой энергии котельной показывает, сколько на нее потребуется топлива и сколько будет получено тепла, которое затем пойдет на обеспечение работы различных инженерных систем на объектах. Результаты подобных вычислений должны быть экономически оправданы.
Вычисления расхода топлива
Чтобы понять, сколько топливных ресурсов нужно котельной для получения заданного объема энергии, принимают во внимание:
тепловую мощность в час (Гкал/час);
режимные карты (по режимно-наладочным испытаниям), таблицы СНиПов.
тепловой нагрузки на ГВС за один час;
суточной работы системы в часах;
времени отопительного сезона;
собственных температур неподогреваемой воды зимой/летом.
Если нет готовых режимных карт, КПД котлоагрегата высчитывают согласно его состоянию, техническим параметрам, особенностям и длительности эксплуатации. Вычисления объемов топлива делают согласно указаниям Минэнерго РФ, где обоснованы нормативы отпуска топлива для получения должного количества тепла.
Топливную потребность можно определить так:
вотп – средняя норма расхода топлива, а Qотп – объем тепла в Гкал, которое уходит на теплосеть.
Расчет получаемых объемов тепловой энергии
Количество тепла (Гкал), которое получают от котельной в течение года, можно определить как сумму показателей – энергия, получаемая для разных нужд:
Это энергия, которую нужно выработать за 12 отчетных месяцев для обогревающих систем объектов (Qгод1), для вентиляционных систем (Qгод2) и для ГВС (Qгод3).
Расчет теплоснабжения котельной для ГВС производят с учетом таких параметров:
тепловой нагрузки на ГВС за один час;
суточной работы системы в часах;
времени отопительного сезона;
собственных температур неподогреваемой воды зимой/летом.
Мощная котельная снабжает теплом системы крупного промпредприятия
Среднемесячный объем тепла (Гкал), который отпускается на отопление и вентиляционную систему, высчитывают на основе обычной тепловой нагруженности на такие системы (Qо,в max ). Берут поправку на внутреннюю температуру, которая определяется по назначению объекта, и среднюю температуру месяца на улице (по СНиПу 2.04.07-86). В формулу также подставляют показатели, сколько часов в сутки (Тсут) и сколько дней в месяц (nмес) работает котельная.
Чтобы определить, какова тепловая мощность котельной, расчет делают в таком порядке:
определение по плану выработки энергии;
вычисление, сколько тепла пойдет на обеспечение технических и иных нужд самой котельной.
При этом принимают во внимание остановку котельной в летние месяцы (разнообразные профилактические работы, текущий либо капитальный ремонт и подготовка к новому отопительному сезону). Такие мероприятия реализуются по заранее подготовленным специальным графикам, которые определяются для различных климатических территорий.
Расчет выработки тепловой энергии котельной в сообразности с нормативами в заданные периоды – мероприятие, которое обеспечивает нужные экономические показатели и полезный отпуск тепла для всех потребителей. Для таких вычислений существуют регламенты и многочисленные формулы, которыми оперируют профессиональные проектировщики.
Стоимость проекта отопления вы можете рассчитать при помощи калькулятора, представленного ниже:
РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА ГРУППОВОЙ НОРМЫ РАСХОДА
ТОПЛИВА НА ВЫРАБОТКУ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ ПО ГОСУДАРСТВЕННОМУ
УНИТАРНОМУ ПРЕДПРИЯТИЮ НА 2003 ГОД
Фактический удельный расход.
4. Определить потребность в тепловой энергии на отопление помещения магазина, расположенного на первом этаже жилого здания в г. Череповце Вологодской обл. (климатические условия приведены в примере 3). Помещение магазина оборудовано системой центрального отопления, подключенной к трубопроводам тепловой сети параллельно с системой отопления жилой части здания. Система отопления магазина оснащена 10 конвекторами "Прогресс" типа 20К2-1,1. Расчетные значения температурных параметров системы отопления 105/70 °С.
Расчет ведем по Методике, изложенной в Справочнике [10].
