Экономическая и энергетическая эффективность установки индивидуального теплового пункта в рамках бизнес-инжиниринга

УДК 624.19.05

Экономические науки

Ковязина Анна Сергеевна, студент ОСУН ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский московский государственный строительный университет», Москва, Россия

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ УСТАНОВКИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО ПУНКТА В РАМКАХ БИЗНЕС-ИНЖИНИРИНГА

Аннотация: В статье рассмотрены вопросы, которые касаются системы теплоснабжения в России. Затрагивается тема регулирования с помощью законодательства Российской Федерации повышения энергоэффективности и энергосбережения зданий. Объясняется понятие тепловых пунктов и их характеристики. Подробно рассказано, какие недостатки влечет за собой использование централизованного теплоснабжения и пути их минимизации или полного решения вопроса. Выявлены все преимущества, которые появляются при использовании индивидуальных тепловых пунктов, основными из которых можно назвать снижение затрат энергоресурсов, повышение энергоэффективности, уменьшение выбросов вредных веществ в атмосферу, возможность контроля всех параметров системы с помощью автоматики и приборов учета. Рассмотрена экономическая целесообразность перехода от центрального теплового пункта на индивидуальный тепловой пункт на примере многоквартирного жилого здания. Данные подтверждаются теоретическими расчетами с учетом дисконтирования во времени, где применяются приближенные к реальным значения расхода тепловой энергии на отопление и стоимость модернизации системы теплоснабжения в здании. С помощью расчетов также определен срок окупаемости затрат на установку индивидуального теплового пункта и расходов во время эксплуатации с его использованием.

Ключевые слова: энергоэффективность, тепловой пункт, централизованное отопление, бизнес-инжиниринг зданий, теплоснабжение, модернизация зданий.

Annotation: The article deals with issues that relate to the heating system in Russia. The subject of regulation is addressed with the help of the legislation of the Russian Federation to improve energy efficiency and energy saving of buildings. Explains the concept of heat points and their characteristics. It is described in detail what disadvantages entail the use of centralized heat supply and ways to minimize them or completely resolve the issue. All the advantages that arise when using individual heat points are identified, the main of which can be called reducing energy costs, improving energy efficiency, reducing emissions of harmful substances into the atmosphere, the ability to control all system parameters using automation and metering devices. The economic feasibility of the transition from a central heating point to an individual heating point is considered on the example of a multi-apartment residential building. The data are confirmed by theoretical calculations taking into account the discounting in time, where the approximate values of the heat consumption for heating and the cost of upgrading the heat supply system in the building are used. With the help of calculations, the payback period for the installation of an individual heating unit and the costs during operation with its use are also determined.

Keywords: energy efficiency, heat point, centralized heating, business engineering of buildings, heat supply, modernization of buildings.

Власти Российской Федерации ставят в приоритет вопрос о повышении энергоэффективности и энергосбережении зданий. Для этой цели в 2009 году появился Федеральный закон N 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности, и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации", который позволяет регулировать способы достижения поставленных задач, а также регламентирует

государственный контроль за соблюдением требований законодательства [1, 2,

3].

По данным Министерства энергетики в Российской Федерации на сегодняшний день работают около 20 000 центральных тепловых пунктов (далее - ЦТП), большинство из которых были построены и введены в эксплуатацию более 20 лет назад [4]. Это говорит об их низком качестве обслуживания домов, высокой вероятности сбоев в работе, моральном износе оборудования, например, такого, как трубчатые теплообменники, отсутствии автоматических датчиков, приборов учета тепловой энергии и теплоносителя

[5].

Неочищенная вода, находящаяся в системе горячего водоснабжения (далее - ГВС) является источником коррозии трубопроводов, загрязнения и разрушения теплообменников, что влечет за собой нарушение плотности трубопроводов и дополнительные затраты на проведение ремонтов или замены трубопроводов. В некоторых случаях длительно эксплуатируемый подающий трубопровод ГВС выводится из работы, после чего снабжение зданий горячей водой осуществляется по тупиковой системе. К утечкам воды из системы через мелкие трещины добавляются утренние сливы воды, охладившейся за ночное время суток в стояках. Это приводит к увеличению потерь воды и нагрузки водопроводных и канализационных сетей и т.д. Таким образом, назревает необходимость реконструкции ЦТП или демонтажа с последующей установкой современного оборудования [6].

