Комплексный подход к вопросу отопления, вентиляции и горячего водоснабжения административных, культурно-бытовых и жилых зданий
Наздрашов М.Н. – директор ООО «Экон -Автосельхозмаш»
г. Ростов-на-Дону
Если рассматривать здание как единую энергетическую систему, при этом учитывать динамику тех или иных тепловых нагрузок во времени, то затратную часть (в том числе и потери) в тепловом балансе здания можно свести к необходимому минимуму, достигнув значительного снижения затрат на эксплуатационные расходы.
Такой комплексный подход реализуется, например, в здании филармонии города Ростов-на-Дону. Все системы (отопление, вентиляция и горячее водоснабжение) работают не по традиционной схеме, а осуществлен индивидуальный подход к требованиям и особенностям данного потребителя. В результате годовые затраты, например, на горячее водоснабжение снизились с 324 тыс. руб. до 21 тыс. руб.
Рассмотрим подробнее систему горячего водоснабжения (ГВС). Подача воды в систему строго привязана к графику работы филармонии. Если объявлен концерт, то горячая вода в места общественного пользования подается за полчаса до прихода зрителей, во время концерта подача уменьшается, в перерыве резко возрастает. Концерт закончился, через полчаса подача горячей воды прекратилась, система опорожняется, т.е. вся вода сливается в емкостные подогреватели, где тепловая энергия аккумулируется до утра. Так и в период репетиций, вода подается строго по расписанию, и в то количество душевых рожков, которое необходимо, а вся система не заполняется. Установлена теплогенерирующая установка (ТГС), которая преобразует механическую энергию движения воды в тепловую (температура теплоносителя порядка 70°С). Горячей водой заполняется двухсотлитровый теплоизолированный бойлер, который держит стояк под давлением, а теплогенератор переключается на другие стояки и т.д. Таким образом, тепловая нагрузка системы ГВС здания рассредоточена, а установленная мощность ТГС уменьшена, при этом циркуляции в системе ГВС нет. Вся система работает в ручном режиме (расчеты показали, что автоматика дороже всей системы), по согласованному графику концертов в течение недели, месяца и т.д. При этом экономия от эффективной работы ТГС и отдельных элементов системы составляет 35-39 %, от учета режима работы здания 55-62%.
Основные затраты давала круглогодичная рециркуляция горячей воды – 120-124 тыс. руб., трубопроводы системы ГВС, как правило, не изолируются, и работают в режиме системы отопления. Отказ от рециркуляции сразу дает ощутимую экономию.
Такой же подход и к системе отопления и вентиляции (ОВ). Главное – рассматривать здание как единую энергетическую систему, и регулировать работу систем ОВ в зависимости от режима работы объекта. В филармонии мощность тепловыделений системы освещения сцены эквивалентна по мощности системе отопления, 127 кВт тепловой энергии выбрасывается на улицу, а холодный наружный воздух нагревается в калориферах приточной системы вентиляции. Нужно аккумулировать низкопотенциальное сбросное тепло, используя частичную рециркуляцию воздуха, и тогда внешних централизованных или автономных источников тепла не потребуется. Зная количество зрителей, их тепловыделения, объем воздуха, который им нужен по СНиП, подаем в зал ровно столько воздуха, сколько требуется в конкретных условиях, это дает 28% экономии тепловой энергии.
Несколько примеров.
- В одном из бассейнов была предложена следующая схема. Горячая вода в душе подается ровно 15 минут в начале и конце сеанса (без запорной арматуры, при помощи рассчитанной по объему емкости, из расчета расхода горячей воды через один рожок душа – 320-360 л/час). Посетитель бассейна моется, приводит себя в порядок, плавает, затем снова ополаскивается. Система ГВС при такой схеме работает не 8760 часов, а 2920, т.к. больше просто не нужно. Вот реальная экономия.
- В Вильнюсе в гостинице на 400мест при заполняемости на 37-42%было предложено размещать проживающих в номера, расположенные по стояку системы отопления, для более качественного регулирования параметров теплоносителя. Заселенные номера отапливаются согласно СНиП, а в свободных номерах поддерживается дежурное отопление. В результате, экономия за счет снижения расхода тепла дала возможность выплачивать зарплату всему линейному обслуживающему персоналу гостиницы.
