Zapotrzebowanie na paliwo. Ile gazu spali kocioł?

zobacz artykuł w wersji pdf pdf  pdf   

 W tym artykule postaram się w prosty sposób pokazać, jak można oszacować zużycie gazu przez kocioł na podstawie kilku parametrów.

W przypadku gazu ziemnego można stosunkowo prosto obliczyć, ile gazu spali kocioł. Gaz ziemny występuje w trzech typach. Różnią się one składem, a co za tym idzie – wartością opałową i ciepłem spalania (tabela). Jeśli zatem użytkujemy kocioł gazowy zasilany gazem typu E (GZ50), to ze spalenia 1 m3 gazu kocioł teoretycznie uzyskuje przynajmniej 8,61 kWh energii cieplnej. Aby wyznaczyć wartość rzeczywistą, należy uwzględnić sprawność kotła. Kotły kondensacyjne charakteryzują się sprawnością do 109%, a kotły niskotemperaturowe do 98%. W praktyce sprawność kotła będzie zależeć od warunków pracy, takich jak temperatura wody w kotle i chwilowa moc grzewcza.

Kocioł kondensacyjny
Przyjmijmy, że chcemy obliczyć, ile gazu spali kocioł kondensacyjny pracujący z instalacją ogrzewania podłogowego (40/30). Średnia sprawność wyniesie ok. 105%. Ilość energii cieplnej z 1 m3 GZ50: 8,61 [kWh/m3] * 105% = 9,04 [kWh/m3].

Jeśli ogrzewamy 180 m2 domu o zapotrzebowaniu np. 120 kWh/(m2 * rok), otrzymujemy:
180 [m2] * 120 [kWh/(m2 * rok)] = 21 600 [kWh/rok],
21 600 [kWh/rok]/9,04 [kWh/m3] = 2389,4 [m3 GZ50/rok].

Ogrzewając kotłem gazowym kondensacyjnym dom o powierzchni 180 m2 i zapotrzebowaniu ok. 120 kWh/(m2 * rok), będziemy potrzebować ok. 2389 m3 gazu ziemnego GZ50. Znając cenę 1 m3 gazu, łatwo policzymy roczny szacunkowy koszt ogrzewania takiego domu.

Kocioł tradycyjny
Podobne obliczenia dla kotła tradycyjnego mogłyby wyglądać następująco:
* średnia sprawność wynosi ok. 90%,
* ilość energii cieplnej z 1 m3 GZ50 wynosi: 8,61 [kWh/m3] * 90% = 7,75 [kWh/m3].

Jeśli ogrzewamy 180 m2 domu o zapotrzebowaniu 120 kWh/m2 rok, otrzymujemy:
180 [m2] * 120 [kWh/(m2 * rok)] = 21 600 [kWh/rok],
21 600 [kWh/rok]/7,75 [kWh/m3] = 2787 [m3 GZ50/rok].

Ogrzewając tradycyjnym kotłem gazowym dom o powierzchni 180 m2 i zapotrzebowaniu ok. 120 kWh/m2 rok, będziemy potrzebować ok. 2787 m3 gazu ziemnego GZ50, czyli ok. 398 m3 więcej niż w przypadku kotła kondensacyjnego.

Zapotrzebowanie na ciepło
Roczne zapotrzebowanie na ciepło budynku (na m2) możemy przyjąć zgodnie z poniższym zestawieniem:
* budynek pasywny: 15-30 [kWh/(m2 * rok)],
* budynek niskoenergetyczny (rekuperacja): 70 [kWh/(m2 * rok)],
* nowe budownictwo (dobra izolacja cieplna): 90-120 [kWh/(m2 * rok)],* budynek starego typu: 150-200 [kWh/(m2 * rok)].

Ze względu na błąd założenia zapotrzebowania budynku na ciepło będą to obliczenia szacunkowe, w których nie są uwzględnione możliwości wystąpienia cieplejszych lub chłodniejszych zim. Obliczenia możemy dodatkowo wykorzystać przy podejmowaniu decyzji o modernizacji systemu grzewczego.

Wykres. Zmiana sprawności kotła w zależności od wykorzystania mocy kotła.
A – gazowy kocioł kondensacyjny w instalacji zaprojektowanej na temperaturę wody grzewczej 40/30°C.
B – gazowy kocioł kondensacyjny w instalacji zaprojektowanej na temperaturę wody grzewczej 75/60°C.
C – kocioł tradycyjny (niekondensacyjny) bez wymaganej minimalnej temperatury wody grzewczej.
D – kocioł tradycyjny z koniecznością utrzymywania minimalnej temperatury wody grzewczej w kotle 40°C.
E – kocioł grzewczy z 1974 roku – stała wysoka temperatura wody kotłowej 75°C.

Inny gaz
Przy innych typach gazu ziemnego lub innej sprawności kotła obliczenia wykonujemy analogicznie jak powyżej, przyjmując odpowiednie wartości ciepła spalania i sprawności kotła.

Bardziej skomplikowane jest obliczenie ilości i kosztów zużywanego gazu płynnego. Gaz płynny sprzedawany jest jako skroplony – na wagę w przenośnych butlach (butle 11 lub 30 kg) lub w litrach, magazynowany w zbiornikach o pojemności zależnej m.in. od zastosowanej mocy kotła. Zgodnie z polską normą PN-82/C-96000 „gazy węglowodorowe płynne (C3 – C4) są to skroplone i pozostające pod ciśnieniem własnych par mieszaniny węglowodorów alifatycznych, których podstawowymi składnikami określonymi w niniejszej normie literą C z indeksem liczbowym są: propan, propylen – C3, butan, buteny oraz butadieny – C4, a także w mniejszych ilościach: metan – C1, etan, etylen – C2, petany, peteny i wyższe – C5. Najczęściej użytkowany propan-butan C3H8+C4H10 jest mieszaniną o temperaturze wrzenia (w zależności od proporcji mieszanki): –20oC (dla mieszanki 30% propanu, 70% butanu) i wartości opałowej 46 MJ/kg, czyli ok. 12,77 kWh/kg.

Prześledźmy to na przykładzie:
* butla o zawartości 30 kg propan-butanu, zasilając kocioł kondensacyjny o średniej sprawności 105%, dostarczy:
* 12,77 [kWh/kg] * 105% = 13,41 [kWh/kg],
* 13,41 [kWh/kg] * 30 kg = 402,25 [kWh].

Teoretycznie kocioł o mocy 19 kW może więc pracować z maksymalną mocą przez około 21 godzin (402,25 [kWh]/19 [kW]).

Gaz w zbiornikach
Jeśli magazynujemy gaz w dużych zbiornikach, do wykonania podobnych obliczeń musimy wiedzieć, że:
* 1 dm3 gazu w fazie ciekłej = 0,52 kg,
* 1 kg gazu w fazie ciekłej = 1,92 dm3,
* 1 kg gazu w fazie ciekłej ma wartość opałową 46 MJ/kg, czyli ok. 12,77 kWh/kg,
* 1 dm3 gazu w fazie ciekłej ma wartość opałową 23,92 MJ/dm3, czyli ok. 6,64 kWh/dm3.

Po rozprężeniu w fazie gazowej:
* 1 m3 gazu w fazie gazowej = 2 kg,
* 1 kg gazu rozpręża się do 0,5 m3,
* 1 dm3 gazu w fazie ciekłej rozpręża się do 0,26 m3,

czyli wartość opałowa 1 m3 rozprężonego gazu wynosi 92 MJ/m3, czyli ok. 25,55 kWh/m3, a z 1 dm3 sprężonego gazu teoretycznie otrzymamy ok. 6,64 kWh energii cieplnej (przy założeniu 100% sprawności kotła).

Na ile więc starczy pełny zbiornik gazu płynnego o pojemności 2700 litrów? Pełny zbiornik oznacza napełnienie w 85%, czyli 2295 litrów gazu. Po rozprężeniu otrzymamy 596,7 m3. Przy założeniu sprawności kotła kondensacyjnego 105% możemy otrzymać:

596,7 [m3] * 25,55 [kWh/m3] * 105% = 16007,96 kWh energii cieplnej.

Kocioł kondensacyjny o mocy 19 kW mógłby pracować z maksymalną mocą:

16007,96 [kWh]/19 [kW] = 842,5 h, czyli ok. 35 dni.

Obliczając zużycie gazu do podgrzewu ciepłej wody użytkowej zakładamy sprawność kotła ok. 80-85%.

Zużycie maksymalne
Chcąc obliczyć maksymalne zużycie gazu przez nasz kocioł, musimy podzielić jego moc cieplną przez wartość opałową paliwa pomnożoną razy sprawność kotła. Przykładowo kocioł kondensacyjny o mocy 19 kW może spalić w ciągu jednej godziny pracy na pełnej mocy (GZ50):

19 [kW]/(8,61 [kWh/m3] * 105%) = 2,1 [m3/h].

A co z olejem?
Dla uzupełnienia podobne obliczenia mogą przeprowadzić posiadacze kotłów opalanych olejem opałowym. Wystarczy wiedzieć, że:
* wartość opałowa oleju opałowego lekkiego = 42,8 MJ/kg = 11,88 kWh/kg = 9,86 kWh/dm3,
* 1 kg oleju opałowego lekkiego = 1,17-1,22 dm3,
* 1 dm3 oleju opałowego lekkiego = 0,82-0,85 kg w zależności od temperatury (0,83 kg/dm3 w temperaturze 15oC).

dr inż. Paweł Kowalski

Wykres. Zmiana sprawności kotła w zależności od wykorzystania mocy kotła.
A – gazowy kocioł kondensacyjny w instalacji zaprojektowanej na temperaturę wody grzewczej 40/30°C.
B – gazowy kocioł kondensacyjny w instalacji zaprojektowanej na temperaturę wody grzewczej 75/60°C.
C – kocioł tradycyjny (niekondensacyjny) bez wymaganej minimalnej temperatury wody grzewczej.
D – kocioł tradycyjny z koniecznością utrzymywania minimalnej temperatury wody grzewczej w kotle 40°C.
E – kocioł grzewczy z 1974 roku – stała wysoka temperatura wody kotłowej 75°C.

Literatura:
Taryfa dla paliw gazowych PGNiG S.A.
Dokumentacje firmy Viessmann.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij