Некоторые вопросы энергосбережения при реконструкции зданий

Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология

ВЕСТНИК

МГСУ

удк 697.1

О.Д. Самарин

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

НЕКОТОРЫЕ ВОПРОСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРИ РЕКОНСТРУКЦИИ ЗДАНИЙ

Рассмотрена реализация энергосберегающих мероприятий при реконструкции жилищного фонда. Показана необходимость изменения режима работы систем теплоснабжения и использования ПГУ-ТЭЦ в качестве теплоисточника.

Ключевые слова: энергосбережение, энергопотребление, реконструкция, отопление, когенерация.

в соответствии с программой реконструкции существующего жилищного фонда, построенного в 1950—1980-е гг. с применением ранее действовавших норм по теплозащите, в москве в значительных масштабах производятся работы по дополнительному утеплению наружных стен, в ряде случаев с заменой остекления на более энергоэффективное. особенно данные мероприятия становятся актуальными именно сейчас, в связи с принятием Федерального закона от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты российской Федерации».

При такой модернизации снижаются расчетные теплопотери здания и, следовательно, уменьшается требуемая мощность отопительных приборов в помещениях. однако это не всегда сопровождается соответствующей заменой системы отопления. в результате энергосберегающий эффект от указанного мероприятия в значительной степени сводится на нет, так как теплоотдача существующих приборов теперь оказывается выше теплопотребности помещений, что вынуждает жителей для устранения образующихся «перетопов» открывать окна, а фактического снижения энергопотребления не происходит.

существует, впрочем, вариант, когда необходимое уменьшение теплоотдачи в системе отопления достигается и без ее реконструкции. для этого нужно снизить температуру нагретой воды, подаваемой в систему. вообще говоря, это можно сделать централизованно, на источнике теплоснабжения. такое решение было бы очень выгодно для тЭц, поскольку позволило бы увеличить выработку электроэнергии на тепловом потреблении и повысить общий коэффициент использования топлива. кроме того, должны сократиться потери в тепловых сетях. все эти обстоятельства усиливают преимущества централизованного теплоснабжения с использованием когенерации и делают менее заметными его недостатки. однако практическая реализация данного подхода возможна только после завершения работ по утеплению всех или подавляющего большинства зданий, потому что в противном случае фактическая теплоподача в здания, еще не прошедшие реконструкцию, окажется ниже требуемой.

Поэтому рассмотренное мероприятие следует считать скорее перспективным, а в переходный период необходима децентрализация регулирования отпуска теплоты путем снижения температуры воды непосредственно на вводе в каждое отдельное здание в соответствии с его индивидуальными потребностями. сделать это можно путем модернизации теплового узла и превращения его в полноценный индивидуальный тепловой пункт (итП) с подключением к наружной сети через теплообменник или, по крайней мере, по схеме со смесительным насосом. такие работы в настоящее

© Самарин О.Д., 2012

163

ВЕСТНИК 5/2012

время в Москве начинают проводиться. Дело в том, что при существующем элеваторном присоединении коэффициент подмешивания воды из обратного трубопровода является постоянным, поэтому добиться ее дополнительного охлаждения без корректировки температурного графика на теплоисточнике невозможно, а регулируемые элеваторы распространения не получили. Причем использование теплообменника будет предпочтительным не только из-за достижения в этом случае гидравлической независимости местной системы отопления от тепловой сети, но и потому, что при такой схеме можно добиться более точного поддержания расхода воды в системе, что может потребоваться, поскольку теплоотдача отопительных приборов падает с понижением температуры воды нелинейно. Тем не менее даже после завершения утепления большинства зданий наличие ИТП сохранит свою положительную роль, поскольку увеличит качество поддержания внутреннего микроклимата за счет учета особенностей теплового режима конкретного объекта, т.е. характера изменения его теплопотерь и теплопоступлений от внутренних источников и солнечной радиации.

