Что такое 1 Гкал отопления⁠⁠

Что же такое 1 Гкал
При сжигании 1 м3 природного газа выделяется 8000 ккал/м3 (при отсутствии конденсации водяных паров) .
То есть 1 Гкал это 1000000 ккал или
125 м3 газа при идеальном сжигании.
КПД котлов (водогрейных, работающих на газу) не менее 90 %.
Значит получаем цифру 138,8 м3 газа,
Затраты самой котельной максимум 5 % (здесь водоподготовка и обслуживание) Уже получаем 147 м3 за 1 Гкал.
Цена газа для котельных 6,57 руб за м3 (до 1 июля 2025) или
Цена 1 Гкал = 965,8 руб/Гкал для котельной

Осталось доставить тепло и компенсировать теплопотери.

Разберемся с затратами на электроэнергию при доставке 1 Гкал:
Рассчитаем затраты на электроэнергию по доставке Гкал:
Для этого достаточно вспомнить школьную физику.
Что бы отдать 1 Гкал или 1000000 ккал тепла с помощью воды, без утечек (проблемы тепловиков) необходимо выполнить условие:
1 Гкал = ∆t × G × p × c
Где ∆t - разница температур воды вход и выход, (оС)
G - расход воды (м3/ч)
р - плотность воды примерно 1000 (кг/м3)
с - теплоемкость воды равная 1 ккал/(кг×оК) или 1 ккал/(кг×оС).
Тепловые сети котельных, (у ТЭЦ другая, выше температуры - ниже затраты) имеют утвержденный температурный график подачи горячей воды t1 = 95 (оС) при обратном возврате t2 = 70 (oC) в зависимости от максимально холодной температуры наружного воздуха. Разница между прямой и обратной составляет 90 - 70 = 25 (оС)
Что бы отдать одну Гкал тепла с разницей в ∆t 25 (оС) необходимо
Обеспечить расход воды:

G = 1000000 (ккал) / (25 (оС) × 1000 (кг/м3) × 1 (ккал/кг×оС) = 40 (м3/ч).

Работа тепловых сетей характеризуется перепадом давления (сопротивлением). Давление в обратной линии тепловой сети (допустим потребитель 9 этажный дом) примерно 40 метров вод столба или 0,4 МПа при подачи 70 метров вод столба или 0,7 МПа (в зависимости от гидравлического сопротивления сети). Потери составляют 70 - 40 = 30 метров водяного столба.

Для подъёма (m) 1 кг воды на (h) 1 метр высоты и g = 9,8 (м/с2) нужно потратить m×g×h = 9,81 (Дж).

Значит что бы отдать 1 Гкал тепла необходимо обеспечить расход воды 40 м3/ч при сопротивлении (подъеме) 30 метров.

Q = 40 (м3/ч)× 1000 (кг/м3) × 30 (м) × 9,8 (м/с2) = 11760000 (Дж/ч)
1Дж = 1 Вт × сек
11760000/3600 = 3266,67 (Дж/сек) = 3266,67 Вт = 3,27 кВт на доставку 1 Гкал тепла.

За отопительный сезон низкая температура на улице бывает редко, поэтому нужна средняя фактическая или нормативная температура наружного воздуха. В Ярославле если посмотреть то получится -5 оС. Для тепловой системы 95-70 градусов Цельсия это будет по графику подачи теплоносителя (утверждается в департаменте 57 оС подача и 45 оС обратка). Главное разница 12 оС, то есть больше объем воды для доставки 1 Гкал, в среднем уже не 40 м3, а 83 м3.

В итоге получаем затраты на доставку 1 Гкал на сезон в размере
6,8 кВт электроэнергии.

На котельных установлены центробежные насосы с общим КПД (гидравлическим, электрическим и механическим) 92%. Следовательно 6,8 (кВт/Гкал) / 0,92% = 7,4 (кВт электроэнергии на Гкал)
При цене 1 кВт = 4,95 руб/кВт (сайт департамента Топлива и энергетики Ярославской области)
Затраты на электричество при доставке 1 Гкал равны 4,95 руб/кВт × 7,4 кВт/Гкал = 36,63 руб/Гкал.
Или затраты на электричество при доставке 1 Гкал составляют от цены за газ 965,8 (руб/Гкал) 3,8 % в начале отопительного сезона 2024-2025 года в Ярославле. Или производство и доставка 1002 руб за 1 Гкал.

