Расход и норма газа на отопление дома 100 м2 – расчет потребления

На сегодняшний день одним из наиболее популярных видов отопительных систем является оборудование, функционирующее на газу. По экологичности данный способ стоит на уровне электрических установок, считается надежным и экономичным вариантом, естественно, речь идет об устройстве стационарного вида системы, а не о баллонах, требующих регулярной заправки.

Для того, чтобы определиться с типом отопительной установки, предварительно следует рассчитать расход газа на отопление дома 100 м². Таким образом, владелец сможет ориентироваться, на какую сумму для оплаты коммунальных услуг ему рассчитывать после монтажа техники.

Что учитывать при расчете?

Если устройство уже установлено, предлагаем изучить способы, как уменьшить среднее потребление газа в частном доме.

При расчетах, очень важно учитывать следующие факторы:

• Сколько этажей присутствует в здании;
• Какой вид утеплительного материала применялось при построении коттеджа;
• Общая площадь дома и габариты отапливаемых комнат;
• Есть ли в наличие пластиковые окна, плотные двери или открытые межкомнатные арки;
• Какую максимальную мощность воспроизводит газовое отопительное оборудование.

ВИДЕО: Расход газа котлом на отопление 1 м. кв. / год в квартире

Порядок подсчета расхода голубого топлива

Под значением природного типа топлива подразумевается любой вид газа, применяемый в качестве топливной смеси, добываемый из недр земли. На данный момент это наиболее оптимальный вариант для отопительных систем сетевого предназначения, поскольку он имеет сравнительно высокий уровень энергоэффективности, небольшую стоимость. Также стоит отметить отсутствие необходимости создания запасов топлива.

Природное топливо – самый бюджетный способ отопления

Чтобы осуществить расчеты природного газа на отопление дома 200 м², следует учитывать производительность не только котла, но и всей отопительной системы в целом. При желании получить более точные данные, во внимание принимаются помимо основных факторов, еще дополнительные:

• в какой климатической полосе располагается недвижимость;
• из какого материала выстроен дом;
• присутствует ли в коттедже теплосберегающая установка;
• какая общая площадь здания и максимальная точка возвышенности потолков.

Перед тем, как определиться с будущими тратами, владельцы коттеджей производят расчет требуемой тепловой мощности оборудования для обогрева определенной площади. При выявлении оптимального значения следует учитывать, что мощность, указанная в паспорте устройства считается максимальным показателем, который может выдавать показатель. Исходя из этого, нужно подбирать устройство с более высокими значениями. К примеру, если при расчете выяснилось, что для обогрева площади требуется 13-14 кВт, то отдавать предпочтение необходимо моделям с мощностью от 16 до 17 кВт.

Данный фактор так подробно разъясняется, чтобы внести в ситуацию ясность – правильно ли изначально рассчитывалась необходимая мощность для обогрева индивидуальных параметров дома, чтобы впоследствии норма трат была приближена к реальным показателям.

Часто владельцы недвижимости пользуются простой теплотехнической формулой – для дома 100 м² приходится 10 кВт.

Следует учесть, что теплопроводная жидкость расходуется практически в два раза меньше, чем выходит по формуле. Поскольку, на протяжении всего отопительного сезона температурный режим воздуха не является стабильным, показания счетчика в коттедже ежедневно тоже будут меняться от большего к меньшему значению потребления.

Пример: на каждый квадратный метр приходится 1 Вт энергии, но если учитывать реальные показатели, выходит 0,5 Вт/м²/час. Получается, для отопления дома 100 м. кв. необходимо 5 кВт/ч. Такой вариант считается очень удобным, однако решение задачи будет иметь большие погрешности.

Чтобы правильно подсчитать расход газа на отопление дома 100 м² в кубометрах следует воспользоваться формулой:

Обозначение символов:

«I»	Значение, определяющее необходимые объемы топлива для отопления в кубометрах
«G»	Максимальный расход тепловой мощности (кВт)
«QH»	Нижний уровень теплоты сгорания топливной смеси = 1,175 кВт/м3
«0,92»	Коэффициент полезного действия оборудования

Подставляем значения:

5/(1,175 х 0,92) = 0,53 м3/ч

Далее, получившееся значение умножаем на 24 часа (сутки) и на 30 дней, результат = 384.

Это и есть расход газа на отопление дома 100 м² в кубометрах.

Зная все необходимые значения, можно легко вычислить расходы за один день, месяц или вообще, весь отопительный сезон. Достаточно только посчитать количество дней, когда будет применяться отопительная система и умножить их на суточный расход природного топлива.

Расчет сжиженного топлива

Пользоваться централизованным газопроводом, несомненно, удобно и легко, однако не все имеют данной возможности, поскольку по некоторым поселочным пунктам его попросту не проводили. Владельцы подобной недвижимости применяют вместо природного топлива сжиженный газ, который хранится в баллонах или газгольдерах.

Расчет сжиженного газа для отопления дома или квартиры

Значение израсходования данного вида топлива имеет некоторые отличия. Если необходимо рассчитать расход сжиженного газа на отопление дома 100 м

2, который сгорает на 60 мин., нужно в основную формулу вставить обозначения коэффициента полезного действия данного топлива.

Помните, результат расходуемой сжиженной смеси обозначается в килограммах, которые после требуется вывести в измерительные единицы – литры. Уровень сгорания теплоносителя – 12,8 кВт/кг.

5/(12,8 х 0,92)=0,42 кг/ч

Естественно, если необходимо произвести расчет потребления газа на отопление частного дома при общих габаритах в 300 м², значение «5» требуется помножить на три, поскольку оно соответствует обогреву 100 м².

Далее переводим килограммы в литры, 1 л пропан-бутана = 0,54 кг, получается, что на один час работы газа нужно 0,78 л = 0,42-0,54. За целый день 18,7 литра уходит на отопление помещения площадью 100 кв.м., в месяц – 561 литров.

Если учитывать, что стандартные баллоны рассчитаны под топливо объемом в 42 л, тогда за 30 дней средний расход газа на отопление дома потребуется 14 заправленных резервуара, что сравнительно с природным газом, считается очень дорого.

Для быстрой ориентации, представляем приблизительную таблицу расчетов со стандартными габаритами, какой расход газа будет при большей отапливаемой площади.

100 м2	561 л
150 м2	841,5 л
200 м2	1122 л
250 м2	1402,5 л

Советы специалистов – варианты уменьшения расходов на отопление

Существуют некоторые строительные и технические мероприятия, которые позволяют значительно снизить общий расход топлива, предназначенного для отопления коттеджа. Естественно, в первую очередь потребуется заменить все окна и входные двери, поскольку именно данные факторы являются одними из основных причин утечки тепла. Далее следует обратить внимание на утеплительный материал и использовать его для создания теплоизоляционного слоя на наружной части стен, полов и крыши, особенно это качается коттеджей, выстроенных из кирпича или железобетона.

Уменьшить среднее потребление газа в частном доме можно при помощи следующих советов:

1. Установите систему «теплый пол», максимальный температурный уровень теплоносителя устройства достигает 50^оС, что на 40^оС меньше радиаторных установок, при этом эффект такой же.
2. Запрограммируйте оборудование на несколько режимов обогрева дома. Например, если в дневное время нагрев будет менее интенсивный, чем ночью, можно сэкономить до 30% топлива. К тому же, какой толк от сильного отопления дома днем, когда владелец находится на работе?
3. Проведите качественную теплоизоляцию дома или квартиры, вплоть до замены окон и дверей – это тот самый случай, когда лучше 1 раз потратиться, чтобы потом экономить до 40% на оплате расходов за отопление.

Самое главное, создайте грамотную организацию подогрева потока воздуха, приходящего с улицы и вы сможете сэкономить несколько кубов газа. 

ВИДЕО: Как снизить расход бытового газа

Рассчитываем расход сжиженного газа на отопление дома 100 м2 -Мастер водовед

17 февраля 2020г.

Сейчас газ повсеместно используется для отопления частного дома. Этот способ является наиболее экономически выгодным и позволяет отапливать дом с максимальной эффективностью.

Большинство частных домов отапливается газом, который поступает от общего газопровода. Но что делать, если газ в дом не подведен? Выходом в данной ситуации будет являться использование сжиженного газа.

Ниже мы рассчитаем расход сжиженного газа на отопление дома 100 м2 . Это очень важно, так как данный параметр необходим для расчета месячной стоимости автономного отопления сжиженным газом.

Подсчитываем расход сжиженного газа.

 

Расход зависит от нескольких факторов. К ним относятся площадь отапливаемых помещений; используемые при строительстве материалы; степень утепления пола, потолков и стен; мощность и КПД оборудования.

Расход газа будем измерять в кг/ч. Экспериментально доказано, что на каждые 10 квадратов отапливаемой площади необходимо 1 кВт мощности. Ввиду технического несовершенства любого оборудования, учтем его КПД.

Среднее значение коэффициента полезного действия для современных котлов равно примерно 90 процентов. Также необходимо учесть и потери тепла сквозь поверхности, которые оцениваются приблизительно в 30 %.

Опыт использования показал, что следующая формула, которая для простоты приведена в буквенном виде, позволяет достаточно правильно определить расход:

Величина удельной теплоты горения находится в справочниках по теплотехнике. Она в нашем случае равна 14 кВтч на 1 кг. Теперь давайте посчитаем нужную нам величину.

Результаты расчета расход сжиженного газа:

Для нахождения суточного расхода, умножим полученное значение на 24. Получим 27,36 кг сжиженного газа в сутки. Однако, этот результат соответствует постоянной работе котла в режиме постоянной мощности.

На деле же котел работает 12-15 часов. Поэтому реальный суточный расход будет равен приблизительно 13,7 кг.

Уменьшаем расход газа.

Давайте сделаем ряд выводов, которые позволят нам сделать это. Если внимательно посмотреть на формулу, можно увидеть, что большое влияние на расход газа оказывают потери тепла, связанные с несовершенством оборудования и тепловой изоляцией помещений.

Для снижения расхода газа, а, значит, и затрат на отопление, можно порекомендовать ряд мер. Прежде всего это приобретение газового оборудования с большим коэффициентом полезного действия и дополнительное утепление дома.

Также необходимо уделить вниманию качеству газа, который используется при отоплении.

Чем больше примесей в топливе, тем меньше тепла выделяется при сгорании одного килограмма газа.

Выбор хороших поставщиков может заметно снизить стоимость отопления. Ещё одним способом снижения затрат является использование автоматики для регулирования работы газового котла и поддержания постоянной заданной температуры.

Также следует уделять внимание своевременному техническому обслуживанию оборудования, что поможет поддерживать его эффективность на начальном уровне. Всё это может позволить сократить расход сжиженного газа.

Автономная газификация – расход газа в частном доме

В данной статье мы постараемся определить оптимальный расход газа для частного дома при установке системы автономной газификации, в том числе для отопления и бытовых нужд.

Автономная газификация давно заслужила звание оптимального выбора для частного дома, дачи, коттеджа. О ее достоинствах также слышали все: безопасность, удобство, независимости от централизованной сети газовода, плюс – экономия средств. Чтобы убедиться в последнем стоит заранее подсчитать расход газа, который вас ждет в отопительном сезоне.

Что влияет на расход топлива в частном доме:

1. Материал и конструкция дома сильно влияют на расход газа: теплопроводность древесины ниже, чем у кирпича. В то же время, если кирпичные стены имеют достаточную толщину – теплопотери ниже. Чем больше площадь окон, тем больше потери тепла. Бетонные стены имеют высокую теплопроводность, из-за чего расход газа в таком частном доме возрастает.

2. Периодичность отопления. Если речь идет о даче, то расход газа будет ниже: зимой большинство людей приезжают на дачу раз в несколько недель, обогрев работает соответственно. А вот если автономная газификация планируется для дома, где постоянно живут люди, то и количества газа на отопление потребуется большее.

3. Размеры отапливаемых газом помещения. Расход газа рассчитывается исходя из отапливаемой площади. В случае с СУГ (сниженным углеводородным газом) средний расход составляет 25 литров на 1 кв.м. площади.

4. Желаемый температурный режим: кому-то комфортно при 18-20 С, а кому-то не хватает и 25 С чтобы не мерзнуть. Чем выше установленная температура, тем больше расход газа на отопление частного дома.

Расход газа для коттеджа, дачи или дома разный и зависит от площади:

Расход газа на отопление частного дома 100 м2

В нашей стране все дачи похожи между собой по габаритам. В основном это небольшие домики до 100 кв.м. по площади. Рекомендованный объем газгольдера для них составляет 2500-3000 литров. В норме до 70% от этого объема израсходуется на отопительный сезон, а остальные 30% смогут обеспечивать вас топливом для других бытовых потребностей, к примеру, для приготовления еды на газовой плите.

Расход газа на отопление частного дома 200-300 м2

Коттеджи строятся по нескольким типовым проектам, однако в основном не превышают по площади 300 кв.м. Официальная длительность отопительного сезона 5256 часов. На такую площадь с учетом постоянного режима проживания достаточно резервуара объемом от 4500 до 4850 литров. Такое количество СУГ позволит поддерживать температуру на уровне 20-23 градусов и заправлять газгольдер не чаще 3-х раз в год (при условии максимальной заправки).

Расход газа для большого частного дома

Для частных и загородных домов расход топлива имеет смысл рассчитывать индивидуально, опираясь на материалы, конструкцию, площадь и количество жильцов в здании. Для жилых построек до 850 кв.м подойдут резервуары для СУГ объемом 5600-6500 литров. Однако необходимо учитывать, что наличие бассейна в помещении меняет расход топлива в большую сторону, тогда как подвал сокращает его. В целом же 6500 литров достаточно для того, чтобы заправить резервуар до отопительного сезона и наметить следующую заправку уже после его окончания.

Таким образом, расход топлива определяется для каждого дома отдельно, исходя особенностей его конструкции и эксплуатации. А именно использование СУГ является наиболее экономным по сравнению с электроэнергией или дизтопливом. Совершенствуете старый дом или строите новый? Обратитесь к автономной газификации – и в вашем жилье никто не будет холодно!

Таблица расхода газа для разных типов домов:

Ознакомиться с стоимостью доставки газа для газгольдеров – на этой странице.

Опубликовано: 2016-04-03

Как определить расход газа на отопление дома?

Ни один частный дом не может быть жилым, если в нем нет качественной и надежной отопительной системы. Ведь особенности климата страны таковы, что большую часть года наши дома нуждаются в дополнительном обогреве.

Что лучше?

На сегодняшний день существует значительное количество видов отопительных котлов, рассчитанных на разные типы топлива.

Наиболее популярными являются:

• Твердотопливные котлы – их недостаток в довольно больших размерах, высокой стоимости, необходимости регулярной чистки и хранения больших запасов топлива (дрова, уголь, пеллеты и так далее).
• Электрокотлы – качественно работающее оборудование, эксплуатация которого обходится очень дорого. Кроме того, возможность подключения к электросети в отдаленных поселках отсутствует.
• Газовые котлы – наиболее востребованный вид. Доступная стоимость топлива полностью компенсирует высокую стоимость оборудования.

Еще во время планирования самого отопления следует выбрать, какой именно котел будет установлен, и, соответственно, на каком топливе он будет работать.

Баллоны для отопления газом

Чаще всего наши соотечественники останавливают выбор именно на газовых котлах. Причин тому несколько. Прежде всего, это доступность данного типа топлива. В настоящее время газифицированными являются практически все поселки. Но даже если нет возможности подключения к газопроводу, всегда можно пользоваться газом в баллонах.

Разумеется, такой вариант больше подходит в том случае, если планируется временное проживание в доме. То есть, отопительная система делается в дачном домике или загородном коттедже, куда приезжают на выходные.

Однако, применение баллонов с газом для постоянного отопления дома на протяжении нескольких месяцев будет стоить значительно дешевле, чем использование электроэнергии или твердого топлива.

Разумеется, при планировании отопительной системы большинство владельцев интересует вопрос, а каким же будет расход газа на отопление дома?

Инструкция по расчету газа

На самом деле, в подобных подсчетах нет ничего сложного. Но следует понимать, что расход газа зависит от многих параметров.

В частности:

• Длительность отопительного периода: здесь следует учесть именно временной фактор. Расход топлива будет кардинально отличаться в зависимости от длительности вашего проживания в доме. То есть, владельцы загородных коттеджей, приезжающие на выходные, будут платить намного меньше, чем те, кто проживает в доме постоянно.
• Интенсивность отопления  — данный параметр напрямую связан с уровнем утепленности дома. При значительной теплопотере качество отопления сильно страдает. Соответственно, отопительный котел будет работать «на максимуме».
• Площадь дома.
• Тип отопительного котла: есть современные модели котлов, которые самостоятельно контролируют и уровень нагрева, и температуру во всех комнатах дома. Такие котлы при необходимости временно прекращают работу: то есть, происходит значительная экономия топлива.
• Уровень утепленности здания — если дом не утеплен, большая часть вырабатываемого  тепла будет просто «улетать в трубу».

Рассмотрим расчет на примере

Для примера попробуем рассчитать расход газа на отопление дома 100 м².

Согласно общепринятым нормативам, для прогрева до комфортной температуры 10 м² помещения требуется 1 кВт тепла. Соответственно, для дома указанной площади требуется 10 кВт тепловой энергии в час. В месяц мы получим: 10*24*30=7200 кВт.

Отопительный сезон длится около 7 месяцев, но, как правило, котел работает не на полную мощность. Наиболее интенсивно отопительная система работает в зимние месяцы. Да и то не во всех регионах страны требуется круглосуточная работа отопительного котла на полную мощность.

Поэтому показатель можно усреднить 7200/2=3600. Считаем, сколько энергии вырабатывается на обогрев дома в течение всего отопительного сезона: 3600*7=25200 кВт. Расход газа в газовых котлах отопления составляет 1 м³ топлива=10кВт/час. Соответственно, для того, чтобы в доме площадью 100 м² на протяжении всего отопительного сезона было тепло и уютно потребуется около 2520 м³ газа.

Благодаря указанным формулам легко можно рассчитать расход газа на отопление дома 200 м² или любой другой площади. А, уже имея приблизительные данные по расходу топлива, можно определить, сколько же придется заплатить за тепло в доме.

Как сэкономить?

Полученные цифры не всегда устраивают владельцев домов. И у всех возникает естественный и логичный вопрос: а как же сэкономить?

Снизать расход газа на отопление довольно просто – необходимо утеплить дом. Конечно, это может показаться весьма затратным делом. Но будьте уверены – все затраты в скором времени возместятся. Для начала определим, куда же уходит тепло из дома.

