Рис. 1. Распределение нагрузки сетевого насоса по времени
Табл. 1. Расчет энергопотребления систем 1 и 2
При этом следует учитывать, что такого рода объекты редко бывают коммерчески выгодными и их содержание ложится на бюджет муниципального образования, который, обычно, невелик. Поэтому минимизация эксплуатационных расходов на подобные сооружения является насущной необходимостью и даже залогом их дальнейшего функционирования. Опыт строительства и реконструкции муниципальных зданий в России свидетельствует: резервы экономии есть, и они напрямую связаны с применением современных технологий.
По некоторым данным [2], до 80 % потребляемого инженерными системами зданий электричества приходится на работу насосного и вентиляционного оборудования. Но даже если брать более оптимистичные оценки, все равно эти механизмы потребляют до трети всей энергии, расходуемой на работу коммунальных сетей. Кроме того, сложная техника требует регулярных плановых ремонтных мероприятий и дорогостоящей починки в случае поломки, что ведет к высоким трудои времязатратам.
Очевидно, что чем надежнее, энергоэффективнее будет оборудование, чем больше будет перерыв между плановопредупредительными ремонтами, тем меньше будут эксплуатационные затраты, и тем ниже расходы на содержание зданий. Поэтому в качестве основного критерия выбора сложной техники должна быть не цена, а стоимость жизненного цикла (СЖЦ), который — в случае, например, насосов — может исчисляться десятилетиями.
Базовая формула расчета стоимости жизненного цикла несложна: СЖЦ = Зи + Зм + Зэл + Зт + Зто + + Зп + Зэко + Зутил, где СЖЦ — стоимость жизненного цикла; Зи — инвестиционные затраты (затраты на покупку); Зм — затраты на монтаж и пусконаладочные работы; Зэл — затраты на электроэнергию; Зт — эксплуатационные затраты (трудозатраты); Зто — ремонт и техническое обслуживание; Зп — простои оборудования; Зэко — экологические затраты; Зутил — демонтаж и утилизация.
Если рассмотреть СЖЦ стандартного питающего насоса, без которого невозможна работа ни одной коммунальной отопительной системы, то очевидно, что даже без учета роста тарифов большую часть цикла будет составлять энергопотребление. На втором месте — стоимость обслуживания, а инвестиционная составляющая (цена покупки) не превышает 10 % СЖЦ. Необходимо заметить, что инвестиционная составляющая может несколько варьировать — в пределах 10–20 %.
Так, на стоимость покупки влияет цена дополнительных опций, таких как частотные преобразователи, шкафы управления, контроллеры и т.п. Однако, стоит учитывать, что такие устройства прямо или косвенно ведут к снижению энергопотребления, что в долгосрочной перспективе себя оправдывает. Например, если говорить о сетевом насосе, то в системах отопления распределение нагрузки в нашем климате будет выглядеть следующим образом (рис. 1): 5 % времени — максимальный расход; 10 % времени — 75 %-й расход; 35 % времени — 50 %-й расход; 50 % времени — 25 %-й расход.
Как показывает практика, если отклонение от максимального расхода достаточно велико (в среднем, выше 20 %) и продолжительно по времени (длительность отклонения выше 50 %), целесообразно использовать регуляторы частоты электродвигателя, встроенные или внешние. Разница в энергопотреблении может оказаться очень существенной. Например, рассмотрим возможные решения при реконструкции старого здания детского сада № 57 «Одуванчик» в городе Нерюнгри.
Отопительный сезон здесь длится девять месяцев (6500 часов непрерывной работы оборудования). Сравним варианты при установке циркуляционных насосов системы отопления на реконструируемое старое здание детского сада (максимальный напор — 8 м, максимальный расход — 8 м3/ч). Существует два варианта подбора. Первый подразумевает установку нерегулируемого циркуляционного насоса с «мокрым» ротором. Второй — аналогичный агрегат, но с частотной регулировкой.
Рассмотрим первую систему (выбран насос Grundfos серии UPS 40-80, мощность двигателя — 0,25 кВт). Расчет энергопотребления показывает, что этот насос малой мощности потребляет более 1000 кВт⋅ч в год (табл. 1). Теперь рассмотрим второй вариант подбора — насосы с частотной регулировкой. В данном случае для реконструкции отопительной системы детсада был выбран и установлен регулируемый насос Grundfos серии Magna 40-120 (мощность электродвигателя — 0,445 кВт), работающий по принципу пропорционального регулирования.
Оборудование снабжено панелью управления с возможностью доступа к параметрам системы. Расчет показывает, что формально более мощный насос позволяет добиться реальной экономии (табл. 1). Очевидно, что вторая система экономичнее на 40 %. Если взять цену первой системы за 1, вторая будет стоить 1,5. Поскольку разрыв в энергопотреблении между двумя вариантами значителен, второй из них окупится уже в течение первых лет.
Помимо насосов при реконструкции детсада были использованы другие способы теплои энергосбережения (погодозависимая автоматика, эффективная запорная арматура Bugatti и т.д.). Опыт эксплуатации современного оборудования в данном дошкольном учреждении показал, что его применение не только позволяет снизить расходы на треть, но и помогает оптимизировать отопление, что крайне важно для муниципального здания.
Исходя из подобных соображений производилась модернизация ЦТП госпиталя № 2 для ветеранов войны в Москве. Новый тепловой пункт был спроектирован и смонтирован в качестве подарка городских властей ветеранам ВОВ к 9 мая 2010 г. Реконструкция ЦТП № 05-08-0212/080 (проектирование ОАО «МОЭК-Проект») включала в себя полную замену существующего оборудования и трубопроводов с изменением схемы теплоснабжения здания.
В результате повысится комфортность всех помещений больницы и существенно сократятся затраты на отопление. Удачным оказался опыт строительства угольной котельной для отопления, вентиляции и горячего водоснабжения новой школы на 360 учащихся в селе Болотное Новосибирской области. Режим работы объекта — круглосуточный и круглогодичный.
В помещении предусмотрена установка трех водогрейных котлов КВЖТ-0,4 «СЭМ-1» производства ООО «Промтехмонтаж» (город Томск), теплопроизводительностью 0,4 МВт (0,344 Гкал/ч), насосов котельного и наружного (сетевого) контуров и подпиточных насосов Grundfos разных серий, пластинчатых теплообменников с высоким КПД, расширительных баков мембранного типа, дутьевых вентиляторов, дымососов и другого оборудования.
Здание котельной было запроектировано в модульном варианте, каркасного типа, размером в плане 16,5 × 7,3 м и высотой от 3 до 4,2 м. К нему примыкает закрытый склад угля. В проекте предусмотрено автоматическое отключение тягодутьевых установок и механизмов подачи топлива при повышении температуры воды на выходе из котла или уменьшении разрежения в топке, или снижения давления за дутьевым вентилятором.
На щите автоматики котла стоит сигнализация причины остановки котла. Кроме того, на щите автоматики есть сигнализация повышения/понижения давления обратной сетевой воды, изменения уровня воды в баках запаса воды, а также аварийного останова насосов. Для учета параметров теплоносителя и количества тепловой энергии установлен тепловычислитель ВКТ-5. Осуществляется также регулирование подачи тепла в зависимости от изменения температуры наружного воздуха и контроль ПДК оксида углерода.
Проект был успешно реализован в 2009 г. После первого отопительного сезона эксплуатация показала, что система отличается экономичностью, простотой обслуживания и высокой надежностью. Таким образом, обширный опыт, накопленный в различных регионах России, показывает, что установка современного энергоэффективного оборудования позволяет существенно сократить расходы на отопление муниципальных зданий, что не может не сказаться положительно на местных бюджетах.
