Разработка рекомендаций по повышению тепловой эффективности зданий

В закрытом положении термостата остаточная теплоотдача отопительного прибора составляет около 15%, а вместе с теплопоступлениями от трубопровода стояка системы, проходящего по комнате, которые возрастают с прикрытием термостатов при отсутствии регулирования на вводе, нерегулируемая теплоотдача достигает 50%от общей. Поэтому индивидуальное авторегулирование теплоотдачи отопительных приборов следует дополнять авторегулированием подачи тепла на отопление на вводе в здание, в том числе и пофасадное, что предусмотрено МГСН 2.01-99 [6]. В случае комплексного оборудования системы отопления не только индивидуальными термостатами, но и регуляторами у источника тепловой энергии или в ИТП достигается больший эффект экономии тепловой энергии на отопление - до 25-35 %.

Использование периодического («прерывистого») отопления.

Среди задач управления системами отопления значительное место занимают задачи так называемого прерывистого режима отопления. Для большинства современных зданий допускается понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, в выходные и праздничные дни с целью экономии энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение. К началу использования помещения в соответствии с его технологическим назначением температурный режим в нем должен соответствовать нормативным показателям. Такой режим отопления, когда температура внутреннего воздуха понижается на некоторый период времени ниже нормативного значения, называется «прерывистым». Подобная ситуация может иметь место также при авариях, когда прекращается подача тепла в помещение.



3. ПЕРИОДИЧЕСКОЕ («ПРЕРЫВИСТОЕ») ОТОПЛЕНИЕ, КАК ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЕ МЕРОПРИЯТИЕ

Среди задач управления системами отопления значительное место занимают задачи так называемого прерывистого режима отопления. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т. д.) допускается понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения в течение части суток, в выходные и праздничные дни с целью экономии энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение. К началу использования помещения в соответствии с его технологическим назначением температурный режим в нем должен соответствовать нормативным показателям. Такой режим отопления, когда температура внутреннего воздуха понижается на некоторый период времени ниже нормативного значения, называется «прерывистым». Подобная ситуация может иметь место также при авариях, когда прекращается подача тепла в помещение.

Прерывистая подача тепла рациональна только в случае автоматического регулирования по времени и температуре, которое позволяет экономить энергию, избегая ненужного завышения температуры в отапливаемых помещениях, и периодически снижать температуру помещения в соответствии с определенным графиком его использования, а также обеспечить необходимую оптимальную тепловую обстановку в помещении.

Колебания тепловыделений и связанные с ними колебания температуры внутреннего воздуха на общем расходе тепла не сказываются; он зависит от средней за период температуры внутреннего воздуха [7]. Если при прерывистой теплоподаче значение среднесуточной температуры внутреннего воздуха равно нормативному ее значению, то общий расход тепла остается таким же, как при непрерывной теплоподаче, и экономия энергии не обеспечивается. Подобное положение имеет место при печном отоплении. Для обеспечения экономии энергии необходимо понизить среднесуточное значение температуры внутреннего воздуха, т.е. в течение части зимнего периода она должна быть равна нормативному значению и быть ниже в остальную часть периода. Для большинства современных зданий (административных зданий, школ, жилых зданий, театров, кинотеатров, ряда производственных зданий и т.д.) понижение температуры внутреннего воздуха ниже нормативного значения допускается в течение части суток.

Одним из критериев возможной длительности перерыва в теплоподаче и связанным с ней понижением температуры внутреннего воздуха является требование о невыпадении конденсата на внутренних поверхностях стен и покрытия. При понижении температуры внутреннего воздуха, если не меняется его влагосодержание, точка росы остается постоянной.

Система прерывистой теплоподачи будет особенно эффективной, если она способна в короткое время без привлечения большой дополнительной мощности повысить температуру внутреннего воздуха до нормативного значения [13]. Таким требованиям в значительной степени удовлетворяют так называемые двухкомпонентные системы отопления. Основная (фоновая) часть системы может поддерживать в помещении температуру воздуха порядка 12-16 °С, а дополнительная в течение короткого промежутка времени может довести ее до нормативной. Система фонового отопления может быть любой теплоемкости, а дополнительная система должна быть малотеплоемкой и легко регулируемой. Двухкомпонентные системы могут быть различной конструкции. Возможны варианты теплоемких фоновых систем панельного отопления и безынерционных электродоводчиков (электрорадиаторов или электроконвекторов, оснащенных термостатами) или конвекторы, рассчитанные на внутреннюю температуру 15 °С, с вентиляторами, быстро поднимающими температуру помещения до нормативной.

Прерывистая теплоподача, сокращая общий расход тепла за период, требует более высокой подачи тепла в период натопа. Таким образом, прерывистая подача тепла является экономически выгодной, как правило, при достаточно высокой температуре наружного воздуха, которая имеет место больше всего в переходные периоды года, когда можно использовать для натопа имеющуюся мощность системы отопления.

В практике эксплуатации жилых зданий прерывистая теплоподача имеет место при электротеплоснабжении зданий. Периодичность теплоснабжения здесь обусловлена использованием внепиковой электроэнергии. Метод этот сводится к подключению электроотопительных приборов и установок и к накапливанию в них тепла исключительно в часы ночных провалов графика нагрузки энергосистемы (аккумуляционное отопление) или во внепиковые периоды (полуаккумуляционное отопление) [13]. Тепло, запасенное в отдельных приборах, центральных установках или непосредственно в конструкциях зданий, расходуется в помещении для нужд обогрева по мере надобности. Электроотопление рационально только с автоматическим регулированием по времени и температуре и позволяет наилучшим образом сочетать график потребления электроэнергии для нужд обогрева с суточным графиком нагрузки на энергосистему путем рационального использования аккумулирующих свойств комплекса «здание - система отопления».

