Л. В. Лаптева, начальник участка эксплуатации и ремонта ООО «Петербург»
В Санкт-Петербурге проводятся работы по диагностированию технического состояния газораспределительных сетей и сооружений на них для выполнения их реконструкции. Вводы газопроводов в жилые здания представляются, на наш взгляд, достаточно важным сооружением для систем газоснабжения жилых зданий. Массовая газификация жилого фонда началась в 50-е годы прошлого столетия. Правила прокладки газопроводов и вводов в дома были различными. За этот период несколько раз изменялись нормативные требования, т. е. СНиПы и устройство «вводов в здания» тоже изменялись. Пока в Ленинграде использовали влажный газ — искусственный, а затем смешанный (искусственный с природным) были подземные вводы через фундамент в подвал. При переходе на природный осушенный газ вводы стали выполнять через стену выше фундамента.
Проводя хронологию нормативной документации, следует отметить, что правила прокладки газопроводов менялись вместе с ними (СНиП II-Г.13-62 Газоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования. СНиП II-Г.13-66 Газоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования. СНиП 11-37-76 Газоснабжение. Внутренние и наружные устройства. СНиП 42-01-2002 Газораспределительные системы. СП 62.13330.2011 Свод правил. Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиПа 42-01-2002…). Это объясняет, почему в С.-Петербурге имеются различные схемы вводов в жилые здания.
Можно отметить принципиальные изменения на сегодняшний день:
— не допускается прокладка газопроводов через фундаменты зданий (кроме оговоренных случаев) и под фундаментами. Не допускаются вводы газопроводов в помещения подвальных и цокольных этажей зданий, кроме вводов газопроводов природного газа и паровой фазы СУГ низкого давления в одноквартирные и блокированные дома;
— следует предусматривать вводы газопроводов в здания непосредственно в помещение, в котором установлено газоиспользующее оборудование, или в смежное с ним помещение, соединенное открытым проемом;
— футляры на выходе и входе газопровода из земли при условии наличия на нем защитного покрытия, стойкого к внешним воздействиям, допускается не устанавливать;
— нет такого пункта, который был в ранних версиях документов: «Прокладка надземных газопроводов по фасадам зданий и устройство открытых цокольных вводов не допускаются. В исключительных случаях надземный газопровод по фасаду здания, только после согласования с органами архитектурного надзора города».
Подвальные вводы газопровода в жилые здания сегодня имеют место быть. Состояние вводов зависит, в большей степени, от состояния подвалов зданий. Нами были проведены исследования состояния и их типы в одном из районов СПб. Исследования показали, что на сегодняшний день есть два типа ввода газопровода в жилые здания: цокольный и подвальный.
Рис.1. Виды цокольных вводов в здание
В свою очередь цокольные вводы можно разделить на:
— цокольный классический (можно увидеть в любой книге по газоснабжению), рис. 1а; в штрабе ограждающей конструкции, рис. 1б; с надземным (настенным) вводом, рис. 1в.
Выход газопровода на лестничной клетке рядом с дверным проемом. Сам ввод не виден, он под землей через фундамент входит в подвал. В таких домах газопровод выходит в парадной из-под пола первого этажа.
Рис. 2. Пример подземного ввода. Вид в подъезде, т.к. снаружи здания трубопроводы скрыты (невидны)
Теперь подземные вводы принято называть бутовыми, это разговорное употребление эксплуатационников вводов газопроводов ниже уровня земли (в т. ч. через наружные ограждающие конструкции). Бутовый камень, фундамент из бутового камня (т. е. — ниже уровня земли), может быть, этим и определяется это словосочетание?
«Надземные газопроводы» — часто употребляемый термин. Вспомним историю нормативных документов: СНиП II-Г.13-62 Газоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования, п. 5 «Условия прокладки газопроводов»:
«Прокладка надземных газопроводов по фасадам зданий и устройство открытых цокольных вводов не допускается. В исключительных случаях надземный газопровод по фасаду здания, только после согласования с органами архитектурного надзора города…» В сегодняшних действующих документах — полная противоположность. Что изменилось? Город, дома, жители.
На рис. 3 представлены фотографии вводов в здания. На фотографиях можно увидеть не только вводы, но и различные способы прокладки надземного газопровода.
Рис. 3. Наружные вводы в здания и прокладка газопровода по стенам здания
Эти трубы не являются украшением наших фасадов, согласитесь. Как вы догадались, это только вид со двора. «Надземный газопровод в приоритете подвальному вводу». Представим один из газифицированных кварталов нашего города с подвальными вводами газопроводов в здания. Реконструируем вводы и проложим газопровод по фасаду. Газопровод будет проходить не только со стороны дворов, но и со стороны главных улиц. В центральных районах города, где много дворцового типа зданий, такие наружные прокладки газопроводов можно только пофантазировать, но не более.
Большая проблема цокольных вводов — это герметизация футляров. Чем только не заполняют пространство между трубой газопровода и футляром — даже песком. К чему приводит плохая герметизация? Это 40–60% утечек газа. «Плохой футляр» не выполняет его основных функций — защиту газопровода (от осадков и механических повреждений), наоборот, является источником утечек газа. Хорошо и правильно герметизированный футляр позволит сохранить газопровод. На рис. 4а показан типовой узел выхода газопровода из земли и устройство футляра (в данном примере, если внимательно посмотреть на пояснение, представлена «герметизация песком» из проекта).
На рис. 4б приведена фотография газопроводов в футлярах, с плохой герметизацией – футляр поднялся над землей. Т.е.что происходит с футляром , если он неправильно герметизирован.Необходимо пересмотреть сегодняшнюю герметизацию футляра газопровода на выходе из земли. Выполнять эти работы, как раньше — заполняя на всю длину футляра промежуток между газопроводом и футляром, затем битумом, а в верхней и нижней его части предусмотреть термоусаживающуюся заглушку (манжету — в виде юбки). Все это доказывает, что эксплуатационники и проектировщики должны обсудить имеющиеся недостатки и разработать новые, усовершенствованные современные типовые альбомы «Узлов ввода газопровода в здание, перехода полиэтиленовой трубы в стальную и выхода газопровода из земли» с учетом особенностей грунта строения зданий СПб. Эти типовые решения должны учесть современные материалы, методы прокладки, разработанные уже стандарты в 2011 году.
Согласно приказу № 560 от 30.12.11 г. «Об утверждении и введении в действие стандарта «СТО ГАЗПРОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ 2.4-2011» Альбом типовых решений по проектированию и строительству (реконструкции) газопроводов с использованием устройства выхода газопровода из земли», существуют разработанные схемы различных устройств выхода газопровода из земли, сокращенно УВГИЗ, в другой литературе УВГЗ. В документе предложенл 24 технических решений УВГИЗ, согласно «Приложению А». В нем также представлены решения УВГИЗ «без футляра», но, к сожалению, не так часто используют, чтобы провести оценку таких устройств, в процессе эксплуатации: его техническое обслуживание, текущий ремонт, капитальный ремонт, техническое диагностирование, в каком объеме будут выполняться необходимые работы и фактический срок службы УВГИЗ. В пункте 8 стандарта изложена эксплуатация этих вводов.
Рис. 4. Типовой узел выхода газопровода из земли
Вокруг УВГИЗ следует предусмотреть отмостку с уклоном не менее 3 см с футляром и 15 см без футляра, для исключения проникновения поверхностных вод через грунт засыпки траншеи.
Рис. 5. Неразъемное соединение между стальной и полиэтиленовой трубой
На сегодняшний день на рынке газового оборудования предлагают цокольные вводы, или так называемое неразъемное соединение между стальной и полиэтиленовой трубой (рис. 5), которое предназначено для создания необходимого перехода подземного наружного газопровода в надземное состояние непосредственно у здания. Это всего лишь часть будущего цокольного ввода (СНиП 42-103-2003).
Для строительства подземного газопровода чаще используются полиэтиленовые трубы. Так где же будем располагать неразъемное соединение полиэтилен-сталь? И нужно ли устанавливать изолирующее соединение? Ответ на второй вопрос хорошо описывается в рекомендациях Академии коммунального хозяйства им. К. Д. Памфилова, ред. 2010 г., но, к сожалению, сейчас ИС устанавливают везде, не вникая в вопрос необходимости его установки и дальнейшей эксплуатации. По нашему мнению, переход полиэтилен-сталь лучше установить на вертикальном участке выше уровня земли (схема приведена на рис. 6).
Рис. 6. Переход полиэтилен-сталь для ввода в здание
В СП 42-103-2003 Проектирование и строительство газопроводов из полиэтиленовых труб и реконструкция изношенных газопроводов представлен цокольный ввод газопровода в здание без установки футляра на выходе газопровода из земли (в стеклопластиковой оболочке):
Рис. 6. Переход полиэтилен-сталь для ввода в здание
или на уровне земли в футляре:
2 — неразъемное соединение полиэтилен-сталь.
При эксплуатации газопроводов составляются маршрутные карты обхода трассы газопровода. Обход трассы наружного (в т. ч. подземного) газопровода стального и полиэтиленового отличается своей периодичностью. Периодичность полиэтиленового газопровода реже стального, поэтому в таком маршруте не должно быть стальных подземных участков газопровода. Проектирование и эксплуатацию нельзя разделить, только общие усилия облегчат и улучшат качество эксплуатации газопроводов.
Вводы газопровода через фундамент — подвальные вводы противоречат сегодняшним нормам. Подходить к вопросу «реконструировать или нет» нужно взвешивая все «за» и «против». Реконструировать подвальные вводы, конечно, нужно. Поставим приоритеты очередности. Мониторинг, диагностика позволят определить ее, и при возникновении такой необходимости будет разработан проект реконструкции ввода. Заказчиком проекта должна быть управляющая компания дома, строительство можно осуществлять за средства города. Обслуживание надземного газопровода проводить на договорной основе с управляющей компанией. Это условие облегчит вопрос покраски газопровода в цвет фасада. Для обеспечения краткосрочного перерыва в газоснабжении потребителя следует вначале осуществить монтаж нового газопровода (по фасаду), а отключение от газоснабжения потребителей производить только на время подсоединения вновь построенного газопровода.
«Безопасность и комфорт потребителям газа» — главная цель эксплуатирующей организации.
Оценку реальных условий эксплуатации осуществляют визуальными и приборными методами.
Визуально оценку производят по следующим основным характеристикам реальных условий эксплуатации газопровода:
— степень потенциальной опасности в зависимости от места проложения газопровода (агрессивность среды, возможность механических повреждений);
— наличие и место расположения футляров на стояке;
— конденсация влаги на газопроводе;
— наличие рядом с газопроводом других инженерных коммуникаций;
— окраска газопровода;
— наличие протечек на стенах и потолке рядом с газопроводом;
— прохождение газопровода через намокающие стены и (или) намокающие перекрытия.
Приборными методами при оценке реальных условий эксплуатации обследуют участки газопровода, проходящие через междуэтажные или межстенные перекрытия, как зоны потенциально наиболее опасные с точки зрения коррозионных повреждений.
Приборными методами оценивают:
— агрессивность воздействия на защитный футляр (или, при его отсутствии, на трубу газопровода) внешней среды — бетона;
— коррозионное состояние поверхности футляра (трубы).
При оценке агрессивности внешней среды в зоне контакта определяются следующие параметры:
— щелочность жидкой фазы бетона;
— содержание в бетоне хлорид-иона;
— влажность бетона.
Оценка коррозионного состояния поверхности газопровода (футляра) проводится путем измерения потенциала стали в зоне контакта с бетоном. Измерения осуществляются коррозиометрами или другими аналогичными приборами.
При проведении оценки реальных условий эксплуатации внутреннего газопровода приборными методами должны применяться специально разработанные и в установленном порядке согласованные методики.
Приборная диагностика внутренних газопроводов
Приборная (инструментальная) диагностика внутренних газопроводов обеспечивает оценку текущего технического состояния газопровода.
Текущее техническое состояние газопровода определяется следующими основными параметрами:
— остаточная толщина стенки труб газопровода;
— напряженно-деформированное состояние газопровода;
— наличие и степень коррозии металла трубы участков газопровода, проходящих в междуэтажных и межстенных перекрытиях;
— качество сварных стыков газопровода;
— дефекты тела трубы газопровода.
При ультразвуковой толщинометрии открытых участков газопровода определяют степень коррозии этих участков. В зависимости от остаточной толщины металла трубы степень коррозионных повреждений можно определять как допустимую и недопустимую. При остаточной толщине более 70% от первоначальной толщины стенки трубы степень коррозионных повреждений считается допустимой. Остаточная толщина менее 70% от первоначальной определяет степень коррозионных повреждений как недопустимую.
Напряженно-деформированное состояние газопровода характеризуется наличием зон с максимальной концентрацией напряжений (МКН) на конкретных участках трубы. Выявление таких участков осуществляется магнитными или другими методами контроля.
Участки газопровода с зонами МКН, как потенциально опасные с точки зрения интенсивности развития процессов коррозии, усталости и ползучести металла, в случае необходимости следует подвергать дополнительному обследованию другими методами.
Применяемая технология контроля участков газопровода, проходящих в междуэтажных перекрытиях или через стены, должна обеспечивать выявление коррозионного состояния этих участков.
При выборе метода и технологии контроля качества стыковых сварных соединений внутреннего газопровода необходимо выбирать те методы и технологии, которые возможно использовать в жилых помещениях и на трубах малого диаметра с толщиной стенки не менее 2 мм.
По результатам приборной диагностики следует провести анализ выявленных повреждений газопровода. Целью анализа является установление текущего технического состояния внутреннего газопровода.
Для прогнозирования развития текущего технического состояния газопровода определяются уровень и причины повреждений, а также закономерности изменения причин повреждений.
Анализ должен включать:
— систематизацию по степени влияния на развитие текущего технического состояния газопровода выявляемых дефектов и повреждений;
— установление механизмов образования и роста обнаруженных повреждений;
— подтверждение отсутствия возможности внезапных отказов (вследствие развития дефектов и повреждений), при которых невозможно прогнозирование остаточного ресурса.
Участки газопровода подлежат безусловному ремонту при обнаружении следующих повреждений:
— остаточная толщина стенки трубы газопровода менее 2 мм;
— язвенные коррозионные повреждения или механические повреждения (каверны) имеют глубину более 30% от толщины стенки трубы газопровода;
— дефекты продольных сварных швов имеют суммарную глубину более 30% от толщины стенки трубы газопровода.
Результаты анализа выявленных повреждений являются основным источником для прогнозирования развития текущего технического состояния газопровода.
Все измерения, проводимые на объекте, заносятся в соответствующие формуляры (прил. 1, формы 1–6, рекомендуемые). После обработки и систематизирования эти данные используются для определения технического состояния системы внутреннего газоснабжения и прогноза (расчета) ее остаточного ресурса.
Определение остаточного ресурса газопровода и разработка рекомендаций по его безопасной эксплуатации
Оценка технического состояния внутреннего газопровода в соответствии принципом «безопасной эксплуатации по техническому состоянию» осуществляется по определяющим параметрам технического состояния газопровода (п. 6.2 настоящего Положения), изменение которых может привести газопровод в неработоспособное состояние.
Окончательный анализ результатов диагностики включает в себя:
— рассмотрение и оценку реальных условий эксплуатации системы;
— установление причин образования и развития обнаруженных дефектов и повреждений, степень их влияния на параметры системы внутреннего газоснабжения;
— оценку параметров технического состояния системы, их соответствие требованиям нормативной и проектной документации.
С учетом выявленных отклонений параметров от нормативных показателей и обнаруженных повреждений устанавливается оценка текущего технического состояния внутреннего газопровода. Одновременно для причин (факторов), вызывающих повреждения (сверхнормативные отклонения параметров), разрабатываются мероприятия (работы), обязательные для их устранения.
По совокупности имеющейся информации и, в первую очередь, исходя из установленных закономерностей изменения доминирующих причин повреждений и изменений параметров выполняется прогноз (расчет) остаточного ресурса системы.
При возможности дискретного контроля параметров технического состояния внутреннего газопровода на основании п. 9.3 РД 09-102-95 допускается применение упрощенного метода прогнозирования остаточного ресурса по основному поврежденному фактору — общая коррозия.
В случае обнаружения каких-либо дефектов и повреждений, остаточный ресурс системы определяется после выполнения владельцем здания ремонтных работ.
После определения остаточного ресурса системы разрабатываются рекомендации о возможности и условиях дальнейшей эксплуатации системы (состав, объемы требуемого ремонта и дополнительный нормативный срок службы).
В соответствии с п. 9.6 РД 09-102-95 продолжительность эксплуатации в границах остаточного ресурса задается как норматив — назначенный ресурс газопровода после установленного п. 3.8.5 «Правил безопасности в газовом хозяйстве» срока службы (30 лет). Минимальный назначенный ресурс внутреннего газопровода составляет три года. В случае невозможности задания ресурса три и более лет должны быть обоснованны необходимость и сроки замены (реконструкции) газопровода.
Замер толщины стенки должен производиться, как правило, ультразвуковыми приборами (с указанием типа прибора) отечественного или импортного производства, прошедшими поверку и обеспечивающими заданную погрешность, указанную в паспорте (инструкции по эксплуатации). Места (точки) замеров толщины стенки наносятся на схемы трубопроводов, а результаты замеров — на схемы или в таблицы. При этом в результаты замеров элементов трубопроводов заносятся наименьшие значения толщины стенки.
Температура окружающего воздуха и контролируемого металла при замерах должна находиться в пределах, указанных в паспорте (инструкции по эксплуатации) прибора.
