Тепловая мощность котельной представляет собой суммарную теплопроизводительность котельной по всем видам теплоносителей, отпускаемых с котельной через тепловую сеть внешним потребителям.

Различают установленную, рабочую и резервную тепловые мощности.

Установленная тепловая мощность - сумма тепловых мощностей всех установленных в котельной котлов при работе их в номинальном (паспортном) режиме.

Рабочая тепловая мощность - тепловая мощность котельной при работе ее с фактической тепловой нагрузкой в данный момент времени.

В резервной тепловой мощности различают тепловую мощность явного и скрытого резерва.

Тепловая мощность явного резерва - сумма тепловых мощностей установленных в котельной котлов, находящихся в холодном состоянии.

Тепловая мощность скрытого резерва - разность между установленной и рабочей тепловыми мощностями.

Технико-экономические показатели котельной

Технико-экономические показатели котельной разделяются на 3 группы: энергетические, экономические и эксплуатационные (рабочие), которые, соответственно, предназначены для оценки технического уровня, экономичности и качества эксплуатации котельной.

Энергетические показатели котельной включают:

1. К.п.д. котлоагрегата брутто (отношение количества теплоты, выработанной котлоагрегатом, к количеству теплоты, полученной от сжигания топлива):

Количество теплоты, выработанной котлоагрегатом, определяется:

Для паровых котлов:

где DП - количество пара, получаемое в котле;

iП - энтальпия пара;

iПВ - энтальпия питательной воды;

DПР - количество продувочной воды;

iПР - энтальпия продувочной воды.

Для водогрейных котлов:

где MC - массовый расход сетевой воды через котел;

i1 и i2 - энтальпии воды до и после нагрева в котле.

Количество теплоты, полученное от сжигания топлива, определяется произведением:

где BK - расход топлива в котел.

2. Доля расхода теплоты на собственные нужды котельной (отношение абсолютного расхода теплоты на собственные нужды к количеству теплоты, выработанной в котлоагрегате):

где QСН - абсолютный расход теплоты на собственные нужды котельной, который зависит от особенностей котельной и включает расход теплоты на подготовку котловой питательной и сетевой подпиточной воды, подогрев и распыливание мазута, отопление котельной, горячее водоснабжение котельной и прочее.

Формулы для расчета статей расхода теплоты на собственные нужды приведены в литературе

3. К.п.д. котлоагрегата нетто, который в отличие от к.п.д. котлоагрегата брутто, не учитывает расход теплоты на собственные нужды котельной:

где - выработка теплоты в котлоагрегате без учета расхода теплоты на собственные нужды.

С учетом (2.7)

• 4. К.п.д. теплового потока, который учитывает потери теплоты при транспортировке теплоносителей внутри котельной вследствие передачи теплоты в окружающую среду через стенки трубопроводов и утечек теплоносителей: зтn = 0,98ч0,99.
• 5. К.п.д. отдельных элементов тепловой схемы котельной:
  • * к.п.д. редукционно-охладительной установки - зроу;
  • * к.п.д. деаэратора подпиточной воды - здпв;
  • * к.п.д. сетевых подогревателей - зсп.
• 6. К.п.д. котельной - произведение к.п.д. всех элементов, агрегатов и установок, образующих тепловую схему котельной, например:

К.п.д. паровой котельной, отпускающей потребителю пар:

К.п.д паровой котельной, отпускающей потребителю нагретую сетевую воду:

К.п.д. водогрейной котельной:

7. Удельный расход условного топлива на выработку тепловой энергии - масса условного топлива, затраченного на выработку 1 Гкал или 1 ГДж тепловой энергии, отпускаемой внешнему потребителю:

где Bкот - расход условного топлива в котельной;

Qотп - количество теплоты, отпущенное с котельной внешнему потреби-телю.

Расход условного топлива в котельной определяется выражениями:

где 7000 и 29330 - теплота сгорания условного топлива в ккал/кг у.т. и кДж/кг у.т.

После подстановки (2.14) или (2.15) в (2.13):

К.п.д. котельной и удельный расход условного топлива являются важнейшими энергетическими показателями котельной и зависят от типа установленных котлов, вида сжигаемого топлива, мощности котельной, вида и параметров отпускаемых теплоносителей.

