Снижение энергопотребления при эксплуатации зданий и их инженерных систем в настоящее время является весьма актуальной проблемой. Это связано с постепенным исчерпанием запасов ископаемого органического топлива и одновременно со значительной долей, которую занимает расход топлива на нужды российского жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) в общем энергетическом балансе Российской Федерации.
Эти обстоятельства, в частности, послужили основой принятия в 2009 году Федерального закона РФ «Об энергосбережении...» №261-ФЗ.
При этом основные инженерные системы здания, использующие при своей работе нагрев теплоносителя или в общем случае перемещаемой среды, а именно системы отопления, механической вентиляции и кондиционирования воздуха, а также горячего водоснабжения (ГВС), помимо теплоты, нуждаются и в электрической энергии на привод насоса или вентилятора, являющихся побудителями движения среды в системе. Определение расхода электроэнергии является одной из составляющих при оценке годового энергопотребления здания в целом и при технико-экономическом обосновании различных энергосберегающих мероприятий, касающихся инженерных систем.
Тем не менее, во многих случаях электропотреблением приводов можно пренебречь по сравнению с теплозатратами. Покажем в общем виде, когда это можно сделать, путём сопоставления основных энергетических показателей систем.
Для этого нужно записать выражения для количества теплоты Q [Вт], передаваемой потоку нагреваемой среды, и для мощности насоса или вентилятора N [Вт], необходимой для перемещения этой среды в системе [1-2]:
Первый вариант формулы для N в основном применяется при перемещении воздуха, второй — для жидких сред. Здесь G — массовый расход потока, кг/с; L = G/ρ — его объёмный расход, м3/с; g = 9,81 м/с2 — ускорение свободного падения; H — расчётный напор насоса, включающий потери на трение и местные сопротивления, а также геометрический напор в водоразборных системах, м; ΔР — расчётное давление вентилятора, также включающее потери на трение, местные сопротивления и в элементах вентиляционной установки, Па; c — удельная теплоёмкость перемещаемой среды, Дж/(кг·К); ρ — её плотность, кг/м3; ΔТ — разность температур, на которую нагревается среда, К; η — коэффициент полезного действия насоса или вентилятора с учётом передачи (безразмерный).
Отсюда можно получить соотношение для удельной мощности N = N/Q на 1 Вт теплоты Q. Данное соотношение является безразмерным и фактически представляет собой критерий подобия, позволяющий охарактеризовать систему по уровню удельных затрат электрической энергии. Его общий вид можно представить в виде следующих двух вариантов:
Заметим, что расход потока в выражение (2) не входит, поскольку в соответствии с (1) ему пропорциональны и Q, и N, поэтому при вычислении N он сокращается. Следовательно, полученный критерий является не эксплуатационной, а именно конструктивной характеристикой системы.
Оценим значения критерия N для основных инженерных систем здания. Возьмём характерный уровень параметров, используемых при расчёте N в формулах (2), и запишем их вместе с получаемыми результатами в табл. 1. При этом можно ориентироваться, например, на данные, приведённые в работах [1-3].
Таким образом, потребление электрической энергии на привод побудителей тяги составляет более или менее заметную долю только в системах вентиляции и кондиционирования воздуха. Что же касается ГВС и особенно систем отопления, для них в технико-экономических расчётах с достаточной точностью можно вводить некоторую надбавку к расходу теплоты с учётом разницы в стоимости тепловой и электрической энергии. Поскольку в среднем тариф на электроэнергию, приведённый к одноимённым единицам измерения, примерно в 2,5 раза превышает стоимость единицы теплоты (например, по данным ПАО «МОЭК» и ПАО «Мосэнергосбыт»), соответствующая надбавка может составлять примерно 1,0-1,5%, а для систем отопления — даже меньше 1%.
Одновременно получаем, что реализация каких-либо энергосберегающих мероприятий, направленных именно на снижение мощности циркуляционных и повысительных насосов, представляется нецелесообразной. Напротив, более оправданным может оказаться повышение скорости воды за счёт уменьшения диаметров трубопроводов, поскольку это ведёт к значительно более существенному снижению капитальных затрат, определяемых в первую очередь стоимостью металла.