Характеристики и применение тепловых пунктов.

Для дальнейших расчетов сначала нужно разъяснить, что такое тепловой пункт. Тепловым пунктом называется комплекс устройств, расположенных в специальном помещении (технический этаж или отдельно стоящее строение), состоящий из элементов тепловых энергоустановок, подключаемых к тепловой сети, которые отвечают за работоспособность, трансформацию, регулирование параметров теплоносителя, и распределение теплоносителя по типам потребления [7].

Большие индивидуальные тепловые пункты с мощностью от 50 кВт до 2 МВт используются в жилых домах повышенной этажности и в коммерческих зданиях.

Автоматизированные ИТП, дающие возможность регулировать теплоотдачу отопительных приборов в комнатах/помещениях и экономить в зданиях потребление тепла, воды, электроэнергии, ко всему перечисленному добавляется снижение расходов на прокладку трубопроводов систем тепловодоснабжения. Отказ от централизованной подачи теплоэнергии в жилые и коммерческие здания, а также автоматизированное управление приводит к уменьшению потерь тепла.

Безусловно, оптимальным вариантом развития теплоснабжения страны является переход на использование индивидуальных тепловых пунктов (далее -ИТП), что будет эффективно как с точки зрения экономии энергии, так и с целью экономии затрат во время эксплуатации. Для доказательства вышенаписанного проведен сравнительный анализ цен ЦТП и ИТП на базе блока заводской готовности [8].

Для одного квартала дополнительные затраты на введение ИТП с использованием готовых заводских блоков в зданиях при параметрах 150-700С составят 6419000 рублей (увеличение стоимости на 22%) (Таблица 1). При переходе на схему с ИТП в зданиях при параметрах 150-40ОС указанные затраты будут меньше и будут приблизительно равняться 5166000 рублей (увеличение стоимости на 18%). Но если рассмотреть все характеристики пункта во время его эксплуатации, то можно отметить, что дополнительные затраты окупятся в ближайшие 5 лет.

Во-первых, при переходе на схему с ИТП в зданиях отпадет необходимость устройства здания ЦТП - 28700000 рублей. Во-вторых, при использовании ИТП стоимость сетей при отказе от ЦТП при параметрах 150-70ОС уменьшится на 9100000.рублей, а при параметрах 150-70ОС - на 1050000 рублей. Все это значительно перекрывает дополнительные затраты на ИТП (6 419 000 рублей) (таблица 1) [9].

Наименование Стоимость введения, руб Сравнительный анализ

ИТП в зданиях при параметрах 150-700С 6 419 000 увеличение стоимости на 22% по сравнению с ЦТП

ИТП в зданиях при параметрах 150-40ОС 5 166 000 увеличение стоимости на 18% по сравнению с ЦТП

Таблица 1. Стоимость установки И ИТП.

К недостаткам ЦТП, рассматривая, как экономический, так и социальный аспект, являются:

• претензии жильцов на низкую температуру в помещениях, а также отсутствие каких-либо действий для устранения причин возникновения;

• увеличение расхода тепловой энергии на все здания, снабжающиеся от данного ЦТП (центрального теплового пункта) [10].

ИТП, исключая дороговизну установки, в остальном имеет лишь достоинства по сравнению с ЦТП:

• легкость в эксплуатации;

• уменьшение эксплуатационных расходов на 20-25%;

• сокращение теплопотерь в системах горячего водоснабжения в 2 раза;

• уменьшение расхода электроэнергии на циркуляцию и перекачку горячей воды на 20- 40% [11];

• высокий уровень надежности и бесперебойности;

• возможность контроля состояния тепловых сетей;

• точное определение объемов теплопотерь благодаря узлам учета;

• уменьшение плановых проверок;

• сокращение выброса вредных веществ в атмосферу, что подразумевает под собой и улучшение экологической ситуации;

• сокращение потребности в квалифицированном персонале;

• оплата потребленных зданием тепловых ресурсов рассчитывается по фактически измеренному расходу приборами учета;

• снижение затрат на внутридомовые системы отопления за счет перехода на трубы меньшего диаметра, применение неметаллических материалов;

• нет необходимости в отводе площади под сооружение ЦТП;

• экономия энергетических ресурсов достигает 30% [12].

Таким образом, использование индивидуальных тепловых пунктов целесообразно для нашей страны. Необходимо отметить, что затраты на монтажные работы также незначительны по причине поставки для монтажа готовых заводских элементов. Срок окупаемости индивидуальных тепловых пунктов, исходя из практического опыта составляет менее двух лет.

Оценка экономической целесообразности.

Чтобы оценить важность перехода от схемы централизованного теплоснабжения, связанного с отказом от применения центральных тепловых пунктов (ЦТП) и внедрением индивидуальных тепловых пунктов (ИТП), рассмотрим пример здания и рассчитаем экономическую эффективность использования таких пунктов. Дан 14-этажный двухсекционный 102-квартирный жилой дом (первый этаж используется для коммерческих целей), находящийся в Москве, удельный расход тепловой энергии на отопление

Л

которого составляет 100 кВт^ч/м (Таблица 2) [13].

Длительность эксплуатации ИТП равна 20 годам (Тэ).

Площадь отапливаемых помещений -58 000 м2.

В соответствии с «Руководством по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия», г = 0,12 (норма дисконта).

Стоимость тепловой энергии на 2019 год принимаем 1,56 руб./кВт^ч.

Для расчета примем, что переход на использование индивидуального теплового пункта ведет к уменьшению затрат тепловой энергии на отопление на 15 %, откуда следует, что удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 85 кВт^ч/м2 (Таблица 3).

Снижение затрат тепловой энергии в деенежном эквиваленте (ежегодный доход помимо основного за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий) составляет 0,1 тыс.

Л

руб./(м тод) (АД) (Таблица 4).

Затраты на ИТП с учетом монтажа составляют 6 419 000 рублей [14].

Наименование Значение

Расход тепловой энергии на отопление, кВт*ч/м 100

Стоимость энергии, руб/кВт*ч 0,77

Таблица 2. Показатели с применением ЦТП.

Наименование Значение

Расход тепловой энергии на отопление, кВт*ч/м 85

Стоимость энергии, руб/кВт*ч 0,77

Таблица 3. Показатели с применением ИТП.

Далее необходимо выяснить, насколько экономически эффективно использование поступающих доходов, которыми будут являться сохраненные денежные средства от экономии энергии и ресурсов с учетом их дисконтирования во времени.

Согласно «Руководства по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия», требуется выявить следующие показатели (с учетом дисконтирования (инфляции и рисков)/наращения (дефляции)):

1) период окупаемости;

2) накопленный дисконтированный доход, полученный за счет экономии теплоресурсов за весь период эксплуатации ИТП, исключающий величину инвестиций;

3) индекс доходности (отношение полного дохода к величине инвестиций).

Расчет.

1. Рассчитаем весь доход за счет экономии энергоресурсов за срок эксплуатации индивидуального теплового пункта, принимая затраты, равными стоимости ИТП и стоимости тепловой энергии (п. 3.1.3 главы 2 «Руководства

по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия») (Таблица 4).

Наименование Формула расчета Значение

Дисконтированный доход ДДТсл, тыс. руб./м2 ДДТсл = АД [1 - (1 + г) -Тсл] / г 0,300

ЧДД, руб./м2, ЧДД = АЭд - АК 0,44

Простой срок окупаемости Т0, лет Т0 = К / АД 4,8

Дисконтированный срок окупаемости Тд, лет Тд = -1п (1 - Т0 г) / 1п (1 + г) 6,9

^ = ДДТсл / К 1,761.

Таблица 4 . Оценка экономической эффективности.

Накопленный дисконтированный доход, получаемый в связи с экономией теплоэнергии за 20 лет эксплуатации ИТП на всю площадь здания при дисконтировании составляет 45 млн. руб. Срок окупаемости проекта реконструкции составляет 4,8 лет, а с учетом дисконтирования - 7 лет.

Эффективность модернизации системы теплоснабжения регламентируется множеством экономических критериев, отражающих соотношение расходов и результатов, которые описаны в СП 11 -101-95 «Порядок разработки, согласования, утверждения и состав обоснований инвестиций в строительство предприятий, зданий и сооружений» [15].

Источником денежных средств являются платежи жильцов за коммунальные услуги до модернизации системы теплоснабжения. Вторым источником может служить экономия тепловой энергии за счет ликвидации внутриквартальных сетей.

Подводя итоги, можно отметить, что общая ежегодная экономия тепловой энергии на отопление после модернизации составляет 20%, потребление электроэнергии оборудованием ИТП (работа насосов, погодного регулятора, электропривода клапана, приборов освещения) примерно в 3,6 раза меньше энергопотребления ЦТП.

В разрезе капитальных затрат примерно 50 % составляет стоимость оборудования и материалов, 5% - стоимость диспетчерского оборудования,

15% - монтаж пункта, 20% - налог на добавленную стоимость, остальные затраты включают в себя проектирование, строительные, электромонтажные и пуско-наладочные работы.

Если рост тарифов на тепловую энергию останется, а своевременные обследования позволят увеличить срок службы энергосберегающего оборудования, экономический эффект будет значительно выше [16].

Результаты расчетов отражают всю необходимость использования ИТП в жилых, офисных и других коммерческих зданиях.

Библиографический список:

1. Игнатьева А. С. Энергоэффективность и снижение энергопотребления в зданиях // Инновационная наука. 2018. №4. С. 39-41.

2. Осипов С. И., Пилипенко В. М. Энергоэффективные режимы теплоснабжения жилых зданий // Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2015. С. 47-59.

3. Савина Н. В., Артюшевская Е. Ю. Актуальные проблемы реализации федерального закона № 261 от 23.11.2009 г. в российской федерации в части теплоснабжения // Проблемы энергетики. 2017. № 3-4 (19). С. 31-40.

4. Леонова А. Н., Курочка М. В. Методы повышения энергоэффективности зданий при реконструкции // Вестник МГСУ. 2018. № 7. С. 805-813.

5. Dakwale V. A., Ralegaonkar R. V., Mandavgane S. Improving environmental performance of building through increased energy efficiency: a review // Sustainable Cities and Society. 2011. Vol. 1. Issue 4. Pp. 211-218.

6. Volkov A. N., Leonova A. N., Karpanina E. N. Gura D. A. Energy performance and energy saving of lifesupport systems in educational institutions // Journal of Fundamental and Applied Sciences. 2017. Vol. 9 (2s). Pp. 931-944.

7. Запольская И. Н., Ваньков Ю. В., Зиганшин Ш. Г., Валеев А.Ф., Зверев О.И. Повышение эффективности систем ГВС установкой автоматизированных ИТП // Вестник КГЭУ. 2017. № 4 (36). С. 54-64.

8. Чичерин С. В. Вариантный анализ сценариев модернизации центральных тепловых пунктов // Вестник Череповецкого государственного университета. 2017. №5. С. 53-61.

9. Кунгс Я. А., Цугленок Н. В., Животов О. Н., Таран Е. Ю. Индивидуальный тепловой пункт (концептуальный проект) // Вестник КрасГАУ. 2014. №11. С.196-199.

10. Ильин Р. А., Столяров Д. В. Комплексная модернизация тепловых пунктов в системах централизованного теплоснабжения // Международный научный журнал «Символ науки». 2015. №12. С. 42-45.

11. Sheng X., Lin D. Energy saving analyses on the reconstruction project in district heating system with distributed variable speed pumps // Applied Thermal Engineering. 2016. 101. Pp. 432-445.

12. Звонарева Ю. Н., Ваньков Ю. В. Работа системы теплоснабжения при поэтапном внедрении автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов // Проблемы энергетики. 2017. № 1. С. 31-40.

13. Бобух А. А., Ковалёв Д. А. Повышение энергосбережения закрытого централизованного теплоснабжения города при реконструкции центрального и модернизации индивидуального тепловых пунктов // Энергосбережение. Энергетика. Аудит. 2014. №3 (121). С. 12-18.

14. Сабденов К. О., Байтасов Т. М. Оптимальное (энергоэффективное) теплоснабжение здания в системе центрального отопления // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. № 8. С. 53-60.

15. McKenna E., Krawczynski M., Thomson M. Four_state domestic building occupancy model for energy demand simulations // Energy and Buildings. 2015. V. 96. Iss. 1. Pp. 30-39.

16. Inkin A.V., Sadovenko I.A., Rudakov D.V. Geotechnical schemes to the multipurpose use of geothermal energy and resources of abandoned mines // Progressive Technologies of Coal, Coalbed Methane, and Ores Mining. 2014. Pp. 443-450.