Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» предусматривает значительное снижение энергопотребления системами отопления и вентиляции жилых зданий.

Проектом приказа Министерства регионального развития Российской Федерации планируется ввести нормируемые уровни удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию. В качестве базового уровня энергопотребления вводятся показатели, соответствующие проектам зданий, выполненным по нормативам 2008 года до ввода в действие федерального закона.

Так, постановлением Правительства Москвы № 900-ПП удельное потребление энергии на отопление, горячее водоснабжение, освещение и эксплуатацию общедомового инженерного оборудования в многоквартирных жилых домах установлено с 1 октября 2010 года на уровне 160 кВт·ч/м 2 ·год, с 1 января 2016 года запланировано снизить показатель до 130 кВт·ч/м 2 ·год, а с 1 января 2020 года - до 86 кВт·ч/м 2 ·год. На долю отопления и вентиляции в показателях 2010 года приходится примерно 25-30%, или 40-50 кВт·ч/м 2 ·год. На 1 июля 2010 года норматив в Москве составлял 215 кВт·ч/м 2 ·год, из которых на отопление и вентиляцию приходилось 90-95 кВт·ч/м 2 ·год.

Повышение энергоэффективности зданий может быть достигнуто за счет повышения уровня теплозащиты оболочки здания и совершенствования систем отопления и вентиляции.

В базовых показателях распределение расходов тепловой энергии в типовой многоэтажной застройке осуществляется примерно поровну между трансмиссионными теплопотерями (50-55%) и вентиляцией (45-50%).

Примерное распределение годового теплового баланса на отопление и вентиляцию:

• трансмиссионные теплопотери - 63-65 кВт·ч/м 2 ·год;
• нагрев вентиляционного воздуха - 58-60 кВт·ч/м 2 ·год;
• внутренние тепловыделения и инсоляция - 25-30 кВт·ч/м 2 ·год.

Можно ли только за счет повышения уровня теплозащиты ограждений здания добиться достижения нормативов?

С введением требований энергоэффективности правительство Москвы предписывает увеличение сопротивления теплопередаче ограждений здания к уровню 1 октября 2010 года для стен с 3,5 до 4,0 град·м 2 /Вт, для окон с 1,8 до 1,0 град·м 2 /Вт. С учетом этих требований трансмиссионные теплопотери понизятся до 50-55 кВт·ч/м 2 ·год, а общий показатель энергоэффективности - до 80-85 кВт·ч/м 2 ·год.

Эти показатели удельного теплопотребления выше минимальных требований. Следовательно, только теплозащитой проблема энергоэффективности жилых зданий не решается. К тому же отношение специалистов к значительному повышению требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций неоднозначное .

Надо отметить, что в практику массового строительства жилых зданий вошли современные системы отопления с использованием комнатных термостатов, балансировочных клапанов и погодозависимой автоматики тепловых пунктов.

Сложнее обстоят дела с системами вентиляции. До настоящего времени в массовом строительстве используются естественные системы вентиляции. Применение стеновых и оконных саморегулирующих приточных клапанов является средством ограничения сверхнормативного воздухообмена и кардинально не решает проблему энергосбережения.

В мировой практике широко используются системы механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха. Энергетическая эффективность утилизаторов теплоты составляет до 65% для пластинчатых теплообменников и до 85% для роторных.

При использовании этих систем в условиях Москвы снижение годового теплопотребления на отопление и вентиляцию к базовому уровню может составить 38-50 кВт·ч/м 2 ·год, что позволяет снизить общий удельный показатель теплопотребления до 50-60 кВт·ч/м 2 ·год без изменения базового уровня теплозащиты ограждений и обеспечить 40%-ное снижение энергоемкости систем отопления и вентиляции, предусмотренное с 2020 года.

Проблема состоит в экономической эффективности механических систем вентиляции с утилизаторами теплоты вытяжного воздуха и необходимости их квалифицированного обслуживания. Импортные квартирные установки достаточно дороги, и их себестоимость в монтаже под ключ обходится в 60-80 тыс. руб. на одну квартиру. При действующих тарифах на электроэнергию и стоимости обслуживания они окупаются за 15-20 лет, что является серьезным препятствием для их применения в массовом строительстве доступного жилья. Приемлемой стоимостью установки для жилья эконом-класса следует признать 20-25 тыс. руб.

Квартирные системы вентиляции с пластинчатым теплоутилизатором

В рамках федеральной целевой программы Минобрнауки РФ ООО «МИКТЕРМ» провело исследования и разработало лабораторный образец энергосберегающей квартирной системы вентиляции (ЭСВ) с пластинчатым теплоутилизатором. Образец разработан как бюджетный вариант установки для жилых зданий эконом-класса.

При создании бюджетной квартирной установки, удовлетворяющей санитарным нормам, были приняты следующие технические решения, позволившие снизить стоимость ЭСВ:

• теплообменник изготовлен из пластин сотового поликарбоната;
• исключен электроподогреватель N = 500 Вт;
• за счет низкого аэродинамического сопротивления теплообменника расход энергии составляет 46 Вт;
• использована простая автоматика, обеспечивающая надежную работу установки.

Калькуляция стоимости разработанной ЭСВ приведена в таблице.

В отличие от импортных аналогов, в установке не используются электрические нагреватели ни для защиты от обмерзания, ни для догрева воздуха. Установка на испытаниях показала энергетическую эффективность не менее 65%.

Защита от обмерзания решена следующим образом. При обмерзании теплообменника происходит повышение аэродинамического сопротивления вытяжного тракта, которое регистрируется датчиком давления, дающим команду на кратковременное снижение расхода приточного воздуха до восстановления нормального давления.

На рис. 1 показан график изменения температуры приточного воздуха в зависимости от температуры наружного воздуха при разных расходах приточного воздуха. Расход вытяжного воздуха при этом постоянный и равен 150 м 3 /ч.

Пилотный проект энергоэффективного жилого дома

На базе квартирной установки с теплоутилизатором был разработан пилотный проект энергоэффективного жилого дома в Северном Измайлово в Москве. Проектом предусмотрены технические требования для квартирных установок приточно-вытяжной вентиляции с утилизаторами тепла. Для инновационной установки приведены характеристики ООО «МИКТЕРМ».

Установки предназначены для энергоэффективной сбалансированной вентиляции и создания комфортного климата в жилых помещениях до 120 м 2 . Предусмотрена поквартирная вентиляция с механическим побуждением и утилизацией тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного. Приточно-вытяжные агрегаты устанавливаются автономно в коридорах квартир и оснащаются фильтрами, пластинчатым теплообменником и вентиляторами. В состав комплектации установки входят средства автоматизации и пульт управления, позволяющий регулировать воздухопроизводительность установки.

Проходя через вентиляционную установку с пластинчатым утилизатором, вытяжной воздух нагревает приточный до температуры t = +4,0 ˚С (при наружной температуре воздуха t = -28 ˚С). Компенсация дефицита тепла на нагрев приточного воздуха осуществляется нагревательными приборами отопления.

Забор наружного воздуха осуществляется с лоджии данной квартиры, вытяжка, объединенная в пределах одной квартиры из ванн, санузлов и кухонь, после утилизатора выводится в выбросной канал через спутник и выбрасывается в пределах технического этажа. При необходимости отвод конденсата от теплоутилизатора предусматривается в канализационный стояк, оборудованный капельной воронкой HL 21 с запахозапирающим устройством. Стояк расположен в помещении санузлов.

Регулирование расхода приточного и вытяжного воздуха осуществляется посредством одного пульта управления. Агрегат может быть переключен с обычного режима работы с утилизацией тепла на летний режим без утилизации. Переключение осуществляется с помощью заслонки, размещенной в теплоутилизаторе. Вентиляция технического этажа осуществляется через дефлекторы. По результатам испытаний, эффективность применения установки с теплоутилизатором может достигать 67 %.

