Развитие человеческой цивилизации привело к необходимости значительного увеличения потребления природных ресурсов. Большинство потребляемых ресурсов тратится для обеспечения комфортных условий для жизни человека. Оставшаяся часть расходуется на добычу новых ресурсов. С учетом того что человечество неуклонно продолжает увеличивать свою численность размеры и скорость потребления также растет. Однако следует отметить тот факт, что рост потребления, особенно в последнее время, имеет весьма сдержанную тенденцию а в некоторых сферах жизнедеятельности прекратился.
Данный факт свидетельство применения энергосберегающих технологий при использовании природных ресурсов. Как известно, существует несколько способов сбережения энергоносителей и, безусловно, первый из них – полный отказ от использования в определенной области и замена на возобновляемые источники. Такими источниками являются энергия Солнца, приливов/отливов, ветра и тепла Земли. Ко второму способу следует отнести энергию ядерного распада – наиболее перспективной по многочисленным оценкам отрасли энергетики. На третье место можно поставить современные разработки новых видов энергии, получаемой из синтеза двух и более традиционных способов получения энергии, перспективные, но пока не имеющие прямого применения в силу ряда объективных причин. К сожалению многих ни одна из перечисленных возможностей не может быть применена в чистом виде на практике. Таким образом остается выбор между доступным и эффективным.
Целью нашего исследования заключается в моделировании капитальных и эксплуатационных затрат при выборе определенного вида отопительной установки и вида энергоносителя, которым данная установка питается.
Для начала сузим рамки задач до размеров частного дома, расположенного в известной климатической зоне. Материалы, примененные при возведении данного дома, были подобраны таким образом, что соответствовали нормам по энергосбережению зданий. Для отопления данного дома будет применена отопительная система на традиционных видах топлива: электричество, природный газ, сжиженный газ, дизельное топливо. Дрова и уголь как имеющие настабильные и тепловые характеристики в современном мире также приниматься в расчет не будут. Нетрадиционные системы рассматриваться не будут по причине нестабильности результата и по причине необходимости в большинстве случаев для работы таких агрегатов дополнительно традиционных источников энергии.
Единственный способ увеличить энергосберегающие способности данного здания – применить отопительную установку, способную наилучшим образом использовать энергоноситель. Иными словами установку с наиболее высоким коэффициентом полезного действия.
Очевидно, что самый высокий КПД отопительной установки будет у электрического конвектора, поскольку такой прибор работает внутри помещения и не имеет связи с внешним пространством вне дома. Его потери это потери в проводниках на излучение не сопровождаемое выделением тепловой энергии. При этом ему не требуются никакая арматура для сборки системы кроме электрических проводов. Стоимость энергоносителя в такой тепловой установке колеблется в районе 1.20 руб. за 1 кВт потраченной энергии.
В ряде случаев, где использование электричества обосновано применяются электрические котлы. Их КПД ничуть не ниже чем КПД конвекторов, но система водяного отопления снижает КПД в целом за счет гидравлических потерь на сопротивление протекания теплоносителя по трубам. При аналогичной стоимости энергоносителя добавляются значительные капитальные расходы на устройство самой системы водяного отопления. Поэтому система отопления на электрическом котле имеет смысл только в случае комбинации с котлами на других энергоносителях поставляемых с перебоями или при полном отсутствии другого энергоносителя.
Оставшиеся системы имеют КПД значительно ниже, чем при использовании электричества за счет потерь тепла с уходящими газами – продуктами горения. Системы котельного оборудования на дизельном топливе имеют КПД не выше 80% в силу того, что отсутствует возможность полностью сжигать жидкое топливо. Кроме того, продукты горения данного топлива весьма токсичны, а само топливо имеет неприятный запах. Стоимость одного киловатта при сжигании такого топлива составляет в среднем около 0.83 рубля. Капитальные затраты увеличиваются в сравнении с системой на электрическом котле на стоимость установки дымохода равной 2000 руб./м.п. с учетом работ по устройству, а также стоимостью резервуара для топлива которая составляет 10000 руб. и работ по устройству резервуара 20000 руб.
Около 100000 руб. потратит на устройство хранилища заказчик строительства котельной на сжиженном газе. Эксплуатационные затраты будут несколько ниже котлов на дизельном топливе за счет того что стоимость киловатта равна 56 копейкам. Стоимость дымоотвода будет варьироваться в зависимости от конструкции котла.
Для атмосферного котла, самого дешевого из газовых, он будет стоить в районе 2000 руб./м.п. при КПД котла 85%.
Для конденсационного котла увеличивается стоимость дымохода до 3000 руб./м.п. при увеличении КПД до 92%.
Для котла с пульсирующим сгоранием потребуется дымоход стоимостью 100 руб./м.п. при КПД равном 98%.
Котлы на природном газе являются котлами с самым дешевым энергоносителем. На сегодняшний день за один киловатт сожженного природного газа требуется заплатить около 17 копеек. Для создания котельной установки на природном газе идеально подходят котлы, описанные для сжиженного газа. Капитальные расходы сокращаются на стоимость устройства емкостей под газ, но возрастают на подключение к магистрали газа на 180000 рублей.
Опыт проектирования и монтажа котельных для частных домов свидетельствует о том, что современные дома площадью до 400 м.кв. требуют на отопление мощность от 25 до 30 кВт. Высоты верхних точек расположены в пределах от 11 до 12,6 м. Сами котлы установлены на отметках от -1500 до -3000.