Зависимость и для котлов, применяемых в системах теплоснабжения, от вида сжигаемого топлива:

Экономические показатели котельной включают:

1. Капитальные затраты (капиталовложения) К, которые представляют собой сумму затрат, связанных с сооружением новой или реконструкции

существующей котельной.

Капитальные затраты зависят от мощности котельной, типа установленных котлов, вида сжигаемого топлива, вида отпускаемых теплоносителей и ряда конкретных условий (удаленность от источников топлива, воды, магистральных дорог и прочее).

Ориентировочная структура капитальных затрат:

• * строительно-монтажные работы - (53ч63)% К;
• * затраты на оборудование - (24ч34)% К;
• * прочие затраты - (13ч15)% К.
• 2. Удельные капитальные затраты kУД (капитальные затраты, отнесенные к единице тепловой мощности котельной QКОТ):

Удельные капитальные затраты позволяют определить ожидаемые капитальные затраты на сооружение вновь проектируемой котельной по аналогу:

где - удельные капитальные затраты на сооружение аналогичной котельной;

Тепловая мощность проектируемой котельной.

• 3. Ежегодные затраты, связанные с выработкой тепловой энергии, включают:
  • * расходы на топливо, электроэнергию, воду и вспомогательные материалы;
  • * заработную плату и соответствующие отчисления;
  • * амортизационные отчисления, т.е. перенос стоимости оборудования по мере его износа на стоимость вырабатываемой тепловой энергии;
  • * текущий ремонт;
  • * общекотельные расходы.
• 4. Себестоимость тепловой энергии, которая представляет собой отношение суммы годовых затрат, связанных с выработкой тепловой энергии, к количеству теплоты, отпускаемой внешнему потребителю в течение года:

5. Приведенные затраты, которые представляют собой сумму ежегодных затрат, связанных с выработкой тепловой энергии, и части капитальных затрат, определяемой нормативным коэффициентом эффективности капиталовложения Eн:

Величина, обратная Eн, дает срок окупаемости капитальных затрат. Например, при Eн=0,12 срок окупаемости(года).

Эксплуатационные показатели, указывают на качество эксплуатации котельной и, в частности, включают:

1. Коэффициент рабочего времени (отношение фактического времени работы котельной фф к календарному фк):

2. Коэффициент средней тепловой нагрузки (отношение средней тепловой нагрузки Qср за определенный период времени к максимально возможной тепловой нагрузке Qм за этот же период):

3. Коэффициент использования максимальной тепловой нагрузки, (отношение фактически выработанной тепловой энергии за определенный период времени к максимально возможной выработке за этот же период):

Котельные могут отличаться по поставленным перед ними задачам. Есть теплоисточники, которые направлены только на обеспечение теплом объектов, есть водогрейные, а есть смешанные, вырабатывающие одновременно тепло и горячую воду. Поскольку объекты, обслуживаемые котельной, могут быть разных размеров и потребления, то при строительстве следует особо тщательно подойти к расчету мощности.

Мощность котельной – сумма нагрузок

Чтобы верно определить какой мощности котел следует покупать, нужно учесть ряд параметров. Среди них характеристика подключаемого объекта, его нужды и потребность в резерве. Детально мощность котельной складывается из следующих величин:

• Обогрев помещений. Традиционно берется исходя из площади. Однако следует учитывать также тепловые потери и закладывать в расчет мощность на их компенсацию;
• Технологический запас. В этот пункт входит обогрев самой котельной. Для стабильной работы оборудования необходим определенный тепловой режим. Он указывается в паспорте к оборудованию;
• Горячее водоснабжение;
• Запас. Есть ли в планах увеличение отапливаемой площади;
• Прочие потребности. Планируется ли подключение к котельной хозяйственных построек, бассейнов и прочих помещений.