Поверхность в местах замера толщины стенки ультразвуковыми приборами должна быть освобождена от изоляции, шелушащихся слоев краски, грязи, зачищены без заметных рисок, выпуклостей и углублений. Шероховатость поверхности в местах контакта с ультразвуковым преобразователем должна быть не хуже 40 мкм по ГОСТ 2789.
Традиционно сложилось, что при проектировании авторегулирования теплоотдачи вертикальных систем водяного отопления жилых зданий предусматривается центральное регулирование в индивидуальном тепловом пункте ИТП или автоматизированном узле управления АУУ (при подключении к тепловым сетям централизованного теплоснабжения через ЦТП) и индивидуальное авторегулирование на отопительных приборах с использованием термостатов, а также в последнее время рекомендуется установка балансировочных клапанов в основаниях стояков системы. Казалось бы, все логично, но на практике оказывается неоправданно избыточно. Рассмотрим эту проблему в режиме реальной эксплуатации.
Следует отметить, что человек, система отопления и создаваемый ею тепловой и воздушный режимы в квартире в отсутствие термостатов являются отличной саморегулируемой системой при обеспечении поступления количества теплоты в эту квартиру, как принято в нормах проектирования, в объеме, компенсирующем теплопотери через наружные ограждения и на нагрев вентиляционной нормы наружного воздуха за вычетом бытовых теплопоступлений, на что и рассчитываются системы отопления [1].
При современных герметичных окнах и естественной вытяжной вентиляции в жилых домах окна в закрытом положении не обеспечивают поступления свежего наружного воздуха в объеме нормативного воздухообмена даже в нижних этажах здания [2]. Поэтому, если в систему отопления поступает количество теплоты из расчета нагрева нормативного воздухообмена, а окна закрыты, то повышается температура воздуха в отапливаемых помещениях, она выходит за пределы, воспринимаемые человеком как комфортные, и он вынужден приоткрывать окна, чтобы увеличенным воздухообменом вернуть температуру воздуха в помещении на комфортный уровень. Многолетний опыт подскажет жителю, при какой наружной температуре и при каком направлении и силе ветра, какова должна быть степень открытия окна или форточки, чтобы обеспечить воздухообмен в квартире и желательную температуру воздуха в помещении.
Гигиенисты свидетельствуют, что особенности воздействия микроклимата на человека таковы, что он быстро реагирует на изменение окружающей температуры, а незначительные изменения количества воздуха для вентиляции не так ощутимы для него. Поэтому, если в предыдущем примере будет добавлено регулирующее воздействие в виде термостатов на отопительных приборах, которые по определению должны закрываться при повышении температуры воздуха в отапливаемом помещении, то у жителя не возникает потребности в открывании окон. Но воздухообмен в квартире будет ниже нормативного, вследствие чего повышается влажность воздуха, возможно образование плесени на стенах — отсюда синдром «больных» зданий, которых в европейских странах значительно больше, чем у нас, поскольку жители их более законопослушны, чем мы — не открывают окна, стремятся к экономии энергии и настраивают термостаты на поддержание желательной им температуры воздуха в допустимых нормами пределах.
А наша незаконопослушность выливается в то, что мы не стремимся к экономии теплоты в доме и раскрываем форточки — температура воздуха в помещении понижается, но житель не успевает на это среагировать, поскольку термостат автоматически раскроется, добавив количество теплоты большее, чем необходимо для нагрева нормативного воздухообмена, поскольку отопительные приборы подобраны всегда с запасом. В результате термостаты вызовут перерасход тепловой энергии на отопление.
В связи с этим внедрение термостатов должно быть обусловлено наличием постоянно действующей вентиляции в квартирах в объеме нормативного воздухообмена и наличием устройств, демонстрирующих жителю снижение теплопотребления при правильной настройке термостата, чтобы он понимал, что за таким его действием последует снижение платы за сэкономленную теплоту. А это значит, что квартиры должны быть обеспечены саморегулируемыми приточными клапанами в наружных стенах или оконных переплетах, работающей естественной или гибридной вытяжной вентиляцией и теплораспределителями или другими устройствами, позволяющими жителю оценивать его энергосберегающие действия.
Только при этих условиях термостаты могут принести пользу, выполняя индивидуальные потребности жителей в обеспечении желаемой температуры в отапливаемом помещении, но не превышающей комфортный уровень при нормативном воздухообмене, и сберегая тепловую энергию на отопление в периоды теплопоступлений с солнечной радиацией либо при увеличении внутренних теплопоступлений (например, во время приготовления пищи или выпечки пирогов). Считается, что измерение теплоотдачи отопительного прибора (в условных величинах, по значению которых будет затем распределяться измеренный расход тепловой энергии на отопление всего дома) будет стимулировать жителей к энергосбережению [3].
А пока это не реализовано и жители не прониклись осознанием неотвратимости энергосбережения, не следует форсировать обязательную установку термостатических головок, а передать их в розничную торговлю. Но обязательно в каждом доме следует предусматривать автоматизированный узел управления системой отопления (АУУ), позволяющий оптимизировать подачу теплоты на отопление для достижения максимальной экономии тепловой энергии при обеспечении комфортных условий в жилище. Производители термостатов, подтверждая энергоэкономический эффект от их применения на практике, забывают, что термостаты устанавливают в системах отопления, оборудованных автоматическим центральным регулированием подачи тепла на отопление в зависимости от изменения наружной температуры, и эффект, приписываемый термостатам, на самом деле получается от центрального авторегулирования.
Практика применения термостатов в московском строительстве
Подтверждением того, что в достигнутой экономии за счет наличия АУУ и настройки контроллера и циркуляционного насоса системы отопления на оптимальный режим работы не участвовали термостаты, служат результаты натурных испытаний на домах серии II-18-01/12, приведенные в [4]. На рис. 1 представлен режим работы системы отопления одинаковых домов 57 и 59 по ул. Обручева, оборудованных АУУ, и в системе отопления последнего, кроме термостатов, установлены еще и балансировочные клапаны на стояках и теплораспределители на отопительных приборах.
Рис. 1. Режим работы систем отопления жилых домов серии II-18-01/12 после капитального ремонта, оборудованных АУУ, а в доме 59 дополнительно термостатами и теплораспределителями на каждом отопительном приборе
В верхней части рисунка приведены величины среднечасового за сутки расхода теплоты на отопление обоих домов по измерениям домовыми теплосчетчиками за период декабря 2009 — января 2010 гг. в сопоставлении с требуемым, установленным для поддержания контроллером АУУ на проектный график. В средней части — среднечасовой за сутки расход теплоносителя из тепловой сети в систему отопления, и внизу — среднесуточная температура наружного воздуха.
Как видно из рисунка, в доме 57 АУУ находился в рабочем режиме, и фактический расход теплоты был несколько ниже требуемого, особенно при температурах наружного воздуха выше средней температуры отопительного периода, поскольку контроллер этого дома был настроен на поддержание не проектного графика, как в доме 59 в декабре, а заданного с учетом увеличивающейся доли внутренних теплопоступлений в тепловом балансе дома с повышением наружной температуры [признавая приоритет автора и его 40-летний опыт внедрения этого решения, а также для краткости изложения редакция журнала «АВОК» назвала такую зависимость «графиком Ливчака» («АВОК» № 1, 2014 г.)]. Средний за сутки расход теплоносителя из тепловой сети в систему отопления колебался в пределах 1,2–3,2 т/ч.
В доме 59 до 20.12 АУУ также находился в рабочем режиме, и фактический расход теплоты соответствовал требуемому. Но с 20.12 по 19.01 автоматика АУУ была отключена — это четко видно по резкому увеличению расхода теплоносителя на отопление до максимума с 2,4 до 4,5 т/ч (почти в 2 раза), и расход теплоты, потребляемый системой отопления, вырос на 40–50% по сравнению с требуемым — термостаты не смогли снять этот перегрев. И только когда вновь была включена автоматика на АУУ 19.01, теплопотребление восстановилось до проектного (18–25.12 и 13–16.01 — были нарушения в измерениях расхода теплоты дома 59). Почему же термостаты не стали закрываться при таком колоссальном перегреве?
Такой перегрев помещений здания стал следствием того, что термостаты были оборудованы термостатическими головками с максимальным пределом температурной настройки в 26 °С. Это означает, что при полном открытии термостата (а менталитет российского жителя оказался таков, что он не будет искать промежуточных положений, тем более что терморегуляторы не оцифрованы по градусам температуры) клапан не будет автоматически закрываться, пока температура воздуха в помещении не превысит 26 °С. Естественно, даже самые теплолюбивые жильцы воспринимают такую температуру как избыточную и раскрывают окна, сбрасывая теплоту на улицу. Чтобы предотвратить это, следует ограничить настройку термостатической головки на среднекомфортное значение температуры в 21°С. С учетом коэффициента неравномерности это будет означать поддержание температуры воздуха в помещениях в оптимально комфортном диапазоне 20–22 °С.
Поэтому и в СНиП СП 60.13330.2012 написано очень осторожно:
«6.1.3. …В системах центрального отопления следует предусматривать, как правило, автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов… При этом автоматическое регулирующее устройство должно иметь ограничение диапазона регулирования температуры воздуха в помещении…»
О преимуществах вертикально-однотрубной системы отопления и бесполезности балансировочных клапанов на стояках
Следует заметить, что вертикально-однотрубная система отопления является самой гидравлически устойчивой и малометаллоемкой из всех известных. Даже при работающих термостатах расход теплоносителя через стояки практически не меняется, а правильное распределение теплоносителя по стоякам обеспечивается приемами, рекомендуемыми СНиП при гидравлическом расчете трубопроводов: до 70% потерь давление обеспечивается в стояке и только 30% на общих участках подающего и обратного розливов. При этом установки балансировочных клапанов не требуется и СНиПом не рекомендуется. О некорректности доказательств достижений экономии тепла от применения балансировочных клапанов на стояках в натурных испытаниях на домах серии II-18-01/12 указано в [4].
В секционных жилых домах 2-го и 3-го поколений индустриального домостроения, как и в башнях типа серии II-18-01/12, системы отопления в плане не превышают 30х15 м. Поэтому максимальная длина плеча таких систем (при подводе теплоносителя в центр системы) не превышает 20 м, а количество стояков в отдельной ветке системы не более 5–7 шт., что чрезвычайно мало, чтобы испытывать трудности в распределении теплоносителя. Вот если их было бы на одной ветке в 2 раза больше, тогда бы стоило задуматься, хотя и в этом случае можно отказаться от применения балансировочных клапанов, а перейти на схему попутного движения теплоносителя в разводящих магистралях, к которым подключаются вертикальные стояки (обратная магистраль начинается не с последнего стояка по подаче теплоносителя, а от первого, и кольца через любой стояк системы отопления становятся одинаковыми по длине).
Судить о разрегулировке стояков по несовпадению температуры обратной воды также неправильно, так как вертикально-однотрубные системы отопления проектируют с переменным температурным перепадом. Балансировочные клапаны понадобятся только на ответвлениях секционных систем отопления при питании от одного ИТП нескольких секционных систем, а на стояках в домах типовых серий не нужны.
Объяснять необходимость установки на каждом стояке балансировочных клапанов на случай ошибок, допускаемых при проектировании или монтаже — это по крайней мере несерьезно, и ни в одном нормативном документе нет указаний на необходимость установки дополнительного дорогостоящего импортного оборудования «на случай если». Эти ошибки должны выявляться во время настройки системы отопления до сдачи в эксплуатацию и устраняться.
Основная экономия теплоты от правильной настройки АУУ, и она может быть достигнута в любом эксплуатируемом доме
Должна быть выполнена правильная настройка контроллера АУУ и выбор производительности циркуляционного насоса с учетом установленного запаса в поверхности нагрева отопительных приборов, после сопоставления проектной нагрузки системы отопления и ее расчета в энергетическом паспорте в соответствии со стандартом [1].
Для демонстрации сказанного воспользуемся результатами комплексных испытаний, осуществленных в отопительном сезоне 2009–10 гг. по инициативе Мосгосэкспертизы и мэрии Москвы при поддержке Департамента капитального ремонта жилищного фонда г. Москвы и префектуры ЮЗАО на 8 жилых домах серии II-18-01/12 по адресу ул. Обручева, в которых был выполнен комплексный капитальный ремонт, включающий утепление стен до Rст.пр = 3,06 м2·°С/Вт, замену окон на более герметичные с Rок.пр = 0,55 м2·°С/Вт, замену системы отопления с отопительными приборами, оборудованными термостатами, и устройство автоматизированного узла управления (АУУ) подачи теплоты в систему отопления здания.
Системы отопления заменены летом 2008–09 гг., утепление зданий выполнено: домов 47, 49, 53, 57, 59, 61 — зимой 2008–09 гг., 51 и 63 — зимой 2009–10 гг. На доме 57 по ул. Обручева 18.11.2009 г. была реализована подача теплоты на отопление по расчетной зависимости, описанной выше (в [5] показано, как пришлось при этом перенастраивать контроллер), а в домах 47, 49 и 61 той же серии контроллеры АУУ были включены на поддержание проектного графика температур, в домах 51 и 63 АУУ еще не были установлены, регулирование подачи теплоты осуществлялось в ЦТП, к которому были подключены все перечисленные здания. Результаты измерений теплопотребления системы отопления искомых домов по ул. Обручева с 1 октября по 30 апреля 2010 года при изменении среднесуточной наружной температуры от +12,8 °С до -23,1 °С получены обработкой замеров домовых теплосчетчиков, распечатка которых была предоставлена МОЭК. Дома 53 и 59 исключены из-за сбоев в работе АУУ, описанных в [6].
В соответствии с МГСН 2.01-99 требуемый расчетный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию дома серии II-18-01/12 с учетом проектных значений полученных в результате капремонта сопротивлений теплопередаче наружных ограждений, фактической заселенности дома из расчета 20 м2 площади квартир на человека, соответственно принятой нормой воздухообмена в 30 м3/ч на человека плюс дополнительные 5% на инфильтрацию воздуха в ЛЛУ без пожарных переходов через балкон и удельной величиной бытовых теплопоступлений 17 Вт/м2 площади жилых комнат составил Qот.тр.р = 175,7 кВт. Сюда вошли также потери тепла трубопроводами, проложенными в неотапливаемых помещениях, дополнительные теплопотери через зарадиаторные участки наружных ограждений здания и за счет округления в большую сторону при подборе площади нагрева отопительных приборов, оцениваемые вместе в 11% к общим теплопотерям для зданий башенного типа.
Проектный расчетный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию дома такой серии с учетом 5% надбавки к расчетным теплопотерям здания-башни (из проекта) на потери тепла трубопроводами, проложенными в неотапливаемых помещениях (остальные дополнительные и добавочные теплопотери учтены при подборе площади нагрева отопительных приборов) составили Qот.пр.р = 195,4*1,05 = 205,2 кВт. Соответственно расчетный запас в поверхности нагрева отопительных приборов будет Кзап. = Qот.пр.р/ Qот.тр.р = 205,2/175,7 = 1,17. С учетом этого запаса были пересчитаны расчетные параметры теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления для установления требуемого температурного графика, задаваемого для поддержания контроллеру АУУ дома 57 (подробно, почему в проекте оказался скрытый запас, как рассчитать оптимальный график подачи теплоты и как на поддержание его настроить контроллер, изложено в [1 и 6]).
По результатам измерений построены графики (рис. 2) изменения среднечасового за каждый месяц отопительного периода фактического теплопотребления систем отопления перечисленных зданий в зависимости от разности средних за месяц температур воздуха внутри и снаружи здания согласно рекомендациям ГОСТ 31168-2003.
Рис. 2. Результаты измерения фактического теплопотребления на отопление домов серии II-18-01/12 в Москве по ул. Обручева в отопительном сезоне 2009–10 гг. и расчетные зависимости изменения расхода тепла на отопление Qот, кВт от разности температур внутри и снаружи здания tв – tн, °С (значками результаты измерений: средние за месяц по домам 47, 49, 61, 51, 63 и за несколько суток дома 57; линиями зависимости изменения расхода тепла на отопление: 1 — рас¬четная требуемого расхода; 2 — обобщающая результаты измерения дома 57; 3 — расчетная по проекту; 4 — обобщающая измерения домов 51, 63)
На рис. 2 линией 1 показана расчетная зависимость изменения расхода теплоты на отопление и вентиляцию согласно ГОСТ 31168-2003, удовлетворяющая оптимальному теплопотреблению, построенная по двум реперным точкам со следующими координатами: расходу теплоты равному Qот.тр.р = 175,7 кВт при расчетной температуре наружного воздуха tнр = -26 °С (в координатах tв – tн = 20 – (-26) = 46 °С) и нулевой расход теплоты при tн = 12 °С (tв – tн = 20 – 12 = 8 °С). Линией 3 — проектная зависимость изменения расхода теплоты на отопление и вентиляцию, соответствующая расчетному расходу теплоты равному Qот.пр.р = 205,2 кВт и нулевому расходу теплоты при tн = tв = 18 °С (tв – tн = 20 – 18 = 2 °С), на поддержание которой в соответствии с проектом был настроен контроллер в домах 47, 49, 61. Эта линия совпала с обобщающей зависимостью линейной аппроксимации фактических измерений теплопотребления этих домов на отопление за каждый месяц отопительного периода (указано на рисунке оранжевыми значками), приведенные в табл. 2 по каждому дому (в знаменателе) и отнесенные к одному часу.
