Россия занимает сегодня третье место в мире по объему энергопотребления (после США и Китая), но при этом тратит больше энергии на единицу ВВП, чем любая из стран, входящих в число крупнейших потребителей энергии. По данным Всемирного банка, в единице продукции, произведенной на территории России, на энергию приходится 40 % затрат, в США — 18 %, в Китае — 19 %, в ведущих европейских странах и того меньше. Объективный и учитывающий климатическую специфику потенциал сокращения энерго-затратности российского промышленного сектора и ЖКХ — на уровне 40–50 %. Сложившаяся ситуация не допускает других моделей поведения кроме инвестиций в новые энергетические технологии, которые обеспечат государство и ответственный бизнес. В странах «большой двадцатки» крупнейших экономик мира инвестиции и иные средства, которые направляются в рамках борьбы с кризисом на экологические технологии, энергоэффективность зданий, ресурсосбережение, управление отходами и т.д. составляют 15–16 %. В России энергосберегающие мероприятия принесут экономию для конечных потребителей в $ 80 млрд ежегодно, а экспорт сэкономленных энергоресурсов даст еще $ 120–150 млрд в год. Объединение усилий со стороны властей и бизнеса при инвестициях в энергосбережение обеспечит показатели доходности и сроки окупаемости заведомо лучшие, чем в традиционных отраслях экономики. Существуют альтернативные источники для инвестиций в экономически эффективные проекты: экологических гранты, финансирование со стороны венчурных фондов и др. Широко известны традиционные методы энергосбережения, связанные с уменьшением тепловых потерь через ограждающие конструкции зданий и сооружений, а также снижением инфильтрации и эксфильтрации путем герметизации оконных проемов, дверей, ворот и потолочных перекрытий. Системы вентиляции и отопления потребляют до 70 % энергоресурсов в промышленных, больших коммерческих или общественных зданиях. Стоимость этих систем составляет до 25 % от сметной стоимости строительства объекта. В области обработки воздуха применяют инженерно-технические решения, которые обеспечивают существенное снижение энергопотребления благодаря рациональной организации и конструктивному оформлению систем вентиляции. Общеизвестными методами повышения энерго-эффективности являются: ❏ оптимизация воздухообмена внутри вентилируемых помещений; ❏ частичная либо полная рециркуляция воздуха; ❏ рекуперация тепла; ❏ регенерация тепла при конденсации избыточной влаги путем перехода скрытого тепла в явное. Наиболее прогрессивным техническим решением в области вентиляции промышленных и общественных сооружений является использование децентрализованных агрегатов моноблочного типа, обеспечивающих реализацию современных достижений в области прикладной аэродинамики и энергосберегающих технологий. Принцип децентрализованной вентиляции с использованием компактных моноблоков, устанавливаемых под потолком, становится главенствующим в применении к объектам, которые характеризуются большой площадью и высотой помещений [1]. Экономическая эффективность и функциональность продемонстрированы в течение продолжительной эксплуатации этих агрегатов на крупных объектах, таких как гипермаркеты Castorama, OBI, аэропорты «Пулково1» и «Пулково2», спортивные комплексы (в т.ч. международного уровня), Ижорский трубный завод и т.п.Обычно энергоэффективное оборудование требует более высоких первоначальных затрат, что может отпугнуть заказчика или инвестора. Однако за последние пять лет мы наблюдаем приближение российских цен на энергоресурсы к мировым (рис. 1). Например, в Петербурге в 2009 г. тарифы на газ повысятся на 22 % (поэтапно), на электроэнергию для населения — на 25 %, для промышленности — на 22 %. Последние годы происходит увеличение доли электроэнергии, продаваемой по нерегулируемым ценам. После 2011 г. в России по «свободным ценам» будет продаваться 100 % электроэнергии. Поэтому снижение эксплуатационных затрат становится веским основанием для инвестиций в энергосберегающие технологии. Капитальные затраты Использование систем децентрализованной вентиляции, совмещенных с воздушным отоплением, является особенно выгодным в зданиях с большим воздухообменом или значительной мощностью отопления. Это могут быть гипермаркеты, производственные цеха, логистические центры, складские сооружения и т.