Расчетный расход тепла на подогрев приточного воздуха на одну квартиру при применении прямоточной вентиляции составляет:
Q = L ·C ·γ·∆t , Q = 110 × 1,2 × 0,24 × 1,163 × (20 - (-28)) = 1800 Вт.
При применении пластинчатого теплоутилизатора расход тепла на догрев приточного воздуха
Q = 110 × 1,2 × 0,24 × × 1,163 × (20 - 4) = 590 Вт.
Экономия тепла на одну квартиру при расчетной наружной температуре составляет 1210 Вт. Всего экономия тепла по дому составляет
1210 × 153 = 185130 Вт.

Объем приточного воздуха принят для возмещения вытяжки из помещений санузла, ванны, кухни. Не предусмотрен вытяжной канал для подключения кухонного оборудования (вытяжной зонт от плиты работает на рециркуляцию). Приток разведен через звукопоглощающие воздуховоды по жилым комнатам. Предусмотрена зашивка вентиляционной установки в поквартирных коридорах строительной конструкцией с лючками для обслуживания и вытяжного воздуховода от вентиляционной установки до вытяжной шахты. На складе службы эксплуатации предусмотрены четыре резервных вентилятора. На рис. 2 представлена принципиальная схема вентиляции многоквартирного жилого дома, а на рис. 3 - план типового этажа с размещением вентиляционных установок.

Дополнительные затраты на устройство поквартирной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха на весь дом оцениваются в 3 млн руб. Годовая экономия теплоты составит 19 800 кВт·ч. С учетом изменения существующих тарифов на тепловую энергию простой срок окупаемости составит около 8 лет.

Литература

1. Постановление Правительства Москвы № 900-ПП от 5 октября 2010 года «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в г. Москве и внесении изменений в постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536-ПП».
2. Ливчак В.И. Повышение энергетической эффективности зданий // Энергосбережение.- 2012.- № 6.
3. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы.- 2010.- Март.
4. Гагарин В.Г., Козлов В.В. О нормировании теплопотерь через оболочку здания // Архитектура и строительство.- 2010.- № 3.
5. С.Ф. Серов , ООО «МИКТЕРМ», [email protected]
6. А.Ю. Милованов , ООО «НПО ТЕРМЭК»
7. ссылка на первоисточник http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5469

Помимо вышеперечисленных аспектов пассив­ного энергосбережения также стоит упомянуть о новейших решениях с привлечением высоких техно­логий. Такой подход требует внесения значительных и порой радикальных изменений в распространен­ную в нашей стране схему централизованного ото­пления. Большой эффект может быть также получен за счет частичной реконструкции систем отопления.

Существует несколько различных путей повыше­ния эффективности отопительных систем жилых до­мов, отличающихся как объемом затрат при их реа­лизации, так и ограничениями применения.

Наиболее консервативный путь энергосбережения для варианта теплоснабжения от ЦТП – это уста­новки в домах на приборах отопления индивидуаль­ных термостатических регуляторов. Как показывают исследования, внедрение комплексной автоматиза­ции позволяет снизить теплопотребление дома в це­лом (по сравнению с элеваторным узлом) на 15–20 %. Зарубежный опыт показывает, что индивиду­альный учет тепла в комбинации с возможностью регулирования теплопотребления дает экономию теп­ла до 25 %. Эта схема сегодня реализуется в поквартирных системах отопления, например, в экспери­ментальных проектах.

С другой стороны, разработчики и строители но­вых жилых зданий все чаще приходят к выводу о значительных преимуществах современных децен­трализованных систем отопления перед традицион­ными централизованными системами. Не секрет, что в последние годы работа систем центрального отопления почти повсеместно значительно ухудши­лась по причине хронического недофинансирова­ния и износа оборудования. Поэтому часты аварии, остановки и банальный обман потребителя, когда умышленно понижаются давление и температура в теплоцентралях, и потребитель недополучает тепло, исправно за него платя. Такие негативные моменты сведены в системах децентрализованного отопле­ния к минимуму.

Еще одним преимуществом децентрализованных систем оказывается гибкое регулирование мощнос­ти, позволяющее сильно уменьшать ее или полнос­тью отключать систему в случае ненадобности, на­пример, при потеплениях. Кроме того, важным фак­тором можно считать также минимальные теплопо­тери в тепловых сетях, поскольку потребление тепла происходит в непосредственной близости от места его производства, то есть в целом децентрализован­ные системы имеют гораздо больший КПД, чем сис­темы центрального отопления.

Еще одной альтернативой традиционному цент­ральному отоплению в последнее время становится электрическое отопление, которое прежде не на­ходило в России широкого применения и счита­лось убыточным (в 1995 году отапливалось менее 1 % жилого фонда). В то же время доля электричес­кого отопления в Финляндии, Швеции и Дании дос­тигает 50 %.

Но отношение к этому виду отопления быстро меняется в связи с неуклонным подорожанием всех энергоносителей. Причем потенциал роста цен до уровня мировых самый большой у газа, и минималь­ный - у электроэнергии.

Очевидно, из-за этого в последние 3-5 лет произо­шел бурный рост числа систем электрического ото­пления. Например, в Екатеринбурге в течение 2000 г. более 15 % вновь построенного жилья было оснаще­но кабельными системами подогрева пола.

Уже сейчас комбинированные системы электри­ческого отопления не дороже при создании и в эксп­луатации, чем система центрального отопления, и это преимущество будет только расти со временем.

В 2016 году частные потребители тепла в Украине получают тепло из следующих источников: 1. Наиболее распространенный - от электричества, электрокотлы, электрокамины, электрообогреватели... Источником без подробностей в большинстве случаев является "энергия …

Более полугода изучаю вакуумные солнечные трубки длиной 1800 внешним диаметром 58мм внутренним 43-44мм. Внутренний объем трубки - 2,7 литра. Иногда на активном ярком солнце мощность трубки показывало около 130-150Вт, но …

Закрытые геотермальные системы, обеспечивающие только горячее водоснабжение. В зависимости от расположения места сброса и источника питьевой воды могут быть использованы три вида схемного решения. Схема (рис. 2.6.). Геотермальная вода подается …

Описание:

Повышение энергоэффективности зданий может быть достигнуто за счет повышения уровня теплозащиты оболочки здания и совершенствования систем отопления и вентиляции.

Поквартирная система вентиляции с утилизаторами теплоты

Пилотный проект жилого дома

С. Ф. Серов , ООО «МИКТЕРМ», otvet@сайт

А. Ю. Милованов , ООО «НПО ТЕРМЭК»

Федеральный закон № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» предусматривает значительное снижение энергопотребления системами отопления и вентиляции жилых зданий.

Проектом приказа Министерства регионального развития Российской Федерации планируется ввести нормируемые уровни удельного годового расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию. В качестве базового уровня энергопотребления вводятся показатели, соответствующие проектам зданий, выполненным по нормативам 2008 года до ввода в действие федерального закона.

Так, постановлением Правительства Москвы № 900-ПП удельное потребление энергии на отопление, горячее водоснабжение, освещение и эксплуатацию общедомового инженерного оборудования в многоквартирных жилых домах установлено с 1 октября 2010 года на уровне 160 кВт·ч/м 2 ·год, с 1 января 2016 года запланировано снизить показатель до 130 кВт·ч/м 2 ·год, а с 1 января 2020 года – до 86 кВт·ч/м 2 ·год. На долю отопления и вентиляции в показателях 2010 года приходится примерно 25–30%, или 40–50 кВт·ч/м 2 ·год. На 1 июля 2010 года норматив в Москве составлял 215 кВт·ч/м 2 ·год, из которых на отопление и вентиляцию приходилось 90–95 кВт·ч/м 2 ·год.

Повышение энергоэффективности зданий может быть достигнуто за счет повышения уровня теплозащиты оболочки здания и совершенствования систем отопления и вентиляции.

В базовых показателях распределение расходов тепловой энергии в типовой многоэтажной застройке осуществляется примерно поровну между трансмиссионными теплопотерями (50–55%) и вентиляцией (45–50%).

Примерное распределение годового теплового баланса на отопление и вентиляцию:

• трансмиссионные теплопотери – 63–65 кВт·ч/м 2 ·год;
• нагрев вентиляционного воздуха – 58–60 кВт·ч/м 2 ·год;
• внутренние тепловыделения и инсоляция – 25–30 кВт·ч/м 2 ·год.

Можно ли только за счет повышения уровня теплозащиты ограждений здания добиться достижения нормативов?