Основными причинами теплопотери являются:

1. тонкие стены – если стены здания не утеплены, теплопотеря составляет около 30%;
2. крыша – потеря тепла – до 20%;
3. старые окна и двери – теплопотеря до 30%;
4. пол и подвал – потеря тепла 10%;
5. дымоход – потеря тепла около 10%.

Для обогрева такого дома потребуется более мощный котел с высоким потреблением топлива. А это крайне невыгодно. Таким образом, наиболее рациональным решением станет замен окон на новые, замена дверей, утепление стен, пола и потолка.

На самом деле, все это не требует значительных капиталовложений. Потратившись на утепление всего дома, вы на долгие годы забудете о том, что нужно платить непомерно высокие суммы за израсходованный газ.

Важно: правильно определить уровень теплопотери сможет только специалист. Но многие стараются сэкономить и на этом, отказываются от услуг профессионалов. А между тем, мастер не только определит уровень потери тепла, но и подскажет основные ее причины и способы решения проблемы. Точно также к услугам профессионала следует прибегать при выборе отопительного котла и проектировании системы. И при необходимости сам мастер, зная особенности вашего дома, сможет наиболее точно рассчитать расход газа.

Еще одна важная особенность, которая позволит сэкономить – использование современного оборудования. Как уже было сказано ранее, сегодня можно приобрести качественные автоматические котлы, которые самостоятельно регулируют интенсивность расходования топлива. Такой котел при необходимости снижает расход газа на отопление дома до минимума. При этом во всех комнатах всегда тепло и комфортно.

Вывод

Создание отопительной системы требует проведения многочисленных расчетов. Не хотите тратить на них время или боитесь ошибиться – нанимайте профессионала, имеющего значительный опыт.

Он проведет вычисления, которые и покажут, насколько целесообразным является использование газа для отопления вашего дома.

Посмотрите видео советы о том, как сильно экономить на газовом отоплении: поднимаем КПД котла, снижаем расход газа.

Надеемся, что материал был для вас полезен и трудностей с расчетами не возниктне.

Хорошего вам дня!

Нормальный расход газа на отопление дома 200м2. Расход газа в частном доме

Расчет расхода газа на отопление дома площадью 100 м2 в кубометрах является задачей начальной школы пропорционально. Достаточно знать, сколько топлива нужно для обогрева единицы площади индивидуального дома.

Пригодятся еще два коэффициента тепловой мощности: один для магистрального газа, второй для сжиженной смеси бутана и пропана.

Почему выбирают газ

В прошлом веке дрова были выбраны как экономически выгодный вид топлива.С развитием механики и технологий пальма первенства перешла к каменному углю. Открытие месторождений природного горючего газа давило на уголь, и вредных выбросов в атмосферу стало меньше.

Настала эра развития зеленой энергетики и использования возобновляемых источников энергии в виде солнечной радиации и ветра. Но не везде количества ветреных дней достаточно для выработки и накопления электроэнергии, необходимой для нагрева водогрейного котла. Солнечные панели по-прежнему дороги.Человек придерживается консервативного и недорогого способа обогрева жилища – природного газа.

Сравните выбросы от сжигания угля и природного газа.

Загрязнитель	Выбросы от максимально возможного сжигания
	Уголь, г / т	Природный газ, г / м3
	% от рабочей массы топлива
Двуокись углерода CO 2
Оксиды азота в пересчете на NO 2
Оксиды серы в пересчете на SO 2		–
Бензапирен	0,014

Как видно из таблицы, содержание опасных для здоровья человека веществ в газе ниже, чем в угле. Поэтому для обогрева жилища используется природное голубое топливо.

Общие параметры влияния на объем сожженного топлива

Количество топлива для обогрева жилища учитывается либо в литрах, либо в кубических метрах. — Если газ подается в жилой дом через централизованную систему газоснабжения, то учет ведется в кубометрах.

При подключении дома к автономной системе отопления используется природный сжиженный газ в баллонах, учет ведется в литрах.

При одинаковой площади жилья расход топлива на отопление зависит от нескольких параметров:

• год постройки;
• этажность;
• строительные материалы;
• конструктивные особенности оконных и дверных проемов;
• тип отопительного агрегата.

Стены, крыши, двери и окна являются источниками потерь тепла. Ни один мощный отопительный котел не спасет, если двери и окна не закрываются плотно, если в стыках стен и потолка есть трещины.При установке в доме газового котла необходимо провести мероприятия по восстановлению теплоизоляции.

Расчет количества газа для отопления жилья

Проведем расчет для климатических условий Южного Урала. По правилам интервал обогрева жилья устанавливается с 15 сентября по 15 мая. Рациональность нормы подтверждается тем, что на Урале в первой половине мая больше, а во второй половине сентября – больше. уже идет снег.Продолжительность 242 дня. Начало и окончание нагрева потребитель настроит самостоятельно.

Подача тепла в гостиную длится 24 часа. Всего газа нужно сжечь 5808 часов. Это максимальное время, необходимое для работы газового оборудования.

Аксиома тепловых расчетов: для обогрева 10 квадратных метров жилья требуется 1 киловатт энергии. Тогда на рассмотренный в примере дом потребность составит 10 киловатт. Реально эта норма вдвое меньше из-за внезапной ранней и теплой весны, либо долгой и жаркой осени, либо зимних заморозков не уральских, а крымских похолоданий.Договариваемся, что расход энергии на обогрев сотки жилплощади составит 5 киловатт.

Рассчитайте расход газа в час. Примем:

0,92 – максимальный КПД отопительного агрегата;

H – объем расхода газа на отопление дома 100 м2 в м3;

Т – мощность на обогрев 100 м2, киловатт;

C – низшая теплотворная способность основного топлива 10,175 кВт / м 3.

Тогда H = T / (C * 0,92) = 0,5341 м 3 / ч.

Следовательно, расход газа на отопление дома площадью 100 м2 в кубометрах составит 3102 м 3.

Автономное отопление на сжиженной газовой смеси

Если природный газ не подключен к зданию магистралью, то котел подключается к баллону или газовому баллону со смесью пропан-бутан. Учет сжиженного газа ведется в килограммах. Следовательно, значение «C» из формулы расчета равно 12,8 кВт / кг.

Вес одного литра смеси 0,54 кг. Рассчитайте вес почасового объема смеси.

H = 5 / (12.8 * 0,92) = 0,4246 кг / ч жидкой смеси.

Теперь осталось посчитать отопление дома 100 м2 в литрах.

Объем L = 0,4246 * 5808 = 2466 литров.

Сколько баллонов нужно долить на один отопительный сезон? В один цилиндр умещается 42 литра топлива. Понадобится всего

,

, 2466/42 = 59 цилиндров.

Цена вопроса

В Челябинской области стоимость 1 кубометра природного газа равна 6,15 руб / м 3.

Смесь сжиженная в баллонах без доставки в зависимости от площади составляет 16.82-19,26 рубля за килограмм.

Монополисты только поднимают цены. Пора снизить нагрузку на кошелек потребителя. Об утеплении окон и дверей говорилось выше. Но разработаны и другие способы. Занятия добавят комфорта жилью и снизят расходы на отопление.

Уменьшение количества топлива для отопления отдельного дома за счет любого из трех мероприятий или всего комплекса:

Современные газовые отопительные котлы работают на обоих видах топлива после настройки горелки мастером-газовщиком. .

Если позволяет бюджет, при использовании сжиженного газа лучше устанавливать не пару отдельных баллонов, а газовые клапаны для групповых установок с автоматическим управлением.

Приведенная в статье формула используется для расчета стоимости газового топлива для дома любой площади. Тщательно примените коэффициенты для основного газа и для сжиженной смеси пропана и бутана.

По совокупности критериев удобства и экономичности, вероятно, никакая другая система не может сравниться с системой водяного отопления, работающей на природном газе.Это обуславливает наибольшую популярность такой схемы – по возможности ее выбирают владельцы загородных домов. А в последнее время владельцы городских квартир все чаще стремятся добиться полной автономии в этом вопросе, устанавливая газовые котлы. Да, необходимы значительные первоначальные затраты и организационные усилия, но взамен домовладельцы имеют возможность создать требуемый уровень комфорта в своих владениях и с минимальными эксплуатационными расходами.

Однако у ретивого хозяина мало словесных заверений в экономии газового отопительного оборудования – я все же хочу знать, к какому энергопотреблению нужно быть готовым, чтобы, ориентируясь на местные тарифы, выразить затраты в денежном выражении. Этому посвящена данная публикация, которую изначально планировалось назвать «Расход газа на отопление дома – формулы и примеры расчетов для комнаты площадью 100 м²». Но все же автор посчитал это не совсем справедливым. Во-первых, почему всего 100 кв. А во-вторых, расход будет зависеть не только от площади, и даже можно сказать, что не столько от нее, сколько от ряда факторов, предопределенных спецификой каждого конкретного дома.

Поэтому мы скорее поговорим о методике расчета, которая должна подходить для любого жилого дома или квартиры.Расчеты выглядят довольно громоздко, но не волнуйтесь – мы сделали все возможное, чтобы их легко мог провести любой домовладелец, который раньше этого даже не делал.

Общие принципы расчета тепловой мощности и потребления энергии

А почему вообще такие вычисления происходят?

Использование газа в качестве энергоносителя для работы системы отопления выгодно со всех сторон.Во-первых, они привлекают вполне доступные тарифы на «голубое топливо» – они не идут ни в какое сравнение с кажущейся более удобной и безопасной электроэнергией. По стоимости могут конкурировать только доступные виды. твердое топливо, например, если нет особых проблем с заготовкой или покупкой дров. Но по эксплуатационным расходам – ​​необходимость регулярной подачи, организации правильного хранения и постоянного контроля загрузки котла, твердотопливное отопительное оборудование полностью теряет газ, подключенный к сетевому питанию.

Короче говоря, если есть возможность выбрать такой способ отопления жилища, то в целесообразности установки газового котла сомневаться не приходится.

Понятно, что при выборе котла одним из ключевых критериев всегда является его тепловая мощность, то есть способность генерировать определенное количество тепловой энергии. Проще говоря, приобретаемое оборудование должно обеспечивать сохранение своих технических параметров. комфортные условия проживания в любых, даже самых неблагоприятных складных условиях.Этот показатель чаще всего указывается в киловаттах, и, конечно же, отражается на стоимости котла, его габаритах и ​​расходе газа. Это означает, что перед выбором стоит задача приобрести модель, полностью отвечающую потребностям, но при этом не имеющую излишне завышенных характеристик – это невыгодно для владельцев и не очень полезно для самой техники.

Важно понимать еще одну вещь. Это то, что указанная мощность газового котла всегда показывает его максимальный энергетический потенциал.При правильном подходе она непременно должна немного превышать расчетные данные необходимого теплопритока для конкретного дома. Таким образом, закладывается тот самый оперативный резерв, который, возможно, когда-нибудь понадобится при самых неблагоприятных условиях, например, при сильном морозе, что необычно для региона, где он обитает. Например, если расчеты показывают, что для загородного дома потребность в тепловой энергии составляет, скажем, 9,2 кВт, разумнее остановить свой выбор на модели с тепловой мощностью 11.6 кВт.

Будет ли эта мощность полностью востребована? – вполне возможно, что нет. Но его запас не выглядит чрезмерным.

Почему все это объясняется так подробно? Но только для того, чтобы читатель мог уточнить один важный момент. Совершенно неправильно рассчитывать расход газа той или иной системы отопления, исходя только из паспортных характеристик оборудования. Да, как правило, в технической документации, прилагаемой к отопительному агрегату, указывается расход энергоносителя в единицу времени (м³ / ч), но это опять же в большей степени теоретическое значение.А если попытаться получить желаемый прогноз потребления, просто умножив этот паспортный параметр на количество часов (а далее, дней, недель, месяцев) работы, можно прийти к таким показателям, что будет страшно! ..

Часто в паспортах указывается диапазон потребления – указываются границы минимального и максимального потребления. Но это, вероятно, не очень поможет при проведении расчетов реальных потребностей.

Но все же очень полезно знать потребление газа как можно ближе к реальности.Это поможет, в первую очередь, при планировании семейного бюджета. Но во-вторых, обладание такой информацией должно вольно или невольно побуждать рьяных собственников искать резервы экономии энергии – возможно, потребуется предпринять определенные шаги, чтобы снизить потребление до минимально возможного.

Определение необходимой тепловой мощности для эффективного отопления дома или квартиры

Итак, отправной точкой для определения расхода газа на отопление остается необходимая для этого тепловая мощность.С него и мы начнем наши расчеты.

Если просмотреть множество публикаций по данной теме, размещенных в Интернете, то чаще всего можно встретить рекомендации по расчету необходимой мощности, исходя из площади отапливаемого помещения. Причем для этого дается постоянная: 100 Вт на 1 квадратный метр площади (или 1 кВт на 10 м²).

Удобно? – определенно! Без всяких расчетов, даже не используя лист бумаги и карандаш, вы в уме проделываете несложные арифметические операции, например, для дома площадью 100 «квадратов» требуется как минимум 10-ваттный котел.

Ну а как же точность таких расчетов? Увы, но в этом вопросе не все так хорошо …

Судите сами.

Например, будут ли помещения одной площади равными по теплопотреблению, например, в Краснодарском крае или районах Серверного Урала? Есть ли разница между помещением, граничащим с отапливаемым помещением, то есть имеющим только одну внешнюю стену, и угловой, к тому же все еще обращенной на наветренную северную сторону? Вам понадобится дифференцированный подход к комнатам с одним окном или с панорамными окнами? Можно перечислить еще несколько похожих, кстати, вполне очевидных моментов – в принципе, с этим мы разберемся практически, когда перейдем к расчету.

Итак, можно не сомневаться, что необходимое количество тепловой энергии для обогрева помещения зависит не только от его площади – необходимо учитывать ряд факторов, связанных с особенностями региона и конкретным расположением помещения. постройка, и специфика конкретного помещения. Понятно, что комнаты внутри даже одного дома могут иметь существенные отличия. Таким образом, наиболее правильным подходом будет расчет потребности в тепловой мощности для каждого помещения, где будут установлены отопительные приборы, а затем, суммируя их, найти общий показатель для дома (квартиры).

Предлагаемый алгоритм расчета не претендует на звание «титула» профессионального расчета, но имеет достаточную степень точности, проверенную практикой. Чтобы максимально упростить задачу нашему читателю, предлагаем воспользоваться расположенным ниже онлайн-калькулятором, в программе которого уже выполнены все необходимые зависимости и поправочные коэффициенты. Для большей наглядности в текстовом поле под калькулятором будет представлено краткое руководство по расчетам.

Калькулятор для расчета необходимой тепловой мощности на отопление (для конкретного помещения)

Расчет ведется по каждой комнате отдельно.
Последовательно введите требуемые значения или отметьте нужные опции в предложенных списках.
Нажмите «ДЛЯ РАСЧЕТА НЕОБХОДИМОЙ ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ»

Площадь номера, м²

100 Вт на кв. м

Высота потолка в помещении

До 2,7 м 2,8 ÷ 3,0 м 3,1 ÷ 3,5 м 3,6 ÷ 4,0 м более 4,1 м

Количество внешних стен

Нет два три

Наружные стены смотреть на:

Положение внешней стены относительно зимней «розы ветров»

Уровень отрицательных температур воздуха в регионе в самую холодную неделю года.

35 ° С и ниже от – 30 ° С до – 34 ° С от – 25 ° С до – 29 ° С от – 20 ° С до – 24 ° С от – 15 ° С до – 19 ° С от – 10 ° С до – 14 ° С не холоднее – 10 ° С

Какая степень утепления внешних стен?

Наружные стены не утеплены. Средняя степень теплоизоляции. Наружные стены имеют качественную изоляцию.

Что находится ниже?

Холодный пол на земле или над неотапливаемым помещением Изолированный пол на земле или над неотапливаемым помещением Нижняя часть помещения – отапливаемое помещение

Что находится сверху?

Холодный чердак или неотапливаемое и неотапливаемое помещение Изолированный чердак или другое помещение Отапливаемое помещение

Тип установленных окон

Количество окон в комнате

Высота окна, м

Ширина окна, м

Двери на улицу или на холодный балкон:

Пояснения к расчету тепловой мощности

• Начнем с площади комнаты. И в качестве начального значения мы все равно возьмем те самые 100 Вт на квадратный метр, но в процессе расчета будет введено множество поправочных коэффициентов. В поле ввода (ползунок) необходимо указать площадь помещения в квадратных метрах.
• Конечно, на необходимое количество энергии влияет объем помещения – для стандартных потолков 2,7 м и высоких потолков 3,5 ÷ 4 м итоговые значения будут отличаться. Поэтому программа расчета внесет поправку в высоту потолков – их необходимо выбрать из предложенного выпадающего списка.
• Большое значение имеет количество стен помещения, непосредственно выходящих на улицу. Поэтому в следующем пункте нужно указать количество внешних стен: предлагаются варианты от «0» до «3» – каждое из значений будет иметь свой поправочный коэффициент.
• Даже в очень морозный, но ясный день солнце может создавать микроклимат в помещении – уменьшается количество теплопотерь, прямые лучи, проникающие в окна, заметно нагревают комнату. Но это характерно только для стен, выходящих на южную сторону. Укажите следующей точкой ввода данных примерное расположение внешней стены комнаты – и программа внесет необходимые корректировки.

• Многие дома, как загородные, так и городские, расположены таким образом, что внешняя стена помещения большую часть зимы находится с наветренной стороны. Если владельцы знают направление преобладающей зимней розы ветров, то это обстоятельство можно учесть при расчетах. Понятно, что наветренная стенка всегда будет сильнее охлаждаться – и программа расчета поддерживает соответствующий поправочный коэффициент.Если такой информации нет, можете пропустить этот пункт – но в этом случае расчет будет вестись для самого неблагоприятного места.

• Следующий параметр подстроится под климатические особенности вашего региона проживания. Речь идет о температурных показателях, которые здесь свойственны самой холодной декаде зимы. Это важно – речь идет о тех значениях, которые являются нормой, то есть они не входят в категорию тех аномальных заморозков, которых раз в несколько лет нет-нет и даже «посещают» какой-либо регион, а затем , в силу своей нетипичности, остаются в памяти.

