Практически этого можно достичь либо путем использования автономных автоматизированных систем отопления и горячего водоснабжения, либо совершенствованием (оптиматизацией) централизованных систем. Автономная система экономит затраты на тепло за счет того, что: o отсутствуют потери тепла от источника к потребителю в теплотрассах (потери тепла по длине через стенки теплотрассы и утечки теплоносителя через изношенные сети); o котельная работает в реальном масштабе времени с учетом состояния окружающей среды и требуемой температуры в помещении; o не требуется подстройка системы с учетом теплопотерь здания (в здании с низкими теплопотерями котельная будет работать меньшее количество времени); o работа системы отопления может быть запрограммирована заранее, например, в отсутствие жильцов можно поддерживать более низкую температуру, с их приходом и активной жизнью (с 18 до 23 ч) повышать и понижать ночью. Для начала анализа имеет смысл оценить эффективность систем централизованного типа и автономной системы (с точки зрения физики без учета субъективных факторов). Рассмотрим схему централизованного отопления и ГВС. В этой системе есть источник тепла — централизованная котельная, в которой химическая энергия топлива (будем рассматривать наиболее эффективный случай сжигания газа) преобразуется в теплую энергию. Подразумевается применение промышленных котлов, КПД лучших из которых — около 0,8–0,85% (т.е. преобразование энергии топлива в тепло происходит с эффективностью 80–85%). Причем для нормальной работы котел большой мощности должен работать на стационарном режиме без остановок. Затем — и эта схема принята во всех централизованных котельных — нагретый теплоноситель проходит через теплообменник, где с коэффициентом теплопередачи 0,92–0,98 (в зависимости от конкретной конструкции теплообменника и его технического состояния) тепло передается теплоносителю, который циркулирует в теплотрассе от котельной к конкретному потребителю. Длина теплотрассы может колебаться от километра до десятков километров, причем неизбежны потери тепла по длине трубы (около 100 Вт/м теплотрассы) и давления от трения теплоносителя по длине трубы. Для компенсации потерь давления в центральной котельной необходимо устанавливать мощные насосы и обеспечивать на начальном участке теплотрассы давление до 18–20 атм с тем, чтобы на конце трубы оно сохранилось хотя бы 2 атм. Для поддержания давления в теплотрассах непосредственно на входе у дома и подготовки горячей воды в теплообменниках от отопительной воды в жилых районах установлены тепловые пункты или бойлерные. В связи с наличием потерь в теплотрассе (тепла и давления) ее эффективность составляет приблизительно 0,9–0,92 в лучших случаях, при отсутствии утечек теплоносителя и усиленных потерь тепла по длине (все видели зимой «парящие» трубы и зеленую траву в 30-градусный мороз над теплотрассами), 0,8–0,85 — в обычном режиме (реальной жизни), до 0,6–0,7 — в изношенных старых сетях с утечками и т.д. Затем тепло подается в систему отопления дома и радиаторы непосредственно в квартирах. Пока мы не знали других радиаторов, чугунные радиаторы и конвекторы в виде трубы с гармошкой в высотных домах образца 70–80-х годов были единственно возможным вариантом. С появлением изделий «буржуазного» производства мы ощутили, что бывают радиаторы, которые при низкой температуре теплоносителя в них способны отдавать значительно больше тепла, чем изделия отечественные. По разным оценкам, эффективность отечественных радиаторов в среднем — 0,7–0,8, а импортных — 0,9–0,92. Оценим суммарную эффективность централизованной системы отопления (от газа, подаваемого в котел до тепла в квартире): ~2~ Суть реформы ЖКХ, как ее пытаются представить простому потребителю, а значит всем нам, — это полная оплата затрат. Но ведь физику не обманешь, и получается, что придется всегда бежать за тем, что догнать нельзя в принципе. Если даже коммунальщикам удастся достичь наивысших показателей эффективности, технически принципиально возможных: ~3~ это идеальное, не достижимое на практике значение при условии вложения огромных средств (оплаченных из кармана