Задача управления расходом энергии, затрачиваемой на нагрев или охлаждение помещения, всегда занимала одно из центральных мест в теории отопления и кондиционирования, но особую значимость приобрела в настоящее время. Современная техника отопления и кондиционирования нуждается не в управлении вообще, а требует оптимального управления процессом расходования энергии. Не является исключением использование компьютерной техники в интеллектуальных зданиях, поскольку она должна работать в соответствии с алгоритмом, позволяющим осуществить процесс нагрева или охлаждения оптимальным образом.

Для большинства помещений жилых и общественных зданий минимизация затрат энергии на разогрев помещений может быть достигнута при выполнении следующих двух положений[13]:

1) первое положение: разогрев помещений необходимо начинать с разогрева наиболее теплоемких частей помещения;

2) второе положение: разогрев помещений должен производиться с использованием максимальной мощности отопительного оборудования.

В большинстве случаев это относится к внутренним поверхностям наружных ограждающих конструкций, которые, к тому же, как правило, и наиболее охлаждены (минимизация времени разогрева в данном случае может быть достигнута, например, за счет быстрого нагрева внутренних поверхностей ограждающих конструкций конвективными настилающимися струями).

Отопление зданий и помещений может быть постоянным или прерывистым (периодическим) [8]. При прерывистом отоплении снижается или полностью отключается подача теплоты в здание или помещение. В холодный период года в жилых помещениях, когда они не используются, допускается обеспечивать температуру внутреннего воздуха ниже нормируемой, но не менее 15 ^оС [8]. Использование прерывистого режима отопления позволяет уменьшить расход тепловой энергии.

Суточный цикл имеет три части [17]:

- начало работы системы отопления (период «натопа» помещения) - температура в помещении повышается от минимальной допустимой t_д до расчетной температуры внутреннего воздуха t_в;

- время установившегося режима - в помещении поддерживается температура внутреннего воздуха t_в;

- прекращение подвода теплоты - температура в помещении понижается до минимальной допустимой t_д.

Для повышения энергоэффективности систем отопления (снижения энергопотребления) возможно использование прерывистого режима подачи теплоносителя. Однако время натопа помещения в нормативных документах не регламентируется, т.е. предполагается только постоянное отопление. При прерывистом отоплении существенным фактором следует рассматривать скорость восстановления температурного поля помещений до расчетного значения.

Тепловой поток в режиме разогрева помещения больше, чем во время установившегося режима. Дополнительная мощность системы отопления при периодической эксплуатации в течение всего отопительного периода в нормальном и экономичном температурных режимах зависит от следующих показателей:

- величины снижения температуры внутреннего воздуха по отношению к расчетной;

- времени, необходимого для достижения расчетной температуры внутреннего воздуха;

- воздухообмена во время натопа;

- теплоаккумулирующей способности здания.

3.1 Моделирование теплового режима жилых помещений при использовании оптимального режима прерывистого отопления

Для изучения особенностей формирования микроклимата в помещениях с притоком наружного воздуха через вентиляционные клапаны и отопительными приборами разного типа (конвектор и радиатор) использован метод численного моделирования. Моделирование микроклимата выполнялось на примере типовой жилой комнаты:

а) размеры помещения: 4,86х3,9 м; внутренняя высота 2,5 м; внутренний объем комнаты - 47,38 м³;

б) одно окно размером 2,1х1,5 м.

Сопротивление теплопередаче наружной стены и оконного блока приняты в соответствии с нормативными требованиями:

а) для наружной стены - ;

б) для окна - .

Коэффициент теплоотдачи для наружной поверхности - .

Расчетная температура внутреннего воздуха +20 ^оС. Расчетная температура наружного воздуха -32 ^оС.

Расчетный тепловой поток системы отопления помещения - 1026 Вт. Теплообмен с соседними помещениями не учитывается. Отопительные приборы размещаются под окном.

В качестве радиатора использовался прибор отопления, заполненный условным материалом со специально подобранными характеристиками, чтобы имитировать теплоемкость массивной металлической конструкции радиатора. Полный тепловой поток от радиатора - 1100 Вт; 50% - конвективная составляющая и 50% - радиационная составляющая.

В качестве конвектора использовался ПКН-209 серии Atoll Pro. Изготавливаемых ОАО «Фирма Изотерм» (г. Санкт-Петербург). Схема движения теплоносителя - сверху - вниз в отопительном приборе, параметры теплоносителя 95/70 °С. Тепловой поток конвектора составляет 1065 Вт [18]. Конвектор моделировался в виде прямоугольного блока. На верхней грани - выходная решетка конвектора длиной 950 мм и глубиной 100 мм, через которую выходит струя нагретого воздуха с температурой 50 °С и со скоростью 0,34 м/с. Конвективная составляющая теплового потока равна 94%. Через нижнюю грань блока в конвектор поступал воздух из помещения. Остальная часть теплового потока моделировалась как радиационная составляющая (6% от общего теплового потока), излучаемая нагретым кожухом прибора.

Поступление приточного воздуха в помещение осуществляется через приточные клапаны типа «Аэреко». Размеры приточных клапанов были выбраны таким образом, чтобы в помещении обеспечивался однократный воздухообмен. Приняты два приточных клапана сечением 0,01х0,3 м² каждый, расположенных в верхней части оконного блока. При перепаде давления между внутренним и наружным воздухом 10 Па клапаны обеспечивают расход приточного воздуха 46 м³/ч, т.е. однократный воздухообмен в комнате. Удаление воздуха из комнаты выполняется через щель, имитирующую зазор под закрытой дверью, расположенной в стене напротив окна.

