Программа энергосбережения, объявленная на 1997 г., охватывала широкий круг вопросов, касающихся строительства, промышленности, сельского хозяйства, транспорта и других сфер деятельности. Предусмотрено было первоочередное финансирование инновационных проектов с участием не менее двух стран, в т.ч. восточноевропейских, включая Россию, Украину, Белоруссию и др. бывших республик СССР. В целях обмена информацией 27–29 мая 1997 г. в Амстердаме (Голландия) была проведена Всемирная ярмарка по энергетическому обеспечению жизнедеятельности человека. Наряду с активными инженерными изысканиями в области энергосбережения осуществлялись также интенсивные научные исследования. Наиболее крупным из намеченных научных мероприятий была 7я Международная конференция и выставка по энергетике Energex’98, намеченная к проведению 19–21 ноября 1998 г. в Манаме (Бахрейн). Отечественная практика внедрения рыночных механизмов в систему вновь формируемых хозяйственных отношений, исходя из реально складывающихся экономических условий, диктовала необходимость коренного изменения ранее существовавших подходов к проблемам учета и расходования энергии, что становилось насущной проблемой любого из потребителей, определяя выживаемость и конкурентоспособность как на переходном периоде, так и в дальнейшей перспективе. Принятый в октябре 1995 г. Закон «Об энергосбережении» определял правовые, экономические и организационные основы государственной политики в области энергосбережения. Во исполнение указанного Закона департаментами строительства ряда местных администраций были разработаны соответствующие программы энергосбережения. Наиболее характерные мероприятия, предусматриваемые программами подобного рода, включали: энергетический аудит; внедрение энергетических паспортов; создание демонстрационных зон высокой энергетической эффективности, что должно способст -вовать распространению современных энерго- и ресурсосберегающих технологий, а также отработке механизмов инвестиционной политики при реализации проектов, основанных на принципах международной интеграции; использование экономических стимулов внедрения энергосберегающих технологий. Так, в 1993–1994 гг. в городах Москва, Санкт-Петербург, а также ряде других городов России были разработаны и приняты собственные городские и региональные «Концепции развития энергетики», которые в дальнейшем послужили основой соответствующих «Энергетических программ до 2010 года» и «Программ энергоресурсосбережения». Согласно распоряжению мэра Москвы с 1 января 1997 г. на всех строящихся и реконструируемых объектах обязательной являлась установка приборов учета энергоресурсов, что должно было способствовать усилению контроля за их расходованием. В качестве характерной особенности разворачиваемой деятельности в области энергосбережения следовало бы отметить высокую степень динамизма предусматриваемых при этом средств и методов реализации разрабатываемых программ. Согласно Закону «Об энергосбережении» показатели энергоэффективности и энергосбережения должны были устанавливаться на срок не более пяти лет. Вместе с тем, наиболее действенным мотивом экономии энергетических ресурсов являлось существенное повышение их стоимости, что заставляло не только внедрять на стадии проектирования наиболее эффективные с экономической точки зрения конструкторские разработки, но и в ряде случаев ставить вопрос о реконструкции действующих предприятий.Тариф на тепловую энергию, отпускаемую МГП «Мостеплоэнерго» для предприятий промышленности, строительства, бирж, гостиниц и акционерных обществ составлял 126 000 руб/Гкал. Тариф на электрическую энергию, отпускаемую АО «Мосэнерго» для промышленных и приравненных к ним потребителям с присоединенной мощностью 750 кВт и выше, складывался из двух компонент — плата за мощность в месяц 29 799 руб/кВт и плата за энергию 0,28 руб/(кВт•ч). Для сравнения — тарифы на тепловую энергию, отпускаемую ГП «ТЭК Санкт-Петербург», составляют для промышленных и приравненных к ним потребителям 100 000 руб/Гкал и 55 270 руб/Гкал для теплично-парниковых хозяйств и сельскохозяйственных потребителей. Тарифы на электрическую энергию, отпускаемую АО «Ленэнерго» по упомянутым ранее позициям составляли 37 147 руб/кВт и 0,24 руб/(кВт•ч), соответственно. Для других регионов указанные значения могли существенным образом отличаться, однако общая картина опережающего роста цен на энергию по отношению к уровню имевшей место высокой инфляции сохранялись повсеместно. В соответствии с действующими укрупненными сметными нормами (УСН) на строительство 15–20 % капитальных и около 15 % эксплуатационных затрат приходились на долю систем вентиляции и кондиционирования воздуха. В ряде отраслей производства, как, например, в химической промышленности, эти цифры могли достигать 30 % и более. В целом, по России системами вентиляции и кондиционирования воздуха ежегодно потреблялось свыше 20 млрд кВт•ч электроэнергии и более 40 млн т.