Расчетную теплоотдачу конвекторов "Прогресс" типа 20К2-1,1 определяем с учетом значения температурного напора и длины греющего элемента по графику на рис. 4.6 Справочника [10]. Температурный напор ДЕЛЬТА t определяется как разность средней температуры отопительного прибора и расчетной температуры воздуха в отапливаемом помещении:
6. Определить потребность в тепловой энергии на горячее водоснабжение больницы на 450 мест. Больница расположена в г. Череповце Вологодской обл. (продолжительность отопительного периода – 225 сут.). Больница оборудована общими ваннами и душевыми. Подача горячей воды осуществляется круглосуточно. В системе горячего водоснабжения стояки не изолированы. Продолжительность функционирования системы горячего водоснабжения – 350 суток за год. Температура нагреваемой водопроводной воды 5 °С – в отопительном периоде, 15 °С – в неотопительном периоде.
Норму расхода горячей воды принимаем по таблице приложения 3 СНиП 2.04.01-85* [3] в размере 75 л/койка.
Средняя часовая тепловая нагрузка горячего водоснабжения (без учета тепловых потерь в местной системе) по формуле (3.13) Приложения 3 в отопительный период составляет:
7. Определить нормативные тепловые потери через изоляционные конструкции трубопроводов тепловой сети протяженностью 10,8 км за отопительный период. В том числе: трубопроводы, проложенные в непроходных каналах, наружным диаметром 377 мм – 0,5 км; 273 мм – 1 км; 219 мм – 2 км; 159 мм – 2,5 км; 108 мм – 3 км; 76 мм – 1,1 км; трубопроводы, проложенные бесканально, диаметром 219 мм – 1 км; трубопроводы, проложенные надземно на низких опорах, диаметром 377 мм – 0,5 км. Тепловая сеть сооружена в соответствии с Нормами проектирования тепловой изоляции для трубопроводов и оборудования электростанций и тепловых сетей (1959 г.) и испытаниям для определения теплотехнических характеристик не подвергалась.
Система теплоснабжения расположена в г. Твери. Среднее за год значение температуры грунта 6,8 °С, 4,8 °С – за отопительный период; -3,7 °С – среднее значение температуры наружного воздуха за отопительный период; 5,7 °С – за год; продолжительность отопительного периода 219 суток. Среднее значение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе в отопительном периоде 89,2 °С, 48,6 °С – в обратном. Среднее за год значение температуры теплоносителя в подающем трубопроводе 83,3 °С, 47,1 °С – в обратном.
Определяем значения удельных часовых тепловых потерь трубопроводами тепловой сети пересчетом табличных значений норм удельных часовых тепловых потерь трубопроводами на среднегодовые условия функционирования тепловой сети, подающими и обратными трубопроводами подземной прокладки – вместе, надземной – раздельно. Расчеты проводим по формулам (34), (36) и (36а) раздела 4.3 Методики.
Предварительно по формуле (35) раздела 4.3 Методики определим среднегодовую разность значений температуры теплоносителя и грунта:
Определяем нормативные значения часовых тепловых потерь через изоляционные конструкции участков трубопроводов тепловой сети по полученным нормам удельных тепловых потерь при среднегодовых условиях функционирования тепловой сети для подающих и обратных трубопроводов подземной прокладки вместе, для трубопроводов надземной прокладки раздельно.
Значения коэффициента местных тепловых потерь бета, учитывающего тепловые потери запорной арматурой, компенсаторами и опорами, принимаем: 1,2 – для прокладки в каналах при диаметре трубопроводов до 150 мм, 1,15 – для прокладки в каналах при диаметре трубопроводов 150 мм и более, а также для всех диаметров трубопроводов бесканальной прокладки, 1,25 – для трубопроводов надземной прокладки.
А. Подземная прокладка в непроходных каналах:
– трубопроводы наружного диаметра 377 мм:
8. Определить нормативные тепловые потери, обусловленные утечкой теплоносителя, в тепловой сети (предыдущий пример) за отопительный период.
По формуле (23) раздела 4.1 Методики, с помощью таблицы 6 этого раздела, определяем емкость трубопроводов тепловой сети:
– диаметр 377 – V = 101,0 (0,5 + 0,5) 2 = 202,0 куб. м;
– диаметр 273 – V = 53,0 x 1,0 x 2 = 106,0 куб. м;
– диаметр 219 – V = 34,0 (2,0 + 1,0) 2 = 204,0 куб. м;
– диаметр 159 – V = 18,0 x 2,5 x 2 = 90,0 куб. м;
– диаметр 108 – V = 8,0 х 3,0 х 2 = 48,0 куб. м;
– диаметр 76 – V = 3,9 х 1,1 х 2 = 8,58 куб. м.