Рисунок 3.1 - Расчетная схема помещения и расположения точек контроля температуры

Системы уравнений аэродинамики и теплопереноса решались в нестационарной постановке с шагом по времени, который варьировался от 1 до 10 с. В ходе расчета контролировались температуры воздуха в четырех точках (рис. 3.1). Расчет проводился с использованием программы «ANSYS».

В результате расчетов для двух типов отопительных приборов получены графики изменения температуры воздуха во времени при нагреве помещения до и после открытия приточных клапанов для 4 контрольных точек (рисунок 3.2 - 3.5).



Рисунок 3.2 - Характер изменения температуры в точке 1

Рисунок 3.3 - Характер изменения температуры в точке 2



Рисунок 3.4 - Характер изменения температуры в точке 3

Рисунок 3.5 - Характер изменения температуры в точке 4



Приточные клапаны при предварительном нагреве помещения закрыты. Начальная температура воздуха в помещении перед включением отопительных приборов принята равной +15 ^оС. После включения отопительных приборов:

а) конвектора: температура воздуха в верхних контрольных точках (1 и 3) достигла +28 ^оС за 10 минут; в нижних точках (2 и 4) температура воздуха достигла +23 ^оС за 12-14 минут;

б) радиатора: температура воздуха в верхних точках достигает +28 ^оС за 30 минут; в нижних контрольных точках достигает значений +26 ^оС за 30 минут.

Таким образом, в режиме нагрева помещения («натопа») при работе конвектора температура в верхних контрольных точках устанавливается в 3 раза быстрее, чем при работе радиатора. Сравнивая процесс нарастания температуры в нижних точках, где в меньшей степени сказывается влияние конвективной струи конвектора, видно, что прогрев воздуха при работе конвектора также происходит быстрее. Например, в точке 2 температура +23 ^оС при работе конвектора достигается за 12 мин, а при работе радиатора - за 20 мин.

При достижении температуры воздуха в верхних контрольных точках +28 єС проводилось открытие приточных клапанов. Через 10 мин после открытия клапанов температура воздуха в контрольных точках снижается до +22-24 єС для обоих приборов. Далее с течением времени температура во всех контрольных точках продолжает снижаться. Однако характер падения температуры (во всех контрольных точках) при работе радиатора более резкий, чем для конвектора. Это объясняется большей подвижностью воздуха в помещении при работе конвектора, которая связана с взаимодействием более мощной конвективной струи нагретого воздуха с холодным приточным воздухом.

Через 50 минут после открытия клапана минимальная температура в контрольных точках при работе конвектора +22-23 єС, а при работе радиатора +19,5-21 єС, т.е. на 2 єС ниже.

На основе выполненного эксперимента можно сделать такие выводы:

а) сравнение изменения температуры в объеме помещения при работе конвектора и радиатора позволяет сделать вывод о том, что при работе конвектора поле температуры в комнате более однородно вследствие преобладания конвективной составляющей теплообмена;

б) поля температуры воздуха в жилых помещениях при подаче наружного воздуха через вентиляционные клапаны неоднородны. Формирование поля температуры в помещении в значительной степени зависит от типа отопительного прибора;

в) Результаты исследования формирования температурного поля отапливаемых жилых помещений с учетом естественной вентиляции должны учитываться как проектировщиками, так и производителями отопительных приборов;

г) в нормативных документах для жилых помещений для повышения энергоэффективности систем отопления путем применения прерывистого режима подачи теплоносителя необходимо установить длительность периода восстановления температуры внутреннего воздуха до расчетного значения.



4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ

4.1 Экономическая эффективность инвестиций в энергосберегающие мероприятия

Взамен по сути единственного критерия эффективности инвестиций в экономике (нормативного срока окупаемости Т_норм, лет, дополнительных капитальных вложений, который централизованно задавался в пределах 8-12 лет, или минимума приведенных затрат - эквивалента указанной окупаемости) предполагаются несколько критериев, что позволят с большей разносторонностью и глубиной подходить к принятию решений [15]. Новизна упомянутых критериев основана на существовании в современных экономических условиях понятий прибыль, инфляция, процентные и кредитные ставки, но главное - на необходимости достоверно прогнозировать динамику этих показателей.

Основным экономическим показателем эффективности инвестиций является суммарный дополнительный доход Д, руб., который может быть получен за период срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий Т_сл , лет. В зависимости от того, каким образом используется потоки будущих доходов, их либо, изымая из денежного оборота, наращивают (капитализируют), либо дисконтируют (определенным образом снижают для объективного сопоставления со стоимостью инвестиций на момент их реализации). Если промежуточные доходы наращиваются (капитализируются), соответствующую величину суммарного дополнительного дохода обозначаем как суммарный наращенный доход , руб.; если промежуточные доходы (i =1, 2, ..., Т_сл), руб./год, дисконтируются, соответствующую величину суммарного дополнительного дохода обозначаем как суммарный дисконтированный доход , руб.

Величина суммарного дополнительного дохода определяется посредством [15]:

а) механизма дисконтирования и наращения (капитализации) поступающих в будущем доходов;

б) оценки диапазонов изменения основных экономических показателей (промежуточных доходов , лет, поступающих в результате инвестиций, и соответствующих норм дисконта r) в зависимости от указанных горизонтов;

в) оценки срока эксплуатации рассматриваемых энергосберегающих мероприятий Т_сл, лет.

Норма дисконта - одно из возможных значений показателя, отражающего выгодность вложения инвестиционных средств в другие активы, помимо средств энергосбережения.