Зелеными треугольниками на рис. 2 показаны результаты таких же измерений за меньший период в несколько суток, по возможности с исключением переходных периодов влияния динамических процессов, дома 57, настроенного на оптимальный режим работы, в то же время обеспечивающий поддержание заданной температуры внутреннего воздуха 20 °С и нормативного воздухообмена. Следует отметить, что в зоне поддержания требуемого теплопотребления менее 20% от расчетного автоматика работала неустойчиво, сбиваясь на 2-позиционный режим работы (закрыть-полуоткрыть), что вызывало нарекание жильцов на «холодные батареи», хотя температура внутри помещений не опускалась ниже 21 °С. Стрелкой показано, как после 27.03 при tн = +6 °С вручную контроллер был переведен с оптимального режима работы на проектный.
Фактический расход теплоты на отопление дома 57 аппроксимируется линией 2, которая выше расчетной зависимости, заложенной для поддержания в контроллере, на (186–175,7)*100/ 175,7 = 6%. Как оказалось позже, это было связано с инициативой жильцов по увеличению площади нагрева отопительных приборов сверх проекта, что при использовании в качестве отопительных приборов чугунных радиаторов не вызывает затруднений, так как не требует сварочных работ. Побуждения жителей вполне объяснимы: во-первых, когда у тебя под окном устанавливают меньшее количество секций радиаторов, чем было до ремонта, это справедливо вызывает недоверие, и, во-вторых, очень одиноко смотрятся 2–3 секции радиатора шириной до 0,2 м в нише под окном на кухне, имеющем ширину 1,2–1,5 м, конечно, в этом случае надо ставить прибор с меньшей теплоплотностью.
Но, поскольку увеличение площади нагрева отопительных приборов сверх проекта было выполнено жильцами только отдельных квартир, этот запас нельзя устранить централизованно. Этот перегрев будет иметь место, пока жителей, нарушивших условия совместного проживания, не обяжут восстановить систему общего пользования всего дома, какой является система отопления с отопительными приборами, в проектное состояние.
Линия 4 обобщает показатели фактического теплопотребления домов 51 и 63, в которых еще не были закончены ремонтные работы. В расчетных условиях расчетный расход теплоты на отопление превышал проектное значение домов с выполненным капитальным ремонтом на (290–205)*100/205 = 40%.
Оценка эксперимента по показателю энергоэффективности здания
Перейдем к оценке эксперимента по показателю удельного годового расхода тепловой энергии на отопление, отнесенного к м2 площади квартир, символизирующего энергетическую эффективность многоквартирного дома (табл. 1). Как было сказано выше, нормативное значение в соответствии с требованиями МГСН 2.01-99 составляет 95 кВт·ч/м2, и экспертиза подтвердила, что проект соответствует нормативному требованию. По итоговой строке табл. 1 фактический удельный расход тепловой энергии на отопление дома 57, пересчитанный на нормативный по МГСН 2.01-99 и СНиП 23-02-2003 отопительный период (ГСОП = 4943 °С•сут.) составляет 118 кВт·ч/м2.
Таблица 1. Результаты обработки измерений теплопотребления системами отопления домов серии II — 18- 01/12 в г. Москве по ул. Обручева за отопительный период 2009-2010 гг.
Таблица 1. Результаты обработки измерений теплопотребления системами отопления домов серии II-18-01/12 в г. Москва по ул. Обручева за отопительный период 2009–2010 гг.
Если определять фактическое теплопотребление дома 57 только по периодам работы контроллера без отклонений от заданного режима, то удельный расход тепловой энергии на отопление за нормативный отопительный период составил бы 99,5 кВт·ч/м2. А если еще учесть 6% реального увеличения поверхности нагрева отопительных приборов по сравнению с проектом, зафиксированного соответствующими актами при обходе квартир, то фактическое теплопотребление дома было бы даже ниже норматива. Это убедительно доказывает, что нормируемое значение энергоэффективности на домах типовых серий вполне достижимо. Средний удельный годовой расход тепловой энергии на отопление по 3 домам такой же серии, но подача теплоты в которых выполнялась на проектные параметры, составил 140 кВт•ч/м2 или на (140-95)*100/95 = 47% больше нормативного значения.
Любопытно, что в следующем отопительном сезоне 2010–11 гг. Москомэкспертизу отстранили от продолжения эксперимента, несмотря на то, что она передала документацию на расширение его на все 8 домов, разработала методику настройки контроллеров АУУ и циркуляционных насосов отопления, предложила в качестве расширения эксперимента с целью достижения экономии энергии на горячее водоснабжение перенести узел приготовления горячей воды из ЦТП в жилые дома. Но все тщетно — эксперимент был заброшен. В результате фактический удельный расход тепловой энергии на отопление за 2010–2011 гг. дома 57, пересчитанный на нормативный отопительный период (для корректности сравнения), составил 148 кВт•ч/м2, домов 47, 49, 61 — 182 кВт•ч/м2, домов 51, 63 — 202 кВт•ч/м2.
Температура обратной воды в этих же домах почти везде завышена более чем на 10 °C, что очень много, и подтверждает, что циркуляционные насосы отопления работали на избыточной скорости. В доме 57 вообще непонятно, как работал регулятор: независимо от изменения температуры наружного воздуха от 3,8 до минус 11 °C расход теплоты практически не менялся.
Все это свидетельствует о явном пренебрежении энергосбережением при эксплуатации жилищного фонда города. Это нельзя отнести к случайности, поскольку уже было продемонстрировано в предыдущем отопительном сезоне, как правильной настройкой контроллера АУУ можно достичь расчетной экономии теплоты на отопление.
И это возможно осуществить на любом жилом доме с минимальным энергетическим эффектом в 15–25% независимо от степени утепления дома, а при наличии запаса в поверхности нагрева отопительных приборов на стадии проектирования еще на столько же выше, на сколько процентов оценивается этот запас.
Литература
1. Руководство по расчету теплопотерь помещений и тепловых нагрузок на систему отопления жилых и общественных зданий. Рекомендации НП «АВОК» 2.3. 2012, включенные в стандарт Национального объединения проектировщиков «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания» СТО НОП 2.1-2014. М. 2014 г.
2. Малявина Е. Г., Бирюков С. В., Дианов С. Н. Воздушный режим жилых зданий. Учет влияния воздушного режима на работу системы вентиляции жилых зданий. «АВОК», № 6. 2003.
3. Карпов В. Н. Проблемы внедрения поквартирного учета расхода тепла в системах отопления. «АВОК», № 4. 2012 г.
4. Ливчак В. И. Сомнения в обоснованности энергоэффективности некоторых принципов автоматизации систем водяного отопления. «Новости теплоснабжения», № 6. 2012.
5.Ливчак В. И. Реальный путь повышения энергоэффективности за счет утепления зданий. «АВОК», № 3. 2010 г.
6. Ливчак В. И., Забегин А. Д. Преодоление разрыва между политикой энергосбережения и реальной экономией энергоресурсов. «Энергосбережение», № 4. 2011г.
Теплоснабжение имеет в России большое значение в социальной, экономической, энергетической и экологической сфере. Услугами теплоснабжения пользуется абсолютное большинство населения России как в больших, так и в малых городах, сельских, муниципальных поселениях. Поэтому бесперебойное функционирование системы теплоснабжения является основой обеспечения комфортности среды обитания человека как в производственной, так и в социально-жилищной сферах. Одним из основных приоритетных направлений мониторинга и анализа действующих нормативно-технических документов в этой области является создание открытой, понятной нормативной базы развития отрасли, обеспечивающей надежность, безопасность, экономическую эффективность функционирования всех составляющих звеньев системы.
Система связана со значительным потреблением энергетических и природных ресурсов, существенным влиянием на окружающую среду, связанным со сбросом отработанных вод, продуктов горения, эмиссией вредных выбросов в атмосферу (оксидов азота и «парниковых газов»).
Экономический фактор развития системы связан с противоположными экономическими интересами хозяйствующих субъектов, занятых в сфере теплоснабжения: естественных монополий в лице ресурсоснабжающих организаций и потребителей тепловой энергии.
Анализ отечественной нормативной технической документации показал, что комплекс документов в этой области состоит из блоков:
Нормативно-правовой, законодательной базы:
Схема 1
1. Регулирующей общие требования обеспечения безопасности технологической, пожарной, экологической, энергетической эффективности на уровне федеральных законов, таких как: № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»; № 384-ФЗ «Технический регламент о безопасности зданий и сооружений»; № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов»; № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»; № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности»;
2. Регулирующей экономические взаимодействия участников хозяйственной деятельности в этой сфере: № 35-ФЗ «Об электроэнергетики»; № 69-ФЗ «О газоснабжении; № 190-ФЗ «О теплоснабжении»; Постановления Правительства РФ:
— № 753 «О безопасности машин и оборудования»;
— № 317 «Правила пользования газом»;
— № 162 «Правила поставки газа»;
— № 83 «Правила подключения объектов капитального строительства к инженерным сетям общего пользования»;
Схема 2
— № 154 «О требованиях к системам теплоснабжения»;
— № 18 «Правила установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требования к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов»;
— Нормативные правовые акты, регулирующие область хозяйственно-экономической деятельности, разрабатывались и принимались для развития и определения взаимоотношений естественных монополий ресурсоснабжающих организаций без учета интересов потребителей, практически в традициях Госплана СССР, и не отвечают требованиям развития конкуренции и рыночного механизма развития экономики. Отсюда постоянный рост тарифов, ограничения в использовании новых эффективных технологий, практическое топтание на месте по снижению удельного потребления энергии на единицу продукции, услуг.
Нормативная техническая документация обязательного и добровольного применения в области проектирования и строительства, вошедшая в перечень постановления Правительства № 1521., из которой:
Схема 3
Анализ этих документов позволил представить структурированные схемы этих нормативных документов.
На схеме 1 представлена структурированная схема в области теплоснабжения.
На схеме 2 – в области отопления, вентиляции кондиционирования.
На схеме 3 – в области приготовления и распределения горячей воды.
В составе этих документов можно выделить:
— 9 документов можно выделить как основополагающие в рассматриваемой области;
— 26 документов — для создания нормативных условий проживания, общественной и производственной деятельности людей.
Нормативная техническая документация отраслевого и территориального характера ВСН и ТСН — более 20 документов только в рассматриваемой области. Такая система получила особое развитие после выхода Федерального закона от 27.12.2002 № 184-ФЗ «О техническом регулировании», когда как-то были отменены действия СНиПов.
Отраслевые стандарты Национального объединения строителей и проектировщиков — 20 стандартов;
— АВОК — 24 стандарта.
130 ГОСТов на основное оборудование и вспомогательное оборудование, приборы и устройства, используемые в системе теплоснабжения, отопления и вентиляции.
93 стандарта Национального объединения строителей по строительству, монтажу и наладке систем теплоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования.
Проанализирована большая часть зарубежной нормативной технической документации стран Европы на базе EN и ISO и по 17 систематизированным блокам Соединенных Штатов Америки.
Анализ этих документов показал, что они имеют системный характер, регулирующий на государственном и межгосударственном уровнях вопросы безопасности, надежности, энергоэффективности. Все остальное носит рекомендательный методологический характер добровольного применения. Но эти рекомендации направлены на создание конкурентной среды в интересах потребителей.
Рис. 1
На рисунке представлена схема взаимодействия различных блоков стандартов Европейского союза.
Анализ отечественных документов и изучение обобщения зарубежного опыта в разработке нормативной документации позволил создать иерархическую структуру нормативных документов в области теплоснабжения; отопления, вентиляции, кондиционирования; системы горячего водоснабжения и представить ее по блокам.
По аналогии предлагается и у нас рассматривать такую схему взаимодействия различных блоков.
Все эти блоки, взаимосвязанные по технологическим, экономическим параметрам и функциональным связям в одном или группе зданий, должны завершаться сводом правил по автоматизации менеджмента и мониторинга эксплуатации инженерных систем зданий на основе программных средств и диспетчеризации.
Блоки 1 и 2
Перечень предлагаемых мер в план разработки и утверждения сводов правил и их актуализации на плановый период до 2017 года.
1. Внесение изменений в СП 62.13330 2011* Газораспределительные системы. Актуализированная редакция СНиП 42-01-2002 в части классификации газопроводов с верхней границей низкого давления до 0,01 Мпа.
2. Внесение изменений и согласование с Роспотребнадзором в СанПиН 2.1.4.2496-09 «Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения» в части верхнего предела нагрева горячей воды п. 2.4.
3. Разработка методов расчетов нормируемых расходов водопотребления и стоков для гидравлических расчетов водопроводных сетей с программным обеспечением (Методическое пособие к СП 30.13330 2012 «Внутренний водопровод и канализация зданий. Актуализированная редакция СНиП 2.04.01-85*»).
Блоки 3 и 4
4. СП «Правила проектирования автоматизированных погодозависимых индивидуальных пунктов с разделенными контурами циркуляции отопления и ГВС с количественно-качественным регулированием».
5. СП «Правила проектирования систем автоматического регулирования отпуска тепловой энергии по методу количественного регулирования систем теплоснабжения».
6. Требования к устройствам автоматизации управления инженерными системами зданий (внутреннее теплоснабжение, отопление, вентиляция и кондиционирование).
7. Требования к системам электроснабжения инженерных систем зданий (внутреннее теплоснабжение, отопление, кондиционирование, горячее и холодное водоснабжение).
Блоки 5, 6 и 7
8. Инженерные системы зданий и сооружений внутренние. Правила устройства систем автономной доочистки воды в объеме 15% общего водопотребления только для питьевых нужд.
9. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Устройство систем отопления, горячего и холодного водоснабжения. Общие технические требования.
10. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Испытание и наладка систем вентиляции и кондиционирования воздуха. Правила проведения и контроль выполнения работ.
11. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования. Термины и определения.
12. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Системы воздушного отопления складских зданий. Монтажные и пусконаладочные работы. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ.
13. Инженерные системы зданий и сооружений внутренние. Огнестойкие воздуховоды. Правила проектирования и монтажа, контроль выполнения и требования к результатам работ.
14. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Системы кондиционирования с переменным расходом хладагента. Правила проектирования и монтажа, контроль выполнения, требования к результатам работ.
Блок 8
15. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Устройство холодильных центров. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ.
16. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Устройство теплонасосных систем теплохладоснабжения зданий. Правила, контроль выполнения и требования к результатам работ.
17. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Устройство солнечных систем теплохолодоснабжения и ГВС.
18. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Системы электрического напольного отопления в жилых зданиях. Монтажные и пусконаладочные работы. Правила, контроль выполнения, требования к результатам работ.
Блок 9
19. Музеи, художественные галереи. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха. Общие требования к проектированию и монтажу систем.
20. Инженерные сети зданий и сооружений внутренние. Системы кондиционирования с переменным расходом хладагента. Правила проектирования и монтажа, контроль выполнения, требования к результатам работ.
Для анализа и оценки соответствия требований по проектированию систем теплоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения в смежных отраслях народного хозяйства в зданиях и сооружениях различного назначения с общими требованиями в области теплоснабжения, отопления, вентиляции, кондиционирования и горячего водоснабжения необходим директивный документ, определяющий процедуры таких согласований с организациями-разработчиками таких нормативных технических документов.
15 февраля 2017 года приказом Минстроя России № 98/пр утвержден «Перечень мероприятий, проведение которых в большей степени способствует энергосбережению и повышению энергоэффективности использования энергетических ресурсов, в том числе при капитальном ремонте общего имущества МКД». Покажем, что не все из перечисленных мероприятий могут привести к реальной экономии энергии, и предложим методику оценки энергетической эффективности принятых решений.
Анализ рекомендуемых при капремонте энергосберегающих мероприятий
В отличие от энергосберегающих мероприятий, реализуемых в новом строительстве, где, например, при дополнительном утеплении чердачных или цокольных перекрытий они приводят к уменьшению теплопотерь смежных помещений, и проектировщики учитывают это снижением площади поверхности нагрева отопительных приборов, а соответственно при эксплуатации будет достигнуто сокращение теплопотребления на отопление этих помещений. При капитальном ремонте, если система отопления дома вместе с отопительными приборами не заменяется и не пересчитывается, и в процессе капитального ремонта дополнительно не устанавливаются терморегулирующие клапаны на отопительных приборах (а установка этих клапанов в Перечне рассматривается как дополнительное мероприятие в отличие от утепления перекрытий), то уменьшение теплопотерь приведет только к повышению температуры воздуха в помещениях, где были утеплены перекрытия.
А поскольку система водяного отопления запроектирована единой на весь дом, включая и места общего пользования (вестибюли подъездов, лестнично-лифтовые узлы — ЛЛУ), локальное снижение теплопотерь в отдельных помещениях не позволяет провести сокращение подачи теплоты в эти помещения, поэтому такие мероприятия должны рассматриваться не как энергосберегающие, а как повышающие качество коммунальной услуги по отоплению дома, поэтому внедрять их следует только там, где эта услуга не выполняется полностью.
В Перечне основных мероприятий по повышению теплозащиты ограждающих конструкций из шести предлагаемых такими являются пять: 1. Уплотнение входных дверей в подъезды; 2. Заделка и герметизация межпанельных соединений (швов); 4. Повышение теплозащиты крыши, устройство теплого чердака; 5. Повышение теплозащиты пола чердака; 6. Повышение теплозащиты оконных и балконных дверных блоков ЛЛУ; и все три в Перечне дополнительных мероприятий.