С введением требований энергоэффективности правительство Москвы предписывает увеличение сопротивления теплопередаче ограждений здания к уровню 1 октября 2010 года для стен с 3,5 до 4,0 град·м 2 /Вт, для окон с 1,8 до 1,0 град·м 2 /Вт. С учетом этих требований трансмиссионные теплопотери понизятся до 50–55 кВт·ч/м 2 ·год, а общий показатель энергоэффективности – до 80–85 кВт·ч/м 2 ·год.

Эти показатели удельного теплопотребления выше минимальных требований. Следовательно, только теплозащитой проблема энергоэффективности жилых зданий не решается. К тому же отношение специалистов к значительному повышению требований к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций неоднозначное .

Надо отметить, что в практику массового строительства жилых зданий вошли современные системы отопления с использованием комнатных термостатов, балансировочных клапанов и погодозависимой автоматики тепловых пунктов.

Сложнее обстоят дела с системами вентиляции. До настоящего времени в массовом строительстве используются естественные системы вентиляции. Применение стеновых и оконных саморегулирующих приточных клапанов является средством ограничения сверхнормативного воздухообмена и кардинально не решает проблему энергосбережения.

В мировой практике широко используются системы механической вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха. Энергетическая эффективность утилизаторов теплоты составляет до 65% для пластинчатых теплообменников и до 85% для роторных.

При использовании этих систем в условиях Москвы снижение годового теплопотребления на отопление и вентиляцию к базовому уровню может составить 38–50 кВт·ч/м 2 ·год, что позволяет снизить общий удельный показатель теплопотребления до 50–60 кВт·ч/м 2 ·год без изменения базового уровня теплозащиты ограждений и обеспечить 40%-ное снижение энергоемкости систем отопления и вентиляции, предусмотренное с 2020 года.

Проблема состоит в экономической эффективности механических систем вентиляции с утилизаторами теплоты вытяжного воздуха и необходимости их квалифицированного обслуживания. Импортные квартирные установки достаточно дороги, и их себестоимость в монтаже под ключ обходится в 60–80 тыс. руб. на одну квартиру. При действующих тарифах на электроэнергию и стоимости обслуживания они окупаются за 15–20 лет, что является серьезным препятствием для их применения в массовом строительстве доступного жилья. Приемлемой стоимостью установки для жилья эконом-класса следует признать 20–25 тыс. руб.

Квартирные системы вентиляции с пластинчатым теплоутилизатором

В рамках федеральной целевой программы Минобрнауки РФ ООО «МИКТЕРМ» провело исследования и разработало лабораторный образец энергосберегающей квартирной системы вентиляции (ЭСВ) с пластинчатым теплоутилизатором. Образец разработан как бюджетный вариант установки для жилых зданий эконом-класса.

При создании бюджетной квартирной установки, удовлетворяющей санитарным нормам, были приняты следующие технические решения, позволившие снизить стоимость ЭСВ:

• теплообменник изготовлен из пластин сотового поликарбоната;
• исключен электроподогреватель N = 500 Вт;
• за счет низкого аэродинамического сопротивления теплообменника расход энергии составляет 46 Вт;
• использована простая автоматика, обеспечивающая надежную работу установки.

Калькуляция стоимости разработанной ЭСВ приведена в таблице.

В отличие от импортных аналогов, в установке не используются электрические нагреватели ни для защиты от обмерзания, ни для догрева воздуха. Установка на испытаниях показала энергетическую эффективность не менее 65%.

Защита от обмерзания решена следующим образом. При обмерзании теплообменника происходит повышение аэродинамического сопротивления вытяжного тракта, которое регистрируется датчиком давления, дающим команду на кратковременное снижение расхода приточного воздуха до восстановления нормального давления.

На рис. 1 показан график изменения температуры приточного воздуха в зависимости от температуры наружного воздуха при разных расходах приточного воздуха. Расход вытяжного воздуха при этом постоянный и равен 150 м 3 /ч.

Пилотный проект энергоэффективного жилого дома

На базе квартирной установки с теплоутилизатором был разработан пилотный проект энергоэффективного жилого дома в Северном Измайлово в Москве. Проектом предусмотрены технические требования для квартирных установок приточно-вытяжной вентиляции с утилизаторами тепла. Для инновационной установки приведены характеристики ООО «МИКТЕРМ».

Установки предназначены для энергоэффективной сбалансированной вентиляции и создания комфортного климата в жилых помещениях до 120 м 2 . Предусмотрена поквартирная вентиляция с механическим побуждением и утилизацией тепла вытяжного воздуха для нагрева приточного. Приточно-вытяжные агрегаты устанавливаются автономно в коридорах квартир и оснащаются фильтрами, пластинчатым теплообменником и вентиляторами. В состав комплектации установки входят средства автоматизации и пульт управления, позволяющий регулировать воздухопроизводительность установки.

Проходя через вентиляционную установку с пластинчатым утилизатором, вытяжной воздух нагревает приточный до температуры t = +4,0 ˚С (при наружной температуре воздуха t = –28 ˚С). Компенсация дефицита тепла на нагрев приточного воздуха осуществляется нагревательными приборами отопления.

Забор наружного воздуха осуществляется с лоджии данной квартиры, вытяжка, объединенная в пределах одной квартиры из ванн, санузлов и кухонь, после утилизатора выводится в выбросной канал через спутник и выбрасывается в пределах технического этажа. При необходимости отвод конденсата от теплоутилизатора предусматривается в канализационный стояк, оборудованный капельной воронкой HL 21 с запахозапирающим устройством. Стояк расположен в помещении санузлов.

Регулирование расхода приточного и вытяжного воздуха осуществляется посредством одного пульта управления. Агрегат может быть переключен с обычного режима работы с утилизацией тепла на летний режим без утилизации. Переключение осуществляется с помощью заслонки, размещенной в теплоутилизаторе. Вентиляция технического этажа осуществляется через дефлекторы. По результатам испытаний, эффективность применения установки с теплоутилизатором может достигать 67 %.

Расчетный расход тепла на подогрев приточного воздуха на одну квартиру при применении прямоточной вентиляции составляет:
Q = L ·C ·γ·∆t , Q = 110 × 1,2 × 0,24 × 1,163 × (20 – (–28)) = 1800 Вт.
При применении пластинчатого теплоутилизатора расход тепла на догрев приточного воздуха
Q = 110 × 1,2 × 0,24 × × 1,163 × (20 – 4) = 590 Вт.
Экономия тепла на одну квартиру при расчетной наружной температуре составляет 1210 Вт. Всего экономия тепла по дому составляет
1210 × 153 = 185130 Вт.

Объем приточного воздуха принят для возмещения вытяжки из помещений санузла, ванны, кухни. Не предусмотрен вытяжной канал для подключения кухонного оборудования (вытяжной зонт от плиты работает на рециркуляцию). Приток разведен через звукопоглощающие воздуховоды по жилым комнатам. Предусмотрена зашивка вентиляционной установки в поквартирных коридорах строительной конструкцией с лючками для обслуживания и вытяжного воздуховода от вентиляционной установки до вытяжной шахты. На складе службы эксплуатации предусмотрены четыре резервных вентилятора. На рис. 2 представлена принципиальная схема вентиляции многоквартирного жилого дома, а на рис. 3 – план типового этажа с размещением вентиляционных установок.

Дополнительные затраты на устройство поквартирной вентиляции с утилизацией теплоты вытяжного воздуха на весь дом оцениваются в 3 млн руб. Годовая экономия теплоты составит 19 800 кВт·ч. С учетом изменения существующих тарифов на тепловую энергию простой срок окупаемости составит около 8 лет.

Литература

1. Постановление Правительства Москвы № 900-ПП от 5 октября 2010 года «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в г. Москве и внесении изменений в постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536-ПП».
2. Ливчак В.И. Повышение энергетической эффективности зданий // Энергосбережение.– 2012.– № 6.
3. Гагарин В.Г. Макроэкономические аспекты обоснования энергосберегающих мероприятий при повышении теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Строительные материалы.– 2010.– Март.
4. Гагарин В.Г., Козлов В.В. О нормировании теплопотерь через оболочку здания // Архитектура и строительство.– 2010.– № 3.