Суммарный дисконтированный доход , руб. за срок эксплуатации Т_сл, лет, рассчитывается по формуле, учитывающей разную величину ежегодных поступлений дохода и разную норму дисконта r_i [15]:

где - полный дисконтированный доход за срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий, руб.;

r_i - норма дисконта в i-м году, 1/год, где i = 1, 2, ..., Т_сл;

- промежуточный доход в i-м году, руб./год.

В данной формуле Т_сл является индексом (безразмерной величиной), определяющим число членов ряда.

Предположим, что для множества величин и r_i которые достаточно сложно прогнозировать (так как необходимо также знать последовательность этих величин по годам), каким-то образом выбраны такие их расчетные значения руб., и r, которые обеспечат минимальное отклонение суммарного расчетного дохода от его значения. Тогда формула (4.1) будет выглядеть следующим образом:

Здесь Т_сл также является безразмерной величиной, определяющим число членов ряда и показатель степени.

Выражение в скобках представляет собой убывающую геометрическую прогрессию. Сумма Т_сл членов убывающей геометрической прогрессии определяется по известной формуле, в результате чего формула (4.2) преобразуется в формулу (4.3), широко используемую в практике экономических расчетов:

В рассмотренном выше случае поступающие промежуточные доходы дисконтировались, то есть участвовали в обороте денежных средств (тратились на зарплату, погашение ссуд, выплату дивидендов по акциям и т. д.). Далее рассмотрим вариант, когда поступающие промежуточные доходы капитализируются, то есть наращиваются под проценты, например, путем дачи их взаймы. Тогда фактор дисконтирования отпадает, и каждое поступление промежуточного дохода наращивается в течение оставшегося срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий. В этом случае аналогом формулы (4.1) является формула [15]:



где - суммарный наращенный доход за период срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, руб.;

r_i - норма дисконта в i-м году, 1/год, где i = 1, 2, ..., Т_сл;

- промежуточный доход в i-м году, руб./год;

Т_сл - срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий, лет.

Изменив порядок следования слагаемых на противоположный (первое слагаемое становится последним, второе - предпоследним и т. д.) и вновь переходя на расчетные значения доходов , руб., и норм дисконта r, имеем:

Как и в формуле (4.2), здесь Т_сл является индексом (безразмерной величиной), определяющим число членов ряда.

Суммируя Т_сл членов геометрической прогрессии, на этот раз возрастающей, и затем аппроксимируя «непрерывной» формулой, получим:

Главное преимущество использования формул (4.3) и (4.6) в том, что отпадает необходимость каждый раз задумываться над тем, каков срок начисления процентов при расчетах величин будущих доходов. Дело в том, что величина Т_сл может обозначать и число лет (например, Т_сл = 1), и число кварталов (Т_сл = 4), и число месяцев (Т_сл = 12) и т. д., то есть число периодов в году, после каждого из которых учитывается процент. Величина самого процента соответственно уменьшается: при Т_сл = 1 имеем r_Тсл =r, при Т_сл = 4- r_Тсл = r/4 и т. д. [15]. Уменьшение продолжительности периодов Т_сл при невысокой норме дисконта r пренебрежимо мало влияет на величины и , что характерно для нормально развивающейся экономики. Если же норма дисконта существенно меняется из года в год, то она обязательно будет значительна по абсолютной величине. В этой ситуации говорить о целесообразности долгосрочных инвестиций не приходится, и первостепенной задачей становится стабилизация национальной экономики.

Важнейшим критерием экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия является срок окупаемости Т_ок, лет, инвестиций К, руб., вызвавших поток доходов , руб./год. Этот критерий дает первое представление о том, приносят ли инвестиции дополнительный доход вообще, и насколько быстро это происходит. В экономике этот критерий был, по сути, единственным и рассчитывался со значительной отрицательной погрешностью (срок окупаемости при этом «сокращался» в 1,5 и более раз). Это завышало эффективность капитальных вложений, и поэтому зачастую они оказывались неоправданными.

Очевидно, что сроки окупаемости инвестиций К с учетом дисконтирования или наращения поступающих промежуточных доходов Т_д и Т_н, лет, определяются путем приравнивания значений и (по формуле (4.3) и первой части формулы (4.6)) величине К. Преобразования дают соответствующие формулы [15]:

Показатель , лет, представляет собой срок окупаемости инвестиций без учета влияния времени на получаемые в будущем доходы от инвестиций - бездисконтный срок окупаемости. Это именно тот срок окупаемости, который в экономике принимался в качестве главного критерия эффективности.

Если проанализировать график денежных потоков (рисунок 4.1) непрерывной инвестиционной модели при заданных значениях К, и r , то он покажет что бездисконтный срок окупаемости Т_о позволяет предварительно оценить эффективность инвестиций, особенно при невысокой норме дисконта. Кроме того, он позволяет судить о начальном направлении графика потока поступающих доходов, как при дисконтировании, так и при наращении. Действительно, тангенс угла наклона линейного потока дохода определяется именно этим сроком окупаемости.

Примем инвестиций в энергосберегающие мероприятия К=800 тыс. руб., расчетный ежегодный дополнительный доход = 215 тыс. руб./год, расчетную норму дисконта r = 0,15 1/год. Расчет по формулам (4.7) и (4.8) дает следующие значения сроков окупаемости инвестиций в энергосберегающие мероприятия: Т_д=5,4 лет, Т_н=3 года. Отметим абсциссы точек пересечения горизонтали, соответствующей величине инвестиций в энергосберегающие мероприятия К, с экспоненциальными кривыми, соответствующими зависимостям (4.3) и (4.6).

Срок эксплуатации Т_сл принят равным 12 годам. Вертикальная линия с этой абсциссой может быть разделена на несколько отрезков, длины которых соответствуют численным значениям основных критериев экономической эффективности инвестиций: длина отрезка ас представляет суммарный дисконтированный доход ; длина отрезка cb, равная разнице между и инвестициями К, представляет чистый дисконтированный доход ЧДД ; длина отрезка cd- идеализированный чистый доход ЧД.