Из реальных энергосберегающих мероприятий остается только одно — «3. Повышение теплозащиты наружных стен до действующих нормативов» (цитирую в кавычках, подчеркивая как обязательное решение «до действующих нормативов», поскольку в предыдущих федеральных документах, за исключением СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий, такого утверждения не было. Еще более энергоэффективным решением является повышение теплозащиты оконных и балконных дверных блоков квартир также «до действующих нормативов», но, поскольку теперь они не являются общедомовым имуществом, при реализации этого мероприятия надо вступать в соглашение с жителями квартир. И напомним, утепление стен должно выполняться на всех фасадах здания, а замена оконных блоков во всех квартирах.
Но для получения энергетической эффективности от реализации двух последних решений необходимо сопровождать их установкой автоматизированного узла управления (АУУ) подачей теплоты на отопление на вводе в дом внутриквартальных сетей отопления (при теплоснабжении от ЦТП или квартальной котельной) и подключения к ним центральной системы отопления (СО). Устройство АУУ включает замену элеватора на циркуляционно-подмешивающий насос с установкой регулирующего клапана, автоматически изменяющего расход воды из тепловой сети в систему отопления по команде контроллера, путем поддержания заданного графика температур теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, в зависимости от изменения температуры наружного воздуха.
Это наименее затратное известное решение [1] не нашло отражения в рассматриваемом Перечне основных мероприятий по модернизации системы отопления, но приводится более дорогое, аналогичное по энергоэффективности: «9. установка (модернизация) ИТП с установкой теплообменника отопления и аппаратуры управления отоплением, с настройкой параметров теплоносителя в системе отопления в зависимости от температуры наружного воздуха», которое в дальнейшем можно назвать АИТП (автоматизированный индивидуальный тепловой пункт). Такое решение нами рекомендуется при модернизации системы горячего водоснабжения — переносе узла приготовления горячей воды из ЦТП в ИТП [2, 3] с установкой теплообменников ГВС (мероприятие 10 основного Перечня) и СО (мероприятие 9 основного Перечня), циркуляционных насосов в местной системе ГВС и СО и аппаратуры управления теплопотреблением системами ГВС и СО.
При этом обязательны основные мероприятия Перечня: 7. Установка коллективного (общедомового) прибора учета тепловой энергии (имеется в виду при вводе в дом тепловых сетей централизованного теплоснабжения и устройстве АИТП — учета общего расхода теплоты на ГВС и СО, и отдельно расхода холодной воды на горячее водоснабжение, по которому определяется теплопотребление на ГВС, а по разности общего расхода и на ГВС — теплопотребление на систему отопления) и 8. Установка коллективного (общедомового) прибора учета горячей воды. В последнем случае имеется в виду, что в дом подводятся отдельно внутриквартальные сети отопления и горячего водоснабжения от ЦТП и устройство АУУ — учет отдельно теплосчетчиками расхода тепловой энергии, потребляемой системой отопления, и тепловой энергии и расхода горячей воды системой горячего водоснабжения.
В отношении обязательности «установки линейных балансировочных вентилей и балансировки системы отопления» (мероприятие 11 основного Перечня) в [4] было показано, что правильное распределение теплоносителя по стоякам обеспечивается при проектировании благодаря рекомендации СНиП при гидравлическом расчете трубопроводов оставлять до 70% потерь давления в стояке и только 30% на общих участках подающего и обратного розливов. При этом установки балансировочных клапанов не требуется в секционных системах отопления жилых домов 2-го и 3-го поколений индустриального домостроения, как и в одноподъездных домах башенного типа, не превышающих в плане 30 х 20 м, и СНиПом не рекомендуется. Максимальная длина плеча таких систем (при подводе теплоносителя в центр системы) не превышает 20 м, а количество стояков на отдельной ветке системы не более 5–7 шт., что чрезвычайно мало, чтобы испытывать трудности в распределении теплоносителя.
Как обеспечить достижение максимальной энергоэффективности
Перед потребителями коммунальной услуги на отопление стоит задача максимального снижения теплопотребления при обеспечении комфортных условий проживания. Однако сравнение только теплопотребления до и после выполнения энергосберегающих решений, как рекомендуется Постановлением Правительства РФ от 17 января 2017 года № 18 «Об утверждении Правил предоставления финансовой поддержки за счет средств государственной корпорации — Фонда содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства на проведение капитального ремонта многоквартирных домов», не дает возможности оценить правильность режима теплопотребления и установить класс энергетической эффективности дома. Даже соответствие фактических температур теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, требуемым значениям (продекларированным теплоснабжающей организацией по температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха) не гарантирует того, что рассматриваемое здание не перегревается.
Как было показано в [5], графики, представленные теплоснабжающей организацией, строятся без учета влияния на них внутренних теплопоступлений исходя из соотношения:
где Qот. станд.тс. — относительный расход тепловой энергии на отопление при текущей температуре наружного воздуха tн для стандартного графика в тепловой сети;
Qот — расход тепловой энергии в единицу времени при текущей температуре наружного воздуха tн;
Qр.пр от — расчетный проектный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоквартирного дома;
tвр — расчетная температура внутреннего воздуха в жилых помещениях квартиры, следует принимать 18 °С, при tнр < –30 °С и для всех tнр после 1995 года tвр = 20 °С;
tнр — расчетная температура наружного воздуха для проектирования отопления — средняя для наиболее холодной пятидневки в течение последних 50 лет, °С. Принимается по СП 131.13330.2013 «Строительная климатология. Актуализированная версия СНиП 23-01-99*» для соответствующего региона и населенного пункта, в котором находится здание (обеспеченностью 0,92). При подключении МКД к существующим сетям теплоснабжения принимается исходя из того, на какую tнр рассчитан температурный график этих сетей.
В действительности внутренние теплопоступления в жилом доме остаются практически постоянными в течение суток. Но с повышением температуры наружного воздуха их доля в тепловом балансе увеличивается и становится тем больше, чем выше соотношение расчетных значений величин внутренних теплопоступлений и расхода тепловой энергии на отопление:
где Qрот.тр. — требуемый расчетный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоквартирного дома, определенный по единой методике, изложенной в [6], кВт;
Qбытр — расчетные внутренние или бытовые теплопоступления, кВт, определяемые в [6].
За счет увеличения доли внутренних теплопоступлений в тепловом балансе МКД с повышением температуры наружного воздуха по формуле (2) при наличии авторегулирования подачи теплоты в АУУ или АИТП можно сократить подачу тепловой энергии на отопление по сравнению со стандартным проектным графиком, строящимся по формуле (1).
Определение величины ожидаемой экономии тепловой энергии
Для нахождения величины экономии тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период от реализации оптимального с учетом всех составляющих теплового баланса квартир графика подачи теплоты в АУУ или АИТП необходимо:
— определить среднечасовой за средние сутки отопительного периода расход теплоты на отопление и вентиляцию в кВт по формулам (1) и (2), подставив в них вместо текущей наружной температуры tн среднюю температуру наружного воздуха за отопительный период. В Москве для зданий, подлежащих капремонту, tнср = –3,1 °C;
— умножить полученные расходы на длительность отопительного периода в часах n = 214 • 24 = 5136 ч, установив тем самым ожидаемые расчетно-нормативные расходы за отопительный период при разных режимах настройки контроллера и, сопоставив их, оценить ожидаемую экономию тепловой энергии на отопление и вентиляцию от перехода на оптимальный режим настройки контроллера при известном соотношении Qрбыт./Qр.трот.
Пример оценки энергоэффективности от установки АУУ и настройки контроллера на поддержание оптимального графика
Рассмотрим задачу оценки энергоэффективности установки АУУ на конкретном примере дома типовой серии II-18–01/12 из [7] с площадью квартир Акв = 3618 м2, жилой площадью Аж = 2496 м2, расчетной тепловой нагрузкой системы отопления до капремонта и после установки АУУ Qрот.тр. = Qрот.пр. = 290 кВт, расчетной величиной бытовых теплопоступлений Qрбыт. = 0,9 • qбыт • Aж • 10-3 = 0,9 • 17 • 2496 • 10-3 = 38,2 кВт, соответственно Qрбыт./Qрот.тр.= 38,2/290 = 0,13.
Рассчитав расчетно-нормативный проектный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период при проектном режиме регулирования по формуле:
Расчетно-нормативный ожидаемый (требуемый) расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период при режиме регулирования посчитаем по формуле:
Расчетно-нормативный проектный расход теплоты завышен по отношению к полученному от перенастройки контроллера регулятора отопления в АУУ или АИТП на оптимальный график подачи теплоты с учетом теплового баланса на 13%:
где Qот(3).пр.год — расчетно-нормативный проектный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период при режиме регулирования по формуле (3);
Qот(4).тр.год — расчетно-нормативный требуемый расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период при режиме регулирования по формуле (4).
С добавлением 4 % экономии от устранения срезки температурного графика из-за необходимости обеспечения заданной температуры горячей воды суммарная экономия тепловой энергии при установке АУУ составит, соответственно, 17% по отношению к определенному по формуле (4).
Требуемый расчетный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоквартирного дома при наличии запаса тепловой мощности СО
Еще бо‘льшая экономия будет достигнута при наличии запаса тепловой мощности в системе отопления (СО) на стадии выполнения проекта, возникающая из-за неоднократного изменения методик расчета систем отопления за последние полвека, по которым то не учитывались теплопоступления от трубопроводов системы отопления, проложенных в отапливаемых помещениях, что создавало запас тепловой мощности, то занижались расходы теплоты на вентиляцию и не учитывались бытовые теплопоступления или учитывались не полностью и т. д. Но особенность этих отклонений заключалась в том, что они одинаково влияли на выбор поверхности нагрева всех устанавливаемых отопительных приборов системы отопления всего здания.
Запас устанавливается по соотношению расчетного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию многоквартирного дома Qрот.пр., взятого из проектной документации или из договора с теплоснабжающей организацией, с требуемым расчетным расходом тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД, определенным по единой методике (Qрот.тр.), изложенной в [6].
Причем при установлении Qрот.пр. следует иметь в виду, что, как правило, у проектировщиков эта величина означает сумму расчетной теплоотдачи подобранных отопительных приборов и трубопроводов к ним в пределах того помещения, где установлен отопительный прибор. Но измерение потребленного расхода теплоты на отопление выполняется на вводе тепловых сетей в дом и включает еще теплопотери трубопроводов системы отопления, проложенных в неотапливаемых помещениях: в техподполье и чердаке, оцениваемые коэффициентом ктп.тр (остальные дополнительные и добавочные теплопотери, принимаемые при расчете системы отопления, учтены при подборе площади нагрева отопительных приборов). Коэффициент ктп.тр принимается равным 1,05 для дома-башни и 1,07 для многосекционного дома.
Тогда проектный расчетный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД (расчетная тепловая нагрузка здания на ОВ) Qрот.пр., пересчитанный из ккал/ч в кВт, будет рассчитываться по формуле:
где Qрот.пр.док — расчетный расход теплоты на отопление из проектной документации, ккал/ч (если этот расход принимается из договора с теплоснабжающей организацией, Qот.дог р, Гкал/ч, то Qот.пр.док р = Qот.дог р ·106/1,15).
Примечание. При установлении проектного расчетного расхода теплоты в систему отопления МКД, проекты которых были выполнены в конце 60-х годов прошлого века, ряд типовых серий был запроектирован с механическим притоком нагретого наружного воздуха в лестничную клетку для создания подпора и предотвращения перетекания воздуха между квартирами через входные двери квартир. В дальнейшем от этого решения отказались, но расчетные нагрузки в документах с учетом притока в ЛЛУ остались. В таком случае для сопоставления с расчетной величиной, полученной по вышеприведенной методике, следует из общего расхода теплоты на дом вычесть нагрев приточного воздуха, но ввести коэффициент на инфильтрацию в ЛЛУ под действием естественного напора, который при наличии лестничной клетки без поэтажных наружных переходов принимается: kинф.ллу = 1,05, а с наружными переходами через балконные двери — kинф.ллу = 1,1.
Так, по проектной документации 4-секционного дома серии 1605АМ-04/12 расчетная нагрузка на отопление записана как 888460 ккал/ч, в том числе на нагрев приточного воздуха 70000 ккал/ч в каждый ЛЛУ, но для сопоставления с расчетной величиной, полученной по вышеприведенной методике, следует из общего расхода теплоты на дом вычесть нагрев приточного воздуха, но ввести коэффициент на инфильтрацию в ЛЛУ под действием естественного напора kинф.ллу = 1,05 и ктп.тр = 1,07. Тогда для дома серии 1605АМ-04/12 будет: Qот р.пр = (888 460 – 4 · 70 000) · 1,05 · 1,07 = 683 600 ккал/ч.
Поделив проектную величину Qрот.пр. на требуемую Qрот.тр., полученную в результате расчета в [6], определяем коэффициент запаса тепловой мощности системы отопления в процессе ее проектирования:
Кзап = Qрот.пр/Qрот.тр. (7)
При выявленном запасе тепловой мощности системы отопления экономия тепловой энергии от перенастройки контроллера регулятора отопления также возрастет. Так, при Кзап, равном 1,2, величина Qот(8).пр.год достигает 938 345 кВт•ч:
[расчет (938 345 – 689 985) • 100 / 689 985 = 36%], здесь 4% не прибавляются, потому что принято, что АУУ был уже установлен ранее.
Реализация этой экономии тепловой энергии в условиях эксплуатации путем установления требуемых в зависимости от температуры наружного воздуха расчетных параметров температур и расхода теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, описана в [7]. Так, например, при запасе поверхности нагрева отопительных приборов Кзап = 1,2 и расчетных температурах теплоносителя без запаса t1p = 95 °C и t2р = 70 °C требуемые значения температур при расчетной для проектирования отопления температуре наружного воздуха будут в подающем трубопроводе системы отопления tр1тp. = 84 °C, а в обратном — tр2тp. = 63 °C.
Энергоэффективность установки АУУ в сочетании с повышением теплозащиты МКД «до действующих нормативов»
С повышением тепловой защиты оболочки здания (или с применением утилизации теплоты вытяжного воздуха для нагрева приточного) процент экономии тепловой энергии от перенастройки контроллера регулятора отопления в АУУ или АИТП на оптимальный график подачи теплоты с учетом теплового баланса возрастет, потому что будет увеличиваться доля бытовых теплопоступлений в этом балансе.
Так, при повышении теплозащиты всех наружных ограждений дома типовой серии II-18-01/12, как рекомендовано до «действующих нормативов» (в настоящее время — в соответствии с табл. 3 СП 50.13330.2012), расчетная тепловая нагрузка системы отопления после капремонта Qот.к.р. р.тр составит 176 кВт [5], а отношение Qбыт.р/Qот.к.р. р.тр = 38,2/176 = 0,22.
Расчетно-нормативный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период при режиме регулирования по формуле (4) с учетом повышения теплозащитыбудет равен Qот(4)к.р.тр.год = Qот.к.р.р.тр ∙ n∙ [(1 + Qбытр/Qот.к.р.р.тр)·(tвр – tнср) / (tвр – tнр) – Qбытр/ Qот.к.р.р.тр] = 176 ∙ 5 136 ∙ [(1 + 0,22) · (20 + 3,1) / (18 + 26) – 0,22] = 380 105 кВт∙ч.
Экономия теплоты от перенастройки контроллера регулятора отопления в АУУ или АИТП на оптимальный график и от повышения теплозащиты до норматива СП 50.13330.2012 по отношению к достигнутому от установки АУУ или АИТП составит в соответствии с формулой (5): Эк = (Qот(3).тр.год – Qот(4)к.р.тр.год) ∙ 100 / Qот(4).тр.год = (781 955 – 380 105) ∙ 100 / 689 985 = 58%.
Сопоставление фактически измеренного теплопотребления на отопление до и после выполнения энергосберегающих мероприятий и оценка степени достижения ожидаемой экономии тепловой энергии
Для такой оценки сначала надо фактическое теплопотребление пересчитать на нормируемый отопительный период Qот.факт.норм.год по формуле:
гдеQот.факт..год — фактическое (измеренное) потребление тепловой энергии на отопление здания (до выполнения капремонта или после), кВт∙ч;
ГСОПнорм — нормативные градусо-сутки отопительного периода, оС∙сут, определяемые по СП 50.13330;
ГСОПфакт= ( −)∙ — фактические градусо-сутки периода измерения, оС∙сут;
— расчетная температура внутреннего воздуха, принимаемая по СП 50.13330 равной 20 оС;
— фактическая температура наружного воздуха, средняя за период измерения;
— фактическая продолжительность периода измерения, сут.
Тогда фактическая экономия от реализации энергосберегающих решений находится путем сравнения измеренного и пересчитанного на нормативный отопительный период фактического расхода теплоты, потребленной системой отопления до выполнения энергосберегающих решений Qот.факт.до.к.р.норм..год и после — Qот.факт.к.р..норм..год. Сопоставление фактически измеренного теплопотребления до капремонта без пересчета на нормативный отопительный период и измеренного после капремонта и пересчитанного на отопительный период предыдущего года неправильно, потому что, во-первых, привязано к какому-то случайному году и поэтому не совсем объективно, а во-вторых, не позволяет проводить сравнение с ожидаемым расчетно-нормативным теплопотреблением, которое определяется для нормативного отопительного периода.