• Уровень теплопотерь напрямую зависит от степени теплоизоляции стен. В следующем поле ввода данных вам необходимо оценить его, выбрав один из трех вариантов. При этом полностью утепленная стена может считаться только в том случае, если теплоизоляционные работы проводились в полном объеме и основывались на результатах выполненных теплотехнических расчетов.

К средней степени утепления можно отнести стены, облицованные «теплыми» материалами, например, натуральным деревом (бревно, брус), газосиликатными блоками толщиной 300-400 мм, пустотелым кирпичом – кладочным и полтора-два кирпича.

В списке также указаны неутепленные стены, но на самом деле в жилом доме такого быть не должно – никакая система отопления не сможет эффективно поддерживать комфортный микроклимат, а затраты на электроэнергию будут «космическими».

• Значительное количество теплопотерь всегда приходится на потолок – полы и потолки помещений. Поэтому было бы вполне разумно оценивать «соседство» рассчитываемой комнаты, так сказать, по вертикали, то есть сверху и снизу. Этому посвящены следующие два поля нашего калькулятора – в зависимости от указанной опции программа расчета внесет необходимые корректировки.

• Вся группа полей ввода данных посвящена окнам.

– Во-первых, стоит оценить качество окон, так как оно всегда зависит от того, насколько быстро будет выдавливаться комната.

– Далее нужно указать количество окон и их размеры. На основе этих данных программа рассчитает «коэффициент остекления», то есть отношение площади окон к площади комнаты.Полученное значение будет основой для соответствующей корректировки окончательного результата.

• Наконец, в рассматриваемой комнате может быть дверь «в холод» – прямо на улицу, на балкон или, скажем, в неотапливаемую комнату. Если эту дверь использовать регулярно, то каждое ее открывание будет сопровождаться значительным притоком холодного воздуха. Это означает, что дополнительная задача по компенсации таких тепловых потерь ложится не на систему отопления этого помещения. Выберите свой вариант в предложенном списке – и программа внесет необходимые коррективы.

После ввода данных остается только нажать на кнопку «Рассчитать» – и будет получен ответ, выраженный в ваттах и ​​киловаттах.

Теперь о том, как этот расчет будет удобнее всего проводить на практике. Такой способ кажется оптимальным:

– Для начала берется план вашего дома (квартиры) – в нем обязательно указываются все необходимые размерные параметры.В качестве примера возьмем полностью выведенный план этажа загородного дома.

– Далее имеет смысл создать таблицу (например, в Excel, а можно просто на листе бумаги). Таблица произвольной формы, но в ней должны быть перечислены все помещения, охваченные системой отопления, и характерные особенности каждого из них. Понятно, что значение зимних температур для всех комнат будет единым значением, и достаточно ввести его один раз. Пусть, например, будет -20 ° С.

Например, таблица может выглядеть так:

Помещение	Площадь, высота потолков	Наружные стены, количество, расположение по сторонам света и розе ветров, степень теплоизоляции	Что сверху и снизу	Окна – тип, количество, размер, наличие выхода на улицу	Требуемая тепловая мощность
ИТОГО ПО ДОМУ	196 м²				16. 8 кВт
1 ЭТАЖ
Прихожая	14,8 м² 2,5 м	одно, северное, наветренное т / полностью	низ – теплый пол на земле, верх – отапливаемое помещение	Без окон только дверь	1,00 кВт
Кладовая	2.2 м² 2,5 м	одно, северное, наветренное т / и – полное	то же	Одно, двойное остекление, 0,9 × 0,5 м, без двери	0,19 кВт
Сушилка	2,2 м² 2,5 м	одно, северное, наветренное т / и – полное	такое же	Одно, двойное остекление, 0,9 × 0,5 м, без двери	0,19 кВт
Детский	13.4 м² 2,5 м	Два, северо-восток, наветренный т / и – полный	такой же	Два, тройное остекление, 0,9 × 1,2 м, без двери	1,34 кВт
Кухня	26,20 м² 2,5 м	Два, восток – юг, параллельно направлению ветра т / и – полный	то же	Один, двойное остекление, 3 × 2,2 м, без двери	2.26 кВт
Гостиная	32,9 м² 3 м	Один, Южный, с подветренной стороны т / и – полный	То же	Два, тройное остекление, 3 × 2,2 м, без двери	2,62 кВт
Столовая	24,2 м² 2,5 м	Два, Юго-Запад, с подветренной стороны т / и – полный	То же	Два, тройное остекление, 3 × 2.2 м, без двери	2,16 кВт
Гостевая	18,5 м² 2,5 м	Два, Запад-Север, наветренный т / и – полный	То же	Одно, тройное остекление, 0,9 × 1,2 м, без двери	1,65 кВт
Всего на первом этаже всего:	134,4 м²				11.41 кВт
2-й ЭТАЖ
… и так далее

– Осталось только открыть калькулятор – и весь расчет займет считанные минуты. А потом нужно подвести итоги (можно сначала по этажам, а потом по всему зданию в целом), чтобы получить желаемую тепловую мощность, необходимую для полноценного обогрева.

Кстати, обратите внимание – в таблице на примере показаны реальные результаты расчета. И они существенно отличаются от тех, которые можно было бы получить при соотношении 100 Вт → 1 м². Так, только на первом этаже площадью 134,4 м² такая разница в меньшую сторону оказалась порядка 2 кВт. Для других условий, например, более сурового климата или не столь идеальной теплоизоляции, разница может быть совсем другой и даже иметь другой знак.

Итак, зачем нам результаты этого расчета:

• Прежде всего, необходимое количество тепловой энергии, получаемой для каждого конкретного помещения, позволяет правильно подобрать и разместить теплообменные устройства – это и радиаторы, и конвекторы, и системы «теплый пол».
• Общая стоимость всего дома становится ориентиром для выбора и приобретения оптимального отопительного котла – как было сказано выше, потребляйте немного больше мощности, чем расчетная, чтобы оборудование никогда не работало на пределе своих возможностей, и в то же время – Гарантированно справится со своей прямой задачей даже в самых неблагоприятных условиях.
• И, наконец, эта же итоговая цифра будет нашей отправной точкой для дальнейших расчетов планируемого расхода газа.

Расчет расхода газа на отопление

Расчет сетевого расхода природного газа

Итак, приступим непосредственно к расчетам энергозатрат. Для этого нам понадобится формула, показывающая, сколько тепла выделяется при сжигании определенного объема ( V ) топлива:

Ш = В × В × η

Чтобы получить конкретный объем, представим это выражение несколько иначе:

V = Вт / (В × η)

Мы понимаем количества в формуле.

V – Это желаемый объем газа (кубометры), при сгорании которого мы получим необходимое количество тепла.

Вт – тепловая мощность, необходимая для поддержания комфортных условий проживания в доме или квартире – та самая, которую мы только что рассчитали.

То же вроде, но все же – не совсем. Требуются некоторые пояснения:

• Во-первых, это отнюдь не паспортная мощность котла – многие допускают подобную ошибку.
• Во-вторых, приведенный выше расчет необходимого количества тепла, как мы помним, проводился для самых неблагоприятных внешних условий – для максимально холодных погодных условий, а также при постоянно дующем ветре. На самом деле зимой таких дней не так уж и много, и в целом морозы часто чередуются с оттепелями, либо устанавливаются на уровне, очень далеком от заданной критической точки.

Далее, правильно настроенный котел никогда не будет работать непрерывно – автоматический уровень обычно следует за уровнем температуры, выбирая наиболее оптимальный режим.А если так, то для расчета среднего расхода газа (не пикового, заметьте) и этого расчетного значения будет слишком много. Без особой заботы о том, чтобы сделать серьезную ошибку в расчетах, итоговое значение общей мощности можно легко «разделить», то есть для дальнейших расчетов можно взять 50% расчетного значения. Практика показывает, что в масштабе всего отопительного сезона, особенно с учетом снижения потребления во второй половине осени и начале весны, это обычно так.

H – под этим обозначением лежит теплота сгорания топлива, в нашем случае – газа. Этот параметр представляет собой таблицу и обязательно должен соответствовать определенным стандартам.

Правда, в этом вопросе есть несколько нюансов.

• Во-первых, следует обратить внимание на тип используемого природного сетевого газа. Как правило, газовая смесь используется в сетях внутреннего газоснабжения G20 . Однако есть сети, в которых потребителям подается смесь G25 .Его отличие от G20 – более высокая концентрация азота, что значительно снижает теплотворную способность. Вам следует поинтересоваться в региональной газовой промышленности, какой газ поступает в ваш дом.
• Во-вторых, удельная теплота сгорания также может несколько отличаться. Например, можно встретить обозначение Hi – это так называемая нижняя удельная теплоемкость, которая берется для расчета систем с обычными котлами. Но есть еще величина Hs – самая высокая удельная теплота сгорания.Суть в том, что продукты сгорания природного газа содержат очень большое количество водяного пара, который имеет значительный тепловой потенциал. А если его также использовать с пользой, теплоотдача от оборудования заметно возрастет. Этот принцип реализован в современных котлах, в которых скрытая энергия водяного пара за счет его конденсации также передается на нагрев теплоносителя, что дает увеличение теплопередачи в среднем на 10%. Итак, если в вашем доме (квартире) установлен конденсационный котел, то необходимо работать с высшей теплотой сгорания – H s .

В различных источниках значение удельной теплоемкости газа указывается либо в мегаджоулях, либо в киловаттах в час на кубический метр объема. В принципе, это легко перевести, если знать, что 1 кВт = 3,6 МДж. Но чтобы упростить задачу, в таблице ниже показаны значения в обеих единицах:

Таблица значений удельной теплоты сгорания природного газа (по международному стандарту DIN EN 437)

η – этим символом обычно обозначается КПД.Его суть в том, что он показывает, насколько полно генерируемая тепловая энергия в данной модели отопительного оборудования используется для нужд отопления.

Такой показатель всегда указывается в паспортных характеристиках котла, а часто часто приводятся сразу два значения, для наименьшей и наибольшей теплоты сгорания газа. Например, можно найти такой рекорд Hs / Hi – 94,3 / 85%. Но обычно, чтобы получить результат, более близкий к реальности, все же оперируют значением Hi.

В принципе, со всеми исходными данными определились, и можно переходить к расчетам. А чтобы упростить задачу читателю – ниже удобный калькулятор, рассчитывающий средний расход «голубого топлива» за час, за день, за месяц и в целом за сезон.

Калькулятор расчета расхода сетевого газа на отопление

Необходимо ввести только два значения – общую требуемую тепловую мощность, полученную по приведенному выше алгоритму, и КПД котла.Кроме того, нужно выбрать тип сетевого газа и при необходимости указать, что у вас конденсационный котел.

Допускается подключение системы отопления жилого помещения к централизованному газоснабжению либо автономное с помощью баллонов или газгольдера. Магистральный подвод более экономичен, но подаваемое по нему топливо не всегда соответствует требованиям по его качеству. Износ трубопровода приводит к снижению КПД и тем самым увеличивает денежные затраты на отопление дома.Для хранения больших запасов сжиженного топлива предусмотрены вертикальные и горизонтальные газгольдеры. Их размещают не далее 10 метров от здания на поверхности земли или в пределах глубины промерзания почвы. Если бак опускается на более низкий уровень, его нужно будет обогревать электричеством. Подземные горизонтальные резервуары позволяют сэкономить место возле здания и поэтому чаще используются на дачных участках и в загородных коттеджах.

Расчет необходимого количества топлива производится по специальным формулам.Есть ряд факторов, увеличивающих теплопотери здания. Существует прямая зависимость между расходом газа и изоляцией стен и крыши, количеством окон в комнатах и ​​высотой потолков. Также важны: качество топлива, состояние оборудования, температурные режимы. Безошибочно определить затраты невозможно, поэтому уместна концепция только среднего расхода газа.

Расчет объема газа в магистрали

Для обогрева дома площадью 100 м2 необходим котел мощностью 10 кВт.Для определения месячного расхода энергии на отопление требуется: мощность (10) умножить на количество дней в месяце (30) и на часы работы оборудования (24 часа): 10x30x24 = 7200 кВт / ч. Котел не часто включают в максимальную температуру, поэтому, чтобы найти расход, близкий к реальному, это значение делят пополам. В расчете на здание 100 м2: 7200/2 = 3600 кВт / час. Полученное количество потребляемого тепла за месяц позволяет установить затраты на весь период (7 месяцев).Годовой расход газа на отопление рассчитывается следующим образом: 3600х7 = 25200 кВт / час.

Расчет стоимости 1 кВт тепловой энергии (при сжигании природного газа) выполняется с учетом следующих характеристик:

• Удельная теплота сгорания газа – 44 МДж / кг;
Плотность
• – 0,71 кг / м3;
• тепловой энергии, выделяемой при сжигании 1000 м3 = 8,12 Гкал = 9444 кВт / ч;
• Средняя стоимость горючего для населения 4.7 руб / м3;
• КПД котла – 92%.

Для выработки 1 кВт необходимо 0,1 м3 топлива. Ежемесячный расход газа: 25200 / 9,44х4,7 / 0,92 = 13637 руб. И 95459 в год. Определить стоимость комнаты любой другой площади можно по формулам, представленным выше. Единственная переменная в них – мощность котла, например, для дома 150 м2 нужна модель мощностью 15 кВт, для 200 м2 – 20 и так далее.

Годовое потребление сжиженного газа при автономном питании

Расход топлива на отопление определяется исходя из его физических характеристик:

• Удельная теплота сгорания – 103 МДж / м3;
• средняя плотность жидкой фазы равна 0.57 кг / л = 26,7 МДж / л; пар – 2,2 кг / м3;
• количество выделенной энергии составляет 6,8 кВт / ч = 24,6 МДж.

Котел мощностью 10 кВт, эксплуатируемый для обслуживания дома площадью 100 м2, имеет КПД 92%. Средняя цена бутылки на 50 л – около 900 рублей. По условиям безопасности емкость заполнена на 80%, то есть 40 литров. Стоимость 1 литра газа: 900/40 = 22,5 руб. Если вы воспользуетесь бензобаком или заправите собственные баллоны, это обойдется дешевле – 15 руб. / Л.

Годовая стоимость отопления дома площадью 100 м2 составит: 25 200 / 6,8х15 = 55 588 руб. Полученные цифры отражают расход газа только на отопление здания, но он также используется для приготовления пищи и отопления. холодная вода. Это важно учитывать при расчете общего количества топлива для обслуживания дома. В расчетах учитывается количество арендаторов и их потребности.

Чтобы определить стоимость газа для отопления загородного дома, учитывайте время, проведенное в нем.При децентрализованной поставке включены дополнительные расходы по доставке. газовые баллоны или ежегодное плановое обслуживание газгольдера.

Мероприятия по удешевлению отопления жилых домов

Специалистами сформулированы условия, выполнение которых позволит снизить расход газа на отопление дома:

1. Устранение причин чрезмерных теплопотерь: утепление крыши и стен, установка плотных входных дверей и окон с качественными стеклопакетами.

2. Организация правильной системы вентиляции, установка теплообменника. Это устройство нагревает воздух, идущий с улицы.

3. Установка газового проточного нагревателя.

4. Использование качественного оборудования и своевременное его обслуживание.

5. Автоматическая регулировка обогрева (ночной режим, регулировка в зависимости от погодных условий).

6. Минимальный обогрев нежилого помещения. Индивидуальный температурный режим для каждой комнаты.

7.Для построек до 200 м2 допустимо объединение баллонов в блок, это снизит расход сжиженного газа.

8. Устройство фольгированных экранов за настенными радиаторами.

9. «Теплые полы» (с температурой теплоносителя около 65 ° C) как альтернатива радиаторам (95 ° C).

10. Работа двухконтурного газового котла для отопления дома или одноконтурного котла. При такой конструкции системы отопления и водяного отопления могут работать от одной горелки.

11. Использование газа. Это удешевит транспортировку баллонов, но стоимость самого бака достаточно велика. Экономный вариант – покупка большой емкости на несколько домов вместе с соседями.

Если не указать исходные данные, то назвать практически полезным средний расход газа на человека в месяц в квартире и частном доме невозможно, даже перечислив показания счетчиков. Без конкретики это всегда будет ни о чем.При этом следует понимать конкретность, например, различные режимы потребления газа человеком летом и к этому добавляются более существенные «зимние» факторы размера жилища и теплоизоляции. Кроме того, на неравномерность расхода газа зимой влияет температура, а летом – наличие централизованной подачи горячей воды.

Среднее потребление газа на человека: число основано на четких исходных данных

Для определения средних значений рассмотрим 3 стандартные ситуации.

1. Расход газа на человека в квартире без газового отопления с газовой плитой и колонкой для нагрева горячей воды. Здесь важнее не характеристики квартиры, а привычки жителей – их способность экономно расходовать плиту и горячую воду: накрывать кастрюли крышкой, мыть в душе, а не в ванной и т. Д.

Если предположить, что один из двух жителей использует ресурсы для собственного удовольствия, а другой экономит, то в среднем на человека в теплые месяцы будет около 12-14 м 3, а в холодные – 15-17. м 3.

1. Средний расход газа в двухкомнатной угловой квартире, не утепленной снаружи пластиковыми окнами. Подробное описание характеристик важно, ведь в этом варианте отопление происходит с помощью газового котла и от «безопасности» квартиры в холодное время года зависит в первую очередь расход топлива. При таких исходных данных средний расход на человека «летом» составляет около 12-14 м 3, зимой – около 45-50 м 3.

Фактический расход газа лучше всего оценивать на большом статистическом материале при анализе нескольких отопительных сезонов, что позволяет нивелировать конкретные условия отдельных аномально теплых или холодных лет и реально оценить расход. Итак, в примере представлена ​​достоверная аналитика, которая демонстрирует следующие исходные данные и объемы потребления:

• Двухкомнатная квартира (угловая) 48.70 м 2,
• газовое оборудование – котел настенный твин турбо 24 кВт,
• период измерения – 5 лет (отопительные сезоны),
• объем использованного газа – 3738 м 3 или 747.60 м 3 в год,
• Расход в год на 1 м 2 площади – 15,35 м 3,
• количество жителей – 2 человека и соответственно среднемесячный расход на одного жителя (без выделения сезонов) – 747,60 / 12/2 = 31,15 м 3.

1. Средний расход газа в частном доме. Здесь много параметров, поэтому при оценке средних значений они основаны на потреблении 1 кВт энергии на приблизительно 5 м 2 в час и основаны на формуле:

Объем топлива в час = тепловая мощность / (0.92 КПД котла * теплота сгорания для природного газа 10,17 кВт / м 3, для сжиженного газа – 12,80) * 24 часа * 30 суток. В результате получается около 380 м 3 для дома площадью 100 м 2 для отопления на природном газе и 560 литров для отопления на сжиженном газе. Эти данные следует разделить на количество жителей.

