Технико-экономическая оценка методов повышения тепловой эффективности зданий на примере внедрения индивидуальных тепловых пунктов

Статья НиколаяВасильевича Шилкина вплотную касается нетолько оптимизации обслуживания и тепловой эффективности зданий, но и описываетсущественную экономию различных ресурсов, а в конечном итоге – финансовыхсредств при переходе от централизованных тепловых пунктов к индивидуальным.

Повышениетепловой эффективности зданий должно быть соотнесено с эффективностьюэкономической. Проблема массового строительства энергоэффективных зданий можетбыть решена только при условии их экономической привлекательности дляинвесторов. Заинтересованность в дополнительных вливаниях в энергосберегающиемероприятия будет у инвестора лишь в том случае, если ему с достаточнойуверенностью может быть гарантирован возврат инвестиций через небольшойпромежуток времени (короткий срок окупаемости) и достаточно привлекательныйдоход за счет экономии энергии.

Л.Д. Богуславский и В. И. Ливчак еще в 1990 г. отмечали [8], что экономия энергии неможет быть самоцелью и целесообразность осуществления любого энергосберегающегомероприятия прежде всего должна быть экономически выгодна снароднохозяйственной точки зрения. В первую очередь следует рассматривать такиемероприятия, для которых не требуется или почти не требуется капитальныхвложений (малозатратные мероприятия).

Задачутехнико-экономической оценки методов повышения тепловой эффективности зданийможно сформулировать следующим образом: оценить эффективностьэнергосберегающего мероприятия с экономической точки зрения в современныхусловиях. Такая оценка подразумевает решение следующих задач: расчет сроковокупаемости инвестиций в энергосберегающие мероприятия, определение дохода засрок эксплуатации энергосберегающего оборудования, выбор наиболее эффективноговарианта инженерного решения, сравнение эффективности инвестиций вэнергосберегающие мероприятия с другими возможностями использования денежныхсредств.

Впоследние годы в нашей стране осуществляется переход на индивидуальные тепловыепункты, которые позволяют обеспечить регулирование и учет теплопотребления накаждом конкретном объекте. Для инвестора большой интерес представляетэкономический результат их внедрения.

Вкрупных городах России теплоснабжение жилых микрорайонов и промышленныхобъектов осуществляется посредством централизованных систем на базетеплофикации. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергииостается наиболее эффективным методом использования топлива в целях отопления игорячего водоснабжения с наименьшими экологическими последствиями. Теплоснабжениеот групповых или автономных (пристроенных или крышных) газовых котельных, атакже от квартирных котлов с закрытой топкой, при достаточно низких капитальныхзатратах, становится неконкурентоспособным при сосредоточенной тепловойнагрузке в связи с отсутствием протяженных сетей теплоснабжения и относительнонизкой стоимостью топлива (стоимость электроэнергии при выработке поконденсационному циклу в 2–2,5 раза больше, чем при тепловом потреблении). Наотдельных удаленных участках застройки сооружение котельной может быть оправданно.Хотя и в этом случае эффективность мероприятия должно быть сопоставлено состроительством мини-ТЭЦ, использующей компактные газотурбинные установки илигазопоршневые двигатели для одновременной выработки тепловой и электрическойэнергии.

Основныминаправлениями регулирования расхода тепловой энергии и совершенствования системцентрализованного теплоснабжения, которые приводят к значительной экономиитепла, являются [3]:

–осуществление автоматического регулирования расхода тепловой энергии как нацентральных тепловых пунктах (ЦТП), так и на вводе в зданиях в индивидуальныхтепловых пунктах (ИТП), то есть автоматизация тепловых пунктов;

–постепенный отказ от ЦТП и перенос оборудования приготовления горячей воды набытовые нужды в здания (переход на ИТП);

–повышение в связи с этим эффективности автоматического регулирования отопления(пофасадное авторегулирование и авторегулирование с коррекцией по температуревнутреннего воздуха, учитывающие индивидуальные особенности здания, оснащениеотопительных приборов термостатами — индивидуальными автоматическимирегуляторами теплового потока).

Рассмотримнекоторые аспекты изменения схемы централизованного теплоснабжения, связанные сотказом от применения ЦТП и внедрением ИТП, в результате чего появляетсявозможность регулирования и учета теплопотребления на каждом конкретномобъекте.