Для оценки правильности режима работы системы отопления и достижения ожидаемой энергоэффективности примененных в процессе капремонта энергосберегающих решений измеренный после реализации энергосберегающих решений и пересчитанный на нормативный отопительный период по формуле (10) фактический расход теплоты системой отопления Qот.факт.к.р..норм..год сравнивается с ожидаемым после проведения капремонта расчетно-нормативным расходом тепловой энергии на отопление и вентиляцию МКД за отопительный период при режиме регулирования по формуле (4) и соответствующем соотношении Qрбыт. /Qрот.тр. Если фактическое потребление системой отопления превышает более чем на 5% ожидаемый расчетно-нормативный расход тепловой энергии на отопление МКД, анализируются причины такого отклонения и намечаются мероприятия по их устранению.
Достоверная длительность периода фактических измерений теплопотребления системы отопления
Не всегда удается выполнить измерения за весь отопительный период, но и измерений в течение двух недель недостаточно, чтобы по ним судить об объеме теплопотребления за весь отопительный период и для получения достоверного значения при пересчете на годовое значение ГСОП.
Оценим, каким должен стать минимальный период измерения по результатам фактического измерения теплопотребления на отопление домов типовой серии II-18-01/12 за каждый месяц отопительного периода (из [3]), представлено в нижеследующей таблице «Пересчет фактического теплопотребления на отопление домов серии II-18-01/12 за месяц в пересчете на нормализованный отопительный период (ГСОП = 4943 градусо-суток), Гкал».
Таблица. Пересчет фактического теплопотребления на отопление домов серии II-18-01/12 за месяц в пересчете на нормализованный отопительный период (ГСОП = 4943 градусо-суток), Гкал.
На примере шести домов одинаковых серий строительства 1972 года, два из которых не подвергались капитальному ремонту (дома 51 и 63, расчетный за каждый месяц и в целом за отопительный период расход теплоты приведен в прилагаемой таблице, колонка 14), а в остальных домах было выполнено утепление стен и чердачного перекрытия, заменены окна на энергоэффективные и установлен автоматизированный узел управления системой отопления (расчетный за месяц расход теплоты приведен в табл., колонка 5), были пересчитаны результаты фактического измерения расхода теплоты на систему отопления каждого месяца отопительного периода (колонки 6, 8, 10, 12, 15 и 17 — Qот.ф.мес) на весь отопительный период через отношение градусо-суток нормативного отопительного периода (для Москвы тех лет — это 4943°С∙сут.) и соответствующего фактическому за месяц — ГСОПф.мес. (колонка 4) по формуле (10). Следует заметить, что в доме 57 контроллер регулятора отопления настроен на оптимальный температурный график с учетом запаса в тепловой мощности замененной системы отопления, а в трех остальных — на проектный режим работы, и поэтому фактическое теплопотребление оказалось выше, чем в доме 57.
Таблица. Результаты пересчета фактического теплопотребления на отопление домов серии II-18-01/12 за месяц на нормативный отопительный период, в Гкал.
Полученные значения расходов теплоты на отопление, пересчитанные с измеренного за месяц на нормативный отопительный период и приведенные к годовому теплопотреблению по каждому дому (Qот.прив.год), (табл., колонки 7, 9, 11, 13, 16 и 18), сравниваются с измеренными значениями «итого за отопительный период» по каждому дому и также пересчитанными на нормативный отопительный период (жирным шрифтом). Те значения, которые не отличаются более чем на ±4% (погрешность измерения теплосчетчиком) от итогового, считаются достоверными.
Анализ таблицы показывает, что совпадение наблюдается только в шести случаях из семи при пересчете с месячных измерений на весь отопительный период для дома 57, в пяти случаях в доме 51, в четырех — в домах 47 и 63, в двух — в доме 61 и в одном случае из семи в доме 49. Следовательно, закономерность отсутствует, и длительность периода измерений в один месяц недостаточна для пересчета этих показаний на весь отопительный период. То же можно сказать о длительности измерения в два месяца. Только длительность измерения в течение трех месяцев подряд, исключая апрель (см. таблицу средние значения за октябрь–декабрь и январь–март в сравнении с «итого за ОП», пересчитанное на нормативный ОП в колонках 7, 9, 11, 13, 16 и 18), удовлетворяют точности пересчета в ±4 % от итогового значения пересчета при измерении в течение всего отопительного периода.
Выводы
При выполнении капитального ремонта МКД в условиях ограниченного финансирования к энергосберегающим мероприятиям, сокращающим энергопотребление на отопление и вентиляцию, относятся в первую очередь установка АУУ системы отопления с настройкой контроллера на оптимальный температурный график и утепление стен фасадов здания с заменой окон на конструкции с более высоким сопротивлением теплопередаче и повышенной герметичностью.
Энергосберегающие мероприятия локального характера, такие как повышение теплозащиты чердачного или цокольного перекрытия и стен техподполья, как и замена окон только в местах общего пользования, заделка швов и герметизация мест сопряжении окон со стенами, не могут создать реальную экономию тепловой энергии (привести к сокращению теплопотребления); они приводят к увеличению температуры воздуха в тех помещениях, где проводится утепление, и должны рассматриваться как повышающие качество коммунальной услуги по отоплению дома, а потому и выполняться только там, где эта услуга не соответствует требуемой.
Контроллер регулятора подачи теплоты в АУУ системы отопления следует настраивать на поддержание температурного графика с учетом увеличения доли внутренних теплопоступлений в тепловом балансе МКД с повышением температуры наружного воздуха, за счет чего сокращается подача тепловой энергии на отопление по сравнению со стандартным проектным графиком (угол наклона температурного графика повышается).
Еще бо’льшая экономия будет достигнута при наличии выявленного запаса тепловой мощности системы отопления на стадии выполнения проекта, определяемого по соотношению расчетной проектной и требуемой тепловой нагрузки системы отопления, за счет перехода при этом на сниженные расчетные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, и пересмотра производительности циркуляционного насоса.
Для достижения максимальной энергоэффективности от внедрения энергосберегающих мероприятий фактическую экономию тепловой энергии на отопление, получаемую по разности теплопотребления до и после их реализации и отнесения каждого из них к нормативному отопительному периоду, надо сравнивать с ожидаемым расчетным теплопотреблением, оценивая степень достижения ожидаемой экономии, анализировать причины такого отклонения, если оно составляет более 5%, и намечать мероприятия по приведению фактического теплопотребления к ожидаемому.
Минимальная длительность измерения фактического теплопотребления для достоверного пересчета на нормативный отопительный период составляет не менее трех месяцев.
Литература
1. Ливчак В. И.Выбор приоритета в авторегулировании теплоотдачи систем отопления жилых зданий. «Инженерные системы» АВОК Северо-Запад, № 1, 2016 г.
2. Ливчак В. И. Вместо замены изношенного оборудования в ЦТП и перекладки сетей горячего водоснабжения — устройство ИТП в зданиях. «Энергосбережение», № 1, 2008 г.
3. Рекомендации Р НП «АВОК» 3.3.1-2009. Автоматизированные индивидуальные тепловые пункты в зданиях взамен центральных тепловых пунктов.
4. Ливчак В. И. Сомнения в обоснованности энергоэффективности некоторых принципов автоматизации систем водяного отопления. «Новости теплоснабжения», № 6, 2012 г.
5. Ливчак В. И. Реальный путь повышения энергоэффективности за счет утепления зданий // АВОК, № 3, 2010 г.
6. СТО НОП 2.1-2014 «Требования к содержанию и расчету показателей энергетического паспорта проекта жилого и общественного здания».
7. Ливчак В. И. Доведение энергоэффективности многоквартирных домов нового строительства до нормируемого значения // Энергосовет, № 2, 2015 г.
Производство чугунных раструбных труб насчитывает более пяти столетий и активно продолжается до настоящего времени. До появления чугунных труб с шаровидным графитом (ВЧШГ) потребители труб из серого чугуна сталкивались с проблемой появления продуктов коррозии и отложений на внутренней поверхности труб, влияющих на величину их гидравлических сопротивлений и пропускную способность. Большая конкуренция на рынке трубной продукции из ВЧШГ стимулирует для швейцарских производителей труб выпуск продукции нового поколения с покрытием внутренней и наружной поверхности труб из полиуретана (PUR). Полиуретан — это полимерный материал, обладающий высокой коррозионной, химической стойкостью и долговечностью, он диэлектричен и морозоустойчив. Поэтому чугунные трубы c таким покрытием обладают свойствами пластмассовых труб — не коррозируют и не обрастают отложениями и преимуществами металлических труб — высокой прочностью, способностью выдерживать большие давления, надежностью и долговечностью. Значение pH транспортируемой по ним среды от 1 до 14.
По допустимому рабочему давлению трубы, согласно европейскому стандарту EN 545:2010, классифицированы на классы: С20, С25, С30, С40, С50, С64, С100, где С — допустимое рабочее давление, бар (кг/см2) [1]. Максимально допустимое рабочее давление в трубопроводе принимают: Pmax = 1,2 C, МПа (бар).
Серийно производятся трубы диаметром: 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 900 и 1000 мм и имеют толщину полиуретанового покрытия для труб диаметром 80÷150 мм — 1,3 мм, а для труб диаметром 200÷1000 мм — 1,5 мм. Наружное покрытие труб — битум на оцинкованное основание труб либо полиуретан на наружную поверхность труб ВЧШГ. Внутреннее покрытие — полиуретан на оцинкованное основание труб.
Отличительной особенностью трубопроводов, проложенных из чугунных труб с полиуретановым покрытием, является их высокая пропускная способность, обеспеченная гладким полиуретановым покрытием.
Проведенные исследования шероховатости внутренней поверхности труб с полиуретановым покрытием внутренней поверхности импортного производства показали их высокую пропускную способность и эффективные гидравлические характеристики [1, 2]. Трубы выпускаются по европейскому стандарту по EN 545:2010 [3].
В таблице 1 представлены характеристики пропускной способности труб и удельных потерь напора по длине по всему сортаменту выпускаемых труб с полиуретановым покрытием внутренней поверхности.
Таблица 1
Номинальный внутренний диаметр труб,dвн, мм
Фактический внутренний диаметр, d_факт_вн
Расход,q, л/с
Удельные потери напора по длине, 1000 i, мм/м
100
104,2
7,0
11,576
125
131,6
9,0
10,936
150
157,6
15,5
8,865
200
207,2
23,0
6,128
250
259,6
36,0
4,661
300
309,8
67,0
3,781
350
361,2
82,0
2,938
400
412,2
99,0
2,313
500
512,8
140,0
1,472
600
614,2
192,0
0,850
700
715,6
250,0
0,771
800
818,0
270,0
0,495
900
919,4
350,0
0,449
1000
1020,8
380,0
0,312
В таблице 2 для сравнения в качестве примера приведена выборка значений гидравлических характеристик трубопровода диаметром 300 мм, PN10 c различным видом материала внутреннего покрытия [1].
Таблица 2
Вид материала покрытия внутренней поверхности
Диаметр условного прохода, dвн, мм
Расход
q, л/сГидравлические характеристики трубопроводасредняя скорость, ν, м/судельные потери напора 1000i, мм/мПолиэтилен300112,01,596,18Полиуретан300112,01,594,77
где, i — удельная потеря напора на трение по длине, мм/м.
Сравнение значений удельных потерь напора для труб с полиуретановым покрытием и труб из полиэтилена показывает, что для труб с полиуретановым покрытием удельные потери напора на 30% меньше значений для напорных полиэтиленовых труб (4,77 < 6,18 на 30%), что позволяет получить снижение энергетических затрат при эксплуатации чугунных трубопроводов с полиуретановым покрытием.
Рис. 1. Стыковое соединение труб
Также достоинством чугунных раструбных труб с полиуретановым покрытием является возможность их монтажа без предварительной подготовки основания под монтируемый трубопровод из щебня и песка. Смонтированный трубопровод обсыпают местным грунтом, а при засыпке скалистыми грунтами требуется обязательное покрытие наружной поверхности труб полиуретаном.
Стыковое соединение труб раструбное — подвижное, одно или двухкамерное, как показано на рис. 1.
Соединение труб производится с помощью специальных монтажных устройств, как показано на рис. 2.
Рис. 2. Монтаж трубопровода
Устройство стыкового узла типа «раструб-втулка», обеспечивает отклонение раструбного и втулочного концов труб до 5–6 градусов, что позволяет производить плавное трассирование трубопровода.
Другим достоинством таких труб является их устойчивость к истиранию — износостойкость, гарантированная сочетанием характеристик полиуретана: эластичности и сопротивления на разрыв. Устойчивость к истиранию регламентирована европейским стандартом EN598, действующим во всех странах мира [4].
На рис. 3 представлены графики стойкости к гидроабразивному износу труб из различных материалов, полученные по данным Технологического университета Дармштадта, Германия, на основании исследований, проведенных по DIN19534.
Рис. 3. Истираемость поверхности труб из различных материалов
Таким образом, высоконапорные чугунные трубы ВЧШГ с полиуретановым покрытием являются трубами последнего поколения, обеспечивающими:
— коррозионную и химическую стойкость к транспортируемым средам (pH 1÷14);
— стойкость к истиранию рабочей внутренней поверхности труб;
— повышенную пропускную способность за счет малых потерь напора на трение по длине;
— экономию электроэнергии при транспортировании различных сред.
Поэтому трубы ВЧШГ с полиуретановым покрытием внутренней поверхности могут использоваться для монтажа трубопроводов систем водоснабжения, канализации, газопроводов, продуктопроводов (гидротранспорт — сырья и продуктов на их основе) и технологических трубопроводах, работающих под большим давлением.
Литература
Продоус О. А. Чугунные трубопроводы для горнодобывающей промышленности. Сборник трудов // Международная научно-техническая конференция «Инновации и перспективы развития горного машиностроения и электромеханики: IPDME-2017» // Санкт-Петербургский горный университет, 2017. — С. 82–84.
Александров В. И., Кибирев В. И. Оценка эффективности применения полиуретановых покрытий гидротранспортных трубопроводов в сравнении со стальными трубопроводами // Журнал «Обогащение руд», издательство: Издательский дом «Руда и металлы». М., 2016. — С. 51–66.
EN 545:2010. Взамен EN 545:2006. МКС 23.040.10; 23.040.40 Версия на английском языке. «Трубы, фитинги, арматура и их соединения из чугуна с шаровидным графитом для водопроводов. Требования и методы испытаний».
EN 598:2007 + A1:2009:E «Трубы, фитинги, арматура из чугуна с включениями шаровидного графита и их соединения для применения в наружных канализационных системах — Требования и методы испытания // Европейский стандарт. 2009.
И. В. Реммеле, руководитель проектов АО «Промэнерго»
О. В. Спиридонова, начальник договорного отдела АО «Промэнерго»
В целях реализации Указов Президента РФ от 07.05.2012 № 596 «О долгосрочной государственной экономической политике» и № 597 «О мероприятиях по реализации государственной социальной политики», в соответствии с которыми для повышения темпов и обеспечения устойчивости экономического роста необходимо создать и модернизировать к 2020 году 25 млн высокопроизводительных рабочих мест и обеспечить указанные рабочие места высококвалифицированными кадрами, АС «Северо-Западный межрегиональный центр АВОК», совместно со специалистами АО «Промэнерго», разработан проект профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения».
В сравнении с другими видами деятельности строительное производство в России является довольно консервативным, медленно поддающимся внедрению новых (нестандартных, инновационных) технологий.
Следует также отметить, что в последнее время государство уделяет немало внимания развитию строительной сферы. Модернизации подвергаются как нормативная база в области строительства (актуализация сводов правил, государственных стандартов, изменения в Градостроительном кодексе и др.), так и технология производства работ. Все чаще поднимаются вопросы энергоэффективности и контроля качества в строительстве.
Действенность проводимых мероприятий подтверждается на практике усовершенствованием технологии строительного производства, применением новых, современных строительных материалов, машин, приборов и другой специализированной техники. В этих условиях возникает потребность в специалистах, способных обеспечить результативную организацию строительного производства.
Поэтому одной из важнейших задач на пути развития отрасли является обеспечение квалифицированными кадрами. Для решения этой задачи необходимо применять не только отечественный, но и зарубежный опыт.
Профессиональный стандарт — это основополагающий шаг на пути становления эффективной системы управления кадровым потенциалом на современном предприятии, позволяющий структурировать профессиональную деятельность работника за счет описания требований к трудовым функциям и качеству их выполнения, исключив при этом дублирование трудовых функций по должностям.
Практика применения профессиональных стандартов позволяет определить квалификационные требования к конкретному специалисту. Определение требований к квалификации дает возможность осуществлять корректную оценку компетенции соискателя при приеме на работу, играет важную роль при повышении квалификации специалистов, способствует профессиональному развитию. Определение требований к квалификации может использоваться при регулировании отношений между работодателями и работниками как на рынке труда, так и непосредственно в организации, кроме того, немаловажной функцией профессионального стандарта является ориентирование системы образования на потребности современного работодателя.
Введение профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» обусловлено необходимостью в создании инструмента для четкого определения и разграничения профессиональных функций в области строительства сетей водоснабжения и водоотведения. Специфика данной деятельности не позволяет описать полную картину взаимоотношений на площадке строительства инженерных сетей, пользуясь стандартами обобщенного характера. Поэтому оптимальным решением части вопросов управления и организации производства специальных строительных работ станет введение профессионального стандарта, нацеленного на конкретную область строительства.
Актуальность профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» обеспечена за счет того, что:
— профессиональный стандарт разработан с учетом мнений и опыта специалистов отрасли;
— профессиональный стандарт по структуре и содержанию приближен к повседневной работе;
— впервые профессиональный стандарт детализирован по квалификационным уровням, трудовым функциям и трудовым действиям с учетом отраслевой специфики.