Какие факторы особенно влияют на расход газа

В квартирах без газового отопления основное потребление зависит от привычек жителей. Например:

• Открытая закрытая посуда (кастрюля, чайники) при нагревании.Поддон, закрытый крышкой, снижает расход топлива примерно на 20%.
• Горелка газовая плита. Максимально включенный нагревается за 15 минут. Обогрев с помощью резьбового клапана позволяет удвоить затраченное на это время и охлаждение стен. В этом случае потери составляют порядка 10-15% по сравнению с оптимальным режимом нагрева.

При подключении квартиры к газовой сети Коэффициенты теплотрасс:

• Степень утепления стен, наличие энергосберегающих окон, дверей.
• Скорость нагрева газовой котельной – эффект, подобный эффекту длинной раскаленной сковороды. Чем быстрее он нагревается, тем меньше тепла проходит через дымоход.

Расход газа на отопление дома 100 м2 в кубометрах

Расчет расхода газа на обогрев дома 100 м2 в кубометрах – задача начальной школы соразмерно. Достаточно знать, сколько топлива нужно для обогрева единицы индивидуальной площади дома.

Также полезны еще два коэффициента тепловой мощности: один для основного газа, второй для сжиженной смеси бутана и пропана.

Почему выбирают газ

В прошлом веке экономически выгодным видом топлива были выбраны дрова. С развитием механики и технологий пальма превратилась в ископаемое топливо. Открытие залежей природного топливного газа подтолкнуло уголь, вредных выбросов в атмосферу стало меньше.

Наступила эпоха развития зеленой энергетики и эксплуатации возобновляемых источников энергии в виде солнечной радиации и ветра. Но не везде количества ветреных дней хватает для выработки и хранения электроэнергии, необходимой для прогрева водогрейного котла.Солнечные панели стоят дорого. Человек придерживается консервативного и недорогого способа отопления дома – природного газа.

Сравним выбросы от сжигания угля и природного газа.

Загрязнение	Выбросы от горения, максимум
	Уголь, г / т	Природный газ, г / м3
Зола	% рабочая масса топлива	нет
Двуокись углерода CO 2	3000	2000
Оксиды азота в пересчете на NO 2 03 14	11
Оксиды серы в пересчете на SO 2	0,19	–
Бензапирен	0,014

Как видно из таблицы, содержание вредных для здоровья человека веществ ниже r газа, чем для угля.Поэтому для обогрева корпуса используется природное голубое топливо.

Общие параметры влияния на объем горючего топлива

Количество топлива для обогрева корпуса учитывается либо в литрах, либо в кубических метрах. Если в жилой дом газ подается по централизованной системе газоснабжения, учет ведется в кубических метрах.

При подключении дома к автономной системе отопления используется природный сжиженный газ в баллонах и ведется учет в литрах.

При одинаковой площади жилья расход топлива на отопление зависит от нескольких параметров:

• года постройки;
• этажность;
• строительные материалы;
• конструктивные особенности оконных и дверных проемов;
• тип отопительного агрегата.

Стены, крыша, двери и окна – источники потерь тепла. Ни один мощный отопительный котел не спасет, если двери и окна не будут плотно закрыты, если в швах стен и потолке есть трещины.Установив в доме газовый котел, необходимо провести мероприятия по восстановлению теплоизоляции.

Расчет объема газа для отопления жилья

Сделаем расчет для климатических условий Южного Урала. По правилам интервал обогрева установлен с 15 сентября по 15 мая. Обоснованность нормы подтверждается тем, что на Урале еще в первой половине мая, а во второй половине сентября уже идет снег. . Продолжительность отопительного периода 242 дня.Потребитель приступит к настройке и доработке отопления самостоятельно.

Подача тепла в жилые комнаты осуществляется круглосуточно. Всего газ планируется сжечь за 5808 часов. Это максимальное время, необходимое для работы газового оборудования.

Аксиома тепловых расчетов: для обогрева 10 квадратных метров жилья требуется 1 киловатт энергии. Тогда требования, рассмотренные на примере дома, составят 10 киловатт. Собственно, эта норма вдвое ниже из-за внезапной ранней и теплой весны, или долгой и жаркой осени, или зимних заморозков не уральских, а слабых крымских похолоданий.Договариваемся, что расход энергии на обогрев сотки жилплощади составит 5 киловатт.

Рассчитайте расход газа в час. Пусть:

0,92 – максимальный КПД отопительного агрегата;

H – объем расхода газа на отопление дома 100 м2 в м3;

Т – мощность на обогрев 100 м2, киловатт;

С – наименьшая теплота сгорания основного топлива 10,175 кВт / м ^3.

Тогда = = T / (C * 0,92) = 0,5341 м ³ / ч.

Следовательно, расход газа на обогрев дома 100 м2 в кубометрах составит 3102 м ³ .

Автономный подогрев сжиженной газовой смеси

Если в конструкцию не подается природный газ, котел подключается к баллону или газгольдеру со смесью пропан-бутан. Учет сжиженного газа ведется в килограммах. Следовательно, значение «C» из формулы расчета составляет 12,8 кВт / кг.

Вес одного литра смеси 0.54 кг. Рассчитайте вес часового объема смеси.

R = 5 / (12,8 * 0,92) = 0,4246 кг / час, смесь сжиженная.

Теперь осталось посчитать расход газа на обогрев дома 100 м2 в литрах.

Объем L = 0,4246 * 5808 = 2466 литров.

Сколько топливных баков потребуется на один отопительный сезон? В один цилиндр помещается 42 литра топлива. Требуется всего

2466/42 = 59 цилиндров.

Цена вопроса

В Челябинской области стоимость 1 кубометра ³ природного газа равна 6.15 руб / м ³ .

Смесь сжиженная в баллонах без доставки, в зависимости от площади составляет 16,82 – 19,26 руб. / Кг.

Монополисты только поднимают цены. Пора снизить нагрузку на кошелек потребителя. Об утеплении окон и дверей сказано выше. Но есть и другие методы. Мероприятия добавят уюта жилью и удешевят отопление.

Уменьшение количества топлива для отопления отдельного дома по любой из трех мер, или по всему комплексу:

1. 1.Простое управление – установка во входной блок тепловой завесы. Такие модели выполняют двойную работу. Зимой прибор отсекает с улицы холодный воздух, летом включается для охлаждения, при этом не допуская появления насекомых в помещениях. Тепловые завесы оснащены защитой от перегрева и дистанционным управлением.
2. Дорогие, но несложные в исполнении – теплые полы, требующие нагрева воды вдвое меньшей, чем радиаторное отопление. Водные полы стоят недорого, и у них есть плюс: они греют, но не пересушивают воздух.Однако помните, что водяные полы по правилам устанавливают только в частном доме. В многоквартирных домах рассмотрите вариант кабельного или пленочного пола.
3. Даже в доме 100 кв. м оправдает установку автоматического регулирования подачи тепла в зависимости от температуры наружного воздуха и наличия людей в доме.

Наконечники под завесу

Современные газовые отопительные котлы используются на обоих видах топлива после регулировки горелки мастером на газе.

Если позволяет бюджет, то при использовании сжиженного газа лучше устанавливать не пару отдельных баллонов, а газовую арматуру для групповых установок с автоматическим управлением.

Приведенная в статье формула используется для расчета затрат на газовое топливо для дома любой площади. Тщательно примените коэффициенты для основного газа и для сжиженной смеси пропана и бутана.

Влияние отопления жилых домов на потребление природного газа на юге Китая: на примере города Ухань

https: // doi.org / 10.1016 / j.enbenv.2020.04.002Получить права и контент

Основные моменты

•

Рассчитать индекс потребления газа для отопления жилого дома в городе Ухань.

•

Прогноз газопотребления жилых домов с отоплением и без отопления составил.

•

Проанализировать влияние отопления жилых домов на потребление природного газа.

Реферат

С развитием социальной экономики, отопление на юге Китая стало широко использоваться.В качестве одного из источников энергии децентрализованного отопления все более популярным становится использование природного газа (ПГ). Целью данной работы было изучение влияния отопления жилых домов на потребление природного газа. В качестве примера был взят город Ухань, типичный город на юге Китая, нуждающийся в отоплении зимой из-за его местоположения и климата. Во-первых, с помощью программного обеспечения DeST была создана типовая модель жилого дома. Была смоделирована тепловая нагрузка и рассчитан соответствующий индекс потребления природного газа.Во-вторых, соответствующие методы были использованы для прогнозирования основных данных города Ухань в 2020 году, включая домохозяйства и валовой национальный продукт (ВВП) на душу населения и т. Д. В-третьих, прогнозировалось потребление природного газа в жилых зданиях с отоплением и без него. Наконец, было проанализировано влияние отопления жилых домов на потребление природного газа. Результаты показали, что среднегодовое потребление тепла жилым домом в городе Ухань в 2020 году составляло 2100 кВтч / домохозяйство, а потребление природного газа для отопления жилых домов составляло 295 нм ³ / домохозяйство.Кроме того, потребление ПГ в жилом здании, вызванное обогревом помещения со 100% -ной скоростью нагрева, в 2,82 раза превышало потребление ПГ, произведенное печью и водонагревателем, что свидетельствует о том, что отопление жилых домов оказало большое влияние на потребление ПГ. Это исследование может способствовать выбору подходящего метода отопления в южных городах Китая и дальнейшему планированию газопроводной сети в этих городах.

Ключевые слова

Юг Китая

Отопление

Жилые здания

Прогнозирование потребления природного газа

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

© 2020 Southwest Jiaotong University.Опубликовано Elsevier BV

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Углеродный след использования энергии в домашних хозяйствах в США

Значимость

В этом исследовании используются данные о 93 миллионах индивидуальных домов для проведения наиболее полного исследования парниковых газов от использование энергии в жилищном секторе в США. Мы предоставляем общенациональные рейтинги углеродоемкости домов в штатах и ​​почтовых индексах и предлагаем корреляцию между достатком, площадью и выбросами.Сценарии демонстрируют, что этот сектор не может достичь цели Парижского соглашения до 2050 года только за счет декарбонизации производства электроэнергии. Достижение этой цели также потребует широкого портфеля энергетических решений с нулевым уровнем выбросов и изменения поведения, связанного с жилищными предпочтениями. Чтобы поддержать политику, мы оцениваем уменьшение площади пола и увеличение плотности, необходимое для создания низкоуглеродных сообществ.

Abstract

На использование энергии в жилых домах приходится примерно 20% выбросов парниковых газов (ПГ) в США.Используя данные о 93 миллионах индивидуальных домохозяйств, мы оцениваем эти парниковые газы по всей территории Соединенных Штатов и уточняем соответствующее влияние климата, достатка, энергетической инфраструктуры, городской формы и характеристик зданий (возраст, тип жилья, топливо для отопления) на формирование этих выбросов. Ранжирование по штатам показывает, что выбросы парниковых газов (на единицу площади) самые низкие в западных штатах США и самые высокие в центральных штатах. У более богатых американцев следы на душу населения на ~ 25% выше, чем у жителей с низкими доходами, в первую очередь из-за более крупных домов.В особенно богатых пригородах эти выбросы могут быть в 15 раз выше, чем в близлежащих районах. Если электрическая сеть будет декарбонизирована, то жилищный сектор сможет достичь целевого показателя сокращения выбросов на 28% к 2025 году в соответствии с Парижским соглашением. Однако декарбонизации сети будет недостаточно для достижения цели по сокращению выбросов на 80% к 2050 году из-за растущего жилищного фонда и продолжающегося использования ископаемого топлива (природного газа, пропана и мазута) в домах. Достижение этой цели также потребует глубокого переоснащения энергетики и перехода на распределенные низкоуглеродные источники энергии, а также сокращения жилой площади на душу населения и зонирования более плотных поселений.

Примерно 20% выбросов парниковых газов (ПГ), связанных с энергетикой, в США приходится на отопление, охлаждение и электроэнергию в домохозяйствах (1). Если рассматривать страну, эти выбросы будут считаться шестыми по величине источниками выбросов парниковых газов в мире, сравнимыми с Бразилией и больше, чем с Германией (2). К 2050 году Соединенные Штаты добавят примерно 70–129 миллионов жителей (3) и 62–105 миллионов новых домов (4). Хотя дома становятся более энергоэффективными, потребление энергии домашними хозяйствами в США и связанные с ними выбросы парниковых газов не сокращаются из-за демографических тенденций, расширения использования информационных технологий, цен на электроэнергию и других факторов спроса (5, 6).

Отсутствие прогресса подрывает существенное сокращение выбросов, необходимое для смягчения последствий изменения климата (7). Средняя продолжительность жизни американского дома составляет около 40 лет (8), что создает проблемы, учитывая необходимость быстрой декарбонизации. Это делает важные решения во время проектирования и строительства, такие как размер, системы отопления, строительные материалы и тип жилья. В Соединенных Штатах слияние политик после Второй мировой войны помогло переселить большинство населения в разросшиеся пригородные домохозяйства (9, 10) с потреблением энергии и сопутствующими парниковыми газами, значительно превышающими среднемировые (11).Без решительных действий эти дома будут оставаться в «углеродной блокировке» на десятилетия вперед (12, 13).

Несмотря на срочность, принципиальные вопросы остаются без ответа. Исследователям не хватало общенациональных данных об уровне зданий, необходимых для определения штатов с наиболее энергоемким и углеродоемким жилищным фондом. Учитывая их автономию в разработке энергетической политики и строительных норм, власти штата и местные власти сочли бы это особенно полезным. То, как выбросы энергии в домохозяйствах различаются по группам доходов, не совсем понятно, но это важно, учитывая быстро меняющуюся демографию городов и пригородов США (14).Исследования традиционно были сосредоточены на географически ограниченных случаях (15⇓ – 17) или сосредоточенных выбросах энергии зданиями с другими конечными видами использования в учете углерода (18, 19). Наконец, влияние построенной формы – пространственные отношения между зданиями – и выбросы исследовано только для нескольких городов США (20, 21).

Неполная диагностика факторов, влияющих на выбросы, мешает нашему пониманию необходимых преобразований для решения проблемы углеродного захвата. Могут ли населенные пункты с низкой плотностью населения в Соединенных Штатах достичь долгосрочных целей по смягчению последствий изменения климата для использования энергии в зданиях, если электрическая сеть декарбонизируется? Если нет, то какие дополнительные меры (напр.g., будет необходима модернизация энергетики и замена ископаемого топлива в домашних условиях? Должны ли будущие низкоуглеродные сообщества состоять из домов меньшего размера, построенных в населенных пунктах с высокой плотностью населения?

Чтобы ответить на эти вопросы, мы использовали данные на уровне зданий для оценки выбросов парниковых газов в ~ 93 миллионах домов в прилегающих к нему Соединенных Штатах (78% от общего количества по стране). Используя информацию на уровне домохозяйств о возрасте здания, закрытой площади, типе жилья и топливе для отопления, мы оценили влияние климата, дохода, формы здания и электросети во многих масштабах с использованием регрессионных моделей, полученных из национальной энергетической статистики.Затем мы смоделировали четыре сценария, чтобы проверить, могут ли различные технологические переходы достичь целей Парижского соглашения на 2025 и 2050 годы.

Мы обнаружили, что как потребление энергии в домашних хозяйствах, так и выбросы на квадратный метр сильно различаются по стране, главным образом, из-за спроса на тепловую энергию и топлива, используемого для производства электроэнергии («структура энергосистемы»). Анализ на уровне почтовых индексов показывает, что доход положительно коррелирует как с потреблением энергии на душу населения, так и с выбросами, наряду с тенденцией к увеличению благосостояния и жилой площади.Анализ городов и микрорайонов подчеркивает экологические преимущества более плотных поселений и степень, в которой углеродоемкие электрические сети противодействуют этим преимуществам.

Выбросы энергии в жилых домах возникают в результате сочетания факторов экономики, городского дизайна и инфраструктуры. Наши исследовательские модели, основанные на сценариях, показывают, что для значительного сокращения выбросов в жилых домах потребуется одновременная декарбонизация энергосистемы, модернизация энергоснабжения и сокращение использования топлива в домашних условиях. Сценарии также предполагают, что для создания нового строительства с низким уровнем выбросов углерода потребуются дома меньшего размера, чему можно способствовать за счет более плотных поселений.Эти результаты имеют значение как для США, так и для других стран.

Результаты

Энергия и интенсивность выбросов парниковых газов в государствах.

В существующей литературе исследуется использование энергии в жилищах на душу населения и на домохозяйство в Соединенных Штатах (22, 23). Однако неясно, зависит ли эффективность от количества людей в семье, площади пола, характеристик здания или других факторов. Мы используем большие выборки жилищного фонда каждого штата (от n ∼ 10 ⁵ до 10 ⁷ ) для оценки использования энергии и соответствующих выбросов парниковых газов на квадратный метр жилого фонда в прилегающих к нему Соединенных Штатах (далее «энергоемкость»). и «интенсивность парниковых газов»).В нашем анализе «дом» может быть зданием, состоящим только из одного домохозяйства (отдельные односемейные домохозяйства и мобильные дома) или отдельной единицей в здании, содержащем несколько домохозяйств (многоквартирные дома, двухквартирные дома / дуплексы, таунхаусы). Показатели интенсивности дают четкое представление о состоянии жилищного фонда каждого штата, независимо от демографических различий и предпочтений по размеру жилья. Мы обнаружили, что климат и, в меньшей степени, возраст здания зависят от энергоемкости, тогда как энергетическая инфраструктура сильно влияет на интенсивность парниковых газов (рис.1 A и B ).

Рис. 1.

Энергетическая и парниковая нагрузка домов в 2015 г. по штатам США. ( A ) Энергоемкость домохозяйства, выраженная в киловатт-часах на квадратный метр (кВтч / м ² ) по штатам ( Верхний ). ( Нижний ) Диаграммы рассеяния показывают корреляции энергоемкости с годовой суммой среднесуточных отклонений от ∼18 ° C (65 ° F), градусо-дней ( слева ) ( n = 49, значение P = 4,4 e -16, r = 0.87) и средний год постройки ( справа ) ( n = 49, P <5,6 e -10, r = −0,75). ( B ) Интенсивность выбросов парниковых газов в домохозяйстве, выраженная в килограммах CO ₂ -эквивалентов на квадратный метр (кг CO ₂ -э / м ² ) по штатам ( Верхний ). Диаграммы рассеяния, показывающие его корреляцию с энергоемкостью домохозяйства ( слева ) ( n = 49, P = 0,002, r = 0,43) и углеродной интенсивностью электрической сети ( справа ) ( n = 49 , П = 5.2 e -12, r = 0,80).

