Табл. 1. Экономические показатели сравниваемых вариантов
Проблема снижения затрат на теплоснабжение зданий требует новых подходов. Одним из возможных направлений является разработка комбинированных систем теплоснабжения. Такие системы представляют сочетание традиционных систем от централизованного источника теплоты и систем от автономных источников теплоты, располагаемых в зданиях. В качестве автономных источников могут быть использованы крышные котельные и гелиоустановки.
Современные общественные здания — многофункциональные предприятия, которые включают в себя помещения различного назначения. Энергоемкость инженерного оборудования систем обеспечения микроклимата таких зданий (особенно систем вентиляции и кондиционирования воздуха) возрастает за счет более высоких требований к комфорту. При реконструкции зданий постройки 1920–1970 гг. с учетом современных требований требуются значительно большие расходы тепловой и электрической энергии на создание микроклимата по сравнению с первоначальными.
В связи с высокой платой за подключение дополнительных нагрузок к тепловым сетям централизованного источника теплоты представляется целесообразным применение дополнительных местных (автономных) источников. Рассмотрим возможность применения комбинированных систем теплоснабжения здания на примере гостиницы «Евразия», расположенной в г. Екатеринбурге. При этом централизованное теплоснабжение предлагается дополнить децентрализованным (автономным) теплоснабжением от крышной котельной и установки солнечного теплоснабжения.
Гостиничный комплекс на 150 мест по проекту реконструкции включает одно и двухместные номера, ресторан с банкетным залом, кафе-бар, конференц-залы, салон красоты, оздоровительный центр с фитнесс и тренажерным залами, солярием, сауной, торговые залы, административные помещения. Расчетная тепловая нагрузка после реконструкции гостиницы составляет 1200 кВт, в т.ч. на отопление 310 кВт, на вентиляцию 720 кВт, на горячее водоснабжение 170 кВт.
Расчетная тепловая нагрузка гостиницы до реконструкции составляла 700 кВт. В статье приводятся результаты сравнения затрат для трех вариантов теплоснабжения гостиницы: централизованное теплоснабжение с устройством индивидуального теплового пункта (ИТП); комбинированное теплоснабжение от централизованного источника и крышной котельной; комбинированное теплоснабжение от централизованного источника, крышной котельной и системы солнечного теплоснабжения (гелиосистемы) для покрытия тепловой нагрузки на горячее водоснабжение гостиницы.
В первом варианте в соответствии с техническими условиями на подключение к тепловым сетям система отопления присоединяется по независимой схеме, системы вентиляции — по зависимой схеме, а система горячего водоснабжения по закрытой. В связи с увеличением тепловой нагрузки требуется реконструкция участков тепловой сети и ИТП, а также плата за подключение дополнительной тепловой нагрузки. В настоящее время эта плата составляет в Екатеринбурге более 8 млн руб. за 1 Гкал/ч без учета НДС.
Стоимость подключения дополнительной тепловой нагрузки 500 кВт для первого варианта составляет 3,8 млн руб. Во втором варианте предусматривается комбинированное теплоснабжение от централизованного источника и от крышной котельной. В данном варианте предлагается тепловую нагрузку на вентиляцию обеспечить за счет централизованного теплоснабжения, в соответствии с первоначальными техническими условиями на подключение к тепловым сетям.
Это обеспечивает минимальные затраты на реконструкцию теплового пункта, возможность использование высокотемпературного теплоносителя для воздухонагревателей приточных систем и позволяет отказаться от платы за подключение к тепловым сетям дополнительной тепловой нагрузки. Тепловая нагрузка на отопление и горячее водоснабжение покрывается за счет крышной котельной. Система отопления присоединяется по зависимой схеме, а горячего водоснабжения по закрытой.
С целью уменьшения суммарной тепловой нагрузки котельной предусматривается аккумулятор горячей воды, что позволяет снизить расчетную тепловую нагрузку на горячее водоснабжение с максимальной до средней. Применение аккумулятора позволяет также упростить системы автоматизации котельной и обеспечить постоянный гидравлический режим котельной.
В работе [1] предлагается для уменьшения суммарной тепловой нагрузки котельной осуществлять отпуск теплоты на отопление и горячее водоснабжение по режиму связанного регулирования, т.е. при водоразборах выше средней величины снижается отпуск теплоты на отопление, а в ночные часы системе отопления возвращается недоданное количество теплоты. Температурный режим помещений восстанавливается за счет теплоустойчивости.
Крышная котельная принята в блочном исполнении на базе двух котлов серии REX-30 итальянского производства с необходимым котельным оборудованием и автоматикой. Стоимость оборудования и монтажа крышной котельной приняты по данным ООО «Газсервис». Третий вариант разработан с учетом современных тенденций по использованию возобновляемых источников энергии, в т.ч. солнечной, в связи с постоянным ростом стоимости энергоресурсов.
Предлагается комбинированное теплоснабжение от централизованного источника и крышной котельной, а также от системы солнечного теплоснабжения (гелиосистемы) для покрытия тепловой нагрузки на горячее водоснабжение гостиницы. Это позволяет сократить расход газа котельной. Системы солнечного теплоснабжения — это сравнительно новое направление энергоснабжения особенно для условий Урала и северной климатической зоны.
Системы солнечного горячего водоснабжения обладают рядом достоинств, к которым относятся: экономия энергетических ресурсов, экологическая чистота, простота конструкции и надежность в работе, незначительные эксплуатационные расходы, долговечность, безопасность, облегчение работы котельного оборудования. В условиях Свердловской области перспективным может стать применение гелиосистем для горячего водоснабжения.
В работе [2] показано, что месячная выработка энергии солнечным коллектором в Екатеринбурге с апреля по сентябрь достаточна для обеспечения значительной части тепловой нагрузки на горячее водоснабжение. Так как с апреля по сентябрь температура наружного воздуха может опускаться ниже 0 °C, рассматривалась двухконтурная схема гелиоустановки с насосной циркуляцией с антифризом в коллекторном контуре. Горячая вода для нужд горячего водоснабжения гостиницы может приготовляться как в водонагревателе, так и в гелиоустановке.
Система оснащается солнечными плоскими коллекторами типа «Сокол-А» производства НПО «Машиностроение» (г. Реутов Московской обл.). Расчет гелиоустановки выполнен в соответствии с [3]. При расчете принято, что степень замещения топлива солнечной энергией составляет 0,5. Общая площадь коллекторов составила 270 м2 или 142 коллектора. Распределение тепловых нагрузок на отопление, вентиляцию и кондиционирование воздуха принято такое же, как во втором варианте.
Для предложенных вариантов были рассчитаны капитальные, эксплуатационные и приведенные затраты. Капитальные затраты включают в себя стоимость оборудования и монтажные работы. В первом варианте включена также плата за подключение к тепловым сетям. Эксплуатационные расходы включают в себя стоимость энергоресурсов, амортизационные отчисления и годовые издержки по ремонту и обслуживанию систем.
Стоимость тепловой энергии от централизованного источника теплоснабжения составляет для Екатеринбурга 1200 руб/Гкал, от крышной котельной — 506 руб/Гкал; стоимость природного газа — 233 руб/Гкал. Значение коэффициента экономической эффективности капиталовложений при расчете приведенных затрат принималось в размере 0,12 год–1. Результаты расчета экономических показателей представлены в табл. 1.
Как видно из таблицы, второй вариант по начальным капитальным и приведенным затратам наиболее экономичен, себестоимость выработанной энергии в 2,4 раза ниже стоимости теплоты от централизованного теплоснабжения. Ориентировочный срок окупаемости дополнительных затрат на сооружение гелиосистемы (при стоимости тепловой энергии от крышной котельной 506 руб/Гкал) составил 19 лет.
В этом случае срок окупаемости определялся как отношение разности капитальных затрат между сравниваемыми вариантами к годовому экономическому эффекту. И хотя этот показатель не учитывает многих факторов, но для инвестора именно он представляет интерес. Если же принять среднемировую стоимость теплоты 2500 руб/Гкал, то срок окупаемости составит 3,83 года. Основная стоимость гелиоустановки приходится на солнечные коллекторы — $ 250 за один квадратный метр коллектора.
Снижение этой величины сделает более привлекательным применение гелиосистем для теплоснабжения зданий. Таким образом, для более широкого внедрения гелиосистем требуется выпуск широкого спектра гелиоустановок, снижение их стоимости и государственная поддержка производителей и потребителей, как это делается в большинстве развитых стран мира. Полученные результаты показывают, что применение комбинированных систем позволяет оптимально решать задачи теплоснабжения реконструируемых объектов.