Тепловая эффективность отопительного устройства в помещении и выбор установочной тепловой мощности системы отопления.

Отопительный прибор должен компенсировать дефицит теплоты в помещении. Использование приборов той или иной конструкции и их установка в различных местах поме­щения не должны приводить к заметному перерасходу теп­лоты. Показателем, оценивающим эти свойства, является отопительный эффект прибора, который показывает отно­шение количества затрачиваемой прибором теплоты для создания в помещении заданных тепловых условий к рас­четным потерям теплоты помещением.

Считается, что наилучшим отопительным эффектом об­ладают панельно-лучистые приборы, установленные в верх­ней зоне помещения или встроенные в конструкцию потолка. Отопительный эффект таких приборов равен 0,9-0,95, т. е. теплоотдача потолочных панелей-излучателей может быть даже несколько ниже расчетных теплопотерь помеще­ния без ухудшения комфортности внутренних условий. Отопительный эффект панели, расположенной в конструк­ции пола, около 1,0.

Наиболее распространенные приборы - радиаторы обыч­но устанавливают в нишах или около поверхности наруж­ной стены. Заприборная поверхность перегревается и через эту часть наружной стены бесполезно теряется некоторое количество теплоты. В результате отопительный эффект радиаторов оценивают величиной 1,04-1,06. В этом отно­шении более эффективными оказываются конвекторы, рас­полагаемые вдоль наружной стены. Отопительный эффект, например, плинтусного конвектора около 1,03.

Подоконная панель, встроенная в конструкцию наруж­ной стены, может иметь заметные бесполезные потери теп­лоты и ее отопительный эффект снижается до 1,1.

Отопительные приборы обычно имеют определенный шаг принятого номенклатурного ряда, который в СНиП выражают теплоотдачей, кВт, отдельного элемента прибора этого ряда. В результате в помещении устанавливают число элементов прибора, округленное в большую сторону сверх расчетной величины. Связанное с этим увеличение теплово­го потока от приборов рекомендуют учитывать коэффи­циентом β 1 , который изменяется от 1,02 до 1,13 в зависимо­сти от изменения теплоотдачи отдельного элемента прибора от 0,12 до 0,3 кВт.

Дополнительные потери теплоты отопительным прибо­ром, установленным у наружного ограждения, учитывают коэффициентом β 2 . Его значение в зависимости от вида при­бора и способа его установки у наружного ограждения изменяется от 1,02 до 1,1.

Кроме потерь, связанных с размещением нагреватель­ных приборов, в системе отопления возникают бесполезные потери теплоты трубами, встроенными в конструкции на­ружных ограждений, а также в тепловом пункте и других элементах системы. Определяют также дополнительные теплопотери Q тр трубами в неотапливаемых помещениях, связанные с охлаждением теплоносителя.

Величина суммарных дополнительных потерь (заприборными участками наружных ограждений и теплопроводами в неотапливаемых помещениях) должна быть по СНиП не более 7% тепловой мощности системы отопления.

Удельная тепловая характеристика здания и расчет потребности в теплоте на отопление по укрупненным измерителям

Для теплотехнической оценки объемно-планировочных и конструктивных решений и для ориентировочного рас­чета теплопотерь здания пользуются показателем - удель­ная тепловая характеристика здания q, которая при изве­стных теплопотерях здания равна:

q = Q зд ∕

где Q зд - расчетные теплопотери через наружные ограждения всеми помещениями здания, Вт; V - объем отапливаемого здания по внешнему обмеру, м 3 , (t в – t н)- расчетная разность температуры для основных помещений здания.

Величина q , Вт/(м 3 °С), определяет средние теплопотери 1 м 3 здания, отнесенные к расчетной разности температуры 1°. Ее можно определить заранее

q = q 0 β t

где q 0 - эталонная удельная тепловая характеристика, соответст­вующая разности температур ∆t 0 =18 - (- 30)= 48 °С; β t - темпе­ратурный коэффициент, учитывающий отклонение фактической рас­четной разности температур от ∆t 0

Эталонная удельная тепловая характеристика может быть определена с учетом требований СНиП.

Экономические показатели систем отопления

Экономичность системы отопления обусловлена стои­мостью материалов и оборудования, изготовления и сбор­ки, а также эксплуатации. Показателями экономичности являются технологичность конструкции, масса элементов, затраты труда и сроки изготовления и монтажа, расходы на наладку, управление и ремонт.

Технологичность конструкции включает такие реаль­ные мероприятия, как упрощение схемы, унификация и уменьшение числа деталей, применение нормалей, удоб­ство сборки, которые обеспечивают изготовление и монтаж с минимальными затратами времени, средств и труда.

Экономический эффект выявляется при проведении технико-экономического сравнения различных проектных решений. Сравнение позволяет выбрать систему отопления, наиболее экономичную в данных конкретных условиях.

При экономическом сравнении вариантов применяют следующие показатели: капитальные вложения К, экс­плуатационные затраты И, продолжительность монтаж­ных работ и эксплуатации системы отопления. Обычно ис­пользуют часть этих показателей. Самым простым является сравнение систем отопления с различными приборами, но с одним видом теплоносителя и с одной схемой, так как оно делается только по капитальным вложениям. Чаще всего сопоставляют системы по капитальным вложениям и экс­плуатационным затратам. Реже учитывают еще сроки мон­тажа и службы систем, наличие трудовых резервов.

Наиболее экономичен вариант, имеющий минимальные суммарные капитальные вложения и эксплуатационные затраты. Обычно приходится сравнивать два варианта, один из которых имеет меньшие капитальные вложения, другой - меньшие эксплуатационные затраты. Так, при уменьшении диаметра труб насосной водяной системы отоп­ления капитальные вложения уменьшаются, но увеличи­вается расход электроэнергии; автоматизация системы увеличивает капитальные вложения, но уменьшает экс­плуатационные затраты. Экономически более эффективный вариант выявляют в подобных случаях в зависимости от срока z, лет, окупаемости дополнительных капитальных вложений.

Z = (К 1 – К 2)∕ (И 1 – И 2)

Если этот срок z < z н - нормативного срока окупае­мости дополнительных капитальных вложений за счет сни­жения эксплуатационных затрат, то целесообразно осущест­вить вариант с большими капитальными вложениями K 1 и меньшими средними годовыми эксплуатационными затра­тами И 1 . Если z > z н, то целесообразен вариант с меньшими капитальными вложениями К 2 и большей средней стои­мостью эксплуатации И 2 в течение года. Нормативный срок z н окупаемости вложений в систему отопления принят рав­ным 8,33 года (12,5 года для новой техники и энергосбере­гающих мероприятий) независимо от вида здания.

При экономическом сопоставлении нескольких систем или вариантов системы для каждого из них находят при­веденные затраты

3= (К ∕z н) +И,

и, более эффективным считают вариант, имеющий наимень­шие приведенные затраты за нормативный срок окупае­мости.

Капитальные вложения в систему отопления осуществ­ляются, как правило, в течение одного года. Эксплуата­ционные затраты ежегодно изменяются; кроме того, они зависят от срока службы как системы, так и отдельных ее элементов.

Годовые эксплуатационные затраты состоят из прямых расходов на обслуживание системы отопления и амортиза­ционных расходов

И =И пр +А

где И пр - прямые эксплуатационные расходы, складывающиеся из годовых затрат на получаемую тепловую энергию (топливо), электроэнергию, заработную плату обслуживающего персонала, управление системой и текущий ремонт; А - амортизационные расходы, включающие годовые затраты на капитальный ремонт системы и отчисления на полное восстановление капитальных вложений.

Отчисления на восстановление капитальных вложений связаны с нормативным сроком службы системы, опреде­ляемым исходя из сроков физического износа ее элементов: радиаторов (40 лет), водоводов (30 лет), паропроводов, центробежных насосов, клапанов (10 лет), вентиляторов, калориферов, отопительных агрегатов (8 лет), фильтров (6 лет), конденсатопроводов (4 года).

