Оценка экономической эффективности оснащения отопительных приборов терморегуляторами

Н. В. Шилкин, доцент МАрхИ

Оснащение отопительных приборов индивидуальными автоматическими регуляторами теплового потока (термостатами) позволяет уменьшить расход тепловой энергии на отопление на 10–20 % за счет снижения непроизводительных затрат теплоты (перетоп) и за счет учета фактических теплопоступлений с солнечной радиацией, фактических внутренних тепловыделений. Эта величина заметно превышает уровень экономии тепловой энергии в случае ручного регулирования посредством кранов или вентилей (обычно 4–9 % при нормально работающем ручном регуляторе) [1].

При использовании регулируемой системы отопления помимо повышения тепловой эффективности зданий, наряду с экономией энергии обеспечивается повышение уровня комфорта. Это обстоятельство обязательно должно быть учтено при оценке экономической эффективности энергосберегающих мероприятий.

Вертикальные системы отоп-ления с термостатами могут быть дополнены пофасадным авторегулированием для повышения стабильности работы термостатов и расширения пределов регулирования, поскольку при освещении одного из фасадов солнцем будут отключаться не только отопительные приборы, но и стояк [2].

В системы отопления с вертикальными стояками открытие и закрытие выше расположенных по ходу воды термостатов влияет на работу следующих. Этот эффект особенно сильно проявляется в вертикальных однотрубных системах отопления. Оптимальным решением на настоящем этапе признаны поквартирные системы отопления с двухтрубными вертикальными секционными стояками, проходящими, как правило, по лестничной клетке и подключенными к ним горизонтальными поквартирными разводками [3, 4]. Эти разводки выполняются обычно из гибких труб из сшитого полиэтилена (PEX), полипропилена или металлоплас-тиковых труб, по лучевой, периметральной или комбинированной схеме. Отопительные приборы оборудуются термостатами, а для измерения потребленного тепла в местах подключения к стоякам устанавливается квартирный теплосчетчик, или для уменьшения затрат (например, в муниципальных домах) – водомер, по показаниям которого распределяется расход тепла, измеряемый общедомовым теплосчетчиком на системе отопления.

По сравнению с системами отопления с вертикальными стояками, горизонтальные двухтрубные поквартирные системы отопления с разводкой в полу имеют ряд преимуществ, главным образом с точки зрения службы эксплуатации и с точки зрения владельцев квартир. Так, поквартирная система позволяет службе эксплуатации отключить только одну квартиру, например, в случае аварии или при необходимости ремонта или замены отопительных приборов. Систему отопления отдельно взятой квартиры можно легко отрегулировать независимо от других квартир. Кроме того, данная схема не критична к проблеме несанкционированного переустройства систем отоп-ления внутри квартир (замене приборов и термостатов).

Независимость разводки от других квартир предполагает возможность индивидуального проектирования отопления каждой квартиры в зависимости от пожелания владельца данной квартиры. Поквартирная система отопления при необходимости может быть легко оборудована поквартирными теплосчетчиками, что позволяет перейти на оплату фактически потребленной тепловой энергии по показаниям данных теплосчетчиков. Сама по себе установка теплосчетчиков не относится к энергосберегающим мероприятиям, однако оплата фактически потребленной тепловой энергии является мощным стимулом, заставляющим жителей проводить в квартире такие мероприятия и устанавливать наиболее экономичные параметры микроклимата. Например, при длительном отсутствии можно понизить температуру воздуха в помещениях до некоторого минимального значения посредством термостатов на отопительных приборах. При существующем в настоящее время положении, когда стоимость тепловой энергии входит в состав квартирной платы, владелец квартиры не заинтересован в экономии энергии; если в квартире очень жарко, будет открыта форточка, но никогда не будет закрыт термостат. То есть в жилых зданиях использование термостатов эффективно только при учете тепла и расчетам за фактически потребленную тепловую энергию.

Применение поквартирных систем отопления, по сравнению с вертикальными, приводит к уменьшению протяженности магистральных труб, которые всегда имеют наибольший диаметр (более дорогие); снижению потерь теплоты в не обогреваемых помещениях, где проложены трубопроводы; упрощению поэтажного и посекционного ввода здания в эксплуатацию.

Используемый в системах отопления терморегулятор состоит из корпуса и термостатического элемента (головки) с рукояткой установки температурного режима и встроенным датчиком, заполненным специальной средой (воском, жидкостью или газовым конденсатом). Изменение объема среды в датчике в зависимости от изменения температуры воздуха в помещении передается на положение штока термостата, в большей или в меньшей мере перекрывающего клапан для прохода теплоносителя в отопительный прибор, изменяя тем самым расход теплоносителя через прибор и его тепловой поток [1].

Перспективным представляется применение на отопительных приборах регуляторов с электрическим управлением. В этом случае на отопительных приборах устанавливаются клапаны с термоэлектрическим нормально открытым (при отсутствии питающего напряжения) приводом. Привод соединяется с электромеханическим или электронным комнатным термостатом – комнатным контроллером. Данный контроллер может осуществлять простейшую функцию поддержания заданной температуры воздуха в помещении, но может быть и более сложным и осуществлять управление расходом теплоносителя в отопительном приборе по достаточно сложной программе. Здесь возможна реализация так называемого прерывистого отопления – временного понижения температуры воздуха в помещениях в часы, когда помещение не используется. Наконец, возможно и применение системы автоматического управления инженерным оборудованием здания, одной из функций которой является регулирование расхода теплоносителя в отопительных приборах.

Согласно исследованиям МНИИТЭП [5], даже в закрытом положении термостата остаточная теплоотдача отопительного прибора составляет около 15 %, а вместе с теплопоступлениями от трубопровода стояка системы, проходящего по комнате, которые возрастают с прикрытием термостатов при отсутс-твии регулирования на вводе, нерегулируемая теплоотдача достигает 50 % от общей. Поэтому индивидуальное авторегулирование теплоотдачи отопительных приборов следует дополнять авторегулированием подачи тепла на отопление на вводе в здание, в том числе и пофасадное, что предусмотрено МГСН 2.01–99. В случае комплексного оборудования системы отопления не только индивидуальными термостатами, но и регуляторами у источника тепловой энергии или в ИТП (для пофасадного регулирования, для программирования режимов отпуска теплоты в отопительный период и т. п.) достигается больший эффект экономии тепловой энергии на отопление – до 25–35 % [1].

Данная величина экономии энергии была подтверждена при реализации комплекса мероприятий по повышению эффективности системы отопления в девятиэтажном жилом доме в Москве в Юго-Восточном административном округе в районе Жулебино. В ходе реализации данного проекта был установ-лен индивидуальный тепловой пункт (ИТП) и комнатные термостаты на отопительных приборах. Кроме того, был выполнен комплекс мероприятий, обеспечивающих нормальное функционирование оборудования, таких как балансировка, учет энергопотребления и т. д. В ходе эксплуатации было установ-лено, что фактическая экономия тепловой энергии составляет 25 %. Такой же комплекс мероприятий реализован в Москве в Центральном административном округе в Басманном районе. Здесь за счет перехода на ИТП и регулирования расхода тепловой энергии посредством термостатов была получена экономия энергии 20–30 % [6].

Рассмотрим два примера расчета экономической эффективности: для регулируемой системы отопления с терморегуляторами прямого действия на каждом отопительном приборе и для регулируемой системы отопления с терморегуляторами на каждом отопительном приборе с электрическим управлением посредством комнатного контроллера. В качестве экспериментального объекта примем 17-этажный (1-й этаж нежилой) двухсекционный 128-квартирный жилой дом, расположенный в Москве, удельный расход тепловой энергии на отопление которого составляет 102 кВт•ч/м².

Оценку экономической эффективности реализации энергосберегающих мероприятий проведем в соответствии с методикой, изложенной в [7, 8]. Срок эксплуатации обоих вариантов энергосберегающих мероприятий принимаем равным 20 годам (Тсл = 20 лет). Согласно [7], принимаем значение нормы дисконта r = 0,10 (10 %). Стоимость тепловой энергии (прогнозную) принимаем равную 0,77 руб./кВт•ч.

При устройстве регулируемой системы отопления с терморегуляторами прямого действия на каждом отопительном приборе на каждый трубопровод, подводящий теплоноситель к радиатору, устанавливается радиаторный терморегулятор прямого действия с термоэлементом. На обратном трубопроводе предусматривается установка запорного радиаторного клапана для обеспечения возможности отключения и демонтажа отдельного прибора без опорожнения всей системы отопления. Для отключения отдельного радиатора и спуска из него воды используется дренажный кран и ручная запорная рукоятка (один комплект на всю систему).

Примем для расчета, что данная система обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление на 15 %. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт•ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 8,4 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении состав-ляет 0,012 тыс. руб./(м² • год).

Перечень необходимого оборудования и его стоимость (единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия) представлены в табл. 1. Расчеты, проведенные по методике, изложенной в [7, 8], дали результаты, приведенные в табл. 2.

Таблица 1 (подробнее) Стоимость оборудования

Таблица 2 (подробнее) Критерии экономической эффективности инвестиций в устройство регулируемой системы отопления с терморегуляторами прямого действия на каждом отопительном приборе

Теперь рассчитаем экономическую эффективность устройства регулируемой системы отопления с терморегуляторами на каждом отопительном приборе с электрическим управлением и комнатными термостатами (комнатными контроллерами).

В этом варианте на каждом трубопроводе, подводящем теп-лоноситель к радиатору, устанавливается клапан с термоэлектрическим нормально открытым (при отсутствии питающего напряжения) приводом. Привод соединяется с электромеханическим комнатным термостатом. На обратном трубопроводе предусматривается установка запорного радиаторного клапана для обеспечения возможности отключения и демонтажа отдельного прибора без опорожнения всей системы отопления. Для отключения отдельного радиатора и спуска из него воды используется дренажный кран и ручная запорная рукоятка (один комплект на всю систему).

Примем, что данная система обеспечивает снижение расхода тепловой энергии на отопление на 25 %. Таким образом, расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 77 кВт•ч/м². Снижение удельного расхода энергии по сравнению с нормативным уровнем составляет 19,0 %. Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении составляет 0,019 тыс. руб./(м² • год).

Перечень необходимого оборудования и его стоимость (единовременные инвестиции в энергосберегающие мероприятия) представлены в табл. 3. Результаты расчета приведены в табл. 4.

Таблица 3 (подробнее) Стоимость оборудования

Таблица 4 (подробнее) Критерии экономической эффективности устройства регулируемой системы отопления с терморегуляторами на каждом отопительном приборе с электрическим управлением и комнатными термостатами

Заключение

Применение регулируемой системы отопления с терморегулятором прямого действия на каждом отопительном приборе выглядит достаточно привлекательным для инвестора: срок окупаемости этого варианта с учетом дисконтирования составляет менее 9 лет. Устройство регулируемой системы отопления с комнатными термостатами, если подходить с чисто экономических позиций, неоправданно: срок окупаемости превышает срок службы оборудования. Однако регулируемая система отопления с комнатными контроллерами обеспечивает больший уровень комфорта, и окончательный выбор того или иного варианта системы отопления должен вестись с учетом этого обстоятельства. Необходимо также учитывать следующие два важных обстоятельства: внедрение энергосберегающих мероприятий дает значимый экономический эффект только в случае их массового применения; оценку экономической эффективности энергосберегающих мероприятий следует проводить с учетом стоимости тепловой энергии на перспективу.

Литература

1. Сасин В. И. Термостаты в российских системах отопления // АВОК. 2004. № 5. C. 64–68.

2. Ливчак В. И. Теплоснабжение жилых микрорайонов города на современном этапе // Энергосбережение. 2005. № 1. C. 46–57.

3. Садовская Т. И. Система поквартирного отопления // Энергосбережение. 2003. № 1. C. 26–28.

4. Колубков А. Н., Никитин С. Г., Шилкин Н. В. Опыт проектирования и эксплуатации поквартирных систем отопления высотных жилых зданий // АВОК. 2005. № 6. C. 10–19.

5. Прижижецкий С. И., Грудзинский М. М. и др. Практика применения термостатов РТД в однотрубных системах отопления // АВОК. 1998. № 6. C. 18–21.

6. Лашкова И. В. О ходе эксперимента по совмещению функций в Басманном районе Москвы // Энергосбережение. 2006. № 6. C. 36–40.

7. Дмитриев А. Н., Ковалев И. Н., Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. М.: АВОК–ПРЕСС, 2005.

8. ПЛ АВОК–7–2005. Положение об экономическом стимулировании проектирования и строительства энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающей продукции. – Введ. 2005–05–12. М.: АВОК–ПРЕСС, 2005.