Количественно оценить необходимое снижение температуры можно следующим образом. Если повысить сопротивление теплопередаче наружных ограждений в жилых зданиях старой постройки до требований [1], суммарные теплопотери должны сократиться примерно на 25 % [2]. Тогда расчетная разность средней температуры воды в отопительных приборах и температуры воздуха в помещении с имеющегося на сегодняшний день уровня (105 + 70)/2 - 20 = 67,5 должна уменьшиться до 67,5 х 0,750,8 = 54 °С, а расчетный температурный перепад в системе отопления при условии сохранения существующего расхода воды с (105 - 70) = 35 до 35x0,75 = 26 °С [3]. Следовательно, новые значения расчетных температур воды в подающей и обратной магистралях системы отопления здания составят t = 20 + 54 + 26/2 = 87 и t = 87 - 26 = 61 °С. Поэтому температура воды, возвращаемой на теплоисточник, тоже снижается с 70 до 61 °с. соответственно необходимый коэффициент подмешивания из обратной магистрали в ИТП должен увеличиться с (150 - 105)/(105 - 70) = 1,3 до (150 - 87)/(87 - 61) = 2,4 [4], т.е. почти в два раза. Аналогично можно показать, что при исходном уровне t = 95 °С ее новая величина окажется равной всего 79 °С. Новое значение t в этом случае по-прежнему будет равно 61 °С, а коэффициент подмешивания изменится с 2,2 до 4,5. Как легко увидеть, одновременно существенно улучшаются и санитарно-гигиенические качества системы — снижается опасность ожогов и пригорания пыли на поверхностях отопительных приборов.

Еще следовало бы остановиться на появившейся в последнее время тенденции перехода на автономное теплоснабжение. Обычно его обосновывают необходимостью снижения потерь в тепловых сетях, повышения надежности и качества регулирования теплоподачи. Разумеется, все это имеет место, но попутно приводит к увеличению доли выработки электроэнергии на ТЭЦ в конденсационном режиме, что уменьшает их общий коэффициент полезного использования топлива. Поэтому представляется, что автономное теплоснабжение целесообразно либо при использовании когенерационных установок (так называемых мини-ТЭц), либо в любом случае по результатам ТЭо, учитывающего не только локальный экономический эффект, но и общесистемный [5].

необходимо обратить внимание еще на одно обстоятельство, которое обычно в явном виде не рассматривается, но имеет существенное значение с точки зрения перспектив энергосбережения. реализация мер по сокращению расхода теплоты у конечных потребителей неизбежно приводит к соответствующему уменьшению ее отпуска от ТЭц. но при оптимальном соотношении между электрической и тепловой мощностью это вызовет падение выработки электроэнергии, что в существующих условиях совершенно недопустимо. Более того, ввод новых генерирующих мощностей ОАО «Мосэнерго» был вызван в первую очередь именно нехваткой электроэнер-

164

КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5

Безопасность строительных систем. Экологические проблемы в строительстве. Геоэкология

ВЕСТНИК

МГСУ

гии в Московском регионе. Следовательно, при функционировании по электрическому графику увеличится доля конденсационного режима в работе ТЭЦ и снизится суммарный коэффициент использования топлива, что в значительной мере сводит на нет достигнутый энергосберегающий эффект. Одним из способов преодоления данного противоречия является переход на когенерацию за счет парогазовых установок (ПГУ), потому что у них гораздо более низкое отношение номинальной тепловой мощности к электрической: примерно 1,85 против 3,3 у паротурбинных (ПТУ) по данным [6]. К тому же у ПГУ гораздо выше электрический КПД — обычно он находится в пределах 52...59 % против 34...37 % у ПТУ, поэтому колебания теплопотре-бления на общей эффективности такой ТЭЦ будут сказываться значительно меньше.

Кроме того, желателен отход от действующей системы формирования тарифов на тепловую и электрическую энергию при их совместной выработке на ТЭЦ, исходя из соотношения энтальпий. При этом стоимость тепловой энергии получается существенно завышенной, что в ряде случаев заставляет некоторых потребителей отказываться от теплофикации и переходить на автономное теплоснабжение. В то же время по своей сути теплота является побочным продуктом ТЭЦ, поэтому тариф должен определяться, исходя из равенства выручки от реализации тепловой энергии величине суммы, недополученной от снижения выработки электроэнергии при переходе от конденсационного к теплофикационному циклу [2]. Вычисления показывают, что при тех параметрах пара, на которые рассчитано большинство действующих ПТУ, и характерных значениях КПд турбины и электрогенератора, максимальная величина тарифа на теплоту в рублях за 1 гкал не должна превышать стоимость 1 кВтч электроэнергии более чем в 190.200 раз, что примерно в 1,5.1,7 раза ниже, чем существующий уровень. За рубежом некоторые смежные вопросы рассматривались в [7].