Зачастую при строительстве рекомендуют закладывать мощность котельной исходя из пропорции 10 кВт мощности на 100 метров квадратных. Однако на деле рассчитать пропорцию куда сложнее. Нужно учесть такие факторы, как «простои» оборудования в сезон непиковых нагрузок, возможные колебания потребления горячей воды, а также проверить насколько целесообразно компенсировать теплопотери здания мощностью котельной. Зачастую экономически выгоднее устранить их другими средствами. Исходя из вышесказанного, становится очевидно, что расчет мощности рациональнее доверять специалистам. Это поможет сохранить не только время, но и деньги.

Данная котельная предназначена для обеспечения теплотой систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и для технологического теплоснабжения. По виду энергоносителя и схеме его подачи потребителю КУ относится к отпускающим пар с возвратом конденсата и горячую воду по закрытой схеме теплоснабжения.

Тепловая мощность КУ определяется суммой часовых расходов теплоты на отопление и вентиляцию при максимально-зимнем режиме, максимально-часовых расходов теплоты на технологические цели и максимально-часовых расходов теплоты на горячее водоснабжение (при закрытых системах тепловых сетей).

Рабочая мощность КУ - суммарная мощность работающих котлоагрегатов при фактической нагрузке в данный период времени. Рабочая мощность определяется исходя из суммы тепловой нагрузки потребителей и тепловой энергии, используемой на собственные нужды котельной. В расчётах также учитываем потери теплоты в пароводяном цикле котельной установки и тепловых сетях.

Определение максимальной производительности котельной установки и количества установленных котлов

Q ку У = Q ov +Q гвс +Q tex +Q ch +ДQ ,Вт (1)

где Q ov , Q гвс, Qтех- расходы теплоты соответственно на отопление и вентиляцию, горячее водоснабжение и на технологические нужды, Вт (по заданию); Qch - расход теплоты на собственные нужды котельной установки, Вт; ДQ - потери в цикле котельной установки и в тепловых сетях (принимаем в размере 3% от суммарной тепловой мощности КУ).

Q гв = 1,5 МВт;

Q гвс = 4,17*(55-15)/(55-5)= 3,34 МВт

Расход теплоты на технологические нужды определяем по формуле:

Qtex =Дtex · (h ПАР -h ХВ), МВт (2)

где Д тех = 10 т/ч = 2,77 кг/с - расход пара на технологию (по заданию); h nap = 2,789 МДж/кг -энтальпия насыщенного пара при давлении 1,4 МПа; h XB = 20,93 кДж/кг = 0,021 МДж/кг - энтальпия холодной (исходной) воды.

Qtex = 2,77 · (2,789 - 0,021) = 7,68 МВт

Тепловая мощность, потребляемая КУ на собственные нужды, зависит от её типа и вида топлива, а также от типа системы теплоснабжения. Она расходуется на подогрев воды перед установкой для её химической очистки, деаэрацию воды, подогрев мазута, обдувку и очистку поверхностей нагрева и др. Принимаем в пределах 10-15 % от внешнего суммарного расхода теплоты на отопление, вентиляцию, ГВС и технологические нужды.

Q cн = 0,15*(4,17+3,34+7,68)= 2,27 МВт

ДQ = 0,03*15,19 = 0,45 МВт

Q ку У = 4,17+3,34+7,68+2,27 +0,45 =18 Вт

Тогда тепловая мощность КУ для трёх режимов работы котельной составит:

1) максимально-зимний:

Q ку м.з = 1,13(Q ОV + Q гвс + Q тex) ;МВт (3)

Q ку м.з = 1,13(4,17+3,34 +7,68) = 17,165 МВт

2) наиболее холодный месяц:

Q ку н.х.м = Q ку м.з *(18-t нв)/(18-t но) ,МВт (4)

Q ку н.х.м =17,165*(18+17)/(18+31)=11,78 МВт

где t но = -31°C - расчетная температура для проектирования отопления - наиболее холодной пятидневки (Коб = 0,92) ; t нв = - 17°С - расчётная температура для проектирования вентиляции - в холодный период года (параметры А) .

Выбор количества КА .