Основываясь на наших моделях, средний дом в США потреблял 147 киловатт-часов на квадратный метр (кВтч / м ² ) в 2015 году, что соответствует 143–175 кВтч / м ² из национальной жилищной энергетической статистики (24). Оценки отдельных штатов согласуются с энергетическими обследованиями зданий и инженерными моделями ( SI Приложение , Таблица SI-25). Климат, измеряемый годовой суммой среднесуточного отклонения от ∼18 ° C (65 ° F) («градус-дни»), тесно коррелирует с энергоемкостью домохозяйства ( r = 0.87) (Рис.1 A , Нижний левый ). Это согласуется с данными о тепловом кондиционировании, на которые приходится наибольшая доля потребления энергии домохозяйствами в США (25), и с другими общенациональными анализами (22, 23). Состояния в теплых или мягких регионах имеют низкую энергоемкость, тогда как энергоемкость в холодных северо-центральных и северо-восточных штатах заметно выше (Рис. 1 A , Верхний и SI Приложение , Таблица SI-30). В трех самых энергоемких штатах в 2015 году было одно из самых высоких показателей количества дней обучения: Мэн, Вермонт и Висконсин.У трех наименьших – Флориды, Аризоны и Калифорнии – одни из самых низких учебных дней.

Учитывая продолжающееся принятие жилищных энергетических кодексов (26, 27), которые устанавливают базовые требования к энергоэффективности домов, мы прогнозируем, что штаты с более новым жилищным фондом будут использовать меньше энергии. Действительно, средний год постройки здания отрицательно коррелирует с энергоемкостью ( r = −0,80) (рис. 1 A , справа внизу ), что согласуется с данными национальной статистики ( SI Приложение , таблица SI- 29).Взаимосвязь между возрастом здания и энергоемкостью ослабляется предпочтениями дизайна, которые увеличивают потребление энергии в новых домах, таких как более высокие потолки (28).

Мы оцениваем средние выбросы парниковых газов в США как 45 кг CO ₂ -эквивалентов на квадратный метр (CO ₂ -э / м ² ), что почти идентично национальным энергетическим счетам (47 кг CO ₂ -э / м ² ) ( SI Приложение , Таблица SI-26). Хотя интенсивность ПГ и энергоемкость положительно коррелируют ( r = 0.43), между ними существуют значительные различия между некоторыми штатами (Рис. 1 B , Нижний левый ). Сравнение рис.1 A и B показывает, что энергия и интенсивность парниковых газов совпадают в некоторых западных и северо-центральных штатах, таких как Калифорния (низкий кВтч / м ² , низкий кг CO ₂ -э / м ² ) и Иллинойс (высокий кВтч / м ² , высокий кг CO ₂ -э / м ² ), но эти меры не согласованы в других штатах, таких как Миссури (средний кВтч / м ² , очень высокий кг CO ₂ -э / м ² ) и Вермонт (очень высокий кВтч / м ² , средний кг CO ₂ -э / м ² ) ( SI Приложение , таблица СИ-30).

Сильная корреляция между углеродоемкостью электросети, питающей штат, и интенсивностью парниковых газов в домохозяйстве ( r = 0,80) может объяснить эти аномалии (рис. 1 B , внизу справа) . Производство электроэнергии с интенсивным выбросом парниковых газов может свести на нет преимущества низкой энергоемкости домашних хозяйств. Например, Флорида имеет низкую энергоемкость (97 кВтч / м ² ), но среднюю интенсивность парниковых газов (45 кг CO ₂ -э / м ² ). В Миссури средняя энергоемкость домохозяйства (165 кВтч / м ² ) сочетается с высокой углеродоемкостью центральной сети независимого системного оператора Мидконтинента (0.74 кг CO ₂ -э / кВтч по сравнению с 0,48 кг CO ₂ -э / кВтч на национальном уровне) для производства домохозяйств с наиболее интенсивным выбросом парниковых газов (69 кг CO ₂ -э / м ² ) в страна. В государствах с широким использованием углеродоемких видов топлива для отопления, таких как Мэн, где ∼2/3 домашних хозяйств отапливается мазутом (29), уменьшаются преимущества низкоуглеродных сетей.

Выбросы на душу населения в США.

Выборки жилищного фонда на уровне штата подходят для оценки энергоемкости и углеродоемкости, но большие агрегированные данные скрывают неоднородность в достатке, жилищном фонде и формах поселений.Чтобы понять взаимосвязь между доходом, характеристиками здания, плотностью населения (человек / км ² ) и индивидуальным бременем парниковых газов, мы оценили выбросы энергии в домохозяйстве на душу населения для 8 858 почтовых индексов на всей территории Соединенных Штатов.

Использование энергии в жилых домах в Соединенных Штатах производит 2,83 ± 1,0 т CO ₂ -эквивалентов на душу населения (т CO ₂ -э / чел), что соответствует 3,19 т CO статистика энергетики (1) ( SI Приложение , Таблица SI-27).По почтовым индексам выбросы парниковых газов на душу населения варьируются от 0,4 т CO ₂ -e / cap до 10,8 т CO ₂ -e / cap с межквартильным диапазоном 1,2 т CO ₂ -e / cap ( SI Приложение , рис. СИ-5).

Мы сравниваем выбросы парниковых газов для почтовых индексов с высоким и низким доходом, используя федеральные пороги бедности (30). Жители с высокими доходами выбрасывают в среднем на ~ 25% больше парниковых газов, чем жители с низкими доходами (рис. 2 A ). В энергетических моделях учет на стороне потребления обнаружил аналогичные связи с использованием данных о расходах энергии (19) и с использованием дохода в качестве объясняющей переменной (18).Данные на уровне зданий позволили зафиксировать характеристики жилья, обеспечиваемые достатком – большую площадь пола, доступ к более старым, устоявшимся районам – при сохранении эндогенного дохода для нашей модели. Мы обнаружили сильную положительную корреляцию (0,57) между доходом на душу населения и площадью на душу населения (FAC) (m ² / cap) (рис. 2 B ). Тенденция к совместному увеличению благосостояния и FAC является ключевым фактором выбросов для более состоятельных домохозяйств. Несмотря на различия в климате, структуре сетей и характеристиках зданий в нашей выборке, доход положительно коррелирует как с потреблением энергии в жилищном секторе на душу населения ( r = 0.33) и связанных с ними парниковых газов ( r = 0,16) ( SI Приложение , рис. SI-6). Анализ по штатам, который частично контролирует изменение климата, сети и строительного фонда, усиливает эту корреляцию, как показано на примере всех 48 штатов ( SI, приложение , таблица SI-31) и четырех репрезентативных (рис. 2 C ) .

Рис. 2.

Влияние дохода на жилую площадь и выбросы энергии домохозяйствами. ( A ) Коробчатые диаграммы выбросов на душу населения домохозяйств, классифицируемых как высокодоходные ( n = 7 141) или с низким доходом ( n = 1717) в соответствии с пороговыми значениями бедности 2015 г., установленными Министерством жилищного строительства и городского развития США.Выбросы не показаны, но включены в расчет средних значений (красные линии). (95% ДИ: 0,52–0,62, P <2,2 e -16, t test) ( B ) График разброса дохода на душу населения по отношению к жилой площади на душу населения. Доход отложен на натуральной логарифмической оси ( n = 8,858, P <2,2 e -16, r = 0,57). ( C ) Диаграммы рассеяния дохода на душу населения по отношению к выбросам на душу населения для Иллинойса ( Верхний левый ) ( n = 101, P = 3.05 e -10, r = 0,58), Огайо ( Верхний правый ) ( n = 364, P <2,2 e -16, r = 0,58), Аризона ( Нижний Слева ) ( n = 178, P <2,2 e -16, r = 0,72) и Техас ( n = 574, P <2,2 e -16, r = 0,55).

Существует множество литературы, демонстрирующей энергетические преимущества зданий и связанные с ними углеродные преимущества высокой плотности населения (18, 31, 32).Наши результаты также подчеркивают влияние плотности на жилую площадь и выбросы парниковых газов. Для всех почтовых индексов ( SI, приложение , рис. SI-7) и в большинстве штатов увеличение плотности населения ассоциируется с уменьшением FAC и интенсивности парниковых газов ( SI, приложение , таблица SI-31). Плотность населения (человек / км ² ) отрицательно коррелирует как с FAC ( r = −0,19), так и с выбросами парниковых газов на душу населения ( r = −0,29) по всем почтовым индексам. Наш анализ подтверждает связь ПТ-плотность и ее влияние на энергию, отмеченное с использованием региональных данных (33).Различия в интенсивности ПГ между почтовыми индексами, вероятно, отражают различия в климате, характеристиках зданий и углеродоемкости электрической сети, так что общая взаимосвязь между плотностью и выбросами ослабляется. Анализ отдельных штатов показывает силу взаимосвязи между плотностью и парниковыми газами, представленной Иллинойсом ( r = -0,76), Калифорнией ( r = -0,52) и Джорджией ( r = -0,44). Заметным исключением является Нью-Йорк ( r = 0.50), который имеет положительную корреляцию между плотностью и интенсивностью парниковых газов, вероятно, потому, что в Большом Нью-Йорке есть углеродоемкая электрическая сеть (34).

Доходы, форма постройки и выбросы в городах.

Хотя результаты на уровне почтовых индексов показывают, что плотность и FAC влияют на выбросы парниковых газов на душу населения, они не показывают, как они пространственно различаются в городах США, где проживает примерно 80% американцев (35). Более того, плотность не является городской формой (33), что затрудняет определение того, как выглядят районы с низким уровнем выбросов углерода (например,г., многоэтажки, таунхаусы) только с этой мерой. Мы пространственно распределяем наши результаты для двух городов, чтобы увидеть, как взаимодействие доходов, строительной формы и энергетической инфраструктуры распределяет выбросы по городским ландшафтам. Мы сосредотачиваемся на двух крупных столичных статистических областях (MSA), которые во многих отношениях противоречат архетипам многих городов США. Бостон-Кембридж-Куинси (население в 2015 году: 4 694 565 человек) имеет холодный климат, имеет моноцентрическую городскую форму и состоит в основном из старых зданий. Лос-Анджелес-Лонг-Бич-Анахайм (население в 2015 году: 13 154 457 человек) (8) находится в мягком климате с полицентричной планировкой и новым жилым фондом (после 1950 года).

Наша модель оценивает выбросы на душу населения в 1,67 т CO ₂ -э / чел / год в Лос-Анджелесе и 2,69 т CO ₂ -э / чел / год в Бостоне. Анализ «квартальных групп» переписи (∼1 500 жителей), являющихся косвенным показателем для кварталов, выявляет существенные различия внутри города. Для начала мы сосредоточимся на группах блоков с очень высокими и очень низкими выбросами на душу населения, чтобы изолировать движущие силы выбросов ( SI Приложение , Таблица SI-32).

Районы с высоким уровнем выбросов – это в первую очередь люди с высоким или очень высоким уровнем дохода.Напротив, для обоих городов 14 из 20 кварталов с самыми низкими выбросами находятся ниже порога бедности. Разница в выбросах между соседними районами с высоким и низким доходом иногда приближается к коэффициенту 15. Для обоих городов мы обнаруживаем гораздо более высокие ППВ и более низкую плотность населения в районах с самыми высокими выбросами. Сравнение парниковых газов в богатых Беверли-Хиллз, Лос-Анджелес, и Садбери, Массачусетс, с низкими доходами Южно-Центральная, Лос-Анджелес и Дорчестер, Бостон, подчеркивает влияние построенной формы ( SI Приложение , рис.СИ-8). И Беверли-Хиллз, и Садбери – это районы разрастания пригородов: очень большие отдельно стоящие дома, изолированные на больших участках. Беверли-Хиллз демонстрирует высокую площадь основания зданий, что часто связано с более высокой плотностью и более низким уровнем выбросов парниковых газов (32), но дома настолько велики, что выбросы на душу населения выше, чем в Садбери, несмотря на благоприятный климат и менее углеродоемкую сеть. Дорчестер и Южно-Центральный Лос-Анджелес являются определенно городскими: небольшие участки, однообразные здания и высокая площадь застройки.В застроенной форме преобладают отдельно стоящие и двухквартирные дома, некоторые квартиры разделены на квартиры с низким коэффициентом полезного действия. Таким образом, кварталы с низким уровнем выбросов углерода не обязательно должны быть непрерывными многоквартирными домами, как многие районы Бостона с низким уровнем выбросов.

Две СУО демонстрируют различное пространственное распределение выбросов на душу населения (рис. 3 A и B ). Несмотря на полицентричную городскую форму, выбросы на душу населения в Лос-Анджелесе моноцентричны в пространстве с самыми высокими выбросами на гористой западной стороне Лос-Анджелеса (рис.3 A , Правый ). В эту область входят все 10 кварталов с самыми высокими выбросами парниковых газов на душу населения. Другие выявили общую тенденцию к увеличению выбросов в пригородах по сравнению с центральными городами США (18). Отрицательная корреляция между выбросами на душу населения и расстоянием до центра города (рис. 3 A , нижний левый ) показывает, что это может не иметь места для постмодернистских городов, таких как Лос-Анджелес. Относительно равномерное распределение населения играет роль (Рис.3 A , Средний левый ), но более важным является высокий процент угля в электросетях, снабжающих город, по сравнению с использованием угля для электричества в отдаленных районах MSA. (37% vs.6%) (36). В Бостоне MSA выбросы на душу населения выше в пригородах, чем в самом городе (рис. 3 B , справа ). Эти выбросы увеличиваются более последовательно с удалением от центра города, чем в Лос-Анджелесе (рис. 3 B , нижний левый ). Такое распределение выбросов на душу населения согласуется с классической моноцентрической городской формой плотного ядра, окруженного обширными пригородами.

Рис. 3.

Углеродный след от бытового использования энергии в Лос-Анджелесе и Бостоне.( A ) Карта выбросов на душу населения в Лос-Анджелесе. Диаграммы рассеяния показывают взаимосвязь между выбросами на душу населения и доходом ( Верхний ) ( n = 6800, P <2,2 e -16, r = 0,55), плотность ( Средний ) ( n = 6800, P <2,2 e -16, r = −0,15) и расстояние от центра города ( Нижний ) ( n = 6800, P <2,2 e -16, r = -0.16). ( B ) Карта выбросов на душу населения в Бостоне. Диаграммы рассеяния показывают взаимосвязь между выбросами на душу населения и доходом ( Верхний ) ( n = 3079, P <2,2 e -16, r = 0,54), плотность ( Средний ) ( n = 3079, P <2,2 e -16, r = −0,49) и расстояние от центра города ( Нижний ) ( n = 3079, P <2,2 e -16, r = 0.20). Доход и плотность отложены на натуральных логарифмических осях. Диаметр круговой диаграммы пропорционален общему количеству выбросов.

Отрицательная корреляция между плотностью населения и выбросами на душу населения сильнее в Бостонском MSA ( r = -0,49), чем в MSA Лос-Анджелеса ( r = -0,16). Высокая углеродоемкость энергосистемы, питающей центральную часть Лос-Анджелеса, противодействует энергетическим преимуществам компактной городской формы (18, 37). Например, выбросы на душу населения в Южно-Центральном Лос-Анджелесе вдвое превышают выбросы в низкоуглеродных кварталах MSA, несмотря на аналогичный FAC и застроенную форму ( SI Приложение , Таблица SI-32).Экономия энергии и более низкие выбросы на душу населения в густонаселенном Бостоне более очевидны, потому что различия в углеродоемкости энергосистемы между городом и пригородом менее выражены, чем в Лос-Анджелесе.

В MSA Лос-Анджелеса доход положительно коррелирует с выбросами на душу населения ( r = 0,55) (рис. 3 A , верхний левый ) и FAC ( r = 0,59) ( SI Приложение , Рис. СИ-9). Мы обнаруживаем аналогичную зависимость между доходом и выбросами на душу населения ( r = 0.54) (рис.3 B , верхний левый ), но несколько более слабая связь с FAC ( r = 0,41) ( SI, приложение , рис. SI-9) в Бостонском MSA. На эту корреляцию влияют богатые анклавы плотных жилых домов, такие как Бикон-Хилл и Бэк-Бэй, прилегающие к центру Бостона. Электроэнергетические предприятия с низким уровнем выбросов углерода, принадлежащие некоторым богатым пригородам, ухудшают соотношение доходов и выбросов (38).

Обсуждение

Результаты предполагают два практических вмешательства для снижения выбросов парниковых газов от бытовой энергетики: 1) сокращение использования ископаемого топлива в домах и при производстве электроэнергии (декарбонизация) и 2) использование переоборудования домов для сокращения спроса на энергию и использования топлива в домашних условиях.Мы моделируем четыре сценария (базовый уровень; агрессивная модернизация энергии; декарбонизация сети с помощью агрессивной модернизации энергии; и распределенная низкоуглеродная энергия), чтобы увидеть, позволят ли эти меры существующим домам в Бостоне и Лос-Анджелесе и Соединенных Штатах в целом достичь Цели Парижского соглашения, которые предусматривают сокращение выбросов по сравнению с уровнями 2005 года на 28% в 2025 году и на 80% в 2050 году (39).

Сценарий 1, базовый уровень, следует тенденциям, изложенным в Ежегодном прогнозе развития энергетики США (EIA) на 2020 год (5, 40, 41).Сценарий 2 «Агрессивная энергетическая модернизация» предполагает более глубокую энергетическую модернизацию дома, происходящую ускоренными темпами. Сценарий 3, декарбонизация сети с помощью агрессивной модернизации энергии, дополняет модернизацию декарбонизацией электрической сети на 80%. Сценарий 4 «Распределенная низкоуглеродная энергия» предполагает усиление распространения низкоуглеродных источников энергии. В таблице 1 подробно описаны эти четыре сценария, а в приложении SI 1 приведены полные описания.

Таблица 1.