п. Для примера рассмотрим помещение производственного назначения площадью 3500 м2 и высотой 7 м. Санитарная норма свежего воздуха 20 тыс. м3/ч. Сравниваются затраты для четырех вариантов вентиляции: 1. Две приточновытяжных установки с рекуператорами тепла. Подача и удаление воздуха осуществляется посредством воздуховодов. Общий расход воздуха — 40 тыс. м3/ч. Свободный напор вентиляторов — 500 Па, суммарная мощность электропривода — 30 кВт. Стоимость сети воздуховодов оценивалась укрупненно как 9 евро на 1 м2 площади помещения. В эту стоимость включены все затраты на изготовление и монтаж сети воздуховодов. 2. Пять рециркуляционных потолочных агрегатов TopVent (рис. 2а) обеспечивающих приток санитарной нормы воздуха. Вытяжка осуществляется крышными вентиляторами. Суммарная мощность привода вентиляторов — 11 кВт. 3. Пять приточно-вытяжных крышных агрегатов RoofVent (рис. 2б). Суммарная мощность вентиляторов — 15 кВт. 4. Пять приточно-вытяжных крышных агрегатов RoofVent (с рекуператорами). Суммарная мощность вентиляторов — 15 кВт. В стоимости последних двух вариантов учитывается система автоматики DigiNet c пультом оператора DigiMaster, панелью зонального управления и контроллером DigiZone. В варианте 1 рассматривается традиционная централизованная система вентиляции. Существует мнение, что приточно-вытяжные установки для этих систем дешевле, чем оборудование для альтернативных схем вентиляции. График капитальных затрат демонстрирует, что это мнение справедливо лишь отчасти. Суммарная стоимость агрегатов несколько снижается при необходимости обеспечивать воздухообмен свыше 100 тыс. м3/ч, т.к. традиционная схема вентиляции позволяет увеличивать производительность каждой установки. Уменьшение количества агрегатов также снижает долю расходов. Сравнение не всегда будет в пользу первого варианта (рис. 3), если учитывать стоимость всей системы вместе с воздуховодами и монтажом. Оборудование вентиляции приточными подпотолочными установками будет стоить дешевле, чем традиционная система. Отсутствие необходимости транспортировать рециркуляционный воздух к вентагрегату значительно снижает мощность потребляемую вентиляторами. На некоторых объектах, типа складов, можно обойтись вообще без вытяжных вентиляторов, а удаление воздуха будет происходить посредством эксфильтрации через неплотности ограждающих конструкций вследствие создания избыточного давления. Использование более мощных вентиляторов (вариант 1) повлечет увеличение платы за присоединение к сетям. Например, в Петербурге эта плата составляет 1–2 тыс. евро/кВт. Поэтому, в капитальных затратах для традиционной вентиляции должно быть учтено увеличение стоимости подключения ориентировочно на 25 тыс. евро (по сравнению с приточно-вытяжными децентрализованными установками). В некоторых случаях выгоду может принести экономия производственных площадей за счет отсутствия необходимости оборудования венткамер и прокладки воздуховодов (для вариантов 2–4). Относительная стоимость монтажных работ для децентрализованной вентиляции также оказывается ниже: ❏ упрощается компоновка и монтаж системы вентиляции вследствие уменьшенных массогабаритных показателей; ❏ упрощаются электромонтажные работы благодаря малому сечению силовых кабелей (максимальная мощность вентилятора — 3 кВт); ❏ ускоряются монтажные и наладочные работы, т.к. агрегаты поставляются в полной заводской готовности; ❏ построение системы автоматики сводится к последовательному соединению вентиляционных агрегатов между собой с помощью стандартной витой пары. Все работы по конфигурированию сети производятся с клавиатуры компьютера, подключаемого в качестве одного из узлов сети на общую шину. Годовой расход энергоресурсов Вариант централизованной вентиляции, помимо больших потерь давления, характеризуется утечками тепла и воздуха из-за недостаточной герметичности воздуховодов. Как следствие, будет наблюдаться повышенный (на 5–8 %) расход электроэнергии и тепла. Использование пластинчатых рекуператоров (варианты 1 и 4) позволяет снизить расход тепла на вентиляцию в среднем на 50 %. Варианты 2, 3, 4 включают вентиляционные агрегаты моноблочного типа с вихревым воздухораспределителем Air Injector, основными отличительными качествами которых являются: ❏ автоматическое регулирование направляющего аппарата, обеспечивающее оптимальное воздухораспределение в условиях меняющейся обстановки и постоянное поддержание заданной температуры в рабочей зоне — тем самым обеспечивается отсутствие повышенных потерь из-за перегрева; ❏ минимальная температурная стратификация по высоте помещения — снижаются потери через кровлю, обычно менее теплоизолированную по сравнению с другими ограждающими конструкциями, что достигается уменьшением перегрева верхней зоны высокого помещения; ❏ гибкое управление температурой по времени и по зонам — обслуживаемую площадь можно разбить на несколько зон (по 700 м2 и более), температура в