Предварительно количество КА для максимально зимнего периода можно определить по формуле:

Находим по формуле:

Q ка =2,7 (2,789-0,4187)+0,01 5 2,7 (0,826-0,4187)=6,6 МВт

ближайший КА ДКВр-6,5-13

При принятии окончательного решения о количестве КА необходимо выполнить условия:

• 1)количество КА должно быть не менее 2
• 2)в случае выхода из строя одного из котлов, оставшиеся в работе должны обеспечить тепловую мощность наиболее холодного месяца
• 3)необходимо предусмотреть возможность осуществления ремонта КА в летний период (как минимум один котел)

Количество КА для наиболее холодного периода: Q ку н.х.м / Q ка =11,78/6,6=1,78=2 КА

Количество КА для летнего периода:1,13(Q гвс + Qtex)/ Q ка =1,13(3,34+7,68)=1,88=2 КА.

3.3. Выбор типа и мощности котлов

Число работающих котельных агрегатов по режимам отопительного периода зависит от требуемой тепловой мощности котельной. Максимальная экономичность работы котельного агрегата достигается при номинальной нагрузке. Поэтому мощность и количество котлов нужно выбирать так, чтобы в различных режимах отопительного периода они имели нагрузки, близкие к номинальным .

Число котельных агрегатов, находящихся в работе, определяется по относительной величине допустимого снижения тепловой мощности котельной в режиме наиболее холодного месяца отопительного периода при выходе из строя одного из котельных агрегатов

, (3.5)

где – минимально допустимая мощность котельной в режиме наиболее холодного месяца; – максимальная (расчетная) тепловая мощность котельной, z – число котлов. Число устанавливаемых котлов определяется из условия , откуда

Резервные котлы устанавливают только при особых требованиях к надежности теплоснабжения. В паровых и водогрейных котельных, как правило, устанавливают 3–4 котла, что соответствует и . Следует устанавливать однотипные котлы одинаковой мощности.

3.4. Характеристики котельных агрегатов

Паровые котельные агрегаты по производительности разделяются на три группы – малой мощности (4…25 т/ч), средней мощности (35…75 т/ч), большой мощности (100…160 т/ч).

По давлению пара котельные агрегаты можно разделить на две группы – низкого давления (1,4…2,4 МПа), среднего давления 4,0 МПа.

К паровым котлам низкого давления и малой мощности относятся котлы ДКВР, КЕ, ДЕ. Паровые котлы вырабатывают насыщенный или слабо перегретый пар. Новые паровые котлы КЕ и ДЕ низкого давления имеют производительность 2,5…25 т/ч. Котлы серии КЕ предназначены для сжигания твердого топлива. Основные характеристики котлов серии КЕ приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Основные расчетные характеристики котлов КЕ-14С

Котлы серии КЕ могут устойчиво работать в диапазоне от 25 до 100 % номинальной мощности. Котлы серии ДЕ предназначены для сжигания жидкого и газообразного топлива. Основные характеристики котлов серии ДЕ приведены в таблице 3.2.

Таблица 3.2

Основные характеристики котлов серии ДЕ-14ГМ

Котлы серии ДЕ вырабатывают насыщенный (t =194 0 С) или слабо перегретый пар (t =225 0 С).

Водогрейные котельные агрегаты обеспечивают температурный график работы систем теплоснабжения 150/70 0 С. Выпускаются водогрейные котлы марок ПТВМ, КВ-ГМ, КВ-ТС, КВ-ТК. Обозначение ГМ означает газомазутный, ТС – твердое топливо со слоевым сжиганием, ТК – твердое топливо с камерным сжиганием. Водогрейные котлы подразделяются на три группы: малой мощности до 11,6 МВт (10 Гкал/ч), средней мощности 23,2 и 34,8 МВт (20 и 30 Гкал/ч), большой мощности 58, 116 и 209 МВт (50, 100 и 180 Гкал/ч). Основные характеристики котлов КВ-ГМ приведены в таблице 3.3 (первое число в графе температура газов – температура при сжигании газа, второе – при сжигании мазута).