у.т. (тонн условного топлива).Потребление энергии в общем случае существенным образом зависит от климатических особенностей районов расположения вентилируемых объектов. Так, по данным AIVC (Air Infiltration and Ventilation Centre, Coventry, UK) в США годовое потребление энергии на единицу весового расхода приточного воздуха составляло в Лос-Анджелесе (штат Калифорния) 22,1 (MДж•ч)/кг и в Омахе (штат Небраска) 102,5 (MДж•ч)/кг. В Европе аналогичные значения составляют от 45,6 (MДж•ч)/кг до 101,1 (MДж•ч)/кг. Отечественные справочные данные подобного рода отсутствуют. Однако, следует предположить, что с учетом географического разнообразия территорий России удельные расходы энергии, связанные с работой систем вентиляции, составляют значения, соизмеримые с приведенными выше. В России, как и во всей Европе, основная доля энергии расходуется на подогрев приточного воздуха — в то время как в США, наряду с подогревом, существенное количество энергии расходуется на охлаждение воздуха при работе систем кондиционирования. В некоторых случаях, определяемых климатическими особенностями региона либо спецификой объектов, значительная энергия расходуется на осушение воздуха. Например, в Майами на эти цели расходовалось до 86 % энергии, потребляемой системами вентиляции. Последнее являлось весьма характерным, позволяя рассматривать проблемы осушения воздуха, наряду с вентиляцией и кондиционированием в качестве одного из основных способов обработки воздуха, определяемых триадой параметров, характеризующих микроклимат и, соответственно, степень комфорта, а именно: подвижность воздуха, его температура и влажность. В среднем, на производственных площадях ежегодно потреблялось ориентировочно 10 тыс. (кВт•ч)/м2 (8,5 Гкал/м2 в год). Широко были 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, чердачных и межэтажных перекрытий. Вместе с тем, давно существовали и инженерно-технические решения специализированного характера, обеспечивающие средствами рациональной организации и конструктивного оформления систем вентиляции и кондиционирования воздуха существенное снижение энергопотребления. К числу таких решений относятся: ❏ частичная либо полная рециркуляция воздуха; ❏ рекуперация тепла в теплообменниках пластинчатого типа; ❏ использование тепловых насосов; ❏ регенерация скрытой теплоты испарения конденсацией избыточной влаги. По имеющимся на данный момент оценкам, за счет использования подобного рода мероприятий годовые значения энергопотребления могут быть снижены в среднем до 2 тыс. (кВт•ч)/м2 (или 1,7 Гкал/м2 в год). С теплофизической и инженерной точек зрения указанные выше способы энергосбережения и их техническая реализация являются нетривиальными и требуют профессионального подхода, предполагая в каждом конкретном случае достаточно глубокий анализ особенностей имеющих место механизмов и процессов, способствующих повышению эффективности работы систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Следует отметить, что целесообразность принятия решения относительно использования того или иного способа энергосбережения определяется, прежде всего, экономическими соображениями. Капиталовложения являются рентабельными, когда общая прибыль превышает инвестиционные вложения: E > K. При этом существенным является соотношение капитальных и эксплуатационных затрат. Первые из них на стадии проектирования определяются стоимостью применяемого оборудования, а также объемами строительно-монтажных и пусконаладочных работ. Вторые связаны с режимами эксплуатации, необходимыми расходными материалами, энергопотреблением, а также трудозатратами на техническое обслуживание и ремонт. Рассмотрим более подробно структуру указанных выше экономических показателей на примере энергосбережения путем рекуперации тепла в системах общеобменной вентиляции. В этом случае общая прибыль определяется суммой следующих основных слагаемых: E = Eрек + Eэк.расх + Eэк.гос,где Eрек — годовая стоимость рекуперируемого тепла; Eэк.расх — экономия за счет сокращения расходов на производство и распределение дополнительного тепла; Eэк.гос — экономия за счет государственных льгот, амортизационных отчислений и т.п.Годовая стоимость рекуперируемого тепла Eрек рассчитывается, исходя из годовой рекуперации тепла и усредненной стоимости тепловой энергии:Eрек = QрекPрек, где Qрек — годовая рекуперация тепла; Pрек — усредненная стоимость тепловой энергии. Стоимость тепловой энергии в свою очередь рассчитывается, исходя из стоимости топлива PB — коэффициента, характеризующего потери тепла в процессе его производства и распределения, а также теплотворной способности топлива HU. Годовая рекуперация тепла при неизменных производственных условиях рассчитывается обычным образом по формуле:Qрек = V2S2с2(t11 – t21)hΦ2,где V — расход приточного воздуха, м3/ч; S — плотность воздуха на притоке, кг/м3; с — удельная теплоемкость воздуха на притоке, приблизительно 2,79 (кВт•ч)/(кг•К); t11 — температура на вытяжке; t21 — температура на притоке до рекуператора; h — число часов работы в течение года; Φ — эффективность рекуперации тепла по отношению к притоку. Температура воздуха на притоке до рекуператора определяется, исходя из климатологических данных t21 = tм. В зависимости от сменности работы вводятся поправки по следующей схеме t21 = tм + tм, где схема сменности работы была 1,0/0,5/0 (односменная/двухсменная/трехсменная). Экономия за счет сокращения расходов на производство и распределение дополнительного тепла — Eэк.расх. Как следствие рекуперации, имело место сокращение производственных расходов, связанных с производством и распределением уменьшенного количества потребляемого тепла. Отсюда образовалась определенная экономия, которая, тем не менее, как правило, не учитывалась. Экономия за счет государственных льгот, амортизационных отчислений и т.п. — Eэк.гос. Во многих странах существовала и существует система стимуляции деятельности, направленной на сокращение потребляемых энергетических ресурсов. При этом вводятся специальные государственные льготы, получаемые при внедрении энергосберегающих технологий. В результате образуется дополнительная экономия, учитываемая в составе общей прибыли. С 1997 г. в России также вместо ранее существовавшей системы штрафов вводились льготы, основы которых предусмотрены Законом «Об энергосбережении». Инвестиционные вложения К всегда определяются суммой следующих основных слагаемых:K = Kкап + Kэл + Kэкс + Kтех,где Kкап — капитальные затраты; Kэл — стоимость дополнительно потребляемой электроэнергии; Kэкс — эксплуатационные расходы; Kтех — расходы на техническое обслуживание и ремонт. Капитальные затраты Kкап обычно определяются, прежде всего, в зависимости от используемого метода расчета рентабельности. При этом различают статические и динамические методы. В случае рекуперации, однако, капитальные затраты рассчитываются однозначным образом. Они складываются из затрат на вновь устанавливаемые теплообменники, дополнительные агрегаты и блоки, а также включают стоимость монтажа. При этом из общей суммы вычитается остаточная стоимость высвобождаемого оборудования, что может быть связано с сокращением количества производимого и распределяемого тепла. Кроме того, в расчете капитальных затрат следует учитывать дополнительные инвестиции, получаемые в соответствии с различного рода правительственными программами энергосбережения. Стоимость дополнительно потребляемой электроэнергии Kэл. Установка рекуператоров приводит к увеличению потери давления в вентиляционной сети. В результате требуется увеличение напора, развиваемого вентиляционным агрегатом и, соответственно, электроэнергии, потребляемой электродвигателем. При использовании рекуперации тепла в производственных условиях стоимость дополнительно потребляемой электроэнергии Kэл может достигать 10 % от годовой стоимости рекуперируемого тепла Eрек. Эксплуатационные расходы Kэкс зависят от конкретных особенностей используемых систем рекуперации тепла. Существуют определенные нормы расходов подобного рода (в большинстве случаев они составляют 2 % от капитальных затрат в расчете на год). Расходы на техническое обслуживание и ремонт Kтех также зависят от используемого рекуперационного оборудования. При отсутствии статистических данных на основе опыта эксплуатации указанные расходы должны оцениваться ориентировочно. Как правило, они составляют от 2 до 5 % от капитальных затрат в расчете на год. Рассмотренные выше экономические показатели и соответствующие им математические соотношения положены в основу директивного документа Союза немецких инженеров VDI 2071 (ч. 2) «Экономический расчет рекуперации тепла в установках кондиционирования воздуха».Указанный документ de facto является общепризнанным европейским стандартом, используемым большинством производителей кондиционеров и вентиляционного оборудования в целях унификации методов оценки экономической эффективности и сравнительного анализа альтернативных технических решений. Документ представляет собой основу возможного технико-экономического анализа, осуществляемого для отечественных и зарубежных проектов, тем более, что рядом фирм-поставщиков оборудования методика VDI 2071 реализована в составе лицензионного программного обеспечения, используемого при теплотехнических расчетах и подборе необходимых типоразмеров комплектующих изделий и элементов систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Необходимо отметить, что представленные выше материалы рассмотрены в качестве своеобразного введения в проблемы энергосбережения при проектировании и эксплуатации систем вентиляции и кондиционирования воздуха. ❏