Четыре сценария декарбонизации: Сценарии моделируют пути сокращения выбросов парниковых газов для существующих домохозяйств в США к 2050 году

Сценарий 1 показывает, что Соединенные Штаты (уровень почтового индекса) могут достичь цели Парижа до 2025 года с учетом текущих тенденций (рис.4 А ). Этот сценарий кажется правдоподобным, учитывая, что углеродоемкость электроэнергетических предприятий упала на ~ 17% в национальном масштабе в период с 2005 по 2015 год ( SI Приложение , Таблица SI-22). Соединенным Штатам вряд ли удастся достичь цели 2050 года, даже при активной модернизации домов и декарбонизации энергосистемы, из-за продолжающегося использования ископаемого топлива в домашних условиях. Сценарий 4 показывает, как это преодолевается многоаспектной стратегией. Печи на природном газе и системы электрического сопротивления по-прежнему отапливают половину домов в США, но тепловые насосы используются в три раза быстрее, чем в сценарии 1, что сокращает потребление электроэнергии и вытесняет топливо.Распределенное низкоуглеродное производство энергии в форме комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) с использованием ископаемого и углеродно-нейтрального топлива, фотоэлектрических и солнечных водонагревателей является заметным явлением, причем около 40% домов используют по крайней мере один из них. технологии ( СИ приложение , таблица СИ-24).

Рис. 4.

Пути к достижению целей Парижского соглашения в 2025 и 2050 годах в области использования энергии в жилищном секторе. Сценарии 1–4 для декарбонизации электросети, модернизации бытовой энергетики и решения проблемы использования топлива в домашних условиях.Сценарий 1: эталонный сценарий прогнозируемых темпов декарбонизации сети и модернизации домов согласно данным Управления энергетической информации США. Сценарий 2: агрессивная энергетическая модернизация домохозяйств. Сценарий 3: агрессивная модернизация энергоснабжения дома и декарбонизация энергосистемы. Сценарий 4: декарбонизация энергосистемы, агрессивная модернизация энергоснабжения дома и распределенная низкоуглеродная энергия. Результаты получены для 8,588 почтовых индексов в США ( A ), 3079 групп блоков в Бостоне ( B ) и 6800 групп блоков в Лос-Анджелесе ( C ).

Выбросы на душу населения в Лос-Анджелесе уже ниже целевого показателя в Париже до 2025 года (рис. 4 B ). Город выполняет цель Парижа на 2050 год в сценарии 1 из-за низкого базового спроса на энергию и значительной декарбонизации энергосистемы. Более глубокая декарбонизация и более агрессивная модернизация сокращают выбросы почти вдвое по сравнению с целью Парижа в сценарии 4. Хотя Бостон достигает цели 2025 года в сценарии 1, высокий базовый спрос на энергию и продолжающееся домашнее использование топлива не позволяют городу достичь цели 2050 года, несмотря на значительную сеть. декарбонизация (рис.4 С ). Дополнительная декарбонизация сети и агрессивная модернизация не преодолеют этот недостаток в сценариях 2 и 3. В сценарии 4 Бостон достигает цели 2050 года, установив тепловые насосы в 30% домов и используя распределенные низкоуглеродные источники энергии в 40% домов.

Результаты нашего сценария показывают, что существенное сокращение выбросов в жилищном секторе может быть достигнуто в Соединенных Штатах за счет сочетания производственных и потребительских стратегий. Что касается производства, наиболее важным является обезуглероживание электрических сетей.Текущие прогнозы предусматривают продолжение замены угля природным газом (26). Для достижения целей Парижа в жилом секторе требуется более полная декарбонизация. Например, в сценарии 4 и относительно базового сценария 2050 года энергосистема включает сокращение использования угля на 86% и увеличение использования возобновляемых источников энергии на 60%. Системы, обеспечивающие ТЭЦ, могут дополнить некоторые из этих сдвигов в сочетании генерации в больших объемах. В сценарии 4 использование когенерации удваивается (42). Стратегии со стороны потребления включают «глубокую» модернизацию энергоснабжения для снижения нагрузки на отопление, охлаждение и освещение.Отдельные дома также могут быть источником низкоуглеродной энергии. Мы включили местные солнечные батареи или водонагреватели в одну треть домов в сценарий 4. Эти системы требуют накопления энергии на месте и подключения к сети, чтобы максимизировать их эффективность.

Обновление окон и установка тепловых насосов и солнечных систем требует вложений со стороны домовладельцев. Положительная взаимосвязь между доходом и выбросами предполагает, что американцы с самыми высокими выбросами также находятся в лучшем экономическом положении, чтобы нести эти расходы.Уменьшение углеродного следа домов в США открывает возможности для борьбы с энергетической бедностью (43). По оценкам, для 25 миллионов домохозяйств в США ежегодно счета за электроэнергию заменяют покупку продуктов питания и медикаментов (24). Переоборудование домов в районах с низким доходом при финансовой поддержке правительства, возможно, финансируемой за счет углеродных сборов в отдельных отраслях промышленности, может сократить выбросы и счета за электроэнергию. В то время как высокие арендные ставки в районах с низким доходом и связанное с этим несоответствие интересов арендатора и арендодателя препятствуют энергетическому ремонту (44), технический потенциал велик.Например, фотоэлектрические элементы на крышах домов являются подходящей технологией для более чем половины жилых домов в районах с низким доходом в США (45).

Новые дома нуждаются в энергосбережении (например, окна с низким коэффициентом излучения, изолированные бетонные формы) и в энергосберегающих технологиях отопления и охлаждения, а также в местных источниках с низким содержанием углерода, где это возможно. Достижение цели 2050 года в Париже также требует фундаментальных изменений в построенной форме сообществ. Новые дома должны быть меньше по размеру, при этом FAC в почтовых индексах соответствует целевому показателю 2050 года в сценарии 4, который будет на 10% ниже текущего среднего значения (рис.5 A и SI Приложение , Таблица SI-33). Сокращение FAC еще больше в некоторых штатах, где ожидается значительный рост населения, таких как Колорадо (сокращение на 26%), Флорида (сокращение на 24%), Джорджия (сокращение на 13%) и Техас (сокращение на 14%). Хотя в некоторых штатах сокращение кажется резким, FAC в этих небольших домах аналогичен аналогичному показателю в других богатых странах (22).

Рис. 5.

Встроенная форма и цель Парижского соглашения до 2050 года. Атрибуты районов, соответствующих цели Парижского соглашения в сценарии 4, относительно среднего показателя 2015 г. в каждом штате и двух рассматриваемых городов для FAC ( A ), плотности населения (человек / км ² ) ( B ) и процента односемейные дома ( C ).Отсутствие значений указывает на отсутствие разницы между сообществами, достигающими Парижской цели к 2050 году в сценарии 4 и в среднем за 2015 год. Северная Дакота не показана, так как в ней не хватало сообществ, которые соответствовали цели 2050 года в Париже. Результаты для всех сценариев в SI Приложение , Таблицы SI-30–32.

Увеличение плотности населения оказывает понижающее давление на FAC из-за нехватки места, цен на землю и других факторов. Зонирование для более плотных поселений лучше стимулирует небольшие дома с меньшим потреблением энергии, чем дома на одну семью на больших участках.Районы, соответствующие цели Париж-2050, были на 53% плотнее в Бостоне, MSA, чем в среднем за 2015 год (рис. 5 B и SI, приложение , таблица SI-34). Это соответствует ∼5000 жителей / км 9 · 1012 2 9 · 1013, что является критическим порогом для энергоэффективности дома в сообществах США (31). Если построены с использованием небольших участков и высокой площади застройки, эта плотность достижима за счет сочетания небольших многоквартирных домов и скромных домов на одну семью (например, SI Приложение , Рис. SI-8, Bottom ).На национальном уровне плотность должна увеличиться в среднем на 19% со значительными различиями между штатами. Несмотря на скромность, он требует строительства меньшего количества домов на одну семью (Рис. 5 C и SI Приложение , Таблица SI-35). В сценариях 1–3 предусмотрены более существенные изменения КВС и строительной формы.

Следует отметить, что даже самые высокие оценочные плотности относятся к нижнему пределу диапазона того, что считается жизнеспособным для поддержки общественного транспорта (4). Таким образом, низкоуглеродные дома не обязательно подходят для низкоуглеродных сообществ.Более высокая плотность (и смешанная застройка), вероятно, потребуются, чтобы вызвать заметные побочные эффекты, такие как увеличение переноса низкоуглеродных газов (18, 32, 46) и связанные с этим экономические, медицинские и социальные выгоды (32, 33).

Реализация этих стратегий должна происходить во всех секторах и масштабах. Для обезуглероживания электроэнергетики требуется региональная координация. Глубокая модернизация домашних систем энергоснабжения, вероятно, потребует налоговых льгот и механизмов льготного кредитования. Северо-восток Соединенных Штатов представляет собой пример координации политики, где региональные ограничения по выбросам парниковых газов и торговая система приводят к декарбонизации энергосистемы (47), а налоговые льготы стимулируют домовладельцев к постепенному отказу от мазута (48).Обновление практики федерального кредитования и муниципального зонирования, которые давно способствовали расширению пригородов (9), и использование региональных зеленых поясов для ограничения разрастания городов (49) могут способствовать созданию сообществ с низким уровнем выбросов углерода. Планировщики должны использовать естественную синергию между плотностью населения, общественным транспортом и энергетической инфраструктурой (например, централизованным теплоснабжением) при строительстве этих сообществ.

Все эти меры должны осуществляться согласованно. Несмотря на амбициозность, нынешняя форма жилищного фонда США является результатом не только предпочтений потребителей, но и политики, проводимой с 1950-х годов, которая привела к скоординированным действиям во всех секторах (например.г., финансовые, строительные, транспортные) и масштабы (индивидуальные, муниципальные, государственные, национальные) (9). Точно так же всплеск крупномасштабных проектов Ассоциации общественных работ (например, плотины Гувера) в рамках Нового курса в 1930-х и 1940-х годах фундаментально сформировал структуру энергетического сектора США. Учитывая эту историю, вполне вероятно, что концентрированные усилия могут позволить жилому сектору США достичь целей Парижского соглашения.

Материалы и методы

Подготовка данных.

Данные на уровне зданий были взяты из CoreLogic (50), базы данных стандартизированных записей налоговых инспекторов по ~ 150 миллионам земельных участков в США.Мы использовали версию данных начала 2016 года, охватывающую жилищный фонд США в 2015 году. Эти данные содержат ключевую информацию для оценки энергопотребления каждого домохозяйства: широта и долгота здания, год постройки, землепользование, тип жилья (отдельно стоящее, двухквартирное, квартира, мобильный дом), термически кондиционируемая площадь пола (далее «площадь»), количество квартир и топливо для отопления. Топливо для отопления описывает 35 распространенных систем отопления и топливных комбинаций (см. SI Приложение , Таблица SI-5).Мы использовали данные по 92 620 556 домохозяйствам в США на прилегающих территориях Соединенных Штатов (за исключением Аляски, Гавайев и территорий США), что эквивалентно 78,4% от общего количества предполагаемых единиц жилья в США в 2015 году (24).

Данные CoreLogic включают жилые, коммерческие, производственные и другие типы зданий. Мы изолировали жилые дома, используя землепользование и тип здания в качестве фильтров (см. SI Приложение , Таблица SI-1). Мы исключили институциональные жилища (например, общежития, тюрьмы), поскольку они не отражают место проживания большинства американцев и представляют собой переходные жизненные ситуации.Мы удалили записи, в которых не указаны год постройки, местоположение или площадь. Мы также удалили записи с необоснованно большими или маленькими площадями с учетом характеристик жилья в США (см. SI, приложение , рис. SI-1 и таблицу SI-2). Мы проверили данные по многоквартирным домам, чтобы убедиться, что количество квартир, площадь на квартиру и общая площадь здания согласованы и находятся в разумных пределах. Время от времени мы оценивали количество квартир в здании, что увеличивало первоначальные 83 317 764 полезные записи до 92 620 556.Мы восполнили недостающие виды топлива для отопления помещений, используя данные Американского жилищного исследования (AHS) (51). Мы назначили топливо для водяного отопления вероятностно на основе топлива для обогрева помещения и местоположения домохозяйства. SI Приложение 1 описывает все этапы предварительной обработки данных.

Модель использования энергии и парниковых газов.

Мы оценили общий спрос на топливо и электроэнергию для каждого домохозяйства в 2015 году с использованием регрессионных моделей, полученных из обследования потребления энергии в жилищном секторе (RECS), проведенного Управлением по энергетической информации США за 2015 год (24).Исходными данными были атрибуты на уровне зданий, климатические данные на уровне округов (52), цены на топливо на уровне штата (53⇓ – 55) и электричество (56), а также статус города и деревни (8). Мы провели 10 симуляций Монте-Карло, чтобы проверить влияние неопределенности параметров и вероятностного распределения топлива. SI Приложение, Приложение 1: Методологические подробности подробно описывает все источники данных для оценки и модели энергии и парниковых газов.

Для расчета отопления помещений и нагрева воды мы разработали 10 моделей, охватывающих потребление электроэнергии, природного газа, мазута, жидкого пропана и других видов топлива (например,г., дрова, уголь). Мы разработали две дополнительные модели электричества для охлаждения помещений и нетеплового использования (например, бытовые приборы и бытовая электроника). По форме модели были логлинейными. SI Приложение , Таблицы SI-6–17 детализируют коэффициенты модели и статистику. Соответствующие модели были назначены на основе площади каждого дома и топлива для нагрева воды. Мы сделали приоритетными данные из CoreLogic, при необходимости заменив их данными из AHS. AHS учитывает дома, использующие уголь, пропан, дрова, солнечную энергию, природный газ, электричество или другие виды топлива в каждой группе блоков.Каждая модель использует вероятностно назначенные виды топлива для отопления помещений и воды для домохозяйств по мере необходимости. Это минимально повлияло на результаты агрегированной модели ( SI Приложение , Таблица SI-28).

Мы преобразовали топливо в выбросы, используя коэффициенты EIA (57), а электричество в выбросы (включая потери в линиях), используя данные eGrid Агентства по охране окружающей среды США (34). Мы провели субдискретизацию коммунальных сетей в Бостонском штате MSA и Лос-Анджелесе, чтобы зафиксировать пространственные изменения в покрытии электрической сети (58). Интенсивность парниковых газов для электрических сетей Лос-Анджелеса была взята из энергетического атласа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (20) и указана на этикетках с раскрытием информации о питании, в то время как для сетей Бостона была указана информация о паспортных данных по электроснабжению. SI Приложение , Таблица SI-20 показывает сетки и интенсивности углерода. Мы исключили выбросы от добычи и переработки топлива, которые примерно одинаковы (8–11%) на всей территории Соединенных Штатов (16).

Анализ результатов.

Модель оценки энергии и парниковых газов для индивидуальных домов. Мы оценили энергоемкость и интенсивность выбросов парниковых газов для каждого штата, разделив расчетную используемую энергию и выбросы парниковых газов на общую площадь в выборке каждого штата. Мы оценили количество тонн CO ₂ -эквивалентов на душу населения в год путем деления общего количества парниковых газов для каждого почтового индекса или группы кварталов на население 2015 года (8).Чтобы уменьшить недооценку, мы исключили почтовые индексы и группы блоков с отсутствием более 10%. Мы исключили небольшие выборки (<100 жителей или <200 домов) для контроля выбросов, и мы удалили области с m ² на человека в нижнем и верхнем процентилях, поскольку высокие и низкие значения указывают на ненадежные оценки населения или площади. Наша последняя подвыборка включала 8 858 почтовых индексов США (охватывающих около 60 000 000 домашних хозяйств и половину населения США), 3 079 блочных групп в Бостоне MSA и 6 800 блочных групп в Лос-Анджелесе.В двух MSA точечные данные по CO ₂ тонн / шапка пространственно интерполируются с использованием многоуровневых b-сплайнов с пространственным разрешением 30 м (пороговая ошибка = 0,001) (59).

Министерство жилищного строительства и городского развития США устанавливает критерии для домохозяйств с «низким доходом», «очень низким доходом» и «чрезвычайно низким доходом» в каждом округе США в 2015 году в соответствии со средним доходом домохозяйства и количеством членов домохозяйства (30 ). Мы обозначили почтовый индекс как низкий доход, если его средний доход падает ниже порога «низкого дохода», установленного для среднего числа людей в семье в этом почтовом индексе.

Сценарии.

Было протестировано четыре сценария, смогут ли декарбонизация сети, модернизация энергоснабжения и распределенные низкоуглеродные энергетические системы соответствовать целям Парижского соглашения для существующих домов в США. Соединенные Штаты обязались сократить выбросы парниковых газов на 28% к 2025 году и на 80% к 2050 году по сравнению с уровнями 2005 года (39). Для бытовой энергетики это соответствует 2,64 т CO ₂ -э / кап в 2025 году и 0,65 т CO ₂ -э / кап в 2050 году. Сценарии исключали выбросы, связанные с производством и внедрением технологий, необходимых для реализации этих переходов.Хотя к 2050 году он может стать значительным, мы также исключили электроэнергию, используемую для зарядки электромобилей, которая относится к транспортному сектору.

Во всех сценариях учитывается прогнозируемое уменьшение количества дней в градусах тепла и увеличение дней в градусах похолодания из-за изменения климата. Прогнозы изменения климата основаны на «Репрезентативной траектории концентраций 4.5», согласно которой к 2100 году средняя глобальная температура повысится на 1,8 ° C (60). Различия в темпах внедрения технологий, эффективности и сроках службы, интенсивности электрических сетей и улучшениях изоляции зданий в сценариях 1–3 взяты из Ежегодного прогноза развития энергетики на 2020 год (40).Сценарий 4 предусматривает повышение уровня проникновения высокоэффективного бытового оборудования для обогрева и охлаждения, более агрессивную модернизацию для улучшения теплоизоляции зданий и более широкое развертывание распределенной низкоуглеродной генерации энергии в соответствии с Парижским соглашением 2050 года. SI Приложение 1 содержит дополнительные сведения о сценариях.

Сценарий 1: Исходный уровень.

Электрические сети декарбонизируются с той же скоростью, что и прогнозируемый в базовом сценарии Годового прогноза развития энергетики на 2020 год.Оборудование для обогрева и охлаждения помещений, а также водонагреватели в каждом доме списываются со скоростью, соответствующей среднему сроку службы, оцененному EIA, таким образом, чтобы окончательная рыночная доля различных технологий в модели соответствовала прогнозам Annual Energy Outlook 2050. Установленное оборудование имеет прогнозируемую среднюю рыночную эффективность для данной технологии на момент установки (61). Энергопотребление, рассчитанное с использованием 12 регрессионных моделей, было скорректировано с использованием соответствующего коэффициента эффективности из литературы.Мы предполагаем, что потребление электроэнергии в бытовой электронике будет умеренным (1,1% в год), но это в значительной степени компенсируется более эффективным освещением и бытовой техникой. Более широкое внедрение оборудования для кондиционирования воздуха в жилищный фонд США из-за изменения климата было оценено с использованием эмпирических соотношений между прогнозируемыми днями охлаждения и проникновением систем кондиционирования воздуха в городах США (62). Обшивка зданий модернизируется в соответствии с Международным кодексом энергосбережения (40) со скоростью 1,1% в год по всему жилому фонду, что обеспечивает снижение потребности в отоплении на 30% и снижение нагрузки охлаждения на 10% для домов до 2015 г. Базовый показатель на 2015 год.