которых будет поддерживаться автоматикой в соответствии с суточным графиком. Расход тепла и эффективность рассматриваемых решений отличаются в различных климатических условиях. Расчет нагрузок на систему теплоснабжения выполнялся для городов Сочи, СанктПетербург и Новосибирск. Расчетная температура отопительного периода в этих городах составляет +6,4 °C, –1,8 °C и –8,7 °C соответственно. Вышеупомянутые особенности децентрализованных вентиляционных установок обеспечивают значительную экономию тепла на отопление благодаря снижению среднего значения внутренней температуры. Если учитывать перепад между температурой внутреннего и наружного воздуха, то можно утверждать, что при снижении средней температуры в помещении на 4 °C расход тепла снизится для объекта в Сочи на 25 % и на 15 % — в Новосибирске. Удельные теплопотери и расходы теплоты на вентиляцию принимались по приложению 4 учебника «Теплофикация и тепловые сети» [2]. В рассмотренных примерах считается, что компенсация теплопотерь полностью обеспечивается за счет воздушного отопления. Количество рабочих дней в году — 310. В рабочее время (3100 ч/год ) в помещении обеспечивается температура +18 °C и приток 20 тыс. м3/ч свежего воздуха. В остальное время в помещении поддерживается температура +5 °C. В табл. 1 приведены тепловые нагрузки по укрупненному расчету.Расход электроэнергии в основном зависит от мощности вентиляторов. Годовое потребление для варианта 1 составит 205,6 МВт⋅ч, для варианта 2 — 75,4 МВт⋅ч, а для двух оставшихся — 102,8 МВт⋅ч. Экономический эффект от использования децентрализованной вентиляции Эффект от энергосберегающих мероприятий тем больше, чем выше уровень цен на энергетические ресурсы и холоднее климат. Розничная цена электрической энергии во всех трех городах примерно одинакова (2,3 руб/кВт⋅ч или 50 евро/МВт⋅ч). Уровень цен на тепло в Петербурге и Новосибирске тоже одинаков — 700 руб/Гкал или 18 евро/МВт⋅ч). В Сочи средняя стоимость гигакалории составляет 1000 руб. или 26 евро/МВт⋅ч. Благодаря упомянутому выше энергосберегающему эффекту от снижения средней температуры в здании расход тепла для варианта 2 (без рекуперации) оказывается даже ниже, чем для варианта 1 (с рекуперацией тепла в системе централизованной вентиляции). Учитывая большую экономию по расходу электроэнергии и более низкие капитальные вложения для варианта 2 (на 45 тыс. евро) можно сделать однозначный вывод о преимуществе вентиляции на основе агрегатов TopVent по сравнению с централизованной системой. Можно предположить, что два других варианта компоновки (№3 и №4) децентрализованной вентиляции обеспечат еще большую выгоду по сравнению с централизованной системой. С другой стороны, нужно учитывать значительные капитальные затраты при использовании децентрализованных агрегатов RoofVent. Решение о целесообразности и величине инвестиций для альтернативных вариантов проекта принимается, в том числе, на основе техникоэкономического обоснования. Основными критериями оценки инвестиций с учетом изменяющихся затрат и результатов являются показатели сроков окупаемости. Бездисконтный срок окупаемости To позволяет оценить эффективность инвестиций K без учета изменения стоимости доходов ΔД от времени: Применение более функциональных и эффективных агрегатов RoofVent при существующем уровне инфляции будет тем более выгодным, чем выше расходы на энергоресурсы. Сравним капитальные затраты и выгоду от экономии энергии для Новосибирска (табл. 2) и Сочи (табл. 3). Из таблиц можно видеть, что при существующих ценах наиболее выгодным оборудованием являются децентрализованные приточновытяжные агрегаты без рекуперации тепла. Более корректно срок окупаемости определяют с учетом приведения будущих денежных потоков к сегодняшней стоимости. Метод дисконтирования определяется годовой ставкой r, которая представляет собой темп инфляции или процентную ставку по конкурирующим инвестициям. Формула для расчета срока окупаемости [3] примет вид: Нужно отметить, что эта формула имеет экономический смысл лишь при соблюдении неравенства To ≤ 1. Если указанное неравенство не выполняется, то инвестиции не окупаются, поскольку логарифма от отрицательного числа не существует. В этом случае либо оба, либо один из множителей слишком большие. Большой бездисконтный срок окупаемости показывает низкую экономическую эффективность инвестиций, а большая расчетная норма дисконта r является следствием высокой инфляции. В последние годы коэффициент дисконтирования снижался, но изза кризиса наблюдается его увеличение. В краткосрочной перспективе можно оценивать r ≈ 16 %. Можно говорить о том, что для Новосибирска