Топливо-энергетический комплекс является основой формирования доходов бюджетной системы России. Развитие российской энергетики оказывает содействие социально-экономическому развитию страны, а также влияет на сохранение и укрепление её позиций в мировой энергетике. Согласно Энергетической стратегии РФ на период до 2035 года, утверждённой распоряжением Правительства РФ от 9 июня 2020 года №1523-р, энергоёмкость экономики страны снизилась, причём одним из основных факторов, повлиявших на это, является рост энергоэффективности энергопотребляющего оборудования.
Эксплуатационные затраты инженерных систем вентиляции и кондиционирования воздуха достигают 60–80% от общих расходов на энергообеспечение здания [1–3]. При этом рост цен на электроэнергию за последние четыре года составил порядка 30% (табл. 1).
Следует также отметить, что вопросы повышения эффективности климатического оборудования и оценки необходимых для их функционирования затрат являются актуальными и для других стран [4–7]. В связи с этими обстоятельствами в работе [8] авторами предложена конструкция энергосберегающей установки кондиционирования воздуха с применением косвенного испарительного охлаждения в пластинчатом рекуператоре.
Рассмотрим технико-экономические аспекты использования обработки приточного воздуха по данной схеме.
Для этого проведём её сопоставление с ближайшим аналогом, описанным в [9, 10] и других публикациях указанных авторов. По сравнению с ним новая конструкция предусматривает переключение потоков воздуха при переходе с летнего на зимний режим и обратно, что позволяет, с одной стороны, применять одну и ту же секцию увлажнения в течение всего года, как для увлажнения притока, так и для его косвенного испарительного охлаждения, а с другой — даёт возможность увеличить в тёплый период эффективность рекуператора за счёт скрытой теплоты испарения капель жидкой воды, унос которой из увлажнителя появляется вследствие изменения направления воздушного потока.
Можно заметить, что, с точки зрения капитальных единовременных затрат К [руб.], в предлагаемом варианте исключаются расходы на второй увлажнитель, по необходимости присутствующий в схеме [9, 10] и её вариантах, и могут также уменьшиться затраты в целом на приточно-вытяжной агрегат из-за возможного сокращения его типоразмера вследствие снижения требуемого воздухообмена в помещении L [ м³/ч] из-за роста коэффициента эффективности рекуператора kэф.
В то же время появляются дополнительные затраты на добавляемые промежуточные секции, но, поскольку их стоимость существенно меньше, чем увлажнителя, в большинстве случаев мы должны получить снижение суммарной величины К. При этом расходы на автоматизацию, монтаж и наладку установки должны оставаться практически постоянными, поскольку клапаны в дополнительно устанавливаемых секциях переключаются вручную при переходе с зимнего на летний режим и обратно.
Что касается эксплуатационных издержек Э [руб/год], можно отметить, что в случае сокращения L должны уменьшиться затраты на теплоту для нагрева притока в холодный период, а также расход электроэнергии на привод вентиляторов, так как обе эти величины пропорциональны L. Но даже если воздухообмен меняться не будет, по крайней мере, расход электрической энергии должен снижаться за счёт того, что аэродинамическое сопротивление добавляемых промежуточных секций пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением исключаемого второго увлажнителя. Таким образом, в большинстве случаев применение предлагаемой схемы по сравнению с аналогом должно давать снижение как К, так и Э, то есть иметь абсолютную окупаемость.
Точный учёт всех перечисленных обстоятельств и оценку их относительного вклада в суммарные капитальные и эксплуатационные затраты исследуем на следующем примере. Рассмотрим для начала простейший вариант, когда мы в первом приближении пренебрегаем возможным уменьшением воздухообмена, и, таким образом, типоразмеры приточно-вытяжных агрегатов обоих сравниваемых конструкций будут одинаковы.
В этом случае мы сможем выделить в чистом виде влияние на составляющие затрат именно со стороны изменения схемы обработки притока. В частности, затраты на теплоту для подогрева вентиляционного воздуха за отопительный период тогда можно считать в обоих вариантах совпадающими, и различаться будут только расходы на электроэнергию и амортизацию оборудования.
Для получения более обоснованных результатов значения К принимаем по данным нескольких различных производителей (ООО «ВЕЗА» и ООО «Европейская Климатехника»). Компоненты Э при этом вычислялись по методике, приведённой в [3], в соответствии с выбранной величиной L, режимом работы установок и рассчитанным при подборе их элементов аэродинамическим сопротивлением.