потребителя) на модернизацию всех котельных, перекладку всех теплотрасс и замену всех радиаторов в домах. Значительно проще и эффективнее исключить из формулы сомножители, величину которых приблизить к единице не реально и оставить только те, на увеличение которых можно влиять технически. Эффективность котлов до 500 кВт (по чисто конструктивным соображениям у котлов большой мощности поднять эффективность очень сложно) составляет 0,92–0,94. При малых протяженностях теплотрасс и использовании чугунных теплообменников в котлах теплообменник между котлом и теплотрассой можно просто исключить из схемы. При малой системе, ограниченной, например, одним домом и подъездом, в этом доме можно поменять все радиаторы на наиболее эффективные. Из-за небольшой протяженности трубопровода от котла к радиаторам не нужно создавать в системе отопления высокого давления (а значит ставить мощных насосов) и нет необходимости установки соответствующих радиаторов высокого давления. Кроме того, при использовании современной коллекторной разводки системы отопления в доме (подъезде) появляется возможность контроля и регулировки отдельной квартиры и даже радиатора. Такая схема уже многие годы используется в Америке, в домах, где квартиры сдают внаем. Если в квартире (помещении) никто не живет (работает) — ее просто отключают от отопления, либо поддерживают в ней минимальную температуру. По расчетам, эффективная система отопления — с датчиками температуры на улице и внутри помещения — способна экономить до 40% топлива в процессе эксплуатации (а свои деньги тамошние жители считать умеют и любят). Вопрос применения крышных котельных настолько актуален, что была выпущена новая редакция СНиП 11-35-76 с изменением №1, посвященным организации крышных котельных в здании. Для организации крышной котельной для теплоснабжения дома — обычно такие котельные ставят в одноподъездных домах — необходимо помещение на крыше площадью около 20 м2 с высотой потолка 2,5 м, дымовая труба от котла высотой не менее 5,5 м (пожарная норма), подвод газа к котлу и электропитание мощностью ориентировочно 5 кВт. Вопрос конструктивной прочности здания для обеспечения работы такой котельной подразумевается. Для использования в крышных (автономных) газовых котельных, из нашего опыта, наиболее разумно использовать чугунные котлы, которые можно объединять в каскад для повышения надежности, со встроенной атмосферной горелкой, обеспечивающие надежную работу котла при понижении давления газа до 2 мбар — это реальная цифра, зафиксированная газовым манометром в котельной при температуре на улице — –27°С (нормальное давление, которое обязуется поддерживать газовая служба, — 15 мбар) и не настолько, как стальные котлы, критичные к качеству воды в системе отопления. Опять же из опыта, реальный срок нормальной работы стальных котлов на нашей реальной воде составляет 1–2 года, после чего из-за коррозии сварных швов теплообменника (тело котлов) начинают течь, и расход воды на подпитку систем за неделю сопоставим с емкостью системы. Из этого анализа (и из опыта практической работы) для использования автономных (крышных) котельных можно рекомендовать котлы De Dietrich (Франция) и Roca (Испания), причем из анализа рынка котлов мощностью от 60 до 130 кВт атмосферным котлам Roca G100 по критерию цена/качество альтернативы просто нет, а условия по газу в Испании такие же как у нас — окраина Европы. В котельной разумно предусмотреть два котла, что обеспечит надежность (дублирование агрегатов) и больший ресурс работы каждого котла (максимальная мощность требуется не более 10–15 дней в году). Подбор циркуляционных насосов для небольшой системы также облегчается — необходимо обеспечить циркуляцию всей емкости системы 3 раза в час. Напор циркуляционного насоса должен обеспечить только компенсацию потерь — обычно напора 10–12 м хватает. Для обеспечения надежного снабжения одного подъезда горячей водой достаточного бойлера емкостью 500 л. Произведем расчет крышной котельной для отопления подъезда стандартного 9-этажного дома. Отапливаемая площадь помещений (где устанавливаются радиаторы): 1-комнатная квартира — 19 