Так или иначе вы сталкивались с вопросом экономии и мощности бытовых приборов. Будь то на этапе первого ремонта или при замене устаревшей техники. Рассчитать расход газа или потребность в нем бывает полезно перед покупкой плиты или котла, выбором газового счетчика, его возможной заменой. Если у вас есть вопросы по начислениям за газ, если поиск новой техники для вас — дело ближайших недель, вам облегчит жизнь точная методика определения расхода газа и формулы для расчета.
Цены на газ постепенно растут, а приборы становятся все мощнее, так что вам не помешает придумать собственную стратегию по оптимизации расходов. Наша статья вам в этом поможет. О настоящем уровне потребления газа в вашем жилье вы не сможете узнать из разговоров с соседями, вам нужна точная информация.
Влияние на расход газа
На расход газа влияет мощность котла и качество смеси
Потребление газа зависит от различных факторов. В больших домах ставятся котлы, которые расходуют больше топливной смеси, чем агрегаты в маленьких строениях или квартирах.
На расход топлива влияет:
- мощность котла;
- температура на улице;
- качество газовой смеси.
Некоторые газораспределительные компании подают в трубопровод неосушенные газовые смеси, которые содержат влагу и примеси. Калорийность снижается и увеличивается потребляемый объем.
Расчет годовых эксплуатационных и капитальных затрат на пром. котельной
Дг тех=Дч тех* Ттех
Дг тех
=139(т/час)*6000(час)=834000(т/год)
Дч тех
— часовой расход пара на технологические нужды производства
Ттех
— число часов использования тепловой нагрузки на технологические нужды
Дг сн=Дч сн*Тр
Дг сн
=31(т/час)*6000(час)=186000(т/год)
Тр
— число часов работы котельной
Дч сн
— часовой расход пара на на собственные нужды
Дг сп=(Qч отоп —
Gсп*Тп*Ср*10-3)*103/(iп п —iк)*0.98
Дч сп
=(98(Гкал/час)-28.8(т/час)*103(гр)*4.19(КДж/кг гр)*10^(-3))*10^3/(701(Ккал/кг)-50(гр)*4.19(КДж/кг гр)*0.98)=177.7(т/час)
Дг сп=Дч сп*Тр
Дг сп=177.7(т/час)*6000(час)=1066290(т/год)
Qч отоп
— отопительная нагрузка жилпоселка
Gсп
— среднечасовой расход подпиточной воды на подпитку теплосети (т/час)
Тп
— температура подпиточной воды
Ср
— теплоемкость воды (КДж/кг*гр)
iп п
— энтальпия свежей воды
iк
— энтальпия конденсата
Дг кот=(Дг тех + Дг сн +Дг сп)0.98
Дг кот
=(834000(т/год)+ 186000(т/год)+1066290(т/год))*0.98=2044564(т/год)
Дг тех
— годовая выработка пара на технологические нужды
Дг сп
— годовая выработка пара на собственные нужды
Дг сп
— годовая выработка пара на сетевые подогреватели
Qг кот=Дг кот*(iпп-tп в)*10-3
Qг кот=
2044564(т/год)*( 701(Ккал/кг)-102(гр)*4.19(КДж/кг гр))*10^-3=559434(ГДж/год)
Дг кот
— (т пара/год)
iп п,tп в
— энтальпия свежего пара и питательной воды (КДж/кг)
Вгу кот=
Qг кот29.3*КПДреж*КПДкот
Вгу кот1=
559.4(MДж/год)*10^(3)/29.3(МДж/кг)*0.97*0.84=23431.7(тут/год)
Вгу кот2=
559.4(MДж/год)*10^(3)/29.3(МДж/кг)*0.97*0.84=23431.7(тут/год)
Вгу кот3=
559.4(MДж/год)*10^(3)/29.3(МДж/кг)*0.97*0.914=21534.6(тут/год)
Qг кот
— годовая производительность топлива (ГДж/год)
29.3
— теплотворная способность условного топлива (МДж/кг)
КПДкот
— КПД котельной
КПДреж
— коэффициент, учитывающий потери топлива в нестационарном режиме
Вгн кот=Вгу котКэ
Вгн кот1=
23431.7(тут/год)/0.863=27151(тут/год)
Вгн кот2=
23431.7(тут/год)/0.749=31284(тут/год)
Вгн кот3=
21534.6(тут/год)/1.19=18096(тут/год)
Вгу кот
— условное топливо (тут/год)
Кэ
— каллорийный эквивалент (тут/тнт)
Расчет расхода газа
Мощность котла или конвектора зависит от потерь тепла в строении. Средний подсчет проводится с учетом общей площади дома.