ВРоссии получила широкое распространение система теплоснабжения с ЦТП —групповыми тепловыми пунктами, через которые осуществляется подача тепла поотдельным трубопроводам на отопление и горячее водоснабжение зданий. При этомтребуется обеспечить температуру воздуха в квартирах не ниже минимальнодопустимого уровня (18 °С). При наличии ЦТП часто в случае жалоб населения нанизкую температуру в помещениях не устраняются локальные причины еевозникновения, а увеличивается расход тепловой энергии на все здания,снабжающиеся от данного ЦТП. Это приводит к росту температуры обратной воды,перегрузке головных магистралей и хроническому отставанию в режиме работыконцевых потребителей. В результате тепловые сети работают с превышениемрасчетного расхода воды как минимум на 30–40 %.

Обычносистемы отопления каждого дома или даже секции присоединяются к квартальнымтепловым сетям от ЦТП через элеватор. Основное положительное свойство последнего— обеспечение, во-первых, постоянного коэффициента смешения (эжекции)независимо от изменения температур подаваемой или подмешиваемой воды и,во-вторых, постоянного расхода воды из тепловой сети при неизменном напоренезависимо от изменения расхода воды, циркулирующей в системе отопления. Однакорегулирование отопления посредством термостатов приводит к тому, что воднотрубных системах при закрытии термостатов, из-за сброса горячей воды мимоотопительного прибора, растет температура обратной воды, вследствие чеговозрастает температура воды в подающем трубопроводе и, соответственно,возрастает нерегулируемая теплоотдача трубопроводов стояков системы отопления,что снижает эффективность авторегулирования термостатами. В двухтрубныхсистемах закрытие термостатов приводит к сокращению расхода воды, циркулирующейв системе, но расход сетевой воды, проходящей через сопло элеватора, остаетсянеизменным, что также приводит к росту температуры воды в подающем трубопроводесистемы отопления, а соответственно, и к нерегулируемой теплоотдаче стояков. Чтобыэто предотвратить, необходимо осуществлять автоматическое регулированиетемпературы воды в подающем трубопроводе системы отопления по графику взависимости от наружной температуры в местах подключения систем отопления ктепловым сетям, как это рекомендовано разделом 4 МГСН 2.01-99 [6].

Обязательностьосуществления автоматического регулирования отопления на вводе в здание как всистемах с пофасадным авторегулированием, так и в системах с термостатами; недолговечностьтрубопроводов внутриквартальных сетей горячего водоснабжения; требования всовременных условиях установки приборов учета тепла и воды в каждом здании — всеэти факторы ставят под сомнение необходимость теплоснабжения жилых зданий имикрорайонов в России через групповые тепловые пункты, после которых отдельныездания снабжаются по самостоятельным трубопроводам горячей водой на отопление иводопроводной водой на бытовые нужды, нагретой в теплообменниках, установленныхв ЦТП [3].

Всвязи с указанными обстоятельствами актуальным является переход от ЦТП к ИТП,расположенным в отапливаемом здании. Это решение, помимо повышенияэффективности авторегулирования отопления, позволяет отказаться отраспределительных сетей горячего водоснабжения, а также снизить потери теплапри транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды.Перенос центров приготовления горячей воды на бытовые нужды ближе к месту еепотребления (в здание), ликвидация благодаря этому ЦТП и внутриквартальныхсетей горячего водоснабжения не только повышает качество снабжения горячейводой жителей, но и, как показали расчеты, выполненные еще в 1970-х гг. В. И. Ливчаком[4, 5], оказывается эффективнее ЦТП как по капиталовложениям, так и поэксплуатационным затратам, поскольку в этом случае уменьшаются теплопотери,расход электроэнергии на перекачку и циркуляцию горячей воды, а такжеповышается эффективность авторегулирования отопления. Однако отсутствие в товремя необходимого оборудования (компактные теплообменники, малошумныециркуляционные насосы, приборы авторегулирования и учета тепла) оставили эторешение нереализованным (за исключением нескольких демонстрационных объектов).

АвтоматизированныеИТП в сочетании с индивидуальным автоматическим регулированием теплоотдачиотопительных приборов позволяют полностью осуществить в зданиях мероприятия поэкономии тепла, воды, электроэнергии на перекачку, а также получить снижениезатрат на прокладку трубопроводов систем тепловодоснабжения (особенно при двухзонномводоснабжении). Наличие малошумных циркуляционных насосов, компактныхтеплообменников и приборов авторегулирования подачи и учета тепла позволяютуспешно решить эту задачу. Отказ от ЦТП и управление регулированием подачейтепла на отопление и горячее водоснабжение в ИТП, помимо прочего, приводит ксокращению потерь тепла внутриквартальными теплопроводами и к снижению расходаэлектроэнергии на перекачку теплоносителя.

ПрименениеИТП в Москве инициируется распоряжением премьер-министра правительства Москвы №1172-РП от 24 ноября 1995 г.«О внедрении в строительство моноблочных индивидуальных тепловых пунктов» иМГСН 2.01-99 [6].

Переходна систему теплоснабжения с ИТП целесообразен не только в новом строительстве,но в существующих микрорайонах, где из-за выработки ресурса требуется заменавнутриквартальных сетей и оборудования ЦТП [3]. Подобные решения пореконструкции применены, в частности, в Германии. В восточных землях (бывшаяГДР), где применены аналогичные московским системы теплоснабжения с ЦТП,последние оставляют как водопроводные подкачивающие станции, демонтируятепломеханическое оборудование. Внутриквартальные трубопроводы системы горячеговодоснабжения отключают, а по трубопроводам отопления подают перегретую воду вкаждый дом. В тепловых пунктах зданий устанавливаются теплообменноеоборудование, малошумные насосы, системы авторегулирования и учета тепловойэнергии и воды. Считается, что такое решение, по сравнению с ЦТП имноготрубными сетями от них, дает экономический эффект, оцениваемый в 25 %, повышаетнадежность и комфортность теплоснабжения [2].

Крометого, без сооружения ИТП сложно организовать подомовой учет потребленияхолодной и, особенно, горячей воды, поскольку при теплоснабжении от ЦТПразводящие сети проходят транзитом по зданию в следующие дома с врезкойотдельных стояков в этот транзитный трубопровод. Поэтому для оценки потребленияводы зданием необходимо ставить водосчетчики почти на каждый стояк, включая ициркуляционные, а измерить расход тепла, потребляемого системой горячего водоснабжениякаждого дома, вообще не представляется возможным. При ИТП, когда подготовкагорячей воды осуществляется централизованно для всего дома в теплообменниках,установленных в этом тепловом пункте, для измерения расхода воды, потребляемойсистемой горячего водоснабжения, достаточно установить один водосчетчик, арасход тепловой энергии определяется по разности показаний теплосчетчиков,устанавливаемых на сетевой воде на вводе в ИТП и на воде, поступающей наотопление.

Рассмотримоценку экономической эффективности [1, 7] изменения схемы централизованноготеплоснабжения, связанного с отказом от применения ЦТП и внедрением ИТП, напримере 17-этажного (1-й этаж нежилой), двухсекционного, 128-квартирногоздания, расположенного в Москве, удельный расход тепловой энергии на отоплениекоторого составляет 102 кВт•ч/м2.

Срокэксплуатации ИТП принимаем равным 20 лет (Тсл = 20 лет). Согласно [1],принимаем значение нормы дисконта r = 0,10 (10 %). Стоимость тепловой энергии(прогнозную) принимаем равной 0,77 руб./кВт•ч.

Примем,что отказ от применения ЦТП и переход на ИТП приводит к снижению расходатепловой энергии на отопление на 15 %, и, таким образом, удельный расходтепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт•ч/м2. Снижение затраттепловой энергии в стоимостном выражении (то есть ежегодный среднийдополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срокаэксплуатации энергосберегающих мероприятий) составляет 0,012 тыс. руб./(м2•год)(?Д = 0,012 тыс. руб./(м2•год)).

СтоимостьИТП с учетом монтажа составляет 420 тыс. руб., отсюда величина инвестиций составляет0,058 тыс. руб./м2 (К = 0,058 тыс. руб./м2).

Экономическуюэффективность определим для двух схем использования поступающих доходов:дисконтирование (использование в качестве оборотных средств) и наращение(капитализация, например дача займа под проценты).

Согласно[1], для оценки экономической эффективности инвестиций в энергосберегающиемероприятия необходимо определить следующие критерии (с учетом дисконтированияи наращения):

–срок окупаемости инвестиций,

–чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатацииэнергосберегающих мероприятий,

–индекс доходности инвестиций (отношение полного дохода к величине инвестиций,характеризующее относительную отдачу инвестиционного проекта на вложенныесредства).

Порядокрасчета:

1.Определяем полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь периодэксплуатации энергосберегающих мероприятий:

1.1.Полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатацииэнергосберегающих мероприятий ДДТсл определяется по формуле:

ДДТсл= Д [1 – (1 + r)–Тсл]: r = 0,102 тыс. руб./м2.

1.2.Полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатацииэнергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходовНДТсл определяется по формуле:

НДТсл = Д [(1+r)Тсл – 1] : r = 0,687 тыс. руб./м2.

2.Определяем чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь периодэксплуатации энергосберегающих мероприятий:

2.1.Чистый дисконтированный доход ЧДД определяется по формуле:

ЧДД= Эд – К = 0,044 тыс. руб./м2.

2.2.Чистый доход при наращении (капитализации) всех поступающих доходов ЧНД определяетсяпо формуле:

ЧНД= Энр — К = 0,687 тыс. руб./м2.

3.Определяем срок окупаемости инвестиций:

3.1.Бездисконтный срок окупаемости инвестиций Т0 определяется поформуле:

Т0= К : Д = 4,8 года.

3.2.Срок окупаемости инвестиций с учетом дисконтирования поступающих доходов засчет экономии энергоресурсов Тд определяется по формуле:

Тд = –ln(1 – Т0r): ln(1+r) = 6,9 лет.

3.3.Срок окупаемости инвестиций при наращении (капитализации) поступающих доходовза счет экономии энергоресурсов Тн определяется по формуле:

Тн = ln(1 + Т0r): ln(1+r) = 4,1 года.

4.Определяем индекс доходности инвестиций:

4.1.Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающихдоходов ИДд в течение срока эксплуатации энергосберегающихмероприятий определяется по формуле:

ИДд= ДДТсл : К = 1,761.

4.2.Индекс доходности инвестиций при условии наращения (капитализации) всехпоступающих доходов ИДн в течение срока эксплуатацииэнергосберегающих мероприятий определяется по формуле:

ИДн= НДТсл : К = 11,850.

Схема расчета	Срок окупаемости, лет	Удельный чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий, тыс. руб./м2	Индекс доходности инвестиций
С учетом дисконтирования доходов	6,9	0,044	1,761
С учетом наращения (капитализации) доходов	4,1	0,629	11,850

Таблица 1. Критерии экономической эффективности изменения схемыцентрализованного теплоснабжения, связанного с отказом от ЦТП и внедрением ИТП

Величинаобщего чистого дохода за счет экономии энергоресурсов за весь периодэксплуатации ИТП составляет при дисконтировании и наращении 316,237 и 4520,749тыс. руб. соответственно.

Результатырасчетов показали, что переход на ИТП достаточно эффективен не только с точкизрения энергосбережения, но и выгоден, если рассматривать его с экономическихпозиций. Низкие сроки окупаемости позволяют отнести этот способ экономииэнергии к малозатратным и быстроокупаемым.

Литература:

1.Дмитриев А. Н. и др. Руководство по оценке экономической эффективностиинвестиций в энергосберегающие мероприятия. — М.: АВОК–ПРЕСС, 2005. 7

2.Ливчак В. И. За оптимальное сочетание автоматизации регулирования и учета тепла// АВОК. — 1998. — № 4.

3.Ливчак В. И. Совершенствование систем централизованного теплоснабжения крупныхгородов России // АВОК. — 2004. — № 5.

4.Ливчак В. И., Беляйкина И. В., Крутова И. Н. Об изменении и дополнении главы СНиПII-Г.10-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования» // Водоснабжение и сантехника.— 1983. — № 1.

5.Ливчак В. И., Письман С. И. Оптимальная степень централизации тепловых пунктовв закрытых системах централизованного теплоснабжения // Водоснабжение и сантехника.— 1975. — № 8.

6.МГСН 2.01–99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите итепловодоэлектроснабжению. — М.: НИАЦ, 2000.

7.ПЛ АВОК-7-2005. Положение об экономическом стимулировании проектирования истроительства энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающейпродукции. — М.: АВОК–ПРЕСС, 2005.

8.Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционированиявоздуха : справочное пособие / под ред. Л. Д. Богуславского, В. И. Ливчака. — М.:Стройиздат, 1990.