Срок службы определяется не только физическим, но и моральным износом системы отопления, причем моральным износом считают потерю способности поддерживать темпе­ратуру во всех обслуживаемых помещениях на требуемом уровне. Нормативный срок службы распространенных сис­тем водяного отопления в настоящее время принимается равным 30 - 35 годам (меньший срок для конвекторов).

При сопоставлении различных систем отопления со­блюдают равные или хотя бы близкие эксплуатационные показатели для всех вариантов: системы должны обеспечи­вать выполнение санитарно-гигиенических, противопожар­ных и противовзрывных требований, а также должны обла­дать равноценной эффективностью.

Срок службы систем водяного отопления, как уже из­вестно, наибольший. Благодаря уменьшению амортиза­ционных расходов при этом, экономии электрической и тепловой энергии сокращаются стоимость эксплуатации, а, следовательно, и приведенные затраты. Поэтому система водяного отопления обычно становится экономически более эффективной, чем система парового отопления.

Различие в тепловом комфорте, создаваемом в помеще­ниях при сравниваемых системах отопления, учитывают изменением срока службы и степени использования площа­ди помещений. Для системы, обеспечивающей более ком­фортные условия, увеличивают расчетный срок службы на 5-10 лет (считаясь с меньшим моральным износом). Кроме того, учитывают использование рабочей площади помещений в холодное время года (за счет изменения раз­меров зоны дискомфорта), добавляя часть затрат на строи­тельные работы по обесцененной площади к сметной стои­мости другой системы.

Все же главным показателем экономичности системы отопления являются теплозатраты в процессе ее эксплуата­ции. Известно, что только годовые затраты на эксплуата­цию превышают половину стоимости устройства системы. И основная часть затрат приходится на оплату расходуемой теплоты. Теплозатраты на отопление при паровой или центральной воздушной системе превышают расход теп­лоты в системе водяного отопления вследствие возрастания попутных теплопотерь через стенки паропроводов и возду­ховодов, бесполезных для обогрева рабочих помещений.

Комбинированное отопление

Комбинированными принято называть системы цент­рального отопления с двумя теплоносителями, когда пер­вичный теплоноситель (вода, пар) используют для нагрева­ния вторичного (воды, воздуха). В связи с широким рас­пространением в нашей стране централизованного водяного теплоснабжения большинство систем центрального отоп­ления фактически стали комбинированными - водо-водяными или водо-воздушными.

В настоящее время под комбинированным отоплением стали понимать сочетание двух режимов работы системы или двух систем для отопления одного и того же помещения с переменным тепловым режимом. Проводится также совершенствование работы и устройства систем отоп­ления для улучшения теплового режима помещений и со­кращения теплозатрат на отопление зданий. Конструктив­но похожее решение встречалось и ранее, когда для отоп­ления, периодически используемого производственного по­мещения предусматривались две системы отопления раз­личной мощности: одна для рабочего периода времени, другая (дежурная) - для нерабочего.

Различают комбинированное отопление двухрежимное, двухкомпонентное, с прерывистым режимом.

Двухрежимным называют отопление, работающее при различной температуре одного и того же теплоносителя в разное время суток. Двухрежимной является система во­дяного отопления, в которой в рабочий период времени циркулирует вода при пониженной температуре (для по­лезного использования внутренних тепловыделений), а в нерабочий период - при повышенной (или наоборот). Для понижения температуры включают смесительный насос, для повышения - применяют прямоточную подачу тепло­носителя из наружного теплопровода без подмешивания охлажденной воды.

Двухрежимной может быть также система воздушного отопления, совмещенная с приточной вентиляцией в рабо­чий период времени, и рециркуляционная в нерабочий период. Температура подаваемого воздуха в первый пери­од ниже, чем во второй.

Двухкомпонентным считают отопление двумя систе­мами, дополняющими одна другую для обеспечения необ­ходимой теплоподачи в помещения. Первую систему, обыч­но водяного отопления, называемую фоновой или базисной, устраивают пониженной мощности (например, 30% расчет­ной теплопотребности рядовых помещений) для постоянного нерегулируемого действия в течение всего отопительного сезона. Задача этой системы - выравнивать дефицит теплоты, приходящейся на единицу площади или объема ря­довых и угловых, нижних и верхних однотипных помещений здания (искусственно создавать одинаковые удельные теп­ловые характеристики основных помещений).

Вторую систему водяного, воздушного, газового или электрического отопления, называемую догревающей, пре­дусматривают дополнительной мощности для поддержания необходимой температуры воздуха, как в рабочий, так и не­рабочий периоды времени. Действие догревающей системы автоматизируют для работы по заданной программе.

Комбинированное отопление может действовать с пере­рывами, и тогда тепловой режим помещений характеризует­ся тремя состояниями: постоянства температуры в течение рабочего времени, свободного понижения температуры при выключенной догревающей системе и натопа помещений перед началом работы или в праздничные дни (о преры­вистом отоплении). Возможны также различные сочетания перечисленных видов комбинированного отоп­ления, когда предусматривают двухрежимную работу од­ной или обеих систем двухкомпонентного отопления.

Повышение эффективности отопления здания

Заключительным этапом алгоритма разработки здания с эффективным использованием энергии является оценка эффективности принятого способа отопления как составной части СКМ здания. На это направлены рассмотренные в данном разделе инженерные приемы.

Комплексное свойство СКМ здания эффективно выпол­нять свои функции является обычно вероятностной харак­теристикой. Эффективность системы отопления определяется тремя основными свойствами: надежностью, управляемостью (или устойчивостью) при функционировании, обеспеченностью.

Надежность - вероятностное обеспечение безотказной работы механической части системы отопления, ее конструк­тивных узлов и элементов при эксплуатации в пределах расчетных сроков и условий.

Управляемость - вероятностное выдерживание задан­ных отклонений в работе отдельных частей и зон системы отопления в процессе управления и при эксплуатации в те­чение отопительного сезона.

Обеспеченность - принятое в проекте выдерживание с допустимой вероятностью отклонений расчетных внут­ренних условий в здании.

Регулирование системы отопления

Под регулированием системы отопления понимают комп­лекс мероприятий, направленных на максимальное при­ближение теплоотдачи ее элементов к текущей переменной теплопотребности отапливаемых помещений в течение ото­пительного сезона для выдерживания расчетной температу­ры помещений.

Различают пусковое и эксплуатационное регулирование системы. Эти виды регулирования имеют свои особенности для водяной, воздушной и паровой систем отопления.

При пуске системы отопления группы зданий, присо­единенной к теплопроводам централизованного теплоснаб­жения, обеспечивают распределение теплоносителя по от­дельным зданиям пропорционально их расчетной теплопотребности. Обычно такое регулирование проводят в центральных тепловых пунктах (ЦТП) и во внутриквартальных тепловых сетях. Способы регулирования, как при зависимом, так и при независимом присоединении системы отопления к теплопроводам, рассматриваются в дисциплине «Теплоснабжение».

Пусковое регулирование элементов и узлов системы отопления связано с обеспечением в них расчетного расхода теплоносителя.

Эксплуатационное регулирование системы отопления проводят с целью обеспечения теплоподачи в отапливаемые помещения соответствующей текущей теплопотребности. Способы регулирования различаются также в зависимости от применяемого в системе теплоносителя. В зависимости от места проведения регулирования в системе теплоснаб­жения различают центральное, групповое, местное и инди­видуальное регулирование.

В системе водяного теплоснабжения центральное регу­лирование осуществляют на тепловой станции (ТЭЦ, ко­тельной) по так называемому отопительному графику, устанавливающему связь между параметрами теплоноси­теля (температура при качественном или расход при коли­чественном регулировании) и температурой наружного воздуха как основного фактора, определяющего перемен­ный характер составляющих теплового баланса здания в те­чение отопительного сезона

Центральное регулирование на тепловой станции при теплоснабжении различных по назначению зданий (жилые, общественные, производственные и др.) и режиму теплопотребления их инженерных систем (отопление, горячее водоснабжение, вентиляция и др.) не может обеспечить ус­тойчивой работы систем отопления.