При расчете расхода газа учитываются нормы прогрева квадратного метра при высоте потолков до 3 м:
- в южных регионах берется 80 Вт/м²;
- в северных — до 200 Вт/м².
В формулах учитывается суммарная кубатура отдельных комнат и помещений в здании. На нагревание каждого 1 м³ общего объема выделяется 30 – 40 Вт в зависимости от района.
По мощности котла
Баллонный и природный газ рассчитывается в разных единицах
Расчет основывается на мощности и площади отопления. Применяется усредненный показатель расхода — 1 кВт на 10 м². Следует уточнить, что берется не электрическая мощность котла, а тепловая мощность оборудования. Часто такие понятия подменяются, и получается неправильный расчет потребления газа в частном доме.
Объем природного газа измеряется в м³/ч, а сжиженный — в кг/ч. Практика показывает, что на получение 1 кВт тепловой мощности расходуется 0,112 м³/ч магистральной топливной смеси.
По квадратуре
Удельное потребление тепла рассчитывается по представленной формуле, если разница между уличной и внутренней температурой составляет примерно 40°С.
Используется соотношение V = Q / (g · K / 100), где:
- V — объем природного газового топлива, м³;
- Q — тепловая мощность оборудования, кВт;
- g — наименьшая калорийность газа, обычно равняется 9,2 кВт/м³;
- K — коэффициент полезного действия установки.
В зависимости от давления
Количество газа фиксируется счетчиком
Объем газа, проходящего по трубопроводу, измеряется счетчиком, а расход подсчитывается в виде разницы между показаниями в начале и конце пути. Измерение зависит от порога давления в суживающемся сопле.
Ротационные счетные приборы используются для измерения давления больше 0,1 МПа, а разница уличной и внутренней температуры составляет 50°С. Показатель расхода газового топлива считывается при нормальном состоянии окружающей среды. В промышленности пропорциональными условиями считается давление 10 – 320 Па, разница температур 20°С и относительная влажность воздуха 0. Расход топлива выражается в м³/ч.
Расчет по диаметру
Расчет диаметра газопровода выполняется перед началом строительства
Скорость газа в газопроводе высокого давления зависит от площади сечения коллектора и составляет в среднем 2 – 25 м/с.
Пропускная способность находится по формуле: Q = 0.67 · D² · p, где:
- Q — расход газа;
- D — условный проходной диаметр газопровода;
- p — рабочее давление в газопроводной трубе или показатель абсолютного давления смеси.
На величину показателя влияет наружная температура, нагрев смеси, избыточное давление, атмосферные характеристики и влажность. Расчет диаметра газопровода делается при составлении проекта системы.
С учетом теплопотерь
Для расчета потребления газовой смеси требуется знать тепловые потери строения.
Используется формула Q = F (T1 – T2) (1 + Σb) · n / R, где:
- Q — теплопотери;
- F — площадь утепляющего слоя;
- Т1 — наружная температура;
- Т2 — внутренняя температура;
- Σb — сумма дополнительных потерь тепла;
- n — коэффициент расположения защитного слоя (в специальных таблицах);
- R — сопротивление передаче тепла (рассчитывается в конкретном случае).
Определение теплопотерь представляет собой сложный подсчет и проводится специалистами на стадии проекта. Можно заказать нахождение потерь на любом этапе эксплуатации строения.
По счетчику и без
Расход газа зависит от утепления стен и климатических условий региона
По прибору определяется расход газа за месяц. Применяются стандартные нормы расхода смеси, если счетчик не установлен. Для каждого региона страны нормативы устанавливаются отдельно, но в среднем принимаются из расчета 9 — 13 м³ в месяц на одного человека.
Показатель устанавливается местными органами самоуправления и зависит от климатических условий. Расчет ведется с учетом числа владельцев помещения и людей, фактически проживающих на указанной жилплощади.
Функциональные возможности, плюсы и минусы
Ультразвуковой счетчик представляет собой метрологический прибор, производящий измерения расхода газовой среды с высокой точностью. При этом конструктивно выполнен таким образом, что не создает дополнительного сопротивления измеряемой среде.
Счетчики предназначены для эксплуатации в нефтеперерабатывающей, газовой отрасли, в быту. Используется для подсчета использованного газа в домах, административных зданиях и на объектах жилищно-коммунального хозяйства.
Комплектуются программируемыми вычислительными блоками, которые обеспечивают:
- Подключение к каналам передачи данных. Что позволяет подключать их к автоматизированным системам учета;
- При измерении количества потребленного голубого топлива программный блок корректирует данные в зависимости от температуры среды, приводя значения к стандартным.
К достоинствам прибора можно отнести:
- Отсутствие механических частей обеспечивает высокую надежность всех узлов счетчика;
- Высокотехнологичные блоки позволяют сопрягать устройство с различными вычислительными комплексами сбора и передачи данных. Имеют аналоговые и цифровые интерфейсы. Поддерживают протоколы Mobdus (ASCII, RTU, TCP/IP), UNIFORM, MMS, встроенный Web server;
- Возможность диагностики на месте эксплуатации. Доступны модели, позволяющие проводить диагностику удаленно;
- Счетчик имеет высокую степень надежности;
- Отсутствие механических деталей позволило увеличить межремонтный период в разы;
- Устойчивость к вибрации и ударам;
- Счетчики могут учитывать расход в любом направлении без переналадки;
- Не чувствительны к присутствию влаги в газовой среде;
- Применяются не только для измерений расхода газа, но и воды, жидкостей, близких по физическим характеристикам к воде;
- Монтируются на трубы любого диаметра;
- Не требуют обслуживания.
Кроме достоинств, ультразвуковые расходомеры имеют недостатки. Например, чувствительность к перекосам потоков. Нельзя использовать в сетях с наличием акустических шумов. Отсутствие отечественных датчиков измерения. Все это сдерживает распространение приборов.
Расчет расхода сжиженного газа
Расчет газа с применением пропана или бутана имеет свои особенности, но не представляет особых сложностей. Имеет значение плотность горючего вещества, которая изменяется с повышением или понижением температуры и зависит от состава газовой смеси. Постоянным остается только вес сжиженного топлива.
Объем используемого газа отличается зимой и летом, поэтому нет смысла применять единицы м³ для определения расхода сжиженного газа на 1 кВт тепла, для обозначения берутся килограммы, которые не меняются при смене сезонов.
Расчет на 1 кВт тепла
Количество рассчитывается на отопление дома и подогрев воды в системе. Если на газе готовится еда, это нужно учитывать дополнительно.
Используется формула Q = (169.95 / 12.88) · F, где:
- Q — масса топлива;
- 169,95 — годовая сумма кВт на обогрев 1 м² дома;
- 12,88 — теплотворная способность пропана;
- F — квадратура строения.
Полученное значение умножается на стоимость 1 кг сжиженной смеси, чтобы посчитать расход на закупку требуемого количества. Цена обычно дается за 1 кг, а не за 1 м³, что следует учитывать.
Как учитывать нормы в путевых листах
Если предприятие использует автомобиль только для производственных нужд, и в то же время не является транспортной организацией, оно может самостоятельно разрабатывать бланки путевых листов, сохраняя в них обязательные реквизиты.
В случае с использованием автомобилей с ГБО – это будет очень актуально, поскольку в любом случае для запуска двигателя в таких машинах используется бензин. Помимо этого, второй вид топлива может использоваться и в других случаях:
- заезд в ремонтную зону;
- прогрев двигателя в зимнее время;
- другие внештатные ситуации, например, автомобилю нужно доехать до газовой заправки, в случае, когда основное топливо закончилось и т.д.
В путевом листе нужно отображать отдельно расход бензина и использование газа. Можно дополнить утвержденную форму путевого листа, с таким расчетом, чтобы она отображала оба вида топлива. Для этого в документе указывают дополнительные данные:
- Технические характеристики ГБО;
- Объем газового бака (наряду с бензиновым) и т.д.
Самостоятельно разработанную форму путевого листа обязательно нужно утвердить внутренним локальным документом.
Уменьшение потребления газа
Экономия газа напрямую связана с уменьшением потерь тепла. Ограждающие конструкции, такие как стены, потолок, пол в доме обязательно защищаются от влияния холодного воздуха или грунта. Применяется автоматическая регулировка работы отопительного оборудования для результативного взаимодействия наружного климата и интенсивности работы газового котла.
Утепление стен, кровли, потолков
Уменьшить расход газа можно с помощью утепления стен
Наружный теплозащитный слой создает преграду для охлаждения поверхностей, чтобы потребить наименьшее количество топлива.
Статистика показывает, что часть нагретого воздуха уходит через конструкции:
- крыша — 35 – 45%;
- неутепленные оконные проемы — 10 – 30%;
- тонкие стены — 25 – 45%;
- входные двери — 5 – 15%.
Полы защищаются материалом, который имеет допустимую влагопроницаемость по норме, т. к. при намокании теряются теплоизоляционные характеристики. Стены лучше изолировать снаружи, потолок утепляется со стороны чердака.
Замена окон
Пластиковые окна пропускают меньше тепла зимой
Современные металлопластиковые рамы с двух- и трехконтурными стеклопакетами не пропускают воздушных потоков и препятствуют сквознякам. Это ведет к уменьшению потерь через щели, которые были в старых деревянных рамах. Для проветривания предусматриваются поворотно-откидные механизмы створок, способствующие экономному расходованию внутреннего тепла.
Стекла в конструкциях оклеиваются специальной энергосберегающей пленкой, которая пропускает внутрь ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, но препятствует обратному их проникновению. Стекла снабжаются сетью элементов, подогревающих площадь для оттаивания снега и льда. Существующие конструкции рам дополнительно утепляются полиэтиленовой пленкой снаружи или используются плотные шторы.
Другие способы
Выгодно применять современные конденсационные котлы на газовом топливе и ставить автоматизированную координационную систему. На все радиаторы устанавливаются термоголовки, а на обвязке агрегата монтируется гидрострелка, что экономит 15 – 20% тепла.
В отопительной системе ставятся детекторы, регуляторы температуры, которые регулируют мощность котла в зависимости от состояния наружного климата. Если на улице теплая погода, результативнее и экономичнее перейти на отопление кондиционерами.
Счетчики
Какие данные нужны для учета тепла?
Догадаться несложно:
- Расход теплоносителя, проходящего через отопительные приборы.
- Его температура на входе и выходе из соответствующего участка контура.
Для измерения расхода используются счетчики двух типов.
Счетчики с крыльчаткой
Предназначенные для отопления и ГВС счетчики отличаются от использующихся на холодной воде лишь материалом крыльчатки: он более стоек к высоким температурам.
Сам механизм — тот же:
- Поток теплоносителя заставляет вращаться крыльчатку.
- Она передает вращение механизму учета без непосредственного взаимодействия, посредством постоянного магнита.
Несмотря на простоту конструкции, счетчики имеют достаточно низкий порог срабатывания и неплохо защищены от подтасовки данных: любая попытка затормозить крыльчатку внешним магнитным полем упрется в наличие у механизма антимагнитного экрана.
Счетчики с регистратором перепада
Устройство второго типа счетчиков основано на законе Бернулли, который утверждает, что статическое давление в потоке жидкости или газа обратно пропорционально его скорости.
Как использовать эту особенность гидродинамики для подсчета расхода теплоносителя? Достаточно преградить ему путь подпорной шайбой. Падение давления на шайбе будет прямо пропорционально скорости потока через нее. Регистрируя давление парой датчиков, несложно в реальном времени вычислять расход.
А что, если речь идет не о закрытом контуре отопления, а об открытой системе с возможностью отбора ГВС? Как регистрировать расход горячей воды?
Решение очевидно: в этом случае подпорные шайбы и датчики давления ставятся и на подающий, и на . Разница расхода теплоносителя между нитками и будет указывать на то количество горячей воды, которое было использовано на хознужды.
На фото — электронный теплосчетчик с регистрацией перепада давлений на шайбах.
Счетчики для измерения потребляемого топлива
Счетчик измеряет количество газа при разных кондициях температуры и давления и с наличием специальной техники приводит полученный результат к показателю, который будет при стандартных условиях (СУ) — +20 °C и 101 кПа.
Объем топлива для СУ определяют формулой Vс = V×(p×Tс/pс×T×K), где
- V — объем газа;
- p — плотность;
- T — термодинамическая температура;
- K — коэффициент сжимаемости топлива.
Величины с буквой «с» — показатели для стандартных условий, без — для рабочих.
В быту используют мембранные, ротационные и ультразвуковые счетчики, на крупных предприятиях — турбинные и вихревые — это самые востребованные типы газомеров. На заводах газовой промышленности объем определяют в основном на переменных изменениях давления в сужениях, часто между 2 фланцевыми соединениями в непосредственной близости. Счетчики отличаются рабочими особенностями.
Мембранные расходомеры выдают минимальную погрешность в расчетах и потребляют мало электроэнергии. Устройства дают показания в широком диапазоне, но с невысоким предельным давлением — до 0,5 бар. В быту счетчик показывает себя наилучшим образом, так как межповерочный интервал доходит до 10 лет при высокой надежности устройства. Конструкция плохо реагирует на механическое загрязнение газа и в целом весьма громоздкая.
Ротационные, или же роторные, модели не зависят от электросети, годятся для небольших промышленных объектов, но они менее удобные. При маленькой площади на установку и высокой точности в условиях резких перепадов давления они шумят и чаще выходят из строя. «Боятся» пневмоударов и загрязнения.
Ультразвуковые счетчики имеют маленький размер, значительно разнятся по сложности строения. Акустические газомеры ценят за надежность и легкость в установке. Некоторые устройства содержат энергонезависимую память. Счетчики на типоразмеры G1,6 и G2,5 стоят сравнительно дорого.
Турбинные устройства используют для измерения количества бытовых и агрессивных газов, многокомпонентных составов. Счетчики получили распространение на магистральных газопроводах, химических заводах. Турбинные устройства фиксируют большие количества газа при давлении до 10 МПа, значительно различаются по размерам и рабочему Ду. Это универсальные приборы для измерения расхода природного газа в промышленности.
Вихревые измеряют объем природного или инертных газов. По диапазону измерений имеют преимущество над остальными моделями. Улавливают малейшие движения в газовой смеси и определяют большие количества газа на диаметр. Эффективность вихревого расходомера прямо пропорционально зависит от скорости потока топлива.
Методы измерения, используемые в газовых расходомерах
Расход топлива рассчитывают прямым и косвенным методами.
В случае с прямым газ наполняет измерительные камеры и выходит из них. Прошедший объем коррелирует с циклами наполнения-опорожнения. По описанному принципу работает подсчет в мембранном, ротационном и барабанном счетчиках.
Газомеры с косвенным методом измерения работают с показателями скорости и известной площади сечения. Способ подсчета бывает механическим или другим, связанным с особенностями счетчика. В механике используют турбинки, крыльчатки, балансирующие элементы.
У косвенного способа подсчета есть и другие методики:
- детектирование вихрей;
- измерение разницы давления на сужающем приборе;
- расчет переноса тепла от нагретого тела;
- измерение скоростного напора;
- подсчет на основе движения ультразвука.
Корректность косвенных методик зависит от соответствия скорости по направлению и сечению. Помогают средства подготовки потока: турбулизаторы, конденсаторы и струевыпрямители. Устройства идут отдельно или как элементы счетчиков.
Разницу скорости по сечению приборы могут определять одновременно с быстротой движения газа и таким образом — снижать погрешность. Последняя часто возникает из-за застоя топлива у стенок. Подробнее о прямом и косвенном методах определения расхода газа читайте далее.
Как определяют давление газа?
Давление измеряют прямым способом при помощи манометров или сложением значений атмосферного (Pб) и избыточного давления (Pи). Pб измеряют в месте расположения преобразователя Pи, если последний находится в замкнутом пространстве и в нем есть наддув или разрежение.
Отверстие отбора давления для вертикальных и горизонтальных труб размещают радиально. На поперечном трубопроводе его располагают в верхней половине сечения.
В расходомерах без указанного отверстия отбор проводят перед счетчиком, на расстоянии от 1 до 3 диаметров трубопровода, с точкой отсчета от входного фланца газомера.