Показатель ЧДД сам по себе не дает исчерпывающего представления о доходности инвестиций, он должен быть соотнесен с величиной инвестиций в средства энергосбережения К. С этой целью используют дополнительный критерий, называемый индексом доходности, который вычисляется по формуле:

ИД=ЧДД/К.



Индекс доходности определяет чистый доход на 1 денежную единицу вложенных средств за период времени Т_сл. Вместо чистого дисконтированного дохода ЧДД при вычислении индекса доходности можно использовать величину суммарного дисконтированного дохода .

Рисунок 4.1 - График потока поступающих доходов:

1 - единовременные инвестиции К; 2 - бездисконтный доход Д; 3 - дисконтированный доход ; 4 - доходы с наращением

Таким образом, для оценки эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия необходимо определить следующие исходные данные:

а) величина инвестиций К для каждого вида энергосберегающего мероприятия;

б) расчетное значение нормы дисконта r;

в) срок эксплуатации энергосберегающего мероприятия Т_сл;

г) расчетное значение ежегодного дополнительного дохода за счет экономии энергоресурсов вследствие внедрения энергосберегающих мероприятий (для каждого мероприятия).

А также критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия:

а) чистый дисконтированный доход ЧДД или чистый наращенный доход (доход при наращениях промежуточных доходов) ЧНД, рассчитываемые по формулам:

б) сроки окупаемости Т_д или Т_н рассчитываемые по формулам (4.7) или (4.8);

в) индексы доходности ИД, рассчитываемые по формулам:

4.2 Расчет экономической эффективности при устройстве индивидуального теплового пункта (ИТП)

В здании устанавливается индивидуальный тепловой пункт (ИТП).

Данное мероприятие обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт·ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 8,4 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,012 тыс. руб./(м²·год). Срок эксплуатации принимаем равным 20 лет. Общая стоимость оборудования с учетом монтажа составляет 420 тыс. руб., инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м² площади - 0,058 тыс. руб./м².

Необходимо определить:

1.Срок окупаемости инвестиций: с учетом дисконтирования поступающих доходов и с учетом наращения (капитализации) поступающих доходов.

2.Чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий: чистый дисконтированный доход и чистый доход при наращении (капитализации) поступающих доходов.

3.Индекс доходности инвестиций (отношение полного дохода к величине инвестиций, характеризующее относительную отдачу инвестиционного проекта на вложенные средства): при условии дисконтирования всех поступающих доходов и при условии наращения (капитализации) всех поступающих доходов.

Исходные данные:

а) инвестиции в энергосберегающие мероприятия К= 0,058 тыс. руб./м²;

б) ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий ?Д= 0,012 тыс. руб./(м²·год);

в) срок эксплуатации энергосберегающих мероприятий Т_сл = 20 лет;

г) норма дисконта принимается равной 10 %: r = 0,10.

Порядок расчета:

1. Определяем полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий:

1.1 Полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий тыс. руб./м², определяется по формуле (4.3):



1.2 Полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходов , руб., определяется по формуле (4.6):

2. Определяем чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий:

2.1 Чистый дисконтированный доход ЧДД, тыс. руб./м², определяется по формуле (4.11):

2.2 Чистый доход при наращении (капитализации) всех поступающих доходов ЧНД, тыс. руб./м², определяется по формуле (4.12):

3. Определяем срок окупаемости инвестиций:

3.1 Бездисконтный срок окупаемости инвестиций , лет, определяется по формуле (4.9):

3.2 Срок окупаемости инвестиций с учетом дисконтирования поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов , лет, определяется по формуле (4.7):



3.3 Срок окупаемости инвестиций при наращении (капитализации) поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов , лет, определяется по формуле (4.8):

4. Определяем индекс доходности инвестиций:

4.1 Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающих доходов течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле (4.13):

4.2 Индекс доходности инвестиций при условии наращения (капитализации) всех поступающих доходов течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле (4.14):

Полученные результаты сведены в таблицу 4.1.



Таблица 4.1 - Критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия

Схема расчета	Срок окупаемости, лет	Удельный чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий, тыс. руб./м2	Индекс доходности инвестиций
С учетом дисконтирования доходов	6,9	0,044	1,761
С учетом наращения (капитализации) доходов	4,1	0,629	11,850

4.3 Расчет экономической эффективности при устройстве регулируемой системы отопления

4.3.1 Устройство регулируемой системы отопления с терморегуляторами прямого действия на каждом отопительном приборе

На каждом трубопроводе, подводящем теплоноситель к радиатору, устанавливается радиаторный терморегулятор прямого действия с термоэлементом. На обратном трубопроводе предусматривается установка запорного радиаторного клапана для обеспечения возможности отключения и демонтажа отдельного прибора без опорожнения всей системы отопления. Для отключения отдельного радиатора и спуска из него воды используется дренажный кран и ручная запорная рукоятка (один комплект на всю систему).

Данная система обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление на 15 %. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт·ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 8,4 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,012 тыс. руб./(м²·год).

Перечень необходимого оборудования:

1) RTD-N-15 - прямой или угловой клапан терморегулятора с устройством предварительной монтажной настройки его пропускной способности Д_у = 15мм;

2) RTS3620 - термостатический элемент прямого действия с жидкостным наполнением термодатчика и диапазоном настройки температуры 8-26 °С;

3) RLV-15 - запорный радиаторный клапан Д_у =15мм.

Срок эксплуатации принимаем равным 20 лет.