Таблица 3.3

Основные характеристики котлов КВ-ГМ

Характеристика	КВ-ГМ-4	КВ-ГМ-6,5	КВ-ГМ-10	КВ-ГМ-20	КВ-ГМ-30	КВ-ГМ-50	КВ-ГМ-100
Мощность, МВт	4,6	7,5	11,6	23,2
Температура воды, 0 С	150/70	150/70	150/70	150/70	150/70	150/70	150/70
Температура газов, 0 С	150/245	153/245	185/230	190/242	160/250	140/180	140/180

С целью уменьшения количества устанавливаемых котлов в пароводогрейной котельной созданы унифицированные пароводогрейные котлы, которые могут вырабатывать либо один вид теплоносителя – пар или горячую воду, либо два вида – и пар, и горячую воду. На основе котла ПТВМ-30 разработан котел КВП-30/8 производительностью 30 Гкал/ч по воде и 8 т/ч по пару. При работе в пароводогрейном режиме в котле формируются два самостоятельных контура – паровой и водогрейный. При различных включениях поверхностей нагрева может меняться тепло- и паропроизводительность при неизменной суммарной мощности котла. Недостатком пароводяных котлов является невозможность регулирования одновременно нагрузки и по пару, и по горячей воде. Как правило, регулируется работа котла по отпуску теплоты с водой. При этом паропроизводительность котла определяется его характеристикой. Возможно появление режимов с избытком или недостатком паропроизводительности. Для использования избытков пара на линии сетевой воды обязательна установка пароводяного теплообменника.

Статья подготовлена при информационной поддержке инженеров компании Теплодар https://www.teplodar.ru/catalog/kotli/ – отопительные котлы по ценам от производителя.

Главнейшая характеристика, учитываемая при покупке котлов отопления, как газовых, так и электрических или твердотопливных - это их мощность. Поэтому многих потребителей, собирающихся приобрести теплогенератор для системы обогрева помещения, волнует вопрос, как рассчитать мощность котла, исходя из площади помещений и прочих данных. Об этом речь в следующих строках.

Параметры расчёта. Что необходимо учитывать

Но для начала разберёмся, что из себя вообще представляет эта столь важная величина, а главное, почему она так важна.

В сущности, описываемая характеристика теплового генератора, работающего на любом виде топлива, показывает его производительность - то есть, какой площади помещение он сможет обогреть вместе с отопительным контуром.

Например, отопительный аппарат с величиной мощности в 3 – 5 кВт способен, как правило, «охватить» теплом однокомнатную или даже двухкомнатную квартиру, а также дом площадью до 50 кв. м. Установка со значением 7 – 10 кВт «потянет» на трёхкомнатное жильё площадью до 100 кв. м.

Иными словами, обычно принимают мощность, равную примерно десятой доле всей отапливаемой площади (в кВт). Но это только в самом общем случае. Для получения конкретного значения нужен расчёт. В вычислениях должны учитываться различные факторы. Перечислим их:

• Общая отапливаемая площадь.
• Регион, где действует рассчитываемое отопление.
• Стены дома, их теплоизоляция.
• Теплопотери крыши.
• Вид топлива котла.

А теперь непосредственно поговорим о расчёте мощности применительно к разным видам котлов: газовым, электрическим и твердотопливным.

Газовые котлы

Исходя из вышесказанного, мощность котельного оборудования для отопления рассчитывается по одной достаточно простой формуле:

N котла = S х N уд. / 10.

Здесь значения величин расшифровываются так:

• N котла - мощность данного конкретного агрегата;
• S - полная сумма площадей всех отапливаемых системой помещений;
• N уд. – удельная величина теплового генератора, требуемая для прогрева 10 кв. м. площади помещения.

Один из главных определяющих факторов для расчёта - это климатическая зона, регион, где используется это оборудование. То есть расчёт мощности твердотопливного котла ведётся со ссылкой на конкретные климатические условия.

Что характерно, если когда-то, во время существования ещё советских норм назначения мощности отопительной установки, считали 1 кВт. всегда равным 10 кв. метрам, то сегодня крайне необходимо производить точный расчёт для реальных условий.

При этом нужно принимать следующие значения N уд.

Для примера сделаем расчёт мощности твердотопливного котла отопления относительно Сибирского региона, где зимние морозы порой достигают -35 градусов по Цельсию. Возьмём N уд. = 1,8 кВт. Тогда для отопления дома общей площадью 100 кв. м. понадобится установка с характеристикой следующей расчётной величины:

N котла = 100 кв. м. х 1,8 / 10 = 18 кВт.