выгодным будет использование вариантов 3 и 4 из-за высокого потребления энергии. В Сочи преимущество будет на стороне приточновытяжных децентрализованных агрегатов без рекуператоров (№3) до тех пор, пока стоимость энергоресурсов не поднимется существенно. Пока стоимость электроэнергии находится в диапазоне 50–60 евро/МВт⋅ч. На основе вышеприведенной информации о росте стоимости электроэнергии наглядно видно удорожание на 50 % каждые три года. Учитывая проводимую либерализацию рынка энергетических ресурсов можно предполагать еще более резкий рост цен. Цена на экспортные ресурсы (природный газ, электроэнергия, дизельное топливо и пр.) будет приближаться, а в некоторых энергодефицитных регионах может превысить стоимость аналогичной продукции за границей. В соседних странах цена на электрическую энергию для промышленных потребителей уже превышает уровень 80 евро/МВт⋅ч [4]. Таким образом, при сравнении вариантов, будет полезным исследование вопросов экономии при увеличении цен на энергию в полтора раза. С этой точки зрения интересно провести расчеты как для сегодняшней ситуации, так и для ближайшего будущего (при росте цен в полтора раза). Все остальные параметры принимаются равными сегодняшним. Стандартным методом оценки эффективности инвестиционного проекта является расчет чистого дисконтированного дохода (ЧДД):Поток платежей CF приводится к настоящему моменту времени с учетом их обесценивания изза инфляции. Параметр n определяет срок реализации проекта, в данном случае n = 20 лет, и является сроком службы вентиляционного оборудования. На основе графиков ЧДД можно не только сделать более точную оценку сроков возврата инвестиций с учетом инфляции, но и выяснить ежегодную прибыль от использования более дорогого оборудования.На рис. 4 приводятся графики расчета ЧДД для разных условий замены централизованной системы вентиляции на агрегаты RoofVent. В целях ограничения объема статьи рассмотрены проекты для двух городов: Новосибирск с наиболее холодным климатом и Сочи по причине более дорогих энергоресурсов. Продолжительный отопительный период и низкие зимние температуры делают выгодным вариант 3 приточно-вытяжной вентиляции даже при современном уровне цен (рис. 4а). Оба варианта при увеличении цен на 50 % имеют срок окупаемости менее 5 лет. После возврата первоначальных вложений экономия (ЧДД) для варианта с рекуперацией составит 31 600 евро, а менее дорогая вентиляция (вариант 3) принесет экономию в 36 800 евро. Для Сочи (рис. 4в и 4г) выгода при использовании децентрализованных агрегатов RoofVent для вентиляции и отопления не столь очевидна, при этом более важным вопросом является экономия холода в теплый период. Возвращаясь к наименее затратному варианту 2 можно предполагать, что он окажется вне конкуренции и для жаркого климата. Поиск оптимального решения для системы круглогодичного поддержания микроклимата в большой степени зависит от стоимости выработки холода, т.е. от схемы холодоснабжения. Эта комплексная проблема будет рассмотрена в следующей публикации. Выводы В условиях нестабильной экономики все большее значение приобретает снижение издержек, повышение эффективности производства, экономия всех видов ресурсов, прежде всего энергии. Эффективность инвестиций в энергосберегающие мероприятия для российских условий с каждым годом возрастает с учетом быстрого удорожания энергоресурсов. Окупаемость рассмотренных проектов тем быстрее, чем выше потребление энергии. В свою очередь, это в большой степени зависит от продолжительности рабочей недели и количества градусо-суток отопительного периода. Рекомендуется тщательно оценивать размеры будущих платежей за потребленную энергию для объектов со значительными воздухообменами, таких как супермаркеты, спортивные комплексы, логистические центры, крупные цеха и т.п. Приведенные выше факты доказывают преимущества использования децентрализованной вентиляции совмещенной с воздушным отоплением. В статье рассмотрены проектные решения, приносящие значительную экономию как капитальных, так и эксплуатационных затрат. Целесообразными для большинства проектов являются решения на основе гибкого управления внутренней температурой, оптимизации воздухораспределения и при утилизации тепла вытяжного воздуха. ❏ 1. Вишневский Е.П., Салин М.Ю. Децентрализованные системы вентиляции // Журнал «Инженерные системы», №2/2009. 2. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Издательство МЭИ, 2001. 3. Дмитриев А.Н., Ковалев И.Н. и др. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. — М.: АВОК-Пресс, 2005. 4. Европейский энергетический портал www.energy.eu/#industrial