Стоимость оборудования (единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия) приведена в таблице 4.2.

Таблица 4.2 - Стоимость оборудования

Наименование	Количество	Стоимость единицы оборудования с учетом монтажа, тыс. руб.	Общая стоимость оборудования с учетом монтажа, тыс. руб.	Единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м2 площади, тыс. руб./м2
RTD-N-15	384	0,824	316,416	0,025
RTS 3620	384	0,939	360,576	0,029
RLV-15	384	0,640	245,760	0,014
Металлическая запорная рукоятка	1	0,496	0,496	0
Дренажный кран	1	0,434	0,434	0
Итого:			923,682	0,068

Определение экономической эффективности при устройстве регулируемой системы отопления проводится по аналогии с расчетом установки ИТП.

Исходные данные:

а) единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м² площади - 0,068 тыс. руб./м²;

б) ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, отнесенный к 1 м² площади - 0,012 тыс. руб./(м2· год);

в) срок эксплуатации - 20 лет.

Результаты расчета сведены в таблицу 4.3.

Таблица 4.3 - Критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия

Вариант расчета	Срок окупаемости, лет	Удельный чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий, тыс. руб./м2	Индекс доходности инвестиций
С учетом дисконтирования доходов	8,8	0,034	1,502
С учетом наращения (капитализации) доходов	4,7	0,619	10,107

4.3.2 Устройство регулируемой системы отопления с терморегуляторами на каждом отопительном приборе с электрическим управлением

На каждом трубопроводе, подводящем теплоноситель к радиатору, устанавливается клапан с термоэлектрическим нормально открытым (при отсутствии питающего напряжения) приводом. Привод соединяется с электромеханическим комнатным термостатом. На обратном трубопроводе предусматривается установка запорного радиаторного клапана для обеспечения возможности отключения и демонтажа отдельного прибора без опорожнения всей системы отопления. Для отключения отдельного радиатора и спуска из него воды используется дренажный кран и ручная запорная рукоятка (один комплект на всю систему).

Данная система обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление на 25 %. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 77 кВт·ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 19 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,019 тыс.руб./(м²·год).

Перечень необходимого оборудования:

1) RAV-15/8 - прямой или угловой клапан терморегулятора Д_у =15мм;

2) TWA-V- нормально открытый термоэлектрический привод 220 В;

3) RMT230 - электромеханический комнатный термостат;

4) RLV-15 - запорный радиаторный клапан Д_у =15мм.

Срок эксплуатации принимаем равным 20 лет.

Стоимость оборудования (единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия) приведена в таблице 4.4.

Таблица 4.4 - Стоимость оборудования

Наименование	Количество	Стоимость единицы оборудования с учетом монтажа, тыс.	Общая стоимость оборудования с учетом монтажа, тыс. руб.	Единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м2 площади, тыс. руб./м2
RAV-15/8	384	1,952	749,568	0,104
TWA-V	384	2,268	870,912	0,121
RMT230	384	1,905	731,520	0,102
RLV-15	384	0,640	245,760	0,014
Металлическая запорная рукоятка	1	0,496	0,496	0
Дренажный кран	1	0,434	0,434	0
Итого:			2598,690	0,341

Определение экономической эффективности при устройстве регулируемой системы отопления проводится по аналогии с расчетом установки ИТП.

Исходные данные:

а) единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия, отнесенные к 1 м² площади - 0,341 тыс. руб./м²;

б) ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий, отнесенный к 1 м² площади - 0,019 тыс. руб./(м²· год);

в) срок эксплуатации - 20 лет.

Результаты расчета сведены в таблицу 4.5.

Таблица 4.5 - Критерии экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия

Вариант расчета	Срок окупаемости, лет	Удельный чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий, тыс. руб./м2	Индекс доходности инвестиций
С учетом дисконтирования доходов	--	-0,092	0,637
С учетом наращения (капитализации) доходов	8,9	0,834	4,284



5. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В ТЕПЛОВЫХ ПУНКТАХ

1 Проектирование тепловых пунктов должно осуществляться в соответствии с СП 60.13330 с учетом требований настоящего раздела, которые распространяются на тепловые пункты [39], классифицируемые как сооружения на тепловых сетях и находящиеся на балансе теплоснабжающей (теплосетевой) компании.

2 В закрытых и открытых системах теплоснабжения способ подключения зданий к тепловым сетям через ЦТП или ИТП определяется на основе технико-экономического обоснования или в соответствии с проектной задачей, с учетом режима гидравлической работы и температурного графика тепловых сетей и зданий.

3 В тепловых пунктах предусматривается размещение оборудования, арматуры, приборов контроля, управления и автоматизации, посредством которых осуществляются [39]:

а) преобразование вида теплоносителя или его параметров;

б) контроль параметров теплоносителя;

в) учет тепловых нагрузок, расходов теплоносителя и конденсата;

г) регулирование расхода теплоносителя и распределение по системам потребления теплоты (через распределительные сети в ЦТП или непосредственно в системы ИТП);

д) защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя;

е) заполнение и подпитка систем потребления теплоты;

ж) сбор, охлаждение, возврат конденсата и контроль его качества;

з) аккумулирование теплоты;

и) подготовка воды для систем горячего водоснабжения.

В тепловом пункте в зависимости от его назначения и местных условий могут осуществляться все перечисленные мероприятия или только их часть. Приборы контроля параметров теплоносителя и учета расхода теплоты следует предусматривать во всех тепловых пунктах.

4 Узел устройства ввода, необходимые для каждого здания независимо от наличия ЦТП, узел ввода содержит только те виды деятельности, которые необходимо объединить здания и не предусмотрены в ЦТП.