Таким образом, проблема энергосбережения при реконструкции жилых зданий является комплексной, и ее решение лежит на пути реализации целого ряда взаимосвязанных организационных и технологических мер. Только в этом случае можно избежать описанных здесь противоречий и добиться действительного снижения энергопотребления и потерь на всех этапах производства и передачи энергии без ухудшения качества обеспечения внутреннего микроклимата в помещениях. Это даст возможность перейти к ситуации, когда такое снижение осуществляется «автоматически», без непосредственного участия субъектов хозяйственной деятельности за счет использования соответствующих инженерных мероприятий, а значит, вызвать заинтересованность в энергосбережении одновременно и у производителей, и у потребителей тепловой и электрической энергии.

Библиографический список

1. СНиП 23-02—2003. Тепловая защита зданий. М. : ГУП ЦПП, 2003.

2. Самарин О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность. М. : Изд-во АСВ, 2011. 296 с.

3. Теплоснабжение / А.А. Ионин и др. М. : Стройиздат, 1982. 336 с.

4. Сканави А.Н., Махов Л.М. Отопление. М. : Изд-во АСВ, 2002. 576 с.

5. Самарин О.Д. Производственные здания: выбор решений // Энергоэффективность и энергосбережение. 2011. № 9. С. 20—23.

6. Мосэнерго — официальный сайт. Режим доступа: www.mosenergo.ru. Дата обращения: 20.12.2011.

7. Sliogeriene J., Kaklauskas A., Zavadskas E.K., Bivainis J., Seniut M. Environment factors of energy companies and their effect on value: analysis model and applied method // Technological and economic development of economy. 2009. № 15 (3). P. 490—521.

Поступила в редакцию в апреле 2012 г.

Safety of building systems. Ecological problems of construction projects. Geoecology

165

ВЕСТНИК 5/2012

Об авторе: Самарин Олег Дмитриевич — кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры отопления и вентиляции, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 18836-07, samarin1@mtu-net.ru.

Для цитирования: Самарин О.Д. Некоторые вопросы энергосбережения при реконструкции зданий // Вестник МГСУ. 2012. № 5. С. 163—166.

O.D. Samarin

SOME PROBLEMS OF ENERGY SAVING IN THE COURSE OF RENOVATION OF BUILDINGS

The implementation of energy saving actions in the course of renovation of residential houses is considered by the author in the article. The need to change the mode of operation of heat supply systems and the employment of steam-gas co-generation power plants as a source of heat is demonstrated.

Therefore, the problem of power saving in the course of renovation of residential houses comprises several constituents, and its resolution involves the implementation of a number of interrelated organizational and process-related actions. This is the only way to avoid conflicts and to reduce power consumption and losses at each stage of power generation and transmission absent of any deterioration of the internal microclimate in renovated premises. The implementation of the aforementioned actions will make it possible to convert to the automatic energy consumption reduction mode through the implementation of engineering solutions and without any immediate involvement of legal entities. This methodology may arouse the interest of both producers and consumers of thermal and electric energy.

Key words: energy saving, energy consumption, renovation, heating, co-generation.

References

1. SNiP 23-02—2003. Teplovaya zashchita zdaniy [Construction Norms and Rules 23-02—2003. Thermal Protection of Buildings]. Moscow, GUP CPP [State Unitary Enterprise Center for Design Products], 2003.

2. Samarin O.D. Teplofizika. Energosberezhenie. Energoeffektivnost'. [Thermal Physics. Energy Saving. Energy Efficiency]. Moscow, ASV Publ., 2011, 296 p.

3. lonin A.A. Teplosnabzhenie [Heat Supply]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1982, 336 p.

4. Skanavi A.N., Makhov L.M. Otoplenie [Heating]. Moscow, ASV Publ., 2002, 576 p.

5. Samarin O.D. Proizvodstvennye zdaniya: vybor resheniy [Industrial Buildings: Decision Making]. Energoeffektivnost'i energosberezhenie [Energy Efficiency and Energy Saving]. 2011, no. 9, pp. 20—23.

6. Official site of Mosenergo. Available at: www.mosenergo.ru. Date of access: 20.12.2011.

7. Sliogeriene J., Kaklauskas A., Zavadskas E.K., Bivainis J., Seniut M. Environment Factors of Energy Companies and Their Effect on Value: Analysis Model and Applied Method. Technological and Economic Development of Economy. 2009, no. 15 (3), pp. 490—521.

About the author: Samarin Oleg Dmitrievich — Candidate of Technical Sciences, Associated Professor, Department of Heating and Ventilation, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; samarin1@mtu-net.ru; + 7 (499) 188-36-07.

For citation: Samarin O.D. Nekotorye voprosy energosberezheniya pri rekonstruktsii zdaniy [Some Problems of Energy Saving in the Course of Renovation of Buildings]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 5, pp. 163—166.

166

ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 5