Устойчивость работы повышается при приближении места проведения регулирования к теплопотребителю за счет более полного учета различных факторов, определяю­щих теплопотребность помещений отапливаемых зданий. Так, при групповом регулировании в ЦТП появляется возможность распределять теплоту по уточненным темпе­ратурным графикам, что способствует повышению эконо­мичности отопления каждого здания. При местном регули­ровании в тепловом пункте здания учитывают особенности режима его эксплуатации, ориентацию по сторонам гори­зонта, действие ветра и солнечной радиации.

К.т.н. Е.Г. Гашо, к.т.н. С. А. Козлов,
ОАО «Объединение ВНИПИэнергопром», г. Москва;
к.т.н. В.П. Кожевников,
Белгородский государственный технический университет им. В.Г. Шухова

Проблему создания надежного, устойчивого, эффективного энергообеспечения коммунально-технологических комплексов зачастую подменяют надуманными дилеммами подбора источников энергии, настойчивой пропагандой автономности теплоэнерго-снабжения, при этом активно ссылаясь на избранный зарубежный опыт. Повышение транзакционных затрат (т.е. затрат на распределение и доставку ТЭР потребителям) в системах централизованного теплоснабжения (ЦТ) породило целую волну мероприятий по разделению сетей, появление различных автономных источников тепловой энергии разной мощности, обслуживающих непосредственно здания, и в конечном счете, к по-квартирным теплогенераторам. Разделение систем ЦТ на автономные и квазиавтономные элементы и блоки, предпринимаемое якобы в целях повышения эффективности, зачастую приводит только к дополнительной дезорганизации и неразберихе.

Отставание строительства тепловых сетей, не всегда своевременный ввод тепловых нагрузок промышленности и ЖКХ, завышение тепловых нагрузок потребителей, изменение состава и технологии предприятий приводило к недопустимо долгому (10-15 лет) сроку вывода турбин на проектные параметры с полной загрузкой отборов. Именно недостатки структурного развития систем теплоснабжения (нехватка пиковых агрегатов, неразвитость сетей, отставание ввода потребителей, завышение расчетных нагрузок потребителей и ориентация на строительство мощных ТЭЦ) обусловили существенное снижение расчетной эффективности теплофикационных систем.

В основе всеобъемлющего и массового кризиса систем жизнеобеспечения страны лежит комплекс причин, в числе которых не только удорожание топлива, износ основных фондов, но и существенное изменение расчетных условий эксплуатации, графика тепловых нагрузок, функционального состава оборудования. Кроме того, существенная доля промкомплекса и сопутствующих энергоисточников, а это не менее 30-35% суммарного энергопотребления, после распада СССР оказалась вне России. Значительное число мощных энергообъектов, линий электропередач, трубопроводов, энергомашиностроительных заводов находятся на территории соседних государств (Казахстана, Украины, Беларуси и др.). Соответствующие разрывы технологических связей и систем энерго-, топливоснабжения послужили дополнительным фактором ухудшения условий функционирования систем жизнеобеспечения .

Преобладание промышленной нагрузки ТЭЦ, превышающей отопительную нагрузку практически вдвое, во многом сглаживала сезонные пики коммунального теплопотребления городов. Резкое сокращение промышленного теплопотребления привело к переизбытку централизованных мощностей при возрастании роли именно пиковых источников и агрегатов. Проблема стоит острее именно в крупных городах с высокой долей промышленного энергопотребления, в небольших городах система легче выходит на расчетные параметры.

Зарубежный опыт

Большинство работ, активно пропагандирующих автономные системы отопления, считают своим долгом ссылаться на западный опыт, в котором практически нет места ТЭЦ и «гигантским расточительным теплотрассам». Фактический Европейский опыт свидетельствует об обратном. Так, в Дании, во многом под влиянием советской практики, основой жилищной инфраструктуры стало именно централизованное теплоснабжение. В результате реализации государственной программы, к середине 1990-х гг. доля систем ЦТ в этой стране составляла около 60% общего потребления тепла, а в крупных городах - до 90%. К системе централизованного теплоснабжения было подключено более тысячи когенерационных установок, обеспечивающих теплом и электроэнергией более 1 млн зданий и промышленных сооружений. При этом потребление энергоресурсов на 1 м 2 только за период 1973-1983 гг. сократилось в два раза . Причины разительных отличий между Россией и Данией заключаются в первоначальных вложениях и возможностях эксплуатации теплосетей. Эффективность датского примера обусловлена введением новых материалов и технологий (пластиковые трубы, современное насосное и запорное оборудование и пр.), способствовавших видимому снижению потерь. В магистральных и распределительных трубопроводах Дании они составляют всего около 4%.

Использование систем ЦТ для теплообеспечения потребителей по отдельным странам Центральной, Восточной Европы показано на рис. 1.

К примеру, рационализация теплоснабжения Восточного Берлина основывалась на поэтапной замене, реконструкции магистралей, установке узлов учета и регулирования, применении более совершенных схемно-параметрических решений и оборудования. В зданиях до реконструкции наблюдались значительные «перетопы» и неравномерность при распределении тепловой энергии как в объеме зданий, так и между зданиями. Реконструкции были подвергнуты около 80% зданий, в 10% системы теплоснабжения полностью заменены, в процессе реконструкции внутренних и перехода от однотрубных систем в зданиях к двухтрубным, были пересчитаны площади отопительных приборов, рассчитаны расходы воды в системах отопления зданий, заказаны новые регулировочные вентили. Отопительные приборы были оснащены вентилями с термостатами, регулировочные клапаны установлены на стояках зданий.

Системы присоединения в целом заменены на независимые, произведен переход от ЦТП к ИТП, температура теплоносителя снижена до 110 ОC. Расход воды в системе удалось снизить на 25%, снизились отклонения температур у потребителей. Циркуляционные сети отопления зданий использованы для нагрева воды в системе ГВС. В настоящее время нет лимитов по тепловым мощностям источников, есть ограничения только по пропускной способности трубопроводов.

Расходы горячей воды у жильцов составляли свыше 70-75 л/сутки, после переоборудования системы снизились до 50 л/сутки. Установка счетчиков воды дополнительно привела к снижению до 25-30 л/сутки. В целом совокупность мероприятий и схемных решений привела к снижению затрат на отопление зданий с величины 100 Вт/м 2 до 65-70 Вт/м 2 . Законы в Германии предписывают нормативное снижение энергозатрат с величины 130 кВт.ч/м 2 .год в 1980 г. до 100 кВт.ч/м 2 .год в 1995 г., и до 70 кВт.ч/м 2 .год к 2003 г.

Отечественный опыт

Значительное число работ по установке и налаживанию систем учета энергоресурсов свидетельствует, что максимальные потери тепла наблюдаются не в сетях, о чем говорилось выше, а именно в зданиях. Во-первых, эти нестыковки обнаружились между договорными значениями и фактически полученным количеством тепла. И, во-вторых, между фактически полученным и необходимым количеством тепла зданию. Эти расхождения доходят до 30-35%! Безусловно, снижать потери тепла при транспортировке по тепловым сетям необходимо, хотя они существенно ниже .

Также необходимо отметить наличие «перетопов» в жилых зданиях, которые обусловлены разными факторами. Здания рассчитаны на одинаковые нагрузки, а на самом деле в одних потребляется больше тепла, в других меньше. Обычно люди мало жалуются на «перетопы». И, скорее всего, если в квартире установлен собственный котел, экономия тепла получается не такая уж и большая, поскольку человек, привыкнув к таким температурным условиям, будет давать столько тепла, сколько ему необходимо, чтобы обеспечить себе комфортные условия.

Фактические значения удельных энергозатрат зданиями в зависимости от термического сопротивления ограждений представлены на рис. 2. Верхняя линия тренда - по фактическим значениям удельных энергозатрат, нижняя - теоретические балансовые затраты для зданий, при среднем нормативном значении для Москвы q = 0,15-0,21 Гкал/м 2 .год. Нижняя линия тренда на рис. 2 -функциональные балансовые значения, необходимые для поддержания нормативных температур в зданиях. Эти значения (фактические и теоретические) близки в зоне недостаточных термических сопротивлений R=0,25-0,3 К.м 2 /Вт, т.к. в этом случае зданиям требуется значительное количество тепла. Одна из точек, близкая к нижнему тренду с R = 0,55 К.м 2 /Вт принадлежит комплексу зданий в Мещанском районе ЦАО г. Москвы, в которых была осуществлена полная промывка системы отопления. Сравнение показывает, что ряд зданий города, будучи «освобожденными» от 15% «перетопов», вполне удовлетворяют современным Европейским требованиям по энергоэффективности .