м2 + 6,5 м2 (кухня) = 25,5 м2, 2-комнатная квартира — 19 м2 + 14 м2 + 6,5 м2 (кухня) = 39,5 м2, 3-комнатная квартира (2 на этаже) — (19 м2 + 14 м2 + 10 м2 + 6,5 м2) х 2 = 99 м2, итого: 164 м2 на этаже, всего в подъезде 164 х 9 этажей = 1476 м2. Из расчета 100 м2 на отопление 1 м2 мощность котла — 147,6 кВт. Для приготовления горячей воды мощность на бойлер — 30 кВт. Всего — 177,6 кВт. Стоимость котельной и перечень оборудования см. в табл. 1. ~4~ Оценим эксплуатационные расходы крышной котельной. Основные затраты: расходы на природный газ — стоимость 1000 м3 — 913 руб. при теплотворной способности газа 5,2 (кВт•ч)/м3, электричество (около 3 кВт/ч) — 0,96 руб/кВт; сервисное обслуживание — приблизительно 600 евро в год (20 400 руб.). Продолжительность отопительного сезона для средней полосы считается равной 213 суткам (5112 часов). Тогда затраты на газ для котельной с погодозависимой автоматикой (на основе котлов De Dietrich, КПДкотл. = 0,97): Згаз/Dietrich = (5112 ч х 178 кВт і х 0,913 руб.)/(5,2 (кВт•ч)/м3 х х 0,97 х 4 [пер.непрер.раб.котл.]) = = 41 176 руб. C котлами Roca (КПДкотл. = 0,94) — из опыта 1/3 времени котлы работают, 2/3 — не работают: Згаз/Roca = (5112 ч і 178 кВт і х 0,913 руб.)/(5,2 (кВт•ч)/м3 х х 0,94 х 3 [пер.непрер.раб.котл.]) = = 56 654 руб. Затраты на электроэнергию для обоих вариантов одинаковы: Зэлек. = 2 кВт х 5112 ч х х 0,96 руб. х 0,7 = 10 306 руб. Стоимость 1 (кВт•ч) = 0,96 руб.; 0,7 — коэффициент непрерывной работы. Итого суммарные затраты на обслуживание крышной котельной: Зэкспл.сумм./Dietrich = = Згаз + Зэлектр. + Зсерв. = = 41 176 + 10 306 + 20 400 = 71 882 руб. Зэкспл.сумм./Roca = = Згаз + Зэлектр. + Зсерв. = = 56 654 + 10 306 + 20 400 = 87 360 руб. При средней стоимости оплаты за тепло с населения за общую площадь квартиры (включая все помещения и балконы) 8 руб/м2, поступления в год (оплачивается не только отапливаемая площадь, а вся площадь квартиры, которая приблизительно на 20% больше). Поступления в виде оплаты за отопление с 1 подъезда: 1476 м2 х 1,2 і 8 руб. і 12 мес. = = 170 035 руб. Т.е. без учета затрат на оборудование прибыль при использовании оборудования Dе Dietrich составит за год (без учета первоначальных затрат): ПDietrich = 170 035 – 71 882 = = 98 153 (или 57%). Для оборудования Roca: ПRoca = 170 035 – 87 360 = = 82 675 (или 52%). Считая, что других эксплуатационных расходов на обслуживание котельных нет, оценим срок окупаемости проектов (при сохранении цен на энергоносители и неизменности оплаты за тепло). Срок окупаемости котельной на базе Dе Dietrich: СDietrich = (22 118 [затраты] х х 34 руб. [курс евро])/ /(98 153 [прибыль]) = 7,7 лет. СRoca = (14 692 [затраты] х х 34 руб. [курс евро])/ /(82 675 [прибыль]) = 6 лет. При одновременном монтаже котельных на несколько объектов затраты на их устройство будут меньше приблизительно на 15% (поставщики оборудования и монтажники дают скидки), поэтому реальные сроки окупаемости будут меньше. В условиях реальной эксплуатации котлы работают на полную мощность (178 кВт) лишь небольшой промежуток времени в год, ведь минус 20–25°С бывает в году 10–15 дней. Таким образом, по нашим оценкам, реальный срок окупаемости будет в 2 раза меньшим. Кроме того, при использовании крышных котельных, эффективных радиаторов и энергосберегающей конструкции стен здания, можно обеспечить население теплом по действующим ныне ценам (без их повышения) и сократить (исключить) затраты на обслуживание тепловых сетей, как и капитальные затраты на их строительство. Эффективное обеспечение теплом позволит реализовать реформу ЖКХ в области теплового обеспечения с учетом реальной компенсации населением затрат на его получение и доставку (возможно без повышения оплаты за теплоснабжение) либо после окупаемости оборудования получать чистую прибыль. Что касается практической реализации идей, изложенных в настоящей статье, наша организация реализовала их при решении теплоснабжения в храме Петра и Павла в г. Химки Московской области, в результате чего реальные затраты на тепло (по счетам) стали в 10 раз меньше, чем при теплоснабжении от городских сетей до реализации проекта.