10. Определить нормативное количество воды для наполнения и подпитки тепловой сети и присоединенных к ней систем теплопотребления зданий, теплоснабжаемых котельной, функционирующей по температурному графику регулирования отпуска тепловой энергии с параметрами 150/70 °С.
Система теплоснабжения расположена в г. Череповце Вологодской области. Климатические условия – в примере 3. Протяженность тепловой сети – в примере 7. Суммарная часовая тепловая нагрузка отопления зданий 40 Гкал/ч, системы отопления оснащены чугунными радиаторами типа М-140.
Определяем количество воды, необходимое для разового заполнения тепловой сети. Для этого по формуле (23) раздела 4.1 Методики, с помощью таблицы 6 этого раздела, определяем емкость трубопроводов тепловой сети (аналогично решению примера 7):
– диаметр 377 – V = 101,0 (0,5 + 0,5) 2 = 202,0 куб. м;
– диаметр 273 – V = 53,0 x 1,0 x 2 = 106,0 куб. м;
– диаметр 219 – V = 34,0 (2,0 + 1,0) 2 = 204,0 куб. м;
– диаметр 159 – V = 18,0 x 2,5 x 2 = 90,0 куб. м;
– диаметр 108 – V = 8,0 х 3,0 х 2 = 48,0 куб. м;
– диаметр 76 – V = 3,9 х 1,1 х 2 = 8,58 куб. м.
Для расчета эксплуатационных затрат необходимо предварительно определить необходимую годовую выработку теплоты котельной. Выработка теплоты котельной включает в себя несколько статей: отпуск теплоты на технологию, на горячее водоснабжение, на отопление и вентиляцию.
При использовании пара на технологические нужды годовой отпуск теплоты на технологию определяется следующим образом, кДж/год
,
где τтех– число часов использования технологической нагрузки в год, ч;Dтех– расход пара на технологические нужды, кг/с;iп.т– энтальпия пара, отпускаемого на технологические нужды, кДж/кг;iк– энтальпия возвращаемого конденсата с производства, кДж/кг.
Годовой отпуск теплоты на горячее водоснабжение, кДж/год
,
где Qг.в.л.ч,Qг.в.з.ч– часовые расходы теплоты на нужды горячего водоснабжения, соответственно, летом и зимой, кВт; τг.в.л, τг.в.з– число часов пользования горячим водоснабжением, соответственно, в летний и зимний периоды, ч.
При проведении расчетов принимают Qг.в.л.ч= 0,82Qг.в.з.ч.
Годовой отпуск теплоты на отопление и вентиляцию, кДж/год
,
где Qо.в.ср– среднечасовой отпуск теплоты на отопление и вентиляцию, кВт; τо.в– число часов использования отопления и вентиляции в год, ч.
Среднечасовой отпуск теплоты на отопление и вентиляцию за отопительный период определяется по формуле, кВт
,
где 
– отпуск теплоты на отопление и вентиляцию для максимально-зимнего режима, кВт;tвн– температура воздуха внутри отапливаемых помещений, °C;tо.ср– средняя за отопительный период температура наружного воздуха, °C;tр.о– температура наружного воздуха расчетная для отопления, °C.
Данные по продолжительности отопительного периода, средняя за отопительный период температура наружного воздуха, а также расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления определяются по климатологическим данным для места расположения котельной.
Общий годовой отпуск теплоты потребителям, кДж/год
.
Необходимая годовая выработка теплоты котельной с учетом потерь в тепловых сетях и возвращаемого конденсата, а также потерь на собственные нужды, кДж/год
,
где Gк– количество возвращаемого с производства конденсата, кг/с;cк– теплоемкость возвращаемого конденсата, кДж/(кг·К)tк– температура возвращаемого конденсата, °C; ηт.с– коэффициент сохранения теплоты в теплосетях (ηт.с= 0,9); ηс.н– коэффициент расхода теплоты на собственные нужды (ηс.н= 0,95).
Для действующей котельной при наличии приборов учета годовой отпуск теплоты определяют по их показаниям.