Видно, что фактические значения энергопотребления для зданий с приемлемыми термическими сопротивлениями довольно сильно отклоняются от теоретической балансовой кривой. Степень отклонения фактических точек от идеальной нижней кривой характеризует неэффективные режимы работы, нерациональный перерасход энергии, а степень совпадения - относительную эффективность по сравнению с оптимальным базовым (балансовым) вариантом. В том числе по нижней базовой кривой целесообразно рассчитывать минимально необходимые лимиты теплопотребления зданий и сооружений, исходя из фактических или прогнозируемых температур отопительного периода.

Выявленные «перетопы» значительного числа городских зданий ставят под сомнение некоторые сложившиеся в последнее время стереотипы, связанные с показателями энергетической эффективности коммунального хозяйства. Сравнительный анализ показывает, что ряд городских зданий потребляет тепла на отопление единицы площади в пересчете на климат Берлина даже меньше, чем это требуется по Европейским нормам 2003 г.

Конкретная реализация проектов поквартирного отопления

Начиная с 1999 г., Госстрой РФ (ныне Федеральное агентство по строительству и ЖКХ РФ -Росстрой) проводит эксперименты по строительству и эксплуатации многоэтажных домов с поквартирным отоплением. Такие жилые комплексы уже построены и успешно функционируют в Смоленске, Серпухове, Брянске, Санкт-Петербурге, Екатеринбурге, Калининграде, Нижнем Новгороде. Самый большой опыт эксплуатации настенных котлов с закрытой камерой сгорания накоплен в Белгороде, где ведется квартальная застройка домов с применением систем поквартирного отопления. Есть положи-

тельный пример их эксплуатации и в северных районах - например, в г. Сыктывкаре.

Город Белгород был одним из первых городов России (в 2001-2002 гг.), в котором стали использовать поквартирное отопление в новых многоквартирных жилых зданиях. Это обуславливалось рядом причин, в том числе, как ранее всем казалось, большими тепловыми потерями в магистральных и разводящих тепловых сетях. А также достаточно активным строительством жилых многоэтажных зданий, что в первую очередь объяснялось притоком денег с Севера. В результате этого в ряде случаев некоторые здания были оборудованы системой индивидуального отопления помещений.

Для квартирного отопления использовались котлы как отечественных, так и зарубежных производителей. Несколько зданий с подобными системами было воздвигнуто достаточно быстро и без присоединения к тепловым сетям (в центре города, в Южной его части). Система автономного отопления в здании выглядит следующим образом. Котел располагается на кухне, от него дымовая труба пронизывает балкон (лоджию) и «врезается» в общую дымовую трубу, которая уходит наверх и от верхнего этажа поднимается на несколько метров.

Дымовая труба в этом случае в несколько раз ниже, чем у обычной квартальной котельной, естественно ожидать больших приземных концентраций выбрасываемых компонентов. В конкретных условиях необходимо сопоставлять еще и другие факторы (экономию топлива, снижение валового объема выбросов и пр.).

Безусловно, с точки зрения бытового комфорта, поквартирное отопление поначалу представляется более удобным. Например, котел включается при более низких наружных температурах, чем в случае использования системы ЦТ (ориентировочно при t нв =0 -–2 ОС), т.к. в квартире приемлемая температура. Котел включается автоматически при снижении температуры внутри помещения, на которую его настраивают жильцы. Также котел автоматически включается при появлении нагрузки на ГВС.

Практически первым важным фактором здесь является не поквартирная разводка, а именно термическое сопротивление здания (наличие больших лоджий, которые люди дополнительно утепляют). При отсутствии должного опыта эксплуатации пока трудно провести адекватное сравнение удельных затрат на отопление при поквартирной системе и в случае ЦТ, будем надеяться, такая возможность нам представится позднее.

При оценке финансовых затрат на систему поквартирного отопления в процессе активной эксплуатации не всегда учитывалась амортизация котлов, их полная стоимость (для жителей) и т.д.

Производить корректное сравнение возможно только при сопоставимых энергетических условиях. Если разобраться комплексно, то система поквартирного отопления получается не такой уж и дешевой. Понятно, что индивидуальный комфорт с возможностью такого распределенного регулирования всегда стоит дороже.

Что получили в процессе эксплуатации системы поквартирного отопления на примере г. Белгород

1. В жилых зданиях появились неотапливаемые зоны: подъезды; лестничные клетки. Известно, что для нормальной эксплуатации зданий необходимо обеспечивать отопление всех его помещений (всех зон). Почему-то на этапе проектирования жилых построек об этом не задумывались. И уже во время их эксплуатации начали придумывать всякие экзотические способы отопления нежилых зон, вплоть до электроотопления. После чего сразу возник вопрос: а кто будет платить за отопление нежилых зон (за электроотопление)? Начали думать как «разбрасывать» плату на всех жителей, и каким образом. Таким образом, у жителей появилась новая статья расходов (дополнительные затраты) на отопление нежилых зон, которую, конечно, никто не учитывал на стадии проектирования системы (как было сказано выше).

2. В г. Белгороде, как и в ряде других регионов, определенная доля жилья покупается населением впрок. Это в первую очередь касается жилья для «северян». Люди, как правило, оплачивают все предоставляемые им жилищные услуги, но в квартирах не живут или живут наездами (например, в теплое время года). По этой причине многие квартиры также явились холодными (неотапливаемыми) зонами, что привело к ухудшению теплового комфорта, так и к ряду других проблем (система рассчитана на общую циркуляцию). В первую очередь появилась проблема, связанная с невозможностью запустить котел в неотапливаемых квартирах ввиду отсутствия их хозяев, а компенсировать тепловые потери необходимо (за счет соседних помещений).

3. Если котел долгое время не работает, он требует определенного предварительного осмотра перед запуском. Как правило, обслуживанием котлов занимаются специализированные организации, а также газовые службы, но, несмотря на это, вопрос обслуживания индивидуальных источников тепла в городе до конца не решен.

4. Котлы, используемые в системе поквартирного отопления, являются оборудованием высокого уровня и, соответственно, требуют более серьезного обслуживания и подготовки (сервиса). Таким образом, требуется соответствующий энергосервис (не дешевый), а если у ТСЖ нет средств для проведения такого рода обслуживания?

Распределенное регулирование теплопотребления

Как крышные котельные, так и поквартирные системы наиболее эффективны только при возможности использования в качестве топлива природного газа. Резервного топлива для них, как правило, нет. Поэтому возможность ограничения поставок или повышения стоимости газа настоятельно требуют поиска на перспективу новых решений. В электроэнергетике для этого вводятся мощности на угольных, атомных и гидроэлектростациях, более активно используется местное топливо, отходы, есть перспективные решения по использованию биомассы. Но решить вопросы теплоснабжения за счет электрогенерации на ближайшую перспективу экономически нереально. Эффективнее применение теплонасосных установок (ТНУ), в этом случае расход электроэнергии составляет только 20-30% от общей потребности в тепле, остальное получают преобразованием тепла низкого потенциала (рек, грунта, воздуха). На сегодняшний день тепловые насосы широко применяются во всем мире, количество работающих в США, Японии и Европе установок исчисляется миллионами. В США и Японии наибольшее применение получили ТНУ класса «воздух - воздух» для отопления и летнего кондиционирования воздуха. Однако для сурового климата и городской застройки с высокой плотностью тепловой нагрузки получить нужное количество низкопотенциального тепла в период пиковых нагрузок (при низких температурах наружного воздуха) затруднительно, в реализованных проектах крупные ТНУ используют тепло морской воды. Наиболее мощная теплонасосная станция (320 МВт) работает в Стокгольме.

Для городов России с крупными теплофикационными системами наиболее актуален вопрос эффективного применения ТНУ как дополнения к существующим системам централизованного теплоснабжения.