5 Подключение потребителей тепла к тепловым сетям в точках нагрева должно обеспечиваться в соответствии со схемами, обеспечивающими минимальный поток воды в тепловых сетях, а также сбережением тепла за счет использования регуляторов теплового потока и ограничителей для максимального расхода воды, корректирующих насосов или лифтов с автоматическим регулированием температуры воды, ввод в систему отопления, вентиляции, в зависимости от температуры наружного воздуха.

6 При расчете нагревательной поверхности водонагревателей вода-вода для систем подачи и нагрева горячей воды температуру воды в подводящем трубопроводе отопительной сети следует принимать равной температуре в точке останова графика температуры воды или минимальной температуры воды, если нет разрыва в температурном профиле, а для систем отопления - также температуру воды, соответствующую расчетной температуре окружающей среды для проектирования отопления. В качестве расчетной следует взять большую из полученных значений поверхности нагрева.

7 Расчетная температура воды в подающих трубах после ЦТП должна быть принята [39]:

а) при присоединении систем отопления зданий по зависимой схеме - равной, как правило, расчетной температуре воды в подающем трубопроводе тепловых сетей до ЦТП;

б) при независимой схеме - равной или не более чем на 30 °С ниже расчетной температуры воды в подающем трубопроводе тепловых сетей до ЦТП, но не выше 150 °С и не ниже расчетной, принятой в системе потребителя;

в) при присоединении к ЦТП зданий с разной расчетной температурой воды в системах отопления температура после ЦТП должна приниматься по более высокой температуре, с организацией раздельных контуров циркуляции с помощью насосов смешения с рабочей температурой воды для каждого потребителя.

Независимые трубопроводы от ЦТП для подключения систем вентиляции с независимой схемой подключения отопительных систем предусмотрены при максимальной тепловой нагрузке для вентиляции более 50% максимальной тепловой нагрузки на отопления.

8 Для высокоскоростных секционных водо-водяных водонагревателей необходимо принять противоточную схему потоков охлаждающей жидкости, в то же время необходимо подавать греющую воду из тепловой сети [39]:

а) в кожухотрубные водоподогреватели систем отопления - в трубки;

б) то же, горячего водоснабжения - в межтрубное пространство;

в) в пластинчатые водонагреватели - по схеме изготовителя.

В пароводяные водоподогреватели пар должен поступать в межтрубное пространство.

В дополнение к высокоскоростным водонагревателям можно использовать водонагреватели других типов с высокими тепловыми и эксплуатационными характеристиками, малыми размерами.

Для систем горячего водоснабжения в паровых тепловых сетях допускается использование емкостных водонагревателей, использующих их в качестве резервуаров для хранения горячей воды, при условии, что они отвечают требованиям, предъявляемым к расчетам для резервуаров-хранилищ.

9 Температура горячей воды на выходе из подогревателя должна обеспечивать температуру горячей воды у потребителя в пределах, регламентированных СанПиН 2.1.4.2496, с учетом снижения температуры горячей воды в тепловых сетях и стояках зданий.

10 Минимальное число водо-водяных водоподогревателей следует принимать [39]:

а) два, параллельно включенных, каждый из которых должен рассчитываться на 100% тепловой нагрузки - для систем отопления зданий, не допускающих перерывов в подаче теплоты;

б) два, рассчитанных на 75% тепловой нагрузки каждый - для систем отопления зданий, сооружаемых в районах с расчетной температурой наружного воздуха ниже минус 40 °С;

в) один - для остальных систем отопления;

г) по одному в каждой ступени подогрева - для систем горячего водоснабжения.

При установке в системах отопления, вентиляции или горячего водоснабжения пароводяных водоподогревателей, их количество должно быть не менее двух, включать параллельно, резервные водоподогреватели можно не предоставлять.

Под нагрузкой в системе более 2 МВт - два теплообменника в каждой ступени нагрева до 50% тепловой нагрузки [39].

Для технологических установок, не допускающих перерывов в подаче теплоты, должны предусматриваться резервные водоподогреватели, предназначенные для тепловой нагрузки в соответствии с режимом работы технологических установок предприятия.

11 На трубопроводах необходимо предусмотреть установку штуцеров с запорным клапаном с условным проходом 15 мм для сброса воздуха в самых высоких точках всех трубопроводов и условным проходом не менее 25 мм - для слива воды в самых низких точках водопроводных и конденсатных трубопроводов, также возможно установить автоматические воздухоотводчики, подключенные к трубопроводу через запорные клапаны.

Разрешается запускать устройство для сброса воды не в приямке ЦТП, а за ее пределами в специальных камерах с последующим выводом гравитационной воды в приемные колодцы.

12 В тепловых точках не устанавливаются перемычки между подводящими и обратными трубопроводами отопительных сетей, а также обходные трубопроводы, кроме насосов, элеваторов, регулирующие клапаны, грязевики и устройства для учета воды и потребления тепла.

При установке на обратном трубопроводе на выходе из тепловой точки регулятора давления «до себя» должен быть предусмотрен обходной трубопровод с запирающим устройством вокруг него, чтобы обеспечить заполнение систем потребления тепла.

Регуляторы перелива и конденсатоотводчики должны иметь обводные трубопроводы.

13 Грязевики следует устанавливать [39]:

а) в тепловом пункте на подающих трубопроводах на вводе;

б) на обратном трубопроводе перед регулирующими устройствами и приборами учета расходов воды и теплоты - не более одного;

в) в ИТП - независимо от наличия их в ЦТП;

г) в тепловых узлах потребителей 3-й категории - на подающем трубопроводе на вводе.