Разберемся теперь с затратами на потери тепла при доставке Гкал.
Немножко вспомним снова школу/
Тепловой поток Q (Вт) от трубы равен:
Qпот = Fт / Rт × (tт – tн)
Fт – площадь поверхности трубы, (м2)
Rт – сопротивление теплопередачи, (м2×K/Вт) или (м2×оС/Вт)
tт – температура стенки трубы или внутренней стенки теплоизоляции трубы, (оС)
tн – температура наружной стенки теплоизоляции трубы или наружного воздуха, (оС).
Тепловые потери зависят от конструктивных решений и правильной эксплуатации (сырая изоляция в 25 раз может повысить теплопроводность).

Для примера возьмем трубу наружного диаметра 133 мм, с расстоянием до потребителя в 1 км, то есть 1 км подача горячей воды (прямая) и 1 км возврат остывшей воды (обратка). Трубу проложим в канале под землей, потому что прокладка по воздуху в жилых районах портит вид, нужно дополнительно изолировать слой теплоизоляции от влаги и механического воздействия, по старым нормам наружная прокладка считалась временным сооружением.
Изоляцию трубы возьмем из «скорлупы» пенополиурета толщиной в hи 50мм с Теплопроводностью ɣи 0,04 Вт/(м × оС).
Сопротивление теплопередачи Rт равно
Rт = hи / ɣи + 1 / αв
αв – коэффициент теплоотдачи от изоляции к воздуху, равно примерно 23 Вт /(м2×оС)
Rт = 0,05 (м) / 0,04 (Вт/(м×оС)) + 1 / 23(Вт/ (м2×оС) = 1,293 (м2×оС/Вт)
Температуру стенки трубы tт возьмём как среднею между прямой
57(оС) и обратной 45 (оС) (57 + 45) / 2 = 51 (оС)
Температуру воздуха наружной стенки теплоизоляции проложенной в канале под землей, возьмём равную 2 (оС), что бы не замерзли трубы холодной воды, проложенные в том же канале.
Площадь поверхности трубы вместе с изоляцией будет равна
Fт = 2П × R ×L
R – Радиус трубы с изоляцией 0,133 (м) / 2 + 0,05 (м) = 0,1165 (м)
L – длина трубы 2 (км) = 2000 (м)
Fт = 2×3,14×0,1165×2000 = 1463 (м2)
Qпот = 1463 (м2) / 1,293 (м2×оС/Вт) × (51 (оС) – 2 (оС)) = 55442 Вт
55442 Вт = 55,44 кВт или 0,047 Гкал
Тогда при передачи одной Гкал одному потребителю потери составляют 0,047 (Гкал) × 100 / 1 (Гкал) = 4,7 %.
Обычно дома располагаются на расстоянии друг от друга 20м, следовательно чем больше домов будет стоять рядом с тепловым узлом на расстоянии в 1 км от котельной, тем меньше будет процент затрат на потери тепла при доставке, так как при увеличении потребителей меняется только расход воды при том же температурном графике.
Если два дома, то получается 4,7 / 2 = 2,35 %, если 4 дома, то 1,2%.
Следовательно чем больше домов обслуживает котельная (ТЭЦ) и чем ближе расположены дома (тепловые узлы), тем меньше потери. При правильной прокладке труб и грамотном обслуживании потери тепла можно сделать не более 2%.
2 % от выработанной Гкал (147 м3 газа) это 3 м3 газа или 6,57 руб/м3 × 3 м3 получаем 19,7 руб/Гкал потери трубами.

Сколько составляет фонд заработной платы в цене за Гкал.
Допустим котельная 100 МВт/час.
Отопительный сезон с октября по май в Ярославле 222 дня (норматив)
Средняя загрузка составит 50%
Или 222(дн)*24 (ч/дн)*100(МВт/ч)*0,5 = 426240 МВт.
Или 366560 Гкал/ч.
Персонал согласно СП 89.13330 будет 35 человек + директор, секретарь, бухгалтер, округлим до 40 человек.
Каждый получает по 100000 руб/месяц.
С учетом косвенных налогов это 45% от фонда з/п. Или 100000 руб/(месяц×чел)× 40 чел × 12 месяцев / 0,45 = 107 000 000 руб. фонд заработной платы на 366 650 Гкал.
Или 107 000 000 руб / 366 650 Гкал = 291 руб/Гкал
А ещё горячая вода есть, круглогодично! Соответственно по факту еще меньше!

Подведем итоги:
968,5 руб выработка тепла 1 Гкал
36,63 руб доставка 1 Гкал
19,7 руб потери тепла 1 Гкал.
291 руб фонд з. п. 1 Гкал.

Итого прямые затраты 1 Гкал составит 1315,83 руб/Гкал. или 200 м3 природного газа!

Взято здесь https://t.me/+82XKFjb-ZIc2Y2Y6.