Сценарий 2: Модернизация агрессивной энергетики.

Этот сценарий подчеркивает декарбонизацию за счет более эффективных бытовых приборов и электроники. Он идентичен сценарию 1, за исключением того, что когда домашнее отопительное или охлаждающее оборудование выводится из эксплуатации, оно заменяется лучшим в своем классе КПД для данной конкретной технологии на год установки. Мы также предположили, что бытовая электроника и бытовая техника достигают более высокого КПД, как прогнозируется в Ежегодном энергетическом прогнозе, что в конечном итоге приведет к снижению спроса на электроэнергию.

Принята агрессивная программа модернизации энергоснабжения, в соответствии с которой в период с 2015 по 2050 год модернизируется 60% фонда зданий (годовая скорость модернизации 1,7% по сравнению с 1,1% в годовом энергетическом прогнозе), в соответствии с аналогичными сценариями глубокой модернизации в других странах. проекции энергопотребления зданий (например, BLUE Map, 3CSEP) (63, 64). Модернизированные дома снижают базовую тепловую нагрузку на 49% и охлаждающую нагрузку на 25%, что составляет половину оптимально достижимой экономии за счет устранения инфильтрации, улучшенной теплоизоляции и новых окон согласно оценкам Министерства энергетики США (65), аналогично наблюдаемой экономии в «глубоких» ”Энергетическая модернизация в Соединенных Штатах (66).Улучшение теплоизоляции и окон не обязательно происходит одновременно с модернизацией оборудования для обогрева и / или охлаждения. Выполнение таких этапов глубокой модернизации энергоснабжения с меньшей вероятностью встретит сопротивление владельцев из-за длительных сбоев, высоких первоначальных капитальных затрат и других проблем (66).

Сценарий 3: декарбонизация энергосистемы с помощью агрессивной модернизации энергетики.

В этом сценарии проверялось, может ли декарбонизация электросети способствовать достижению цели Париж-2050. Электрическая сеть соответствует сценарию «надбавка за двуокись углерода в размере 15 долларов США» в Ежегодном энергетическом прогнозе на 2020 год, который прогнозирует снижение на ~ 80% интенсивности CO ₂ от производства электроэнергии по сравнению с 2005 годом, усредненным по сетям США.Снижение связано в первую очередь с преобразованием угля в газовые паровые электростанции и заметным увеличением мощности традиционных гидроэлектростанций, геотермальных источников, биомассы, солнца, ветра и других низкоуглеродистых источников (5). Все остальные аспекты модели идентичны сценарию 2.

Сценарий 4: Распределенная низкоуглеродная энергия.

Фоновые электрические сети и скорость модернизации корпуса остаются неизменными по сравнению со сценарием 3, но существенные изменения внесены в сочетание технологий нагрева и охлаждения, и повышенное внимание уделяется распределенным источникам энергии с низким содержанием углерода.Сценарии включают сбалансированный портфель технологий и сохраняют некоторые традиционные технологии на основе ископаемого топлива, что, как правило, считается наиболее реалистичным будущим для энергетики и жилого сектора США (67).

Этот сценарий предполагал более высокие темпы внедрения низкоэнергетического домашнего оборудования для отопления и охлаждения, чем Годовой энергетический прогноз. Обычные печи были выведены из эксплуатации с более высокими темпами, особенно с использованием газовых и масляных технологий, и заменены наземными, электрическими и газовыми тепловыми насосами с наивысшей доступной эффективностью.Модельное размещение новых технологий ограничено условиями окружающей среды и характеристиками жилья. Например, геотермальные тепловые насосы были ограничены односемейными и полуквартирными домами, в которых с большей вероятностью будет достаточно места для контуров заземления. Электрические тепловые насосы предпочтительнее тепловых насосов, работающих на природном газе, в регионах США с более высокими охлаждающими нагрузками, поскольку первые значительно более эффективны при охлаждении помещений (61).

Сценарий включает умеренное развертывание распределенных энергетических систем.Например, доля ТЭЦ, снабжающих дома, к 2050 году увеличилась вдвое до ~ 15%. В первые годы прогнозирования когенерационные установки полагались на системы с турбинным приводом и поршневые двигатели, но затем переключились на топливные элементы, которые обеспечивают более сбалансированную мощность. -тепловой коэффициент по мере развития технологии после 2030 г. (64). Доля безуглеродного сырья была увеличена с 10% в 2015 году до 75% в 2050 году. Эти системы были ограничены районами со средней и высокой плотностью населения, где капитальные затраты и потери при распределении были бы реалистичными.Две пятых домов были оборудованы фотоэлектрическими или солнечными водонагревателями, что является умеренной оценкой для потенциального солнечного покрытия в США (45), причем последние сконцентрированы на юго-западе США, где солнечная инсоляция наиболее высока. Мы не моделируем явным образом распространение ветровой энергии, хотя это подразумевается в прогнозах ОВОС для декарбонизирующей электросети.

Доступность данных.

Данные и код, подтверждающие выводы этого исследования, доступны на платформе Open Science Framework (DOI: 10.17605 / OSF.IO / Vh5YJ), за исключением данных CoreLogic, которые можно приобрести в CoreLogic Inc. (https://www.corelogic.com/).

Благодарности

Мы с благодарностью признаем финансовую поддержку этой работы Национальным научным фондом в рамках Программы экологической устойчивости (Премия 1805085). Авторы благодарны К. Артуру Эндсли за помощь в понимании данных CoreLogic. Спасибо Нэнси Р. Гоф за помощь в редактировании. Мы также хотели бы поблагодарить Erb Institute for Global Sustainable Enterprise при Мичиганском университете за их щедрую поддержку этой работы.

Сноски

• Вклад авторов: B.G., D.G., and J.P.N. спланированное исследование; Б.Г. проведенное исследование; B.G., D.G. и J.P.N. проанализированные данные; Б.Г. и J.P.N. написал статью; и Б. и Д. произведенная графика.

• Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

• Эта статья представляет собой прямое представление PNAS.

• Размещение данных: данные и код, подтверждающие выводы этого исследования, доступны на платформе Open Science Framework (DOI: 10.17605 / OSF.IO / Vh5YJ), за исключением данных CoreLogic, которые можно приобрести в CoreLogic Inc. (https://www.corelogic.com/).

• Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.15117/-/DCSupplemental.

• Copyright © 2020 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

Среднее потребление электроэнергии в домах во всем мире – shrinkthatfootprint.com

Знаете ли вы, сколько электроэнергии потребляет ваш дом каждый год?

Если вы это сделаете, этот пост позволит вам увидеть, как вы сравниваетесь с остальным миром.

Снижение выбросов углекислого газа в результате использования энергии в вашем доме – это тема, о которой мы будем много сообщать в будущем. В качестве основы для этих постов мы рассмотрим, сколько электроэнергии потребляют домохозяйства по всему миру, а также то, что из расчета на одного человека используется в разных странах.

Среднее потребление электроэнергии в домах

Около 80% людей в мире имеют доступ к электричеству. Эта цифра увеличилась за последнее десятилетие, в основном из-за растущей урбанизации. Но, несмотря на то, что все больше и больше людей получают доступ к электричеству, мы используем очень разное ее количество.

Используя данные Всемирного энергетического совета, мы можем сравнить, сколько электроэнергии потребляет среднее электрифицированное домохозяйство в разных странах.

В странах, которые мы выбрали для сравнения, потребление электроэнергии в домашних хозяйствах сильно различается. Среднее американское или канадское домохозяйство в 2010 году использовало примерно в двадцать раз больше, чем типичное нигерийское домохозяйство, и в два-три раза больше, чем типичный европейский дом.

В США типичное потребление электроэнергии домашним хозяйством составляет около 11,700 кВтч в год, во Франции – 6,400 кВтч, в Великобритании – 4,600 кВтч, а в Китае – около 1300 кВтч.Среднее мировое потребление электроэнергии домашними хозяйствами, имеющими электроэнергию, составило примерно 3500 кВтч в 2010 году.

Эти различия обусловлены множеством факторов, включая богатство, физический размер дома, стандарты бытовой техники, цены на электроэнергию и доступ к альтернативным видам топлива для приготовления пищи, отопления и охлаждения.

Возможно, самое удивительное в этой диаграмме – это то, что среднемировое значение достигает 3500 кВтч / год, учитывая, что показатели для Индии и Китая настолько низки. Это объясняется двумя вещами: размером домохозяйства и уровнем электрификации.

В Китае около 99% людей имеют электричество, и средний размер домохозяйства составляет около 3. В Индии это 66% и 5 человек соответственно, а в Нигерии – 50% и 5. Средний размер домохозяйства в большинстве богатых стран приближается к 2,5 человекам. В результате распределение электрифицированных домохозяйств более смещено в сторону богатых стран, чем населения в целом.

Потребление электроэнергии в доме на человека

Взяв потребление электроэнергии в жилых домах и разделив его по численности населения, мы можем посмотреть, сколько электроэнергии в среднем использует дома человек в каждой стране.В отличие от нашего предыдущего графика, этот график учитывает всех людей в каждой стране, поэтому для мест, где доступ к электричеству не универсален, цифры ниже.

Несмотря на то, что графики выглядят очень похожими, есть несколько разительных отличий.

Каждый американец потребляет дома около 4500 кВтч в год. Это примерно в шесть раз больше, чем в среднем в мире на душу населения, или более чем в пять раз выше среднего показателя для тех, кто имеет доступ к электричеству.

Различия между развитыми странами также весьма значительны. В то время как в США и Канаде рост составляет около 4500 кВтч на человека, в Великобритании и Германии – менее 2000 кВтч. В Бразилии, Мексике и Китае потребление на человека составляет всего 500 кВтч, но рост сильно отличается. В Бразилии жилищное использование на человека было стабильным в течение последних 20 лет, тогда как в Мексике оно выросло на 50%, а в Китае – на 600%.

Где твой?

Наше домашнее потребление электроэнергии составляло 2 000 кВтч каждый из последних нескольких лет, что означает около 700 кВтч на человека.Нам выгодно не использовать электричество для обогрева или охлаждения, хотя наша электрическая духовка является большим источником спроса.

Это делает нас бразильской семьей, но глобальными людьми 😉

Как складываются?

Сообщение по теме: Как мы используем электричество?

Что такое интенсивность использования энергии (EUI)? | ENERGY STAR Buildings and Plants

Когда вы сравниваете свое здание с помощью Portfolio Manager, одним из ключевых показателей, которые вы увидите, является интенсивность использования энергии или EUI.По сути, EUI выражает потребление энергии зданием в зависимости от его размера или других характеристик.

Для типов собственности в Portfolio Manager EUI выражается в энергии на квадратный фут в год. Он рассчитывается путем деления общего количества энергии, потребляемой зданием за год (измеряется в кБТЕ или ГДж), на общую общую площадь этажа здания (измеряется в квадратных футах или квадратных метрах). Portfolio Manager автоматически выполняет преобразование в кБТЕ или ГДж, поэтому вы можете просто ввести информацию об использовании энергии в том виде, в котором она указана в счетах за коммунальные услуги.

В Portfolio Manager доступны как исходная, так и исходная EUI, хотя EPA полагается на исходную EUI в качестве основы для оценки ENERGY STAR. Узнайте разницу между источником энергии и энергией сайта.

Некоторые типы недвижимости более энергоемки, чем другие

Как правило, низкий EUI означает хорошие энергетические характеристики. Однако одни типы недвижимости всегда потребляют больше энергии, чем другие. Например, начальная школа потребляет относительно мало энергии по сравнению с больницей.

Медианные EUI в США

Для получения подробной информации о том, как рассчитываются эти показатели интенсивности использования энергии в национальном масштабе, см. Технический справочник менеджера портфеля: Национальная интенсивность использования энергии в США.

Сектор рынка	Вид недвижимости	Источник EUI (кБТЕ / фут2)	Site EUI (кБТЕ / фут2)
Банковские / финансовые услуги	Отделение банка	209,9	88.3
Банковские / финансовые услуги	Финансовый офис	116,4	52,9
Образование	Колледж / Университет	180,6	84,3
Образование	К-12 Школа	104,4	48,5
Образование	Дошкольное учреждение / детский сад	131,5	64,8
Образование	Профессиональное училище / образование для взрослых	110.4	52,4
Общественное собрание	Конференц-центр / Конференц-зал	109,6	56,1
Общественное собрание	Спортивно-развлекательные центры	112,0	50,8
Общественное собрание	Развлечения	112,0	56,2
Общественное собрание	Поклонный дом	58.4	30,5
Продажа и обслуживание продуктов питания	Круглосуточный магазин	592,6	231,4
Продажа и обслуживание продуктов питания	Бар / ночной клуб	297	130,7
Продажа и обслуживание продуктов питания	Ресторан быстрого питания	886,4	402,7
Продажа и обслуживание продуктов питания	Ресторан	573.7	325,6
Продажа и обслуживание продуктов питания	Супермаркет / Продуктовый магазин	444	196
Продажа и обслуживание продуктов питания	Оптовый клуб / Суперцентр	120	51,4
Здравоохранение	Амбулаторно-хирургический центр	138,3	62,0
Здравоохранение	Больница (общая медицинская и хирургическая)	426.9	234,3
Здравоохранение	Другое / Специализированная больница	433,9	206,7
Здравоохранение	Медицинский кабинет	121,7	51,2
Здравоохранение	Амбулаторная реабилитация / физиотерапия	138,3	62,0
Здравоохранение	Неотложная медицинская помощь / Клиника / Другое амбулаторное лечение	145.8	64,5
Жилой	Казармы	107,5	57,9
Жилой	Отель	146,7	63,0
Жилой	Многоквартирный дом	118,1	59,6
Жилой	Тюрьма / Заключение	156.4	69,9
Жилой	Общежитие	107,5	57,9
Жилой	Дом престарелых	213,2	99,0
Смешанное использование	Объект смешанного использования	89,3	40,1
Офис	Медицинский кабинет	121.7	51,2
Офис	Офис	116,4	52,9
Офис	Ветеринарный кабинет	145,8	64,5
Государственные службы	Здание суда	211,4	101,2
Государственные службы	Пожарная служба / полицейский участок	124,9	63,5
Государственные службы	Библиотека	143.6	71,6
Государственные службы	Почтовый центр / Почтовое отделение	96,9	47,9
Государственные службы	Транспортный терминал / станция	112,0	56,2
Розничная торговля	Автосалон	124,1	55,0
Розничная торговля	Закрытый торговый центр	170.7	65,7
Розничная торговля	Стрип Молл	228,8	103,5
Розничная торговля	Магазин розничной торговли	120,0	103,5
Технологии / Наука	Лаборатория	318,2	115,3
Услуги	Химчистка, ремонт обуви, слесарь, салон и др.	96,9	47.9
Утилиты	Очистка и распределение питьевой воды	5,9	2,3
Утилиты	Энергетическая / Электростанция	89,3	40,1
Склад / склад	Хранилище	47,8	20,2
Склад / склад	Распределительный центр	52,9	22.7
Склад / склад	Неохлаждаемый склад	52,9	22,7
Склад / склад	Холодильный склад	235,6	84,1

Для получения дополнительной информации об интенсивности использования энергии в Канаде см .:

SA: Энергетический учебник для студентов AP, изучающих экологию

Даже для практикующих ученых и инженеров энергетические концепции и терминология иногда могут быть запутанными и двусмысленными.Путаница возникает из-за того, что в разных дисциплинах часто используются разные системы измерения и используется специализированная лексика, уникальная для конкретной отрасли. Ситуация может быть особенно неприятной для начинающего студента-эколога, который может не закончить даже первый курс физики. И проблема не решается типичным учебником по окружающей среде, в котором термины, связанные с энергетикой, вводятся только по частям, по мере необходимости в контексте конкретной экологической темы.Таким образом, вводный студент, изучающий экологию, часто получает отрывочное, запутанное и неудовлетворительное введение в концепции и терминологию энергетики. Это вызывает особую тревогу, поскольку использование энергии лежит в основе большинства экологических проблем. Более того, эколог должен уметь общаться с людьми из самых разных дисциплин. Соответственно, он или она должны быть знакомы с различными системами измерения и уметь легко переходить от одной системы к другой. Эта статья представляет собой краткое введение в основные системы измерения, используемые в науке и технике, с особым акцентом на энергетические термины, полезные для защитников окружающей среды.

Системы измерения

В мире широко используются две системы измерения: обычная система США (USCS, ранее называвшаяся британской системой) футов, фунтов и секунд, которая используется в повседневной жизни в Соединенных Штатах, и метрическая система метров. , килограммы и секунды, которые используются повсюду. В 1960 году метрическая система была принята международным комитетом в Париже в качестве всемирного стандарта науки и теперь называется Système International или SI.США – единственная крупная страна, которая все еще использует британскую систему измерения (даже Британия перешла на метрическую!), Но эта система прочно укоренилась в американском обществе и вряд ли скоро исчезнет. Подмножеством метрической системы является система сантиметр-грамм-секунда (СГС), которая обычно используется в атомной физике и химии.

Все физические величины, такие как скорость, ускорение, сила, импульс и энергия, в конечном итоге могут быть выражены в трех основных единицах длины, массы и времени.Эти три величины называются фундаментальными единицами , потому что они могут использоваться для определения всех других элементов в конкретной системе измерения. В таблице ниже приведены основные единицы для трех распространенных систем измерения.

Система	Длина	Масса	Время
СИ (мкс)	метр	килограмм	секунд
SI (cgs)	сантиметр	грамм	секунд
USCS (кадр / с)	фут	пуля	секунд

Поскольку единица массы пуля является необычной, USCS упоминается как система фут-фунт-секунда (фут-фунт-секунда), но, строго говоря, фунт (фунт) – это единица силы, а не массы.И наоборот, в системе СИ единица массы килограмм часто используется для выражения силы (силы тяжести), например, веса человека. В этом смысле удобным коэффициентом преобразования между системами является использование «весового эквивалента» 2,2 фунта для массы 1 кг.