При установке фильтров на входе в тепловой пункт дополнительная установка фильтров перед механическими счетчиками воды, пластинчатыми теплообменниками и другим оборудованием по ходу воды не требуется, за исключением особых требований производителей оборудования.

14 Для защиты от внутренней коррозии и формирования отложений накипи трубопроводов и оборудования централизованных систем горячего водоснабжения, подключенных к тепловым сетям через водонагреватели, водоочистка должна быть обеспечена, как правило, в ЦТП. Вывод воды из тепловой сети для создания системы горячего водоснабжения с независимой схемой подключения не допускается.

Для защиты трубопроводов тепловых сетей от отложений солей твердости допускается использование методов очистки воды, возможность их использования подтверждается в порядке, установленном законодательством Российской Федерации в области технического регулирования и санитарно-эпидемиологического благополучия населения.

Решение о выборе технологии очистки воды, а также отказ от использования технологии очистки воды следует принимать на основе химического анализа исходной воды.

15 При установке аккумуляторных резервуаров для систем горячей воды на тепловых станциях с деаэрацией воды необходимо предусмотреть защиту внутренней поверхности резервуаров от коррозии и воды в них от аэрации с использованием герметизирующих жидкостей. В отсутствие деаэрации внутренняя поверхность резервуаров должна быть защищена от коррозии с использованием защитных покрытий или катодной защиты. В конструкции резервуара должно быть предусмотрено устройство для предотвращения попадания герметизирующей жидкости в систему подачи горячей воды.

16 Очистка питьевой воды не должна ухудшать ее санитарно гигиенические параметры. Реагенты и материалы, используемые для очистки воды, поступающей в систему горячего водоснабжения, должны быть разрешены контролирующими органами [39].

17 На полу тепловой станции должна быть установлена лестница, и если гравитационный дренаж невозможен, расположить водоемную шахту размером не менее 0,5 х 0,5 х 0,8 м. Яма покрыта съемной решеткой.

Для слива воды из дренажной ямы в канализацию, дренажную систему или связанный с ней дренаж должен быть предусмотрен один сливной насос. Насос, предназначенный для откачки воды из водосборной шахты, не допускается для стирки систем потребления тепла.

18 Тепловые станции должны предусматривать меры по предотвращению превышения допустимого уровня шума в соответствии с СН 2.2.4/2.1.8.562.

5.19 Для тепловых точек (кроме встроенных ИТП с мощностью менее 0,7 МВт) необходимо предусмотреть приточную и вытяжную вентиляцию, предназначенную для воздушного обмена, определяемую теплоотдачей от трубопроводов и оборудования. Предполагаемая температура воздуха в рабочей зоне в холодный период года должна быть не выше 28 ° C, в теплое время года - на 5 ° C выше наружной температуры. При размещении тепловых пунктов в жилых и общественных зданиях необходимо провести проверку расчета теплопередачи от тепловой точки до смежных помещений. В случае превышения допустимой температуры воздуха в этих помещениях должны быть предусмотрены меры для дополнительной теплоизоляции ограждающих конструкций соседних помещений [39]. Для интегрированных тепловых точек отдельных зданий (частей зданий) с нагрузкой менее 0,7 МВт и имеющих ограждения из сетки или металлической решетки, приточно-вытяжная вентиляция не требуется. Размещение водонапорных бустерных насосов в таких местах не допускается, насосы отопления и горячей воды устанавливаются без резерва.

ИТП должен быть спроектирован в соответствии с техническими характеристиками эксплуатирующей организации теплосети с указанием всех параметров подающего и обратного трубопроводов, ограничивающих максимальный расход и технические характеристики измерительного блока.

К зданиям и сооружениям и встроенные в здания и сооружения.

20 Минимальные зазоры от отдельных наземных ЦТП до наружных стен жилых зданий и сооружений должны составлять не менее 25 м. В особенно стесненных условиях допускается уменьшение расстояния до 15 м при условии принятия дополнительных мер для снижения шума до допустимого уровня санитарных норм [39]. В этом случае расчет шумового эффекта является обязательным.

21 Тепловые пункты, встроенные в здания, должны быть размещены в отдельных помещениях у внешних стен зданий. В особенно стесненных условиях размещение ИТП в подвалах зданий является обязательным, при этом обязательное предоставление шумоизоляции в этих помещениях.

22 Тепловые пункты для размещения в генеральном плане делятся на отдельно расположенные, прикрепленные к зданиям и сооружениям и встроенные в здания и сооружения.

23 Выходы [39] должны быть предусмотрены от ЦТП:

а) если длина отопительной камеры составляет 12 м или менее - один выход в соседнюю комнату, коридор или лестницу;

б) если длина тепловой станции составляет более 12 м, есть два выхода, один из которых должен быть непосредственно снаружи, второй - в следующую комнату, лестницу или коридор.

Помещения тепловых точек потребителей пара с давлением более 0,07 МПа должны иметь по крайней мере два выхода, независимо от их размера.

24 Для пожарной опасности помещения тепловых пунктов должны соответствовать категории Д в соответствии с СП 12.13130.

25 Для монтажного оборудования, которое превышает размеры дверей, в наземных тепловых точках должны быть предусмотрены монтажные отверстия или ворота в стенах. При этом размеры монтажного проема и ворот должны быть на 0,2 м более габаритных размеров наибольшего оборудования или блока трубопроводов.

26 Тепловые пункты [39], расположенные в помещениях производственных и складских зданий, а также административные здания промышленных предприятий, в жилых и общественных зданиях, должны быть отделены от других помещений перегородками или ограждениями, которые препятствуют доступу неавторизованных лиц к тепловой точке ,

27 Отверстия для естественного освещения тепловых точек не требуются. Двери и ворота должны открываться из помещения или здания теплового пункта от себя.