Энергосбережение и повышение энергоэффективности для объектов социальной сферы

В. Н. Семенов, канд. техн. наук, доцент,

Д. Н. Китаев, канд. техн. наук, доцент,

Т. В. Щукина, канд. техн. наук, доцент,

Д. Ю. Королев, аспирант, ГОУ ВПО ВГАСУ

Сложившаяся ситуация в ЖКХ во многом определяет существующую энергоемкость валового внутреннего продукта России, являющуюся одной из самых высоких в мире. По прогнозам, к 2030 году этот показатель может быть снижен более чем в 2 раза [1, 2]. При активных и планомерных действиях в обозначенном направлении может быть достигнута конкурентоспособность технологических разработок, так необходимая для инновационного прорыва экономики России. Но для этого, прежде всего, следует повысить эффективность использования ресурсов, в частности, привести здания и сооружения, в том числе проектируемые и возводимые, а также коммунальную инфраструктуру в соответствие с современными стандартами энергосбережения.

Большинство стран Европы столкнулись с дефицитом энергоресурсов более 30 лет назад. Тогда, как и сегодня в России, одной из первоочередных проблем была чрезмерная энергоемкость ЖКХ. Зарубежные успехи в решении задач энергосбережения показывают, что коммунальные службы могут выйти на новый уровень рентабельности, и в этой ситуации существующий стремительный рост цен на энергоносители на внутреннем рынке станет движущей силой внедрения энергосберегающих мероприятий.

Повышение энергоэффективности предполагает прежде всего первоначальное обследование объектов для выявления основных проблем в системах энергообеспечения и потребления, требующих незамедлительного решения [3]. Целью обследований зданий является оценка эффективности использования ТЭР, определение направлений и возможностей повышения экономного их расходования, а главное – разработка на основе анализа сложившейся ситуации энергосберегающих мероприятий.

В 2010 году в рамках пилотного проекта «Энергоэффективная социальная сфера», проводимого рабочей группой от Комиссии при президенте РФ по модернизации и технологическому развитию экономики России, ГОУ ВПО ВГАСУ участвовал в энергоаудите объектов социальной сферы, расположенных на территории Воронежской области (рис. 1).

Рисунок 1. Объекты социальной сферы, в которых проводился энергоаудит: а) здание школы № 12; б) городская клиническая больница № 2 им. К. Н. Федяевского

Работы проводились в соответствии с существующими методиками энергоаудита и включали в себя визуальный осмотр, контроль технического состояния и условий эксплуатации электро- и теплоэнергетического оборудования, а также изучение соответствующей технической, отчетной и оперативной документаций [4, 5]. В процессе обследования был выполнен необходимый объем инструментальных замеров, проводился опрос, и учитывались замечания руководства, а также технического персонала. Показатели потребления ресурсов для наиболее типичных объектов представлены в табл. 1 и 2. К ним относятся: муниципальные образовательные учреждения – школа № 12 (МОУ школа № 12) и лицей № 1 (МОУ лицей № 1) и муниципальные учреждения здравоохранения – больница № 2 (МУЗ больница № 2) городского округа Воронежа и больница Новоусманского района Воронежской области (МУЗ ЦРБ).

В результате энергоаудита было выявлено, что большинство затрат связано с потреблением тепла и все обследуемые объекты по энергетической напряженности в этом плане можно разделить на три основные группы:

1. Отпускаемое количество тепловой энергии превышает потребление, поэтому понижение температуры воздуха внутри помещений осуществляется с помощью проветривания, что приводит к нерациональному расходу ТЭР;
2. Поступающая тепловая энергия для объекта теплоснабжения приблизительно соответствует потребностям;
3. Тепловой энергии не хватает для поддержания допустимых параметров внутреннего воздуха в помещениях, и при длительном пребывании в них происходит переохлаждение организма человека, что приводит к потере трудоспособности.

Таблица 1 (подробнее) Показатели потребления энергоресурсов на объектах социальной сферы Воронежской области в 2009 году

Таблица 2 (подробнее) Показатели потребления горячей и холодной воды на объектах социальной сферы Воронежской области в 2009 году

Отношение конкретного объекта к одной из перечисленных групп предопределяет рекомендуемые решения по рациональному потреблению энергоресурсов. К ним относятся как понижение, так и увеличение потребления энергии с целью создания требуемых условий эксплуатации объекта в соответствии с санитарно-гигиеническими нормами. Вторая возможная тенденция модернизации предполагает наряду с энергосберегающими мероприятиями, которые должны быть в обязательном порядке разработаны и внедрены, дополнительные расходы на создание нормируемых параметров микроклимата, требуемой освещенности помещений, электропитания современных технических средств и оборудования.

При проведении обследований были обнаружены следующие причины нерационального использования энергоресурсов:

• на объектах, отопление которых производится электроэнергией, применяются электрокотлы, выполненные посредством ручной сборки из имеющихся на момент изготовления в наличии материалов;
• вследствие невозможности обеспечения расчетной тепловой нагрузки котельными при пиковых режимах дополнительно используются электрические отопительные приборы и агрегаты;
• приготовление горячей воды в столовых часто осуществляется местно в электрических водонагревателях;
• здания подключены к трансформаторам, выпущенным в 1950–60-е годы и не имеющим запаса по мощности; установленные трансформаторы работают на максимуме нагрузок;
• применяются физически и морально устаревшие электроприемники, эксплуатирующиеся свыше 40 лет и потребляющие электроэнергии в 1,5–2 раза больше по сравнению с современным оборудованием;
• для освещения используется значительное количество ламп накаливания, люминисцентных светильников старого образца с дроссельным пуском; характерно сильное загрязнение рассеивателей светильников или их отсутствие;
• в большом количестве встречаются угольные котельные малой мощности с физически устаревшим оборудованием и отсутствием химводоподготовки; потери теплоты в котельных многократно превышают допустимые нормы (рис. 2);
• неплотности в оконных переплетах и в конструкциях входных дверей приводят к существенным потерям тепловой энергии (рис. 3);
• характерным для тамбуров и переходов является остекление больших площадей, что также вызывает необоснованно высокие теплопотери;
• имеются нарушения циркуляции теплоносителя в системах отопления по причинам недостаточной мощности для обеспечения расчетных температур, засорений и нерациональных конфигураций схем систем, что вынуждает потребителей устанавливать циркуляционные насосы (рис. 4);
• происходят значительные потери водопроводной воды, связанные в основном с неплотностью водоразборной арматуры, изношенностью трубопроводной арматуры и ее нерегулярным обслуживанием.

Рисунок 2. Угольный котел со слоевым сжиганием топлива: а) внешний вид; б) сверхнормативная температура на поверхности обмуровки

Рисунок 3. Теплопотери через конструкцию двери

Рисунок 4. Температурный режим радиаторных узлов системы отопления

В результате анализа данных обследования были разработаны основные мероприятия, направленные на обеспечение рационального использования электрической и тепловой энергии, а также водных ресурсов, которые для большинства объектов имеют общий характер.

Так, для всех потребителей необходимо осуществлять энергосберегающие мероприятия, включающие:

• замену угольных и электрических котлов малой производительности на эффективные газовые котельные установки (на территориях, прилегающих к большинству объектов, в радиусе от 50 до 500 м проходят газопроводы);
• установку автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП);
• утепление наружных строительных ограждений;
• замену остекления на стеклопакеты высокого качества;
• утилизацию теплоты вентиляционных выбросов;
• модернизацию систем внутреннего освещения;
• применение энергосберегающего светотехнического оборудования, в том числе и нового поколения;
• внедрение нетрадиционных источников энергии;
• установку современной водоразборной и наполнительной арматуры, предотвращающей утечки воды и уменьшающей ее расходы в процессе пользования.

Проведение перечисленных мероприятий для каждой группы объектов приведенной классификации обеспечит: для первой группы – значительную экономию тепловой энергии и быструю окупаемость вложенных средств; для второй – экономию тепловой энергии с длительным периодом окупаемости вложений; для третьей – достижение требуемых параметров воздуха внутри помещений, что приведет к соответствию их современным нормам.

Следует отметить, что модернизация наиболее энергоемких с точки зрения баланса потребления отопительных систем часто проводится не в полной мере. Конечно, замена изношенных труб, запорной арматуры и радиаторов необходима, и совместно с теплоизоляцией здания это позволяет ликвидировать значительную часть потерь теплоты. Однако их сокращение в доме не обеспечит снижения потребления, а лишь приведет к повышению температуры воздуха в помещениях.

Чтобы добиться действительно существенной экономии тепла на уровне 35–45 %, необходимо оптимизировать работу всех элементов внутри отопительной системы.

Первый и самый эффективный шаг в данном направлении – установка автоматизированного ИТП, который позволит корректировать теплопотребление в соответствии с погодными колебаниями и временем суток. Кроме того, ИТП направляет в системы тепло в количестве, необходимом для обеспечения внутренних потребностей здания, на которые также возможно влиять посредством регулирования температуры внутреннего воздуха за счет установки радиаторных терморегуляторов. Не менее важна автоматическая балансировка системы по стоякам или горизонтальным ответвлениям, позволяющая распределить равномерно теплоноситель и поддерживать гидравлическую устойчивость сети. И только весь комплекс мероприятий с установкой приборов учета обеспечит значительное снижение потребления энергии в реальные сроки окупаемости.

Итогом исследований, проведенных в рамках энергоаудита, является разработка пакетов энергосберегающих мероприятий с учетом всех особенностей и приоритетов потребителей, а также сроков их реализации. Использование всего комплекса решений существенно повысит энергоэффективность зданий. Внедрение первоочередных мероприятий по сокращению потерь уменьшит финансовые расходы на используемые ресурсы на 25–30 % при сроке окупаемости в среднем за 6 лет. Темпы развития энергосберегающих технологий и тенденции снижения их себестоимости уже в ближайшем будущем приведут к значительному сокращению объема предоставляемых коммунальных услуг, что положительно отразится на их качестве.

Литература

1. Энергетическая стратегия России на период до 2030 года: распоряжение Правительства РФ от 13 ноября 2009 года № 1715-р.
2. О фонде содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства: Федеральный закон от 21 июля 2007 года № 185-ФЗ // Российская газета. – 2007. – № 4425.
3. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федеральный закон от 23 ноября 2009 № 261-ФЗ // Российская газета. – 2009. – № 5050.
4. Вагин Г. Я. Методика проведения энергетических обследований (энергоаудита) образовательных учреждений / Г. Я. Вагин, Л. В. Дудников и др. – Н. Новгород: НГТУ, 2009. – 188 с.
5. Афонин А. Методика проведения энергетических обследований предприятий и организаций: методические материалы для энергоаудита / А. Афонин [и др.]. – М.: МЭИ, 1999. – 144 с.