Профессиональный стандарт организатора производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения может быть использован работодателем для:
— подбора квалифицированного персонала на рынке труда, отвечающего поставленной функциональной задаче;
— определения критериев оценки при выборе персонала;
— обеспечения качества труда персонала и соответствия выполняемых персоналом трудовых функций установленным требованиям;
— обеспечения профессионального роста персонала;
— поддержания и улучшения стандартов качества в организации через контроль и повышение профессионализма работников;
— повышения мотивации персонала к труду в своей организации;
— повышения эффективности, обеспечения стабильности и качества труда.
В соответствии с методическими рекомендациями по разработке профессионального стандарта, в рамках вида профессиональной деятельности «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» в профессиональном стандарте были выделены следующие обобщенные трудовые функции:
Организация работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения на производственном участке, включающая в себя две трудовые функции мастера строительных и монтажных работ: подготовку производственного участка к выполнению работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения и обеспечение выполнения работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения на производственном участке.
Организация производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения, включающая в себя две трудовые функции производителя работ (прораба): подготовку площадки строительства сетей водоснабжения и водоотведения и обеспечение производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения.
Организация производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения на строительном участке, включающая в себя две трудовые функции начальника (строительного) участка, руководителя проекта: руководство производственно-хозяйственной деятельностью на участке строительства сетей водоснабжения и водоотведения и контроль качества, приемка и сдача заказчику результатов выполненных работ на участке строительства сетей водоснабжения и водоотведения.
Разработанные обобщенные трудовые функции представляют последовательность и совокупность связанных между собой трудовых функций, сложившуюся в результате разделения труда при выполнении основных и вспомогательных работ при строительстве сетей водоснабжения и водоотведения. При этом каждая трудовая функция содержит в себе перечень трудовых действий, необходимых умений и знаний, требующихся для выполнения специалистом трудовой функции.
Общественное обсуждение первой редакции профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» прошло 1 марта 2017 года в Москве в рамках XII Международного конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления зданий».
Общественные обсуждения являются необходимым этапом в ходе разработки профессиональных стандартов. В результате подобных обсуждений выявляются слабые места документа, уточняются некоторые термины и определения, поскольку на фоне динамично развивающейся нормативной базы необходимо аккуратно подходить к вопросу терминологии.
В целом первая редакция профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» получила положительные отзывы участников мероприятия. Разработчики приняли во внимание озвученные на обсуждении пожелания и учтут их в последующих редакциях профессионального стандарта.
В целях реализации Указов Президента РФ от 07.05.2012 № 596 «О долгосрочной государственной экономической политике» и № 597 «О мероприятиях по реализации государственной социальной политики», в соответствии с которыми для повышения темпов и обеспечения устойчивости экономического роста необходимо создать и модернизировать к 2020 году 25 млн высокопроизводительных рабочих мест и обеспечить указанные рабочие места высококвалифицированными кадрами, АС «Северо-Западный межрегиональный центр АВОК», совместно со специалистами АО «Промэнерго», разработан проект профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения».
В сравнении с другими видами деятельности строительное производство в России является довольно консервативным, медленно поддающимся внедрению новых (нестандартных, инновационных) технологий.
Следует также отметить, что в последнее время государство уделяет немало внимания развитию строительной сферы. Модернизации подвергаются как нормативная база в области строительства (актуализация сводов правил, государственных стандартов, изменения в Градостроительном кодексе и др.), так и технология производства работ. Все чаще поднимаются вопросы энергоэффективности и контроля качества в строительстве.
Действенность проводимых мероприятий подтверждается на практике усовершенствованием технологии строительного производства, применением новых, современных строительных материалов, машин, приборов и другой специализированной техники. В этих условиях возникает потребность в специалистах, способных обеспечить результативную организацию строительного производства.
Поэтому одной из важнейших задач на пути развития отрасли является обеспечение квалифицированными кадрами. Для решения этой задачи необходимо применять не только отечественный, но и зарубежный опыт.
Профессиональный стандарт — это основополагающий шаг на пути становления эффективной системы управления кадровым потенциалом на современном предприятии, позволяющий структурировать профессиональную деятельность работника за счет описания требований к трудовым функциям и качеству их выполнения, исключив при этом дублирование трудовых функций по должностям.
Практика применения профессиональных стандартов позволяет определить квалификационные требования к конкретному специалисту. Определение требований к квалификации дает возможность осуществлять корректную оценку компетенции соискателя при приеме на работу, играет важную роль при повышении квалификации специалистов, способствует профессиональному развитию. Определение требований к квалификации может использоваться при регулировании отношений между работодателями и работниками как на рынке труда, так и непосредственно в организации, кроме того, немаловажной функцией профессионального стандарта является ориентирование системы образования на потребности современного работодателя.
Введение профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» обусловлено необходимостью в создании инструмента для четкого определения и разграничения профессиональных функций в области строительства сетей водоснабжения и водоотведения. Специфика данной деятельности не позволяет описать полную картину взаимоотношений на площадке строительства инженерных сетей, пользуясь стандартами обобщенного характера. Поэтому оптимальным решением части вопросов управления и организации производства специальных строительных работ станет введение профессионального стандарта, нацеленного на конкретную область строительства.
Актуальность профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» обеспечена за счет того, что:
— профессиональный стандарт разработан с учетом мнений и опыта специалистов отрасли;
— профессиональный стандарт по структуре и содержанию приближен к повседневной работе;
— впервые профессиональный стандарт детализирован по квалификационным уровням, трудовым функциям и трудовым действиям с учетом отраслевой специфики.
Профессиональный стандарт организатора производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения может быть использован работодателем для:
— подбора квалифицированного персонала на рынке труда, отвечающего поставленной функциональной задаче;
— определения критериев оценки при выборе персонала;
— обеспечения качества труда персонала и соответствия выполняемых персоналом трудовых функций установленным требованиям;
— обеспечения профессионального роста персонала;
— поддержания и улучшения стандартов качества в организации через контроль и повышение профессионализма работников;
— повышения мотивации персонала к труду в своей организации;
— повышения эффективности, обеспечения стабильности и качества труда.
В соответствии с методическими рекомендациями по разработке профессионального стандарта, в рамках вида профессиональной деятельности «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» в профессиональном стандарте были выделены следующие обобщенные трудовые функции:
Организация работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения на производственном участке, включающая в себя две трудовые функции мастера строительных и монтажных работ: подготовку производственного участка к выполнению работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения и обеспечение выполнения работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения на производственном участке.
Организация производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения, включающая в себя две трудовые функции производителя работ (прораба): подготовку площадки строительства сетей водоснабжения и водоотведения и обеспечение производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения.
Организация производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения на строительном участке, включающая в себя две трудовые функции начальника (строительного) участка, руководителя проекта: руководство производственно-хозяйственной деятельностью на участке строительства сетей водоснабжения и водоотведения и контроль качества, приемка и сдача заказчику результатов выполненных работ на участке строительства сетей водоснабжения и водоотведения.
Разработанные обобщенные трудовые функции представляют последовательность и совокупность связанных между собой трудовых функций, сложившуюся в результате разделения труда при выполнении основных и вспомогательных работ при строительстве сетей водоснабжения и водоотведения. При этом каждая трудовая функция содержит в себе перечень трудовых действий, необходимых умений и знаний, требующихся для выполнения специалистом трудовой функции.
Общественное обсуждение первой редакции профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» прошло 1 марта 2017 года в Москве в рамках XII Международного конгресса «Энергоэффективность. XXI век. Инженерные методы снижения энергопотребления зданий».
Общественные обсуждения являются необходимым этапом в ходе разработки профессиональных стандартов. В результате подобных обсуждений выявляются слабые места документа, уточняются некоторые термины и определения, поскольку на фоне динамично развивающейся нормативной базы необходимо аккуратно подходить к вопросу терминологии.
В целом первая редакция профессионального стандарта «Организатор производства работ по строительству сетей водоснабжения и водоотведения» получила положительные отзывы участников мероприятия. Разработчики приняли во внимание озвученные на обсуждении пожелания и учтут их в последующих редакциях профессионального стандарта.
А. С. Бондарчук, председатель Комитета по энергетике и инженерному обеспечению Санкт-Петербурга
Ю. В. Юферев, заместитель директора научно-технического центра «Комплексное развитие инженерной инфраструктуры» в Санкт-Петербурге АО «Газпром промгаз»
Л. И. Звездунов, главный специалист научно-технического центра «Комплексное развитие инженерной инфраструктуры» в Санкт-Петербурге АО «Газпром промгаз»
Н. А. Катанаха, начальник отдела энергосбережения и энергоэффективности Управления перспективного развития Комитета по энергетике и инженерному обеспечению Санкт-Петербурга
Нормы федерального и регионального законодательства определяют порядок выбора теплоснабжающей (теплосетевой) организации и заключения договора подключения к системам теплоснабжения, однако практика выявляет существенные барьеры при реализации процедур получения технических условий, заключения и исполнения договоров подключения. В связи с этим застройщики довольно часто решают вопросы подключения без участия системообразующих теплоснабжающих (теплосетевых) организаций, в обход утвержденных схем теплоснабжения и программ комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры. В статье, на примере Санкт-Петербурга, проведен анализ проблем, связанных с выбором системы теплоснабжения для подключения объектов капитального строительства, а также предложены пути их преодоления.
Ключевые слова: система теплоснабжения, теплоснабжающая (теплосетевая) организация (ТСО), договор подключения, схема теплоснабжения, источники тепловой энергии, потребители тепловой энергии, градостроительное развитие, орган местного самоуправления (ОМС), система централизованного теплоснабжения (СЦТ), застройщик, заявитель, исполнитель, инвестиционная программа (ИП), технические условия (ТУ), единая теплоснабжающая организация (ЕТО), тепловая нагрузка, тепловая мощность, жилая и общественно-деловая застройка, радиус эффективного теплоснабжения.
Проблемы, связанные с выбором системы теплоснабжения для подключения объектов капитального строительства
В Санкт-Петербурге ежегодно вводится более трех миллионов квадратных метров жилой и примерно такой же объем общественно-деловой застройки. Так, в 2016 году в Санкт-Петербурге было сдано в эксплуатацию 3,116 млн м2 жилья, что составляет 103,9% от общего объема запланированного ввода. Фактический показатель ввода в 2016 году — на 2,8% выше, чем в 2015 году. В табл. 1 представлены контрольные значения показателя ввода жилой застройки в Санкт-Петербурге на период до 2032 года.
Таблица 1. Контрольные значения показателя ввода жилой застройки в Санкт-Петербурге, млн м² в год
Наименование
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
2031
2032
Ввод жилой застройки
3,0
3,2
3,4
3,7
3,7
3,7
3,7
3,7
3,9
3,9
3,9
3,9
3,9
4,1
4,1
4,1
На поддержание устойчивых темпов градостроительного развития направлено как опережающее развитие систем инженерной (коммунальной) инфраструктуры города, так и совершенствование нормативной базы и процедур, обеспечивающих своевременное и качественное решение вопросов подключения новых потребителей к сетям электроснабжения, водоснабжения, водоотведения, газоснабжения и теплоснабжения.
Санкт-Петербург — это город с высокой степенью централизации систем инженерного обеспечения [1]. Практически полный охват территории города сетями централизованного электроснабжения, газоснабжения, водоснабжения и водоотведения обеспечивает техническую возможность строительства зданий с выбором систем теплоснабжения от централизованных или локальных источников тепловой энергии практически в любой точке города. В итоге складывается ситуация, когда на одних и тех же территориях города одновременно развиваются системы централизованного и системы локального теплоснабжения. Так, количество модульных крышных котельных в Санкт-Петербурге превышает 300 штук с суммарной установленной тепловой мощностью более 320 Гкал/ч [1].
В значительном числе случаев локальные источники теплоснабжения строятся вразрез утвержденной Схеме теплоснабжения Санкт-Петербурга в зонах эффективного теплоснабжения крупных источников тепловой энергии. В связи с этим не всегда выполняются решения Схемы теплоснабжения Санкт-Петербурга, предусматривающей присоединения к системам централизованного теплоснабжения с заключением договоров о подключении между застройщиком и теплоснабжающей (теплосетевой) организацией (далее — ТСО).
Рис. 1. Отражение в целях Схемы теплоснабжения определения «Устойчивое развитие территорий»
месте с тем Схема теплоснабжения является законодательно определенным инструментом государственного планирования развития систем теплоснабжения для обеспечения условий эффективного развития территорий и сбалансирования интересов потребителей, ТСО и органов власти (местного самоуправления) (рис. 1).
Основные условия эффективного развития территорий при определении способов теплоснабжения объектов нового строительства следующие:
Условие 1 — соблюдение принципов градостроительной деятельности в соответствии со статьей 2 Градостроительного кодекса РФ [2], согласно которой необходимо обеспечить:
а) устойчивое развитие территорий на основе территориального планирования и градостроительного зонирования;
б) сбалансированный учет экологических, экономических, социальных и иных факторов.
Условие 2 — соблюдение интересов всех заинтересованных сторон (застройщик, ТСО, потребитель, исполнительные органы государственной власти) в сфере теплоснабжения.
Рис. 2. Условно постоянные расходы централизованной и локальной систем теплоснабжения
Несмотря на то, что к естественно-монопольному виду деятельности законодатель относит только передачу тепловой энергии, существенное снижение издержек, являющееся одним из ключевых признаков естественной монополии (в нашем случае условно-постоянной составляющей стоимости тепловой энергии), по мере увеличения объема производства распространяется на теплоснабжение в целом. Это обусловлено как существенно более высокой стоимостью единицы мощности котельной малой мощности в сравнении с источниками большой мощности, так и существенно меньшим сроком службы (соответственно сроком амортизации) оборудования малых модульных котельных. Вследствие этого условно постоянная составляющая стоимости единицы тепловой энергии в локальных системах малой мощности (до 3–5 МВт) существенно выше, чем в системах централизованного теплоснабжения (рис. 2).
С другой стороны, перевод на локальные источники потребителей, которые в соответствии со Схемой теплоснабжения должны обеспечиваться тепловой энергией в системах централизованного теплоснабжения, ведет к удорожанию тепловой энергии для остальных потребителей вследствие сокращения предусмотренной Схемой теплоснабжения тепловой нагрузки.
Если допустить, что на крупных и мелких источниках достигается одинаковая эффективность использования топлива, то разницу стоимости тепловой энергии для потребителей в централизованных и локальных системах теплоснабжения определит условно-постоянная составляющая затрат — амортизация, стоимость технического обслуживания и ремонта, зарплата эксплуатационного персонала, общехозяйственные расходы ТСО и ряд других статей расходов. В расчете на единицу отпущенной тепловой энергии условно-постоянная составляющая стоимости тепловой энергии снижается при увеличении загрузки и падает при снижении.
Рассмотрим пример, когда в зоне централизованного теплоснабжения источника тепловой энергии установленной тепловой мощностью 50 Гкал/час, с подключенной тепловой нагрузкой 30 Гкал/час, осуществляется строительство перспективного потребителя с тепловой нагрузкой 14 Гкал/час.
В случае подключения перспективного потребителя к централизованной системе теплоснабжения подключенная тепловая нагрузка составит 44 Гкал/час, условно постоянные расходы в стоимости одной Гкал снизятся с 650 руб/Гкал (точка A) до 533 руб/Гкал (точка B). В случае строительства локального источника условно постоянные расходы для перспективного потребителя составят 1231 руб/Гкал (точка С).
Из приведенного примера видно, что неподключение перспективного потребителя к централизованной системе теплоснабжения влечет увеличение для него условно постоянной составляющей стоимости тепловой энергии на 131%, а для потребителя централизованной системы теплоснабжения теряется экономия на 18% условно-постоянных расходов в стоимости тепловой энергии.
Также необходимо отметить, что централизованные системы теплоснабжения эксплуатируют крупные специализированные организации, располагающие технической, финансовой и кадровой базой для эффективного поддержания качества и надежности теплоснабжения. Повышенные риски абонентов локальных котельных связаны с недостаточной финансовой устойчивостью небольших ТСО, ограниченным набором специалистов, технических средств эксплуатации и ремонта.
В настоящее время в практике градостроительства по причинам, которые будут рассмотрены ниже, сформировался приоритет решений застройщика, связанных со строительством локальных источников, над долгосрочными интересами остальных сторон, предусматривающих подключение к централизованным системам теплоснабжения, и, как следствие, невыполнение вышеописанных условий 1 и 2. При этом последствия принятого застройщиком решения о строительстве локального источника теплоснабжения для жилого здания при наличии возможности подключения к централизованному источнику теплоснабжения, как правило, ложатся на будущих потребителей и, как следствие, на бюджет Санкт-Петербурга в случае предоставления субсидий на возмещение разницы в тарифах на тепловую энергию, отпускаемую для отопления и горячего водоснабжения многоквартирных (жилых) домов.
Необходимо отметить, что при строительстве социального жилья или объектов социальной сферы за счет бюджетных средств практика создания локальных источников теплоснабжения крайне незначительна и обосновывается требованиями Схемы теплоснабжения.
Таким образом, можно сделать вывод, что застройщику наиболее выгодно строительство локальных систем теплоснабжения, при этом последствия локализации ложатся на бюджет Санкт-Петербурга.
Причины, по которым развитие систем теплоснабжения происходит с отклонением от положений Схемы теплоснабжения
Рис. 3. Порядок выбора ТСО для заключения договора подключения
Алгоритм действий по выбору ТСО и заключению договора подключения, составленный на основании действующих нормативных документов [3] и [4], представлен на рис. 3, 4 соответственно.