На рис. 3, 4 показана принципиальная схема ЦТ от паротурбинной ТЭЦ и типовой температурный график сетевой воды. Для существующего микрорайона при подаче на ЦТП сетевой воды 100 т/ч с температурами 100/50 ОС потребители получают свои 5 Гкал/ч тепла. Новый объект может получить из той же сетевой воды еще 2 Гкал/ч тепла, при охлаждении с 50 до 30 ОС, что не изменяет расхода сетевой воды и затрат на ее перекачку, и обеспечивается без перекладки теми же тепловыми сетями. Важно то, что в соответствии с температурным графиком обратной сетевой воды есть возможность получения дополнительного количества тепла именно при низких температурах наружного воздуха.

На первый взгляд, применение ТНУ, использующей в качестве источника тепла обратную сетевую воду, при учете полной стоимости тепла неэкономично. Например, эксплуатационные затраты на получение «нового» тепла (при тарифе ОАО «Мосэнерго» по постановлению РЭК г. Москвы от 11.12.2006 г. № 51 на тепло 554 руб./Гкал и на электроэнергию 1120 руб./МВт.ч) составят 704 руб./Гкал (554x0,8+1120x0,2x1,163=704), т.е. на 27% выше собственно тарифа на тепло. Но если новая система позволяет (такая возможность есть, что является предметом последующего рассмотрения) сократить теплопотребление на 25-40%, то такое решение становится экономически равноценным по текущим эксплуатационным расходам.

Заметим также, что в структуре тарифа для ОАО «Мосэнерго» тариф на производство тепла составляет только 304 руб./Гкал, а 245 руб./Гкал - это тариф на транспорт тепла (сбытовая надбавка - 5 руб./Гкал). Но передача дополнительного низкопотенциального тепла не увеличила затрат на его транспорт! Если исключить, что вполне обоснованно, для ТНУ транспортную составляющую, то получаем эксплуатационную составляющую стоимости «нового» тепла от ТНУ уже только 508 руб./Гкал.

Более того, в перспективе реально введение разных тарифов на тепло от ТЭЦ - в зависимости от потенциала - ведь снижение температуры обратной сетевой воды и дополнительный отпуск тепла обеспечивают на ТЭЦ выработку электроэнергии наиболее эффективным комбинированным теплофикационным способом, меньший сброс тепла в градирнях и повышает пропускную способность тепломагистралей. Так, в работах А.Б.Богданова приведена характеристика относительного прироста топлива на отпуск тепла от паровой турбины Т-185/215 Омской ТЭЦ-5 и показано, что прирост условного расхода топлива на прирост тепловой нагрузки составляет 30-50 кг/Гкал в зависимости от температуры сетевой воды и от электрической загрузки турбины, что подтверждается путем прямых измерений. Т.о. при неизменной электрической нагрузке дополнительный расход топлива на ТЭЦ для отпуска тепла в 3-5 раз ниже, чем от водогрейных котлов.

Наиболее эффективно применение в климатических системах применение ТНУ «вода - воздух», т.е. не нагрев воды для системы отопления, а получение воздуха требуемых параметров -это реальная возможность создания комфортных условий даже при нестабильной работе теплосети, где не выдерживаются температурные и гидравлические режимы, используя количество тепла от источника и переводя его в качество теплоснабжения. Одновременно такая система решает вопрос охлаждения воздуха в летнее время, что особенно актуально для современных офисных и культурно-бытовых центров, элитных жилых комплексов, гостиниц, где вполне естественное требование - кондиционирование воздуха - зачастую крайне неэффективно обеспечивается стихийным оснащением помещений сплит-системами с внешними блоками на фасаде здания. Для объектов с необходимостью одновременно нагревать и охлаждать воздух используется кольцевая система нагрева и кондиционирования воздуха - решение, в России известное по 15-летнему опыту эксплуатации гостиницы «Ирис Конгресс Отель» в Москве , в настоящее время такие решения реализуются и на других объектах. В основе кольцевой системы - циркуляционный контур с температурой воды на уровне 20-30 ОС; у потребителей установлены тепловые насосы «вода - воздух», которые охлаждают воздух в помещении и перекачивают его тепло в общий водяной контур или из общего (водяного) контура перекачивают тепло в помещение, подогревая воздух. Температура воды в водяном контуре поддерживается в определенном диапазоне известными методами - это отвод избыточного тепла летом с помощью градирни, подогрев воды зимой сетевой водой. Расчетная мощность как градирни, так и теплоисточника при этом существенно меньше, чем требовалось бы при традиционных системах кондиционирования и теплоснабжения, а строительство зданий, оснащенных такими системами, меньше зависит от возможностей системы транспорта тепла.

Вместо заключения

На сегодняшний день можно сделать однозначный вывод - той эйфории, которая была на начальном этапе внедрения систем поквартирного отопления в многоквартирных жилых зданиях, сейчас уже нет. Системы поквартирного отопления устанавливались потому, что темпы строительства были достаточно интенсивными, и имелась возможность внедрения новых проектов подобного рода (хотя, возможно, не всегда обдуманно). Сейчас полного отказа от этих систем не произошло, идет понимание плюсов и минусов как автономных устройств, так и систем ЦТ.

Необходимо максимально использовать имеющиеся возможности теплофикационных

систем крупных городов, развивать их, включая меры государственного регулирования для обеспечения коммерческой эффективности теплофикации.

Дисбалансы энергопотребления в рамках мегаполиса вполне можно прогнозировать и нейтрализовывать при комплексном территориальном подходе к городскому хозяйству как единому механизму жизнеобеспечения, если не видеть в нем только отраслевые структуры и интересы, и не выделять и приватизировать частные обособленные участки для извлечения прибыли, без поддержания состояния полной работоспособности и надлежащей технологической модернизации. Очевидно, что никакие частные решения автономного энергообеспечения не спасут ситуацию. Необходимо повышение устойчивости энергетических инфраструктур с помощью разнообразных энерготехнологических агрегатов и систем. Взаимоувязка и согласование режимов выработки и потребления энергоресурсов никак не подразумевает отказа от единых городских систем жизнеобеспечения, наоборот, они стыкуются с возможными автономными агрегатами таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность энергоиспользования, надежность и экологическую безопасность.

Литература

1. Гашо Е.Г. Особенности и противоречия функционирования систем теплоснабжения и пути их рационализации //Новости теплоснабжения. 2003. № 10. С. 8-12.

2. Скоробогаткина М. Центральное и автономное отопление // Коммунальный комплекс России. 2006. № 9.

3. Москва - Берлин // Энергонадзор и энергоэффективность. 2003. № 3.

4. Байдаков С.Л., Гашо Е.Г., Анохин С.М. ЖКХ России, www. rosteplo. ru.

5. Клименко А.В., Гашо Е.Г. Проблемы повышения эффективности коммунальной энергетики на примере объектов ЖКХ ЦАО г. Москвы //Теплоэнергетика. 2004. №6.

6. Богданов А. Б. Котельнизация России - беда национального масштаба (ч. 1-3), www.сайт.

7. Шабанов В.И. Кольцевая система кондиционирования воздуха в гостинице // АВОК. 2004. № 7.

8. Автономов А. Б. Положение в области систем централизованного теплоснабжения в странах Центральной и Восточной Европы//Электрические станции. 2004. № 7.

9. Гагарин В. Г. Экономические аспекты повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий в условиях «рыночной экономики» // Новости теплоснабжения. 2002. №1.С.3-12.

10. Reich D., Тутунджян А.К., Козлов С.А. Теплонасосные климатические системы - реальное энергосбережение и комфорт// Энергосбережение. 2005. № 5.

11. Кузнецова Ж. Р. Проблемы теплоснабжения и подходы к их решению на региональном уровне (на примере Чувашской Республики) // Новости теплоснабжения. 2002. №8. С. 6-12.

12. Лапин Ю.Н., Сидорин А.М. Климат и энергоэффективное жилище // Архитектура и строительство России. 2002. № 1.

13. Реформа муниципальной энергетики - проблемы и пути решения / Под ред. В.А. Козлова. - М., 2005.

14. Пузаков В.С. О комбинированной выработке тепла и электроэнергии в странах Европейского союза // Новости теплоснабжения. 2006. № 6. С. 18-26.