- А кто-нибудь, когда-нибудь считал, сколько тепла выбрасывается при приготовлении пищи? В 5-тиэтажном доме – на сумму 21 тыс.руб. в год. Это низкопотенциальное тепло, которое можно аккумулировать в строении, а на эту сумму снизить потребление тепла из централизованных сетей теплоснабжения или от индивидуального источника.
- Расчет теплопотерь здания и регулирование воздухообмена позволяют достигнуть аккумулирования в воздухе, инфильтруемом через строительные конструкции, оконные и дверные проемы, теплопотери самого строения, экономя тем самым часть тепла, необходимого для вентиляции. Анализ 10 серий домов в Ростове-на-Дону показал – расход тепла составляет от 411 до 460 кВт/м2 в год, европейский стандарт -160-180 кВт/м2, но в западных странах другой климат. Анализ показал, что наибольшей составляющей теплопотерь является вентиляция, – от 43 до 47% в зависимости от серии задания. Решая вопрос регулирования вентиляции, вы затрачиваете минимум тепла, т.е. экономите огромное количество тепловой энергии, при этом не нужно ставить дорогие стеклопакеты или новые рамы.
При регулировании системы вентиляции здания в течение суток, обмен воздуха в квартирах в ночное и рабочее время значительно уменьшается, при этом экономия тепловой энергии составляет порядка 43%, а в стоимостном выражении для 5-ти этажного дома это составит 75 тыс. руб./год. Но вентиляция зданий рассчитывается из условия +5°С на улице, при этом обеспечивается трехкратный воздухообмен в помещениях. При температуре наружного воздуха tн = -10 °С, то объем отсасываемого воздуха составит 173% от расчетного, и соответственно увеличиваются тепловые потери. При температуре в Москве минус 20 °С, теплопотери составят 259% от расчетных. При температуре tн = +3 °С (в южных регионах или в регионах с влажным климатом) происходит на определенных этажах опрокидывание тяги, и обмен воздуха осуществляется через оконные и дверные проемы. Решение этой проблемы возможно при помощи принудительной вентиляции в автоматическом режиме.
- Для комплексного использования инженерных коммуникаций здания на крыше жилого дома с северной стороны надстраивается мансардный этаж (это 320 м2 дешевого жилья) из секций облегченной конструкции, с южной стороны – светопрозрачная секция. Следует учесть, что 11-12% теплопотерь зданий осуществляются через крышу, а при установке мансарды мы имеем в ней теплые полы и снижаем соответственно теплопотери. За счет южной стороны получаем технический этаж – 320 м2.
Кроме того, на широте Ростова-на-Дону (приблизительно 47 ° с. ш. -прим. ред.) высокий уровень солнечной радиации. Если с южной стороны крыши под колпаком поставить солнечные коллекторы, то с 10 апреля по 1 октября можно аккумулировать до 4,2 кВт в день с 1 м2 солнечных коллекторов, что полностью обеспечит горячее водоснабжение в переходные и летние периоды, а в декабре-январе – частично, около 7,5%. Такие коллекторы мы делаем сами, площадь – 0,8 м2, коэффициент тепловосприятия – 0,9%, вес 7,5 кг.
- При использовании радиационной системы отопления, строительные конструкции работают в режиме нагревательных приборов с температурой теплоносителя 37-40°С. Теплогенератор на основе консольного насоса осуществляет ночной натоп здания, и в 7 часов утра отключается. Используя аккумулированное строительными конструкциями и баком тепло насос пополняет систему отопления и коллектора, которые полностью используют солнечную энергию на данной широте. При этом нагрузки на электросеть переносятся с пика на ночное время, а ночной тариф в 3 раза ниже дневного, не говоря уже о пиковом.
Решение вопроса теплоснабжения, вентиляции и горячего водоснабжения в комплексе облегчает работу тепловых сетей и позволяет существенно снизить установленную мощность источников тепла. Если провести работы в выбранном отдельном районе, то тепловой эффект ощущается сразу. Стабилизируя тепловой баланс зданий, мы, не вкладывая деньги, снижаем нагрузки на котельные. Сэкономленные средства можно вкладывать в развитие энергосберегающих программ и ремонт котельных, именно отсюда и должна идти реформа коммунального хозяйства.