К основным причинам, по которым развитие систем теплоснабжения происходит с отклонением от положений Схемы теплоснабжения, связанное с локализацией систем теплоснабжения и невыполнением застройщиком требований Схемы теплоснабжения, относятся:
а) неучастие лиц, планирующих в будущем осуществить подключение к системам теплоснабжения, в актуализации Схемы теплоснабжения;
б) сложный порядок решения вопросов, связанных с подключением объектов строительства к тепловым сетям ТСО, в случае отсутствия в Схеме теплоснабжения необходимых мероприятий;
в) отсутствие ответственности сторон договора о подключении, если в ходе выполнения данного договора выполняются мероприятия, не соответствующие требованиям Схемы теплоснабжения.
Анализ представленных действий показывает, что для решения вопроса подключения в условиях крупного города застройщик может быть вовлечен в процедуру с высокой степенью неопределенности результата и сроков получения положительного решения. В процедуре потенциально могут быть задействованы многочисленные участники: от застройщиков и ТСО до Министерства энергетики России, решениями которого утверждаются Схемы теплоснабжения городов с населением более 500 тысяч человек.
Рис. 4. Порядок заключения договора подключения с ТСО
До настоящего момента при реализации Схемы теплоснабжения Санкт-Петербурга отсутствует практика обращений исполнителя в Министерство энергетики России с предложениями о включении в Схему теплоснабжения мероприятий по обеспечению технической возможности подключения и принятие Министерством энергетики России решения о внесении в Схему теплоснабжения или об отказе во внесении в нее таких.
Таким образом, буквальное исполнение действующих нормативных правовых актов при подключении к системам теплоснабжения требует длительных сроков с высоким риском получения отрицательного результата и создает предпосылки обхода процедуры, о чем свидетельствуют факты появления избыточных теплогенерирующих активов в Санкт-Петербурге, не обоснованных в Схеме теплоснабжения.
Другой причиной можно назвать отсутствие ответственности застройщика за принятие решений, последствия которых получают будущие собственники недвижимости и городские власти.
Как показывает практика решения вопросов подключения новых объектов капитального строительства к системам теплоснабжения, для застройщика наиболее существенным является фактор времени. Финансовая нагрузка, связанная с подключением, которая в конечном счете переносится на будущего владельца недвижимости и потребителя тепловой мощности и энергии, для застройщика не так важна, как скорость ввода строящегося объекта. Поэтому «дорого и быстро» для застройщика предпочтительнее, чем «недорого, но долго».
Еще одной причиной, по которой застройщики не придерживаются положений Схемы теплоснабжения, являются низкие пороги входа на рынок локальных систем теплоснабжения для потребителей и операторов рынка. Для потребителей (застройщиков) рынок насыщен предложениями, уровень конкуренции поставщиков высокий, т. е. покупатель может выбрать для себя комфортные условия сделки. Для поставщиков (операторов рынка) предоставлен большой выбор готовых решений, необходимо только организовать проектную работу и инжиниринговые услуги для адаптации готового комплекта, как правило, импортной техники к условиям конкретного здания. Не нужны усилия и средства для создания серьезной производственной базы.
Неготовность крупных ТСО конкурировать за потребителя приводит к тому, что в Санкт-Петербурге формируется сектор стихийного развития систем теплоснабжения, ориентированный исключительно на обслуживание краткосрочных интересов застройщиков вопреки долгосрочным интересам потребителей тепловой энергии. Появилась практика заключения отдельными организациями сектора стихийного развития систем теплоснабжения договоров на подключение к источникам тепловой энергии — несуществующим и не предусмотренным Схемой теплоснабжения Санкт-Петербурга и Программой комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры. За этим следует строительство систем теплоснабжения в том числе и в зонах эксплуатационной ответственности действующих ТСО и принуждение городских властей к «узакониванию» свершившихся фактов в инвестиционных программах организаций сектора стихийного развития систем теплоснабжения. Такая практика стала возможной только потому, что организации сектора стихийного развития систем теплоснабжения предлагают застройщикам условия подключения к системам теплоснабжения существенно более выгодные (по времени выполнения и по стоимости), чем те, которые предлагают системообразующие ТСО.
Пути решения проблем, связанных с выбором ТСО при подключении к системе теплоснабжения и заключении договора подключения
Основные принципы формирования регламентов (процедур) определения организации, выполняющей присоединение объектов капитального строительства к системам теплоснабжения:
Безусловное соответствие действующим законам и подзаконным нормативным правовым актам всех положений регламентов (процедур) определения организации, выполняющей присоединение объектов капитального строительства к системам теплоснабжения.
Приоритет обеспечения интересов будущего потребителя тепловой энергии — обеспечение надежности, ценовой доступности, качества теплоснабжения.
Соответствие принимаемых решений положениям Генерального плана Санкт-Петербурга, Схемы теплоснабжения Санкт-Петербурга, Программы комплексного развития систем коммунальной инфраструктуры Санкт-Петербурга.
Обоснованность создания новых генерирующих мощностей. Строительство новых источников только в случае отсутствия технической возможности подключения объектов капитального строительства к действующим источникам тепловой энергии в соответствии с нормами Федерального закона № 190 «О теплоснабжении» [8].
Согласованность по времени и месту действий застройщика, органов власти (местного самоуправления), ТСО с целью обеспечения сроков реализации градостроительных проектов, установленных решениями органов власти.
Организация теплоснабжения объектов капитального строительства и/или реконструкции включает три этапа.
Этап I. Заключение договора о подключении(технологическом присоединении) к системе теплоснабжения (статья 13 п. 1 ФЗ «О теплоснабжении» [8]).
Этап II. Подключение (технологическое присоединение) теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей тепловой энергии к системе теплоснабжения (осуществляется в порядке, установленном законодательством о градостроительной деятельности для подключения (технологического присоединения) объектов капитального строительства к сетям инженерно-технического обеспечения, с учетом особенностей, предусмотренных настоящим Федеральным законом (cтатья 14 п. 1 ФЗ «О теплоснабжении» [8]).
Этап III. Заключение договора теплоснабжения (статья 13 п. 2 ФЗ «О теплоснабжении» [8]). Передача объектов капитального строительства и реконструкции их собственникам.
Порядок подключения к системам теплоснабжения определен в следующих нормативных документах:
а) Правила подключения к системам теплоснабжения [4]. В данных правилах изложены:
— правила выбора ТСО, к которой следует обращаться заинтересованным в подключении к системе теплоснабжения лицам и которая не вправе отказать им в услуге по такому подключению и в заключении соответствующего договора;
— порядок заключения и исполнения договора о подключении;
— особенности подключения при уступке права на использование мощности;
б) Правила определения и предоставления технических условий подключения объекта капитального строительства к сетям инженерно-технического обеспечения [5]. Регулируют отношения между организацией, осуществляющей эксплуатацию сетей инженерно-технического обеспечения, органами местного самоуправления и правообладателями земельных участков, возникающие в процессе определения и предоставления технических условий подключения строящихся, реконструируемых или построенных, но не подключенных объектов капитального строительства к сетям инженерно-технического обеспечения (далее — технические условия), включая порядок направления запроса, порядок определения и предоставления технических условий, а также критерии определения возможности подключения.
Учитывая вышесказанное, необходимы меры, как по совершенствованию правоприменительной практики, так и по совершенствованию нормативной правовой базы, регулирующей вопросы подключения объектов капитального строительства к системам теплоснабжения.
Предлагаемые пути решения проблем, связанных с выбором ТСО при подключении к системе теплоснабжения.
А. Повышение роли Схемы теплоснабжения как документа, определяющего все схемные решения по подключению объектов капитального строительства к системам теплоснабжения.
Осуществляется путем обеспечения условий для участия в процессе разработки и актуализации Схемы теплоснабжения всех организаций, планирующих и осуществляющих проекты строительства жилых, общественно-деловых и производственных зданий, требующих подключения к системам теплоснабжения независимо от организационно-правовой формы и формы собственности.
Также должно осуществляться путем полноценного сбора исходных данных от застройщиков, осуществляющих получение разрешительной документации, разработку градостроительной документации, выполнение строительно-монтажных работ и решений по подключению к системам теплоснабжения и газоснабжения.
Б. Построение регламентов процедур подготовки и исполнения решений о подключении объектов капитального строительства к системам теплоснабжения на принципах «единого окна» и обеспечения прозрачности всех этапов прохождения заявки на подключения и выдачи технических условий.
В соответствии с пунктом 8 [4] ТСО, к которой следует обращаться заявителям, определяется в соответствии с зонами эксплуатационной ответственности таких организаций, определенных в схеме теплоснабжения поселения, городского округа.
В нормативных документах по разработке схем теплоснабжения [5, 6, 7, 8] отсутствует понятие «зона эксплуатационной ответственности ТСО», при этом определены следующие понятия [7]:
— «граница эксплуатационной ответственности» — линия раздела элементов источников тепловой энергии, тепловых сетей или теплопотребляющих установок по признаку ответственности за эксплуатацию тех или иных элементов, устанавливаемая соглашением сторон договора теплоснабжения, договора оказания услуг по передаче тепловой энергии, теплоносителя, договора поставки тепловой энергии (мощности) и (или) теплоносителя, а при отсутствии такого соглашения — определяемая по границе балансовой принадлежности;
— «зона деятельности единой теплоснабжающей организации (далее — ЕТО)» — одна или несколько систем теплоснабжения на территории поселения, городского округа, в границах которых ЕТО обязана обслуживать любых обратившихся к ней потребителей тепловой энергии.
В соответствии с [6] в главе 11 Схемы теплоснабжения разработчики при обосновании предложения по определению ЕТО приводят зоны деятельности ЕТО. Вместе с тем зоны деятельности ЕТО определяются только для существующих на момент разработки (актуализации) Схемы теплоснабжения систем теплоснабжения. Будущие объекты в эти описания не включаются.
Для преодоления сложившейся неопределенности целесообразно все заявки на подключение к системам теплоснабжения подавать в орган исполнительной власти (местного самоуправления), отвечающий за подготовку проекта Схемы, который принимает решение о выборе (назначении) ТСО, осуществляющей подключение в соответствии со Схемой теплоснабжения (с учетом решений, изложенных в Схеме в соответствии с представленными выше предложениями).
В. Установление ответственности ТСО за своевременность исполнения договоров подключения как важнейшего условия поддержания темпов градостроительного развития.
Наличие в составе материалов Схемы теплоснабжения решений по подключению к системам теплоснабжения объектов капитального строительства и его согласование ТСО позволяет:
Органу власти принять решение о выборе (назначении) ТСО для осуществления подключения в соответствии с решениями в Схеме теплоснабжения.
Определить объемы, стоимость и сроки выполнения мероприятий по подключению для внесения в инвестиционные программы ТСО и договоры подключения между ТСО и застройщиком.
Литература
Схема теплоснабжения Санкт-Петербурга на период до 2031 года. Утверждена приказом Минэнерго РФ от 16.12.2016 г. № 1330.
Градостроительный кодекс Российской Федерации. Утвержден Федеральным законом от 29 декабря 2004 г. № 190-ФЗ.
«Правила подключения к системам теплоснабжения». Утверждены постановлением Правительства РФ от 16.04.2012 г. № 307.
«Правила определения и предоставления технических условий подключения объекта капитального строительства к сетям инженерно-технического обеспечения», утверждены постановлением Правительства РФ от 13.02.2006 г. № 83.
«Требования к порядку разработки и утверждения схем теплоснабжения». Утверждены Постановлением Правительства РФ от 22.02.2012 № 154.
«Правила организации теплоснабжения». Утверждены Постановлением Правительства РФ от 08.08.2012 № 808.
«Методические рекомендации по разработке схем теплоснабжения». Утверждены приказом Министерства энергетики РФ и Министерства регионального развития РФ от 29 декабря 2012 г. № 565/667.
Федеральный закон «О теплоснабжении» от 27.07.2010 № 190-ФЗ.
В статье представлен обзор данных, представленных в актуализированной редакции Свода правил «Строительная климатология». Обзор выполнен на основании данных, представленных в таблице 3.1* СП 131.13330. Рассчитаны градусо-сутки отопительного периода для всех населенных пунктов, представленных в Своде правил «Строительная климатология». Показаны районы с экстремальными значениями климатологических параметров.
Ключевые слова: здания, проектирование, климат, климатические параметры, отопительный период, градусо-сутки отопительного периода, температура, теплоизоляция, сопротивление теплопередаче.
Введение
Энергопотребление зданий зависит от большого количества факторов: от площади проектируемого здания, его строительного объема, компактности, остекленности фасадов и их ориентации по сторонам света, уровня теплоизоляции наружных ограждающих конструкций, наличия теплопроводных включений в их составе, герметичности наружной оболочки, оснащенности здания приборами учета потребляемых энергоресурсов, эффективности инженерного оборудования, степени его автоматизации, качества управления и даже поведения жильцов [1–7]. Зависит энергопотребление и от климатических характеристик района проектирования и строительства. При прочих равных условиях энергопотребление здания будет тем выше, чем в более холодном климате оно расположено.
В этой связи при проектировании зданий в регионах с более холодным климатом нормами предусмотрено некоторое повышение требуемого сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций:
(1)
где a, b — коэффициенты, значение которых следует определять по данным таблицы 3 СП 50.13330 для соответствующих групп зданий и типов ограждающих конструкций;
При этом градусо-сутки отопительного периода (далее — ГСОП) рассчитываются по формуле:
(2)
где t_в — расчетная температура внутреннего воздуха, °С;
t_от, z_от – средняя температура наружного воздуха, °С, и продолжительность, сут/год, отопительного периода соответственно.
Из соотношения (2) следует, что ГСОП зависят не только от продолжительности отопительного периода, но и от разности температур внутреннего и наружного воздуха. А от величины ГСОП зависит уровень теплоизоляции наружных ограждающих конструкций проектируемого здания: чем больше ГСОП, тем выше требуемые значения сопротивлений теплопередаче. Тем самым для районов с более холодным климатом частично компенсируются потери тепла через ограждения, обусловленные более высокой разностью температур внутреннего и наружного воздуха. Чем выше сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций, тем меньшими будут потери тепла через оболочку и тем меньше потребуется подвести к зданию тепловой энергии для компенсации потерь. Таким образом, градусо-сутки отопительного периода являются основной климатической характеристикой района строительства при расчете ограждающих конструкций.
Температура внутреннего воздуха
В соответствии с требованиями п. 5.2 СП 50.13330 при расчете ограждающих конструкций в качестве температуры внутреннего воздуха принимается минимальное значение оптимальной температуры соответствующих зданий по ГОСТ 30494 (в интервале 20–22 °С). Оптимальные и допустимые нормы температуры внутреннего воздуха применительно для жилых помещений и для холодного периода показаны в таблице 1.
Таблица 1. Оптимальные и допустимые нормы температуры в жилых комнатах для холодного периода года
Наименование помещения
Температура воздуха , °С
оптимальная
допустимая
Жилая комната
20–22
18–24
Жилая комната в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже
21–23
20–24
Таким образом, при проектировании жилых зданий в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) выше минус 31 °С численное значение температуры внутреннего воздуха в формуле (2) следует принимать равным плюс 20 °С, при проектировании жилых зданий в районах с температурой наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92) минус 31 °С и ниже — плюс 21 °С.
Параметры отопительного периода
Различают следующие характеристики отопительного периода:
— продолжительность ,
— средняя температура наружного воздуха ,
которые при проектировании жилых и некоторых типов общественных зданий (за исключением лечебно-профилактических, детских учреждений и домов-интернатов для престарелых) принимаются по своду правил СП 131.13330 для периода со среднесуточной температурой наружного воздуха не более 8 °С.
Градусо-сутки отопительного периода
В рамках данного исследования рассчитаны градусо-сутки отопительного периода применительно для всех населенных пунктов, представленных в таблице 3.1* СП 131.13330. Из данных, представленных в таблице 3.1* СП 131.13330, следует:
1. Всего в таблице представлены данные по 465 населенным пунктам, включая 7 населенных пунктов, расположенных на территории Крыма (Ай-Петри, Керчь, Клепинино, Севастополь, Симферополь, Феодосия, Ялта) и добавленных в рассматриваемый Свод правил в 2015 году.
2. В список населенных пунктов включены все 15 городов с численность населения более 1 миллиона жителей, расположенных на территории Российской Федерации.
3. Полный анализ распределения представленных в СП 131.13330 населенных пунктов по численности населения показан в табл. 2 и на рис. 1.
Таблица 2. Распределение населенных пунктов, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, по численности населения
Численность населения, чел.
Количество населенных пунктов
Менее 1000
131
1000–9999
128
10 000–49 999
84
50 000–99 999
28
100 000–499 999
59
500 000–1 млн
20
Более 1 млн
15
ИТОГО
465
Примечание. Численность населения указанных в СП 131.13330 населенных пунктов принята по данным Росстата [8] на 01.01.2016 г.
4. Из общего перечня населенных пунктов, представленных в таблице 3.1* СП 131.13330, выявлены 54, по которым отсутствуют сведения о наличии и количестве проживающего в них населения.
Рис. 1. Диаграмма распределения населенных пунктов, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, в зависимости от численности населения
5. Большинство населенных пунктов с количеством жителей 0 расположено в районах Крайнего Севера и представляет собой метеостанции.