Как видим, примерное отношение количества киловатт к площади как один к десяти здесь не имеет силу.

Важно знать! Если известно, сколько киловатт у конкретной установки на твёрдом топливе, можно посчитать тот объём теплоносителя, иными словами, объём воды, который необходим для наполнения системы. Для этого просто достаточно полученную N теплогенератора умножить на 15.

В нашем случае объём воды в системе отопления равен 18 х 15 = 270 литров.

Однако учёта климатической составляющей для расчёта силовой характеристики теплогенератора в ряде случаев недостаточно. Необходимо помнить, что могут иметь место тепловые потери из-за определённой конструкции помещений. Прежде всего, нужно учитывать, каковы стены жилого помещения. Насколько утеплён дом - этот фактор имеет большое значение. Также важно учитывать строение крыши.

В целом можно воспользоваться специальным коэффициентом, на который нужно умножить полученную по нашей формуле мощность.

Этот коэффициент имеет такие приближённые значения:

• К = 1, если дому более 15 лет, а стены выполнены из кирпича, пеноблоков или дерева, причём стены утеплены;
• К = 1.5, если стены не утеплены;
• К = 1.8, если, кроме неутеплённых стен, у дома плохая крыша, которая пропускает тепло;
• К = 0.6 у современного дома с утеплением.

Предположим, в нашем случае дому 20 лет, он выстроен из кирпича и хорошо утеплён. Тогда мощность, рассчитанная в нашем примере, остаётся прежней:

N котла = 18х1 = 18 кВт.

Если же котёл устанавливается в квартире, то здесь необходимо учесть подобный коэффициент. Но для обычной квартиры, если она не на первом или последнем этаже, К будет равен 0,7. Если же квартира на первом или последнем этаже, то следует принять К = 1,1.

Как рассчитать мощность для электрокотлов

Электрические котлы используются для отопления нечасто. Основная причина в том, что электроэнергия сегодня слишком дорога, а максимальная мощность таких установок невысока. К тому же, возможны сбои и долговременные отключения электричества в сети.

Расчёт здесь можно произвести по той же формуле:

N котла = S х N уд. / 10,

после чего следует умножить полученный показатель на необходимые коэффициенты, о них мы уже писали.

Однако есть и другой, более точный в этом случае, метод. Укажем его.

Этот способ основывается на том, что первоначально берётся величина 40 Вт. Данная величина означает, что столько мощности без учёта дополнительных факторов необходимо для прогрева 1 м3. Далее расчёт ведётся так. Поскольку окна и двери являются источниками теплопотерь, то нужно прибавлять на каждое окно 100 Вт, а на дверь - 200 Вт.

На последнем этапе учитывают те же самые коэффициенты, о которых уже упоминалось выше.

Для примера рассчитаем таким способом мощность электрического котла, устанавливаемого в доме 80 м2 с высотой потолков 3 м, с пятью окнами и одной дверью.

N котла = 40х80х3+500+200=10300 Вт, или приближенно 10 кВт.

Если расчёт ведётся для квартиры на третьем этаже, необходимо полученную величину умножить, как уже говорилось, на понижающий коэффициент. Тогда N котла = 10х0.7=7 кВт.

Теперь поговорим о твердотопливных котлах.

Для твердотопливных

Этот вид оборудования, как ясно из названия, отличается использованием для отопления твёрдого топлива. Преимущества таких агрегатов очевидны большей частью в отдалённых посёлках и дачных обществах, где нет газопроводов. В качестве твёрдого топлива используются обычно дрова или пеллеты - прессованная стружка.

Методика расчёта мощности твердотопливных котлов идентична приведённой выше методике, характерной для газовых котлов отопления . Иными словами, расчёт ведётся по формуле:

N котла = S х N уд. / 10.

После расчёта силового показателя по этой формуле, его также умножают на приведённые выше коэффициенты.

Однако в этом случае необходимо учесть тот факт, что у твердотопливного котла низкий КПД. Поэтому после расчёта описанным методом следует прибавить запас мощности примерно 20%. Впрочем, если в системе отопления планируется использовать тепловой аккумулятор в виде ёмкости для накопления теплоносителя, то можно оставить расчётную величину.