Число часов использования установленной мощности рассчитывается по формуле, ч/год
.
10.3. Эксплуатационные расходы и стоимость энергии
Для сопоставления нескольких возможных вариантов принято пользоваться методикой, которая учитывает не только капитальные, но и эксплуатационные затраты для выявления срока окупаемости и минимума приведенных затрат.
Эксплуатационные затраты на производство тепловой энергии в виде горячей воды или пара состоят из нескольких частей: первой, которая зависит от капитальных затрат, второй, отражающей затраты на заработную плату, и третьей, связанной с выработкой энергии. Первые две части затрат для конкретной установки не связаны с производством энергии и являются постоянными, третья же переменна. Эксплуатационные затраты (издержки) определяют за год работы установки, поскольку в течение года условия работы меняются.
Годовые эксплуатационные издержки на производство тепловой энергии складываются из нескольких статей затрат, руб/год
,
где Итоп– затраты на топливо, доставляемое в котельную установку, руб/год; Иэл.эн– затраты на электроэнергию, получаемую из электросетей, руб/год; Ивод– затраты на воду, израсходованную в установке, руб/год; Из.п– затраты на заработную плату персонала, руб/год; Иам– затраты на амортизацию оборудования и строений, которые состоят из затрат на реновацию и капитальный ремонт, руб/год; Ит.р– затраты на текущий ремонт, руб/год; Иобщ– общекотельные и прочие расходы, руб/год.
По значимости затраты на топливо, расходуемое для покрытия тепловых нагрузок котельной, являются основными и составляют более половины всех затрат. Затраты на топливо рассчитывают по следующей формуле, руб/год
,
где K– коэффициент, учитывающий складские, транспортные и прочие потери (для газообразного топлива принимается равным 1,055); Цт– цена топлива, руб/т (руб/1000 м 3 ); Цтр– затраты на транспортировку топлива (для газообразного топлива входит в Цт), руб/т; ∑Bi– суммарное потребление топлива всеми котлами в расчетном режиме для вновь проектируемой котельной, кг/с (м 3 /с).
Затраты на потребляемую электроэнергиювключают расходы на электроэнергию на собственные нужды котельной, привод тягодутьевых машин, насосов, освещение и т.д. Затраты на электроэнергию по двухставочному тарифу рассчитываются по формуле, руб/год
,
где Nуст– установленная мощность всех электроприборов в котельной по проекту, кВт;Kэл– коэффициент использования установленной электрической энергии; Цэл– стоимость одного кВт·ч отпускаемой электрической энергии по двухставочному тарифу, руб;aэ– ставка за 1 кВ·А присоединенной мощности, руб/мес;n– число месяцев пользования заявленной мощностью.
Для действующей котельной эти затраты определяют по показаниям приборов учета потребления электрической энергии.
Определяется стоимость сырой воды, расходуемой на питание котлов, наполнение и подпитку тепловых сетей, собственные нужды, нужды химводоочистки, а также горячего водоснабжения (при открытой системе теплоснабжения). Затраты на используемую воду рассчитывают следующим образом, руб/год:
на технологические нужды
,
где Цв– цена 1 м 3 потребленной и сброшенной в канализацию воды, руб/м 3 ;D– расход пара на технологические нужды, т/ч; β – доля возврата конденсата;Kк– доля утечек и непроизводительных потерь конденсата в цикле котельной установки;
на подпитку тепловых сетей
,
где Qо.в.г– расчетный расход теплоты на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение, МВт;Kт.с– доля потерь воды в закрытой системе теплоснабжения и в системе потребителей;t1,t2– расчетные температуры воды в прямом и обратном трубопроводах, °C.
Расходы на заработную платуопределяются с начислениями только эксплуатационному персоналу, участвующему в основной производственной деятельности котельной в соответствии с нормами ее обслуживания. При наличии штатного расписания эти затраты определяются в соответствии с ним, в противном случае – расчетным путем. Затраты на заработную плату, руб/год
,
где Kшт– штатный коэффициент, зависящий от тепловой производительности котельной и вида сжигаемого топлива, чел/МВт; Ф – среднегодовая заработная плата с начислениями в фонд социального страхования одного работающего, руб/(чел · год).
Штатный коэффициент может быть ориентировочно определен для газомазутных котельных в соответствии с табл. 10.2.