6. Некоторые метеостанции в открытых источниках указаны как законсервированные, например, Хоседа-Хард (Ненецкий АО), Березово (Чукотский АО).
7. Ряд таких населенных пунктов относится к затопленным территориям, например, Кежма (Богучанское вдхр.), Туой-Хая (вдхр. Вилюйской ГЭС), Илимск (Усть-Илимсккое вдхр.).
8. Ряд поселков заброшен или упразднен, например, Аркагала (Магаданская обл.), Борковская (Архангельская обл.), Дружина (Республика Саха), Погиби (Сахалинская обл.) и др.
9. Некоторые представляют собой вахтовые поселки (Варандей — Ненецкий АО) или нефтебазы (Джарджан — Республика Саха). Населенный пункт Костычевка на территории Волгоградской области не выявлен.
10. Населенный пункт Костычевка на территории Волгоградской области не выявлен.
11. По некоторым населенным пунктам количество зарегистрированных в них жителей не превышает 10 человек, например, Терско-Орловский (Мурманская обл.), Пулозеро (Мурманская обл.), Ичера (Иркутская обл.), Гроссевичи (Хабаровский край).
12. Областной центр Кировской области в Своде правил указан как Вятка (название г. Кирова до 1457 и с 1780 по 1934 годы).
13. Самое низкое значение ГСОП, рассчитанное по формуле (2), оказалось равным 1260 °С·сут (г. Сочи), самое высокое (12 994 °С·сут) — мыс Челюскин (Таймырский АО).
14. В табл. 3 представленные данные для пяти населенных пунктов с самими низкими значениями ГСОП и пяти — с самыми высокими;
Таблица 3. Населенныепункты с экстремальными значениями ГСОП
Наименование населенного пункта
ГСОП, °С·сут
Населенные пункты с наиболее низкими численными значениями ГСОП
Сочи
1260
Ялта
1877
Севастополь
2081
Дербент
2249
Феодосия
2357
Населенные пункты с наиболее высокими численными значениями ГСОП
Саскылах
12 412
Верхоянск
12 512
Иэма
12 819
Оймякон
12 853
мыс Челюскина
12 994
Из населенных пунктов, указанных в нижней части табл. 3, достоверные сведения о постоянно проживающем населении обнаружены только для двух (Верхоянск, Саскылах).
15. В табл. 4 представлены данные для населенных пунктов с экстремальными (самыми высокими и самыми низкими) значениями продолжительности отопительного периода, в табл. 5 — средней температуры наружного воздуха за отопительный период, в табл. 6 — температуры воздуха наиболее холодной пятидневки (обеспеченностью 0,92), принимаемой в качестве расчетной при проектировании отопления зданий.
Таблица 4. Населенные пункты с экстремальными значениями
Наименование населенного пункта
z_от, сут
Населенные пункты с наиболее низкими численными значениями z_от
Сочи
94
Ялта
126
Севастополь
136
Дербент
138
Феодосия
142
Населенные пункты с наиболее высокими численными значениями z_от
Варандей
323
Ходовариха
330
Юкспор
340
Марресаля
365
мыс Челюскина
365
Таблица 5. Населенные пункты с экстремальными значениями
Наименование населенного пункта
t_от, °С
Населенные пункты с наиболее низкими численными значениями t_от
Оймякон
минус 25,4
Верхоянск
минус 25,0
Усть-Мома
минус 24,1
Нера
минус 23,8
Томпо
минус 23,3
Населенные пункты с наиболее высокими численными значениями t_от
Феодосия
3,4
Дербент
3,7
Севастополь
4,7
Ялта
5,1
Сочи
6,6
Таблица 6. Населенные пункты с экстремальными значениями
Наименование населенного пункта
t_н, °С
Населенные пункты с наиболее низкими численными значениями t_н
Оймякон
минус 59
Сухана
минус 59
Верхоянск
минус 58
Нера
минус 58
Екючю
минус 58
Населенные пункты с наиболее высокими численными значениями t_н
Севастополь
минус 11
Дербент
минус 9
Красная Поляна
минус 9
Ялта
минус 6
Сочи
минус 2
Из представленных данных видно, что, за небольшим исключением, данные таблиц4–6 коррелируют с данными, представленными в табл. 3.
16. Среднее арифметическое значение ГСОП, рассчитанное по формуле:
, составило 7158 °С·сут.
Однако рассчитанное таким образом значение ГСОП нельзя считать объективным по отношению ко всей территории Российской Федерации. Например, все 15 городов-миллионников расположены в районах с ГСОП от 3337 (Ростов-на-Дону) до 6454 (Красноярск) °С·сут. Распределение населенных пунктов, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, в зависимости от диапазона ГСОП представлено в табл. 7 и на рис. 2.
Таблица 7. Распределение населенных пунктов, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, в зависимости от диапазона ГСОП
Диапазон ГСОП, °С·сут
Количество населенных пунктов
менее 2000
2
2001–3000
11
3001–4000
20
4001–5000
39
5001–6000
69
6001–7000
98
7001–8000
83
8001–9000
51
9001–10 000
34
10 001–11 000
21
11 001–12 000
26
более 12 000
11
ИТОГО
465
Рис. 2. Диаграмма распределения населенных пунктов, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, в зависимости от диапазона ГСОП
Из данных, представленных на рис. 2, следует, что большинство населенных пунктов из числа тех, что указаны в Своде правил, расположены в диапазоне ГСОП от 6000 до 7000 °С·сут. Однако такое распределение нельзя признать показательным. Например, только 3 города с населением более 1 миллиона человек (Омск, Красноярск, Новосибирск) попадают в указанный диапазон ГСОП. Более интересно показать распределение не количества населенных пунктов в зависимости от ГСОП (диапазона ГСОП), а процентное соотношение проживающих в них граждан, приняв общую для указанных в таблице 3.1* СП 131.13330 населенных пунктов численность населения за 100%. Такое распределение представлено в табл. 8 и графически показано на рис. 3.
Таблица 8. Распределение доли граждан, проживающих в населенных пунктах, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, в зависимости от диапазона ГСОП
Диапазон ГСОП, °С·сут
Процент населения, %
менее 2000
0,82
2001–3000
4,22
3001–4000
8,24
4001–5000
39,58
5001–6000
23,89
6001–7000
17,60
7001–8000
4,04
8001–9000
0,45
9001–10 000
0,51
10 001–11 000
0,59
11 001–12 000
0,04
более 12 000
0,02
ИТОГО
100,00
Из данных, представленных на рис. 3, видно, что основная доля населения страны сосредоточена в районах с ГСОП 4000–5000 °С·сут с последующим резким уменьшением процентной доли населения. По этой причине более точную оценку усредненного для всей территории страны ГСОП будет показывать не среднее арифметическое значение (ГСОП_ср.арифм), а так называемое среднее взвешенное (ГСОП_ср.взвеш), рассчитанное с учетом численности населения, проживающего в искомых населенных пунктах.
Рис. 3. Диаграмма распределения доли граждан, проживающих в населенных пунктах, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, в зависимости от диапазона ГСОП
17. Средневзвешенное значение ГСОП, рассчитанное по формуле:
, где — суммарная численность населения пунктов, указанных в таблице 3.1* СП 131.13330, по данным [1], составило 5106 °С·сут;
Полученное средневзвешенное значение ГСОП также нельзя считать истинным для всей территории России, т. к. в СП 131.13330 приведены далеко не все населенные пункты страны. Кроме того, общая численность населенных пунктов, представленных в таблице 3.1* СП 131.13330, составляет, по данным Росстата [8], 65,4 млн человек, т. е. примерно 45% общей численности населения страны. Однако оно все же более объективно, т. к., согласно указаниям п. 2.1 СП 131.13330, в случае отсутствия в таблице для какого-либо населенного пункта значений климатических параметров их следует принимать равными значениям климатических параметров ближайшего к нему пункта, приведенного в таблице и расположенного в местности с аналогичными условиями. Это означает, что представленные в таблице 3.1* СП 131.13330 климатические параметры являются актуальными для всех или практически всех населенных пунктов, расположенных на территории Российской Федерации.
18. Населенные пункты, климатические параметры которых рассчитаны за период наблюдений до 2010 года, отмечены в таблице 3.1* индексом «*». По остальным населенным пунктам (не отмеченным индексом «*») климатические параметры совпадают с данными, представленными в предыдущей редакции стандарта (СНиП 23-01-99*), т. е. они не являются актуализированными. Всего в текущей редакции СП 131.13330 актуализированными оказались данные по 225 населенным пунктам.
19. Для большинства населенных пунктов, данные по которым были актуализированы в СП 131.13330, ГСОП оказывается выше по сравнению с предыдущей редакцией стандарта.
Например, для города Москвы (для периода со средней суточной температурой воздуха ≤ 8 °С, по которому определяются ГСОП для жилых зданий, общественных зданий, гостиниц и общежитий):
— в редакции СНиП 23-01-99* (предыдущая редакция):
ГСОП = ( 20 — ( — 3,1) ·214 = 4943°С·сут;
— в редакции СП 131.13330 (актуализированная редакция):
ГСОП = ( 20 — ( — 2,2) ·205 = 4551°С·сут, т.е. в новой (актуализированной) редакции стандарта по строительной климатологии ГСОП оказываются ниже, чем в предыдущей редакции.
При этом для населенных пунктов, расположенных на территории Московской области и также указанных в таблице 3.1* СП 131.13330 (Дмитров, Кашира), климатические параметры остались неизменными, т. к. данные по ним в СП 131.13330 не были актуализированы.
Соответственно, нормативные требования по тепловой защите для зданий, расположенных в Москве, после актуализации СП 131.13330 понизились, а для зданий, расположенных в Московской области, остались неизменными.
Выводы
Всего в таблице 3.1* СП 131.13330 представлены климатические параметры по 465 наименованиям населенных пунктов или метеостанций.
При обзоре данных Свода правил СП 131.13330 выявлено, что некоторые населенные пункты, указанные в таблицах СП, в настоящее время не обнаруживаются на карте Российской Федерации, некоторые — официально упразднены (ликвидированы), некоторые — заброшены, три населенных пункта — затоплены. Ряд указанных в таблице 3.1* пунктов представляет собой метеостанции и не является населенными. Для одного крупного областного города в таблице указано устаревшее название. Таким образом, данные, представленные в таблице 3.1* СП 131.13330, требуют корректировки и уточнения.
Расчетные значения градусо-суток отопительного периода для всей территории страны характеризуются значительным разбросом. Наименьшее значение ГСОП получено 1260 °С·сут (г. Сочи), наибольшее — 12 994 °С·сут (мыс Челюскин).
Наибольшее количество населенных пунктов (98) из общего их числа (465), представленного в таблице 3.1* СП 131.13330, сосредоточено в районах с ГСОП от 6000 до 7000 °С·сут. Однако в районах с указанным диапазоном ГСОП проживают только 17,6% граждан из числа всех, которые зарегистрированы в населенных пунктах, указанных в СП 131.13330.
Среднее арифметическое значение ГСОП для населенных пунктов, указанных в табл. 3.1* СП 131.13330, составило 7158 °С·сут. Однако, ввиду значительной неравномерности расселения граждан на территории страны, более объективным усредненным показателем ГСОП является среднее взвешенное его значение, рассчитанное с учетом численности населения в указанных населенных пунктах, которое составляет 5106 °С·сут.
При этом для населенных пунктов, расположенных на территории Московской области и также указанных в таблице 3.1* СП 131.13330 (Дмитров, Кашира), климатические параметры остались неизменными, т. к. данные по ним в СП 131.13330 не были актуализированы.
Соответственно, нормативные требования по тепловой защите для зданий, расположенных в Москве, после актуализации СП 131.13330 понизились, а для зданий, расположенных в Московской области, остались неизменными.
Литература
Табунщиков Ю. А., Бродач М. М., Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. Москва, 2003.
Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Оценка экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. // АВОК: Вентиляция, отопление, кондиционирование воздуха, теплоснабжение и строительная теплофизика. 2005. № 7. С. 10.
Васильев Г. П. Эффективная теплозащита — дань моде или экономическая необходимость? // Энергосбережение. 2011. № 6. С. 14–23.
Ливчак В. И., Забегин А. Д. Преодоление разрыва между политикой энергосбережения и реальной экономией энергоресурсов. // Энергосбережение. 2011. № 4. С. 13–22.
Горшков А. С. Об окупаемости инвестиций на утепление фасадов существующих зданий. // Энергосбережение. 2014. № 4. С. 12–27.
Горшков А. С., Немова Д. В., Рымкевич П. П. Экономим или нет? Российские энергосберегающие требования. // Энергосбережение. 2014. № 2. С. 26–32.
Горшков А. С., Ливчак В. И. История, эволюция и развитие нормативных требований к ограждающим конструкциям. // Строительство уникальны зданий и сооружений. 2015. № 3 (30). С. 7–37.
Численность населения Российской Федерации по муниципальным образованиям на 1 января 2016 года (www.gks.ru).
А. К. Рубцов, доцент университета ИТМО, кафедры кондиционирования воздуха факультета низкотемпературной энергетики
Д. А. Коробицын, студент второго курса магистратуры по программе «16.04.01. Теплофизические процессы и технологии» университета ИТМО, кафедры физики физико-технического факультета
Д. В. Неганов, студент второго курса магистратуры по программе «16.04.03. Системы жизнеобеспечения» университета ИТМО, кафедры кондиционирования воздуха факультета низкотемпературной энергетики
Градирня — устройство для охлаждения воды направленным потоком атмосферного воздуха. Основная область применения градирен — охлаждение теплообменных аппаратов, конденсаторов холодильных установок, аварийных электрогенераторов, холодильных машин, машин-формовщиков пластических масс, при химической очистке веществ в системах оборотного водоснабжения и т. д. Любой производственный процесс идет с выделением тепла. Проще и дешевле всего данное тепло отводить оборотной водой, которую в свою очередь охлаждать на градирне. Данная схема не только обеспечивает работоспособность основного оборудования, но и сводит к минимуму влияние на окружающую среду (забор и слив воды в природные водоемы радикально влияют на окружающий животный и растительный мир).
По способу подачи воздуха внутрь корпуса градирни делят на несколько видов:
1. Башенные.
– Используют естественную тягу, создаваемую за счет конструкции корпуса башни и перепада давления воздуха по высоте, для поступления атмосферного воздуха внутрь и взаимодействия с распыляемой водой.
– Имеют внутреннее наполнение блоками оросителя.
– Не требуют дополнительной электроэнергии.
– Максимальные капитальные затраты на строительство.
– Большая высота и площадь пятна застройки.
– Необходимое расстояние до ближайших зданий и сооружений не менее 18 м (трудности с расположением на площадке строительства, особенно для предприятий в черте населенного пункта).
2. Вентиляторные.
– Их конструкция разработана в начале прошлого века и применяется без существенных изменений до нашего времени.
– Используют работу вентиляторных установок для нагнетания атмосферного воздуха внутрь корпуса.
– Имеют внутреннее наполнение в виде блоков оросителя и расположенную над ним водораспределительную систему с распыляющими форсунками.
– Пожароопасны. Конструкция повышенной сложности, что накладывает определенные требования к эксплуатации. Нередко случаются аварии.
– При работе градирни возникают механические шумы и низкочастотные вибрации, негативно влияющие на окружающие объекты.
– Занимают меньше места на площадке, чем башенные градирни, обладают секционной/модульной конструкцией, более эффективны при работе с точки зрения охлаждения воды.
3. Брызгальные.
– Градирни, использующие силу ветра и естественную конвекцию при движении воздуха.
– Характеризуются малым теплосъемом и большой площадью пятна застройки.
– Не обеспечивают больших температурных перепадов, максимальные потери оборотной воды в случае брызгальных прудов/бассейнов
4. Эжекционные.
– Самые современные градирни, использующие захват воздуха за счет образования области разряжения (перепада давления) на входе в градирню при распылении воды в специальных каналах.
– Отсутствуют динамические нагрузки при работе; механические шумы; пожаробезопасная конструкция; запатентованная разработка, разрешенная к применению на особо опасных объектах, успешно эксплуатируемая на более чем 150 предприятиях РФ.
– Большинство вентиляторных градирен можно без существенных капитальных вложений модернизировать в эжекционные безвентиляторные.
– Сопоставимые по простоте конструкции с брызгальными градирнями, эжекционные обладают в разы большей эффективностью.
– Модульная конструкция позволяет конструировать градирню на любую производительность и вписывать ее в любое пятно застройки
Следует отметить группу «сухих» закрытых градирен, в которых отсутствует контакт охлаждаемого носителя с атмосферой. Их применение удобно, когда необходимо поддерживать определенное качество оборотной воды или использовать иной теплоноситель. Конструкция таких градирен наиболее сложна и дорога в обслуживании (особенно при промышленных объемах), а эффективность уступает лучшим испарительным градирням.
Консорциум «Новые технологии», существующий с 2012 года, создан на базе головной компании ООО «НовТех» (С.-Петербург, 2005 г.) специально для комплексных решений по внедрению на промышленных предприятиях современных и инновационных систем оборотного водоснабжения и для оказания сопутствующих услуг в области проектирования, инжиниринга и строительно-монтажных работ. Консорциум является первооткрывателем и лидером в области производства эжекционных охладителей любой мощности и единственным предприятием полного цикла, которое разрабатывает и изготавливает градирни на своих производственных площадях по собственным патентным разработкам.
Рис. 2. Принцип работы эжекционного канала.
Принцип работы эжекционной градирни
Принцип работы эжекционной градирни основан на использовании эффекта эжекции, достигