Около 25 % энергозатрат России расходуется на отопление жилых зданий. И скрытый здесь огромный потенциал энергосбережения можно оценить хотя бы по тому факту, что в России удельный расход тепловой энергии в 2–2,5 раза больше, чем в схожей по климатическим характеристикам Канаде.
Как видно на примере стран Восточной Европы, только после перехода на инструментальный учет энергоресурсов в жилищной сфере происходит значительный рост интереса конечных потребителей к энергосбережению и рациональному расходованию энергоресурсов. Именно системы индивидуального учета тепла, воды, электроэнергии становятся катализаторами развития процессов энергосбережения и не только у потребителей, но и у производителей и поставщиков коммунальных услуг. Поэтому разработка и массовое внедрение таких систем, адаптированных к российскому рынку, является задачей, актуальность которой трудно переоценить.
Наиболее интересной и выгодной во многих отношениях — как по своим информационным возможностям, так и по оригинальности найденных решений — является разработка консорциума научно-производственных предприятий Челябинска и Зеленограда во главе с ФГУП «Завод «Прибор», выполненная в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007–2012 гг.» в соответствии с Государственным контрактом № 02.526.11.6004 от 5 июля
Задача решается путем архитектурного разделения функционалов измерения первичных параметров и функционала расчета параметров энергоресурсов и параметров потребления. Самые многочисленные элементы системы — беспроводные первичные преобразователи (сенсоры) обеспечивают только измерение физических параметров энергоресурсов и только передачу измеренных данных по беспроводной сенсорной сети. Тогда как расчет всех параметров энергоресурсов и объемов их потребления производится централизовано на общедомовом уровне системы средствами интегрированного в домой концентратор программного обеспечения, что позволяет значительно сэкономить на вычислительных средствах. Это в сочетании с высокой унификацией и отсутствием функциональной избыточности сенсоров позволяют создавать действительно недорогие системы поквартирного учета при высоком уровне функциональной гибкости.
Такой подход обеспечивает получение информации как о состоянии самих инженерных сетей, так и о происходящих в них процессах. Любая нештатная ситуация, связанная будь то с аварией или несанкционированным вмешательством посторонних лиц, мгновенно фиксируется и локализуется приборами по месту своего проявления. Автоматический, синхронизированный по времени прием сигналов от сенсоров, распределенных по всей инженерной системе здания, и осуществление расчетов полученных значений по заранее разработанным алгоритмам позволяют в режиме реального времени осуществлять мониторинг распределения тепловых потоков и оценивать зависимость этих процессов от различных внешних воздействий. Информация мгновенно конфигурируется по любой заданной наблюдателем схеме — будь то зависимость объема общедомовых потерь тепла от температуры наружного воздуха или влияние температуры горячей воды на ее расход. Система позволяет реально определять долю общедомовых потерь тепловой энергии через подвалы и подъезды дома в общем потреблении тепла и наблюдать изменение этой доли от внешних погодных условий (температуры наружного воздуха, силы и направления ветра, наличия осадков и т.п.), что дает возможность оценивать тепловую эффективность и качество теплоизоляции общедомовых помещений, а также контролировать эффект от реализуемых энергосберегающих мероприятий.
Система позволяет увидеть неравномерность распределения расхода тепловой энергии между квартирами в зависимости от их расположения — как в горизонтальном, так и в вертикальном срезе. Мгновенно увидеть неадекватный расход теплоносителя в том или ином стояке. В руках у обслуживающего персонала теперь появляется такой мощный инструмент мониторинга, который обеспечит эффективность использования тепла в здании на порядок. Поступающая в режиме реального времени информация позволяет ставить любому зданию максимально точный диагноз и находить наиболее эффективные энергосберегающие решения, касающиеся конкретного дома с его конкретными проблемами.
Новая разработка на качественно новом уровне решает проблему индивидуального учета энергоресурсов. Получение и обработка сигналов со всех приборов в реальном масштабе времени обеспечивает безболезненный переход на многотарифный принцип расчета платежей по любому виду ресурсов. Исчезает необходимость производить перерасчет потребления тепловой энергии по показаниям приборов учета один раз в год. Система осуществляет ежемесячный расчет реальных объемов для каждого индивидуального потребителя.
Необходимо также отметить такой важный для поставщиков и потребителей коммунальных услуг момент, как справедливое распределение общедомовых затрат электрической энергии между всеми потребителями пропорционально индивидуальным (квартирным) объемам ее потребления. Любой разнесенный во времени съем и сопоставление показаний с отдельных приборов учета приведет к нарушению этого принципа справедливости, так как не учитывается динамика и характер потребления. Новая система легко решает эту проблему автоматическим синхронизированным во времени считыванием данных со всех приборов и автоматическим же расчетом индивидуальных долей потребления.
Также к инновационным решениям необходимо отнести и разработку — в рамках данного проекта — математической модели теплоэнергетических параметров инженерных систем здания с функцией корреляции неэквивалентного расположения квартир с точки зрения их энергопотребления (угловые квартиры, квартиры первых и последних этажей). Математическая модель, используя заданные характеристики того или иного здания, учитывает даже такие моменты, как его ориентацию по сторонам света, розу ветров на данной территории, и позволяет вводить поправочные коэффициенты, рассчитываемые на основании теплопроводящих характеристик здания на основании соответствующих СНиП, и осуществлять справедливое распределение индивидуальных долей потребления тепловой энергии между всеми потребителями. Похожие системы корреляции применяются в некоторых продвинутых странах, чей коммунальный комплекс долгое время развивается в условиях рыночных отношений.
В плане создания новых технологий главным достижением этой научно-технической разработки стало появление беспроводного датчика температуры со специализированной микросхемой «система на кристалле», способного улавливать перепады температуры в десятые и даже сотые доли градуса. Это действительно революционное решение позволяет говорить о возможности массового производства недорогих, адаптированных к российской специфике инженерных систем теплопотребления зданий, систем индивидуального учета тепла. Использование нового, по крайней мере, для России уровня достижений в микропроцессорной технике решает проблему ценовой доступности данных систем для российских потребителей. Также в новою разработку заложены возможности удаленного управления потреблением электрической энергией, что дает возможность самым гуманным способом повышать дисциплину платежей, создавая некоторый дискомфорт проживания злостным неплательщикам, ограничивая ее потребление.
Сейчас проект находится в стадии предварительных испытаний опытного образца на двух пилотных объектах — обычных жилых многоквартирных домах. В ближайшей перспективе реализация еще нескольких пилотных проектов и подготовка промышленного производства Системы для массового внедрения. Но даже по формальному завершению данного проекта работы по созданию перспективных энергоэффективных технологий для ЖКХ не прекратятся. Это только начало в реализации целостной стратегии по созданию законченного комплекса высокотехнологичных решений для модернизации инженерной инфраструктуры ЖКХ. Создаваемые решения отвечают принципам импортозамещения, технологической конкурентоспособности и ценовой доступности для массового внедрения в условиях экономики страны.
Уже сейчас ведется разработка беспроводного многопараметрического сенсора, позволяющего осуществлять одновременные измерения температуры, расхода и энтальпии. Запланирована разработка целого комплекса решений, использующих беспроводные технологии. Это беспроводные автоматические регуляторы режимов систем отопления в зданиях на основе использования энергии потока; технологии преобразования и передачи энергии для подпитки беспроводных измерительных сенсоров и регуляторов; беспроводные технологии автоматической балансировки распределенных тепловых систем масштаба района, города; технологии и устройства дистанционного управления индивидуальным потреблением энергоресурсов.
Создание новых высокотехнологичных и одновременно доступных решений требует привлечения к работе высококвалифицированных специалистов и ученых. Только полномасштабное использование научного и образовательного потенциала ВУЗов способно дать требуемый результат, как в сфере исследований, так и сфере целевой подготовки молодых специалистов — будущих кадров производственных, внедренческих и сервисных компаний. И эта задача решается уже сейчас. Так, ведущий технический университет Южного Урала — ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» — привлекался к работе над проектом создания системы. И в настоящее время на его базе совместно с ФГУП «Завод «Прибор» планируется создание Центра коллективного пользования «Центр диагностической, метрологической, информационной и методологической поддержки энергоэффективных проектов в ЖКХ и социальной сфере». С помощью этого ЦКП удастся радикально повысить технологических уровень перспективных НИОКР инновационных компаний региона, задействовать образовательный потенциал ВУЗа уже на стадии новых разработок и устранить значительный временной разрыв между потребностью в новых высококвалифицированных кадрах и их реальным появлением на рынке труда.