Работа и энергия

Физики определяют энергию как «способность выполнять работу», но в некотором смысле это вызывает вопрос, потому что сама работа все еще не определена. Термин «работа» в физике определяется как сила, умноженная на расстояние, на которое действует сила.Таким образом, мы получаем представление о том, что энергия – это свойство, которое позволяет перемещать объекты с одного места на другое и тем самым выполнять физический труд или «работу». Сама энергия может проявляться в различных формах – например, солнечная энергия, электрическая энергия, химическая энергия, тепловая энергия и ядерная энергия – но суть в том, что все формы могут использоваться для работы. Таким образом, все единицы энергии должны быть в конечном итоге сведены к единицам работы, то есть сила x расстояние. Из закона Ньютона мы знаем, что сила – это масса x ускорение.Итак, расширяя приведенную выше таблицу, мы получаем:

Система	Сила =	Масса x	Разгон
СИ (мкс)	ньютон	кг	м / с 2
SI (cgs)	dyne	грамм	см / с 2
USCS (кадр / с)	фунтов	пуля	фут / с 2

И, наконец, у нас есть таблица по энергии:

Система	Энергия =	Сила x	Расстояние
СИ (мкс)	джоуль	ньютон	метр
SI (cgs)	эрг	dyne	см
USCS (кадр / с)	фут-фунт	фунтов	футов

Обратите внимание, что хотя ньютон и джоуль названы по именам людей, они не пишутся с заглавной буквы при использовании в качестве единицы измерения.Однако соответствующие символы (N и J) пишутся с заглавной буквы при независимом использовании.

Ньютон

Единица силы в системе СИ, ньютон (Н), конечно, названа в честь Исаака Ньютона. Из вышесказанного видно, что 1 Н = 1 кг-м / с ² , что эквивалентно примерно 0,225 фунта. Учтите, что 1 Н не равен весу 1 кг.

Джоуль

Подобно единице силы, джоуль (Дж) назван в честь сэра Джеймса Прескотта Джоуля, известного британского ученого 19-го века, который провел множество точных энергетических экспериментов.Один джоуль – это количество работы, совершаемой силой в один ньютон, действующей на расстоянии одного метра. С практической, повседневной точки зрения джоуль – это относительно небольшое количество энергии, но чаще всего он используется в научной работе. Например, энергосодержание одного большого бублика составляет около 10 9 10 12 6 9 10 13 джоулей.

Калорийность

Посредством серии тщательно продуманных экспериментов со шкивами, грузами, гребными колесами и точно измеренными температурами в контейнерах с водой Джоуль убедительно продемонстрировал эквивалентность механической энергии и тепла.До этого времени люди думали, что тепло – это своего рода эфемерное свойство материалов, например жидкость, которая выделяется, когда твердые объекты разбиваются на более мелкие части. Они назвали это свойство калорийностью , от чего произошел термин калорий . Джоуль показал, что тепло и механическая энергия эквивалентны, и его тщательные измерения дали нам то, что мы сегодня называем «механическим эквивалентом тепла»:

1 калория = 4,186 джоулей.

Вы можете вспомнить, что одна калория – это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия.Одна килокалория повысит температуру 1 кг воды на такую ​​же величину. Килокалорию иногда называют «большой» калорией и пишут с большой буквы, а именно как калория. Очевидно, что такая практика может привести к путанице, поэтому читатель должен постоянно помнить о намерениях писателя, говоря о калориях. Чтобы еще больше запутать проблему, пищевые калории – это всегда «большие» калории. Таким образом, когда кто-то говорит, например, о 100 калориях в ломтике хлеба, подразумевается, что 100 килокалорий или 4.186 x 10 ⁵ Дж будет высвобождаться при сжигании высушенной биомассы.

Энергетическая ценность топлива измеряется путем его полного сжигания и улавливания выделяемого тепла. Это тепло можно передать, скажем, емкости с водой, в которой измеряется повышение температуры. Знание того, что для повышения температуры воды требуется одна калория на грамм, позволяет определить содержание энергии в топливе с точки зрения калорий. Затем это число можно преобразовать в другие единицы энергии с помощью коэффициента преобразования Джоуля.

БТЕ

Другой популярной единицей тепловой энергии является британская тепловая единица. Одна британская тепловая единица – это количество тепла, необходимое для повышения температуры одного фунта воды на один градус Фаренгейта. Используя коэффициенты преобразования 2,2 фунта / кг и 1,8 F ° / C ° и эквивалент Джоуля, мы находим:

1 британская тепловая единица = 252 кал = 105 ⁵ Дж.

Одна британская тепловая единица приблизительно равна количеству тепла, выделяемого при сжигании одной большой кухонной спички.

Btus обычно используются в США для оценки водонагревателей, печей и кондиционеров.Например, типичный бытовой водонагреватель, работающий на природном газе, может быть рассчитан на 40 000 БТЕ / ч, а печь – на удвоенную, или 80 000 БТЕ / ч. Эти числа, конечно, показывают скорость, с которой горелки этих агрегатов могут производить тепло. Теплотворная способность топлива часто выражается в британских тепловых единицах на единицу веса. Например, уголь имеет типичную теплотворную способность 25 миллионов британских тепловых единиц на тонну, а нефть – 37 миллионов британских тепловых единиц на тонну.

Therm

Газовые компании в США часто измеряют объем продаж в «тепловых единицах» или термо .Один терм определяется как 100000 британских тепловых единиц, а теплотворная способность природного газа при нормальной температуре и давлении составляет 1030 британских тепловых единиц / фут ³ . Таким образом, один терм почти равен 100 кубическим футам природного газа:

1 терм = 105 БТЕ / 1030 БТЕ / фут ³ = 97,1 фут ³ ≈ 100 футов ³ .

Газовые компании также используют терминологию «American Engineering» вместо стандартной научной записи СИ. В этих обозначениях латинские сокращения C для 100 и M для 1000 используются в качестве числовых префиксов, но из-за потенциальной путаницы между стандартными научными обозначениями C для centi (10 ^-2 ) и M для mega (10 ^{). 6} ) инженерные сокращения обычно не пишутся с заглавных букв.Например, 1 кубический фут = 100 кубических футов, 1 кубический фут = 1000 кубических футов, а один миллион кубических футов записывается как 1000 x 1000 кубических футов или 1 мм кубических футов.

Мощность

Мощность – это термин, который используется для описания потока энергии. Мощность определяется как «скорость выполнения работы» и обычно измеряется в джоулях в секунду. В системе СИ единицей мощности является ватт (Вт), названный в честь Джеймса Ватта, изобретателя паровой машины.

1 ватт = 1 джоуль в секунду.

В системе cgs к питанию не отводится отдельная единица.В системе USCS мощность измеряется в «практических» единицах мощности (л.с.), где 1 л.с. = 550 фут-фунт / с. Это эквивалентно 746 Вт или примерно 0,75 кВт.

Возможно, из-за того, что большинство электроприборов оцениваются с точки зрения их требований к мощности, мощность и энергию часто путают при работе с электрической энергией. Но точно так же, как при заправке вашего автомобиля на заправочной станции вы должны в конечном итоге заплатить за общее количество перекаченных галлонов, а не за скорость, с которой вы его перекачивали, так и за электроэнергию мы платим за общее количество джоулей потребленной электроэнергии. , а не мощность или скорость, с которой он был доставлен.

В США электрическая энергия обычно измеряется в киловатт-часах (кВтч), потому что это практическая единица для коммунальной компании, а также для потребителя. Соотношение между киловатт-часами и джоулями определить несложно:

1 кВтч = 1000 Дж / с x 3600 с = 3,6 x 10 ⁶ Дж.

Опять же, мы видим, насколько мал в практическом плане джоуль. Один кВтч – это энергия, необходимая для питания десяти 100-ваттных лампочек в течение одного часа. Средний дом в США.С. потребляет около 10 000 кВтч электроэнергии в год.

Электростанции

Электростанции оцениваются по их мощности по передаче электроэнергии. Например, мощность большой угольной или атомной электростанции может составлять 1 000 МВт (мегаватт). Индекс «e» на букве W означает «электрическая» и означает, что рейтинг соответствует «выходной» мощности установки, а не потребляемой энергии. Потребляемая энергия обычно измеряется теплотой сгорания топлива – например, Btus для угля.Если установка работает с КПД, скажем, 40 процентов, то потребляемая энергия, необходимая для такой установки, может быть рассчитана следующим образом:

Вход = Выход / 40% = 1000 МВт / 0,4 = 2500 МВт = 2500 x 10 & # 8310; Дж / с x 3600 с / ч / 1054 Дж / БТЕ = 8,54 x 10 & # 8313; БТЕ / ч

Если эта энергия вырабатывается углем с теплотворной способностью 25 x 10 ⁶ БТЕ / т, то уголь необходимо будет вводить из расчета:

8,54 x 10 & # 8313; БТЕ / ч / 25 x 10 & # 8310; БТЕ / тонна = 342 тонны / час.

Работая на полную мощность 24 часа в сутки, такая установка будет потреблять около трех миллионов тонн угля в год.

Солнечная энергия

Еще одно ценное использование энергии в анализе окружающей среды связано с солнечной энергией. Солнце, конечно, обеспечивает лучистую энергию для всего живого на Земле, и скорость получения этой энергии называется , солнечный поток , представляя мощность на единицу площади, полученную в данном месте. В положении на орбите Земли это число составляет около 1400 Вт / м ² и обозначается как солнечная постоянная . Это означает, что плоская панель размером 1 м ² , размещенная за пределами атмосферы Земли и ориентированная перпендикулярно солнечным лучам, будет получать 1400 джоулей в секунду солнечной энергии.

Атмосфера поглощает около половины этой энергии, так что 700 Вт / м ² – это максимальное количество, которое достигает Земли в жаркий летний день в тропиках. В среднем за день и ночь для всех сезонов и всех широт, это дополнительно снижается до примерно 240 Вт / м ² как среднее значение солнечной радиации, полученной на поверхности Земли. Облачность и другие факторы еще больше уменьшают эти цифры. В США, например, в Тусоне, штат Аризона, средний годовой поток солнечной энергии составляет 250 Вт / м ² , а в Кливленде – только 160 Вт / м ² .Очевидно, что такие цифры влияют на преимущества солнечного отопления и охлаждения, а также на рост биомассы в различных регионах.

Сводка

Поскольку энергия играет фундаментальную роль во всех экологических проблемах, студенту надлежит на раннем этапе ознакомиться с концепциями и терминологией в области энергетики. Ученый-эколог должен также привыкнуть к специализированным терминам, которые используются в различных дисциплинах и отраслях. Газовая компания не собирается преобразовывать кубические футы в британские британские тепловые единицы, так же как электрическая компания не собирается преобразовывать кВтч в джоули.Студент, изучающий экологию, несет ответственность за то, чтобы уметь ставить единицы на общую основу, чтобы проводить достоверные сравнения. Например, является ли печь на природном газе более экономичной или более экологически чистой, чем электрическое отопление плинтуса для среднего дома? Может ли солнечная энергия удовлетворить все потребности в отоплении дома в Кливленде? Сколько электроэнергии можно было бы произвести, установив солнечные панели на крыше дома в Аризоне? Сколько биомассы можно вырастить на акре земли в Миссури? Тщательное понимание энергетических единиц и терминологии будет иметь большое значение для того, чтобы экологи могли сделать такой анализ простым и обычным.

Практические вопросы

1. Учитывая, что для повышения температуры 1 кг воды на 1 ° C требуется 1 ккал тепла:

1. Сколько килокалорий потребуется, чтобы нагреть 100 кг воды на 20 ° C для ванны?
2. Сколько это джоулей?
3. Сколько Btus?
4. Если ваш водонагреватель может подавать 40 кБТЕ / ч, сколько времени потребуется, чтобы нагреть эту воду?

2.

1. Учитывая, что 1 кВтч = 3,6 МДж и 1 БТЕ = 1055 Дж, покажите, что 1 кВтч = 3412 БТЕ.
2. Почему было бы неправильно использовать этот коэффициент преобразования непосредственно для определения количества угля, необходимого для выработки электроэнергии на электростанции?

3. Типичному дому на севере США может потребоваться 120 МБТЕ тепла в среднем за зиму.

1. Если бы это тепло подавалось от печи на природном газе, работающей с КПД 60 процентов, сколько кубических футов газа нужно было бы закупить?
2. Сколько будет стоить обогрев этого дома за один сезон при стоимости 0,90 долл. США за куб. Фут?
3. Если бы новую печь с эффективностью 80% можно было бы установить по цене 4000 долларов, сколько времени потребуется, чтобы окупить стоимость этой печи, если цены на газ останутся прежними?

4.Предположим, что дом в вопросе 3 расположен в Кливленде, где среднегодовой поток солнечной энергии составляет 160 Вт / м ^{2 2} . Если в этом доме было установлено 10 м 9 · 1012 2 9 · 1013 солнечных панелей, работающих с 20-процентной эффективностью для сбора и хранения солнечной энергии в виде горячей воды:

1. Сколько энергии можно получить таким образом за год?
2. Какая часть годовой потребности в отоплении это составляет?
3. С учетом требований к нагреву горячей воды для ванны из вопроса 1 (c), сколько горячих ванн потребует эта энергия за один год?

5.Среднегодовой поток солнечной энергии в Тусоне составляет 250 Вт / м ² . Предположим, что в доме установлено 10 м ² солнечных электрических панелей, работающих с 10-процентной эффективностью.

1. Сколько кВтч электроэнергии могут быть собраны этими панелями за один год?
2. Какую часть годовой потребности в электроэнергии в 10 000 кВтч для среднего дома это составляет?
3. Сколько квадратных метров солнечных панелей потребуется для подачи 10 000 кВтч в год?

6.Солнечная энергия естественным образом преобразуется в древесную биомассу с эффективностью около 0,1 процента. Предположим, лесной участок площадью 100 га (10 ⁶ м ² ) расположен в штате Миссури, где средний годовой поток солнечной энергии составляет 200 Вт / м ² . Учитывая, что теплотворная способность древесины составляет 12 МБТЕ / тонну, сколько тонн древесины можно производить на этом участке каждый год?

7. При умеренном ветре современная большая ветряная турбина может вырабатывать около 250 кВт электроэнергии, тогда как большая атомная электростанция может вырабатывать 1000 МВт.

1. Сколько ветряных турбин потребуется для выработки такой же мощности, как одна атомная электростанция?
2. Обсудите некоторые преимущества и недостатки подачи электроэнергии каждым методом.

8. Батареи обычно измеряются в ампер-часах, что указывает на ток, который элемент может выдавать в течение определенного времени. Типичный аккумулятор фонарика типа D, например, может быть рассчитан на 3 ампер-часа. Полная электрическая энергия, доступная от такой батареи, находится путем умножения номинального значения ампер-часов на напряжение батареи.Таким образом, тот же самый 1,5-вольтовый D-элемент мог выдавать 4,5 ватт-часа электроэнергии.

Преобразуйте эту энергию в кВтч и сравните стоимость электроэнергии, полученной таким образом, со стоимостью стандартной «сетевой» электроэнергии. Предположим, что батарея стоит 1 доллар США, а электроэнергия от энергокомпании доступна по цене 0,10 доллара США / кВтч.

9. В таблице ниже приведены цены и содержание тепловой энергии для различных видов топлива, которые обычно используются для отопления домов.Цены на топливо указаны в расчете на единицу стоимости топлива, доставленного на дом. Заполните таблицу, заполнив две последние колонки, и сравните, таким образом, стоимость отопления дома этими различными методами. В своих расчетах предположим, что дом требует 120 мегабайт тепла в течение сезона и что газовые или мазутные печи работают с 80-процентной эффективностью. Предположим, что электрический нагрев эффективен на 100 процентов.

Топливо	Цена	Энергетическое содержание топлива	Стоимость за МБТЕ	Стоимость отопления дома
Нат.газ	$ 1,14 / куб. Фут	1030 БТЕ / куб. Фут.
Пропан	1.69 $ / галлон	92 тыс. Британских тепловых единиц / галлон
Мазут	$ 1,93 / галлон	133 тыс. Британских тепловых единиц / галлон
Электроэнергия	0,10 $ / кВтч	3412 британских тепловых единиц / кВт · ч

Ответы

1.а. 2000 ккал; б. 8,37 x 10 ⁶ Дж = 8,37 МДж; c. 7940 британских тепловых единиц; d. 11,9 мин.

2. б. Второй закон термодинамики предотвращает 100-процентное преобразование тепла в механическую или электрическую энергию. Типичная угольная электростанция работает с КПД около 33 процентов, что означает, что только треть энергии угля преобразуется в электричество.

3. а. 1,941 куб.футов; б. 1748 долларов США; c. 9,2 года

4. а. 9,57 МБТЕ; б. 8 процентов; c. 1,200

5.а. 2190 кВтч; б. 21,9 процента; c. 45,7 м ²

6. 498 тонн

7. а. 4000; б. Ответы различаются

8. Энергия батареи: 4,5 Втч = 4,5 x 10 ³ кВтч.
Стоимость 1 кВтч: 1,00 долл. США / 4,5 x 10 ³ кВтч = 222 долл. США / кВтч.
Сравнение: Электроэнергия от батареи стоит 222 доллара / 0,10 доллара = 2220 раз больше, чем электроэнергия, поставляемая энергетической компанией.

9.

Топливо	Цена 1	Энергетическое содержание топлива	Стоимость за МБТЕ	Стоимость отопления дома 1
Нат.газ	$ 1,14 / куб. Фут	1030 БТЕ / куб. Фут.	$ 11,07	$ 1,660
Пропан	1.69 $ / галлон	92 кБТЕ / галлон	$ 18,37	$ 2 755
Мазут	$ 1,93 / галлон	133 тыс. Британских тепловых единиц / галлон	$ 14,51	2 177 долл. США
Электроэнергия	0,10 $ / кВтч	3412 БТЕ / кВтч	29 долларов.31	$ 3,517 3

Банкноты

1. Указаны цены на соответствующее топливо с доставкой на дом по ставкам, доступным в северных и центральных районах США в 2005 году.
2. В расчетах предполагается, что потребность в отоплении «среднего» дома в северных штатах США составляет 120 МБТЕ. Предполагается, что КПД составляет 80 процентов. для газовых или масляных печей. Предполагается, что тепло от электричества доставляется в дом со 100-процентной эффективностью.