Эксплуатационные затраты [руб/год], связанные с потреблением электроэнергии системами вентиляции или кондиционирования воздуха, вычисляются как:
Ээл = ZpNрабNустCэл, (1)
где Zр — продолжительность работы вентиляционного оборудования в течение суток, принимаемая равной 14 ч; Nраб — число рабочих дней в году, определяемое по режиму работы объекта, в данном случае 360 сут.; Nуст — установочная мощность оборудования (электродвигателей насосов, вентиляторов), кВт; Cэл — стоимость электроэнергии, учитываемая в размере 2,47 руб/ кВт∙ч.
Годовые амортизационные отчисления на оборудование климатических систем [руб/год] определяются как:
где Там — расчётный срок эксплуатации оборудования, принимаемый для систем вентиляции и кондиционирования на уровне 15 лет. Коэффициент 1,5 включает отчисления на полное восстановление оборудования, на его капитальный и текущий ремонт.
Суммарные годовые эксплуатационные затраты [руб/год] найдём по следующему выражению:
Э = Ээл + Эам. (3)
Результаты расчётов по определению значений Ээл, Эам и суммарных эксплуатационных затрат Э для наглядности представлены в табл. 2 и 3.
В условиях рыночной экономики общую оценку экономической эффективности принимаемых решений по энергосбережению наиболее целесообразно вести по величине совокупных дисконтированных затрат СДЗ, связанных с дополнительными капиталовложениями и уровнем годовых эксплуатационных издержек с учётом изменения цен и тарифов на энергоносители [3], тогда СДЗ [руб.] можно определить по формуле:
где T — расчётный срок, годы; p — норма дисконта, принятая в расчётах на уровне 6% годовых (при текущей ключевой ставке ЦБ РФ в 4,25%).
Результаты вычисления величины совокупных дисконтированных затрат СДЗ для двух вариантов устройства системы кондиционирования воздуха представлены в табл. 4 и 5, соответственно, и для наглядности дополнительно в виде графиков на рис. 1 и 2.
Рис. 1. График зависимости СДЗ от Т (для установок ООО «ВЕЗА»)
Нетрудно видеть, что кривые на данных рисунках не пересекаются, что подтверждает сделанное ранее предположение об абсолютной окупаемости предлагаемой авторами конструкции.
Если же её сравнивать с другими способами обработки притока, можно отметить, что в рассматриваемой схеме расход притока будет выше, чем при использовании искусственного охлаждения в тёплый период, из-за более низкой располагаемой разности температур подаваемого в помещение и уходящего воздуха.
Рис. 2. График зависимости СДЗ от Т (для установок ООО «Европейская Климатехника»)
Поэтому, при наличии значительных тепловыделений в помещении в холодный период, превышающих расчётные теплопотери и, следовательно, остающихся даже при отключении отопительных приборов автоматическими терморегуляторами, значительно увеличивается вероятность того, что ассимиляцию этих теплоизбытков можно произвести только с помощью снижения температуры притока, без использования так называемого «свободного охлаждения». Тогда исключаются дополнительные капитальные затраты на устройство такого охлаждения и вообще на оборудование местных охладителей типа фанкойлов, доводчиков и сплит-систем, которые в предлагаемой схеме оказываются излишними как в тёплый, так и в холодный периоды года.
Это в значительной степени или даже полностью компенсирует повышение единовременных расходов на саму вентиляционную установку, воздуховоды и эксплуатационные издержки на привод вентиляторов, не говоря уже об отсутствии такой существенной составляющей стоимости, как затраты на холодильную машину и привод её компрессора.
Кроме того, снижение температуры притока в холодный период позволяет частично компенсировать и повышение затрат на подогрев притока из-за роста воздухообмена, особенно с учётом наличия утилизации теплоты в пластинчатом рекуператоре.
Более того, повышенный расход приточного воздуха обеспечивает лучшие санитарно-гигиенические условия с точки зрения концентрации вредных примесей в помещении и, следовательно, самочувствия находящихся в нём людей, а также частично в отношении организации воздухораспределения, поскольку будет проще добиться допустимой температуры в точках входа приточных струй в рабочую зону.
Таким образом, разработанная авторами схема обработки притока является экономически эффективной и пригодной для использования в практике проектирования и монтажа климатических систем большинства общественных зданий на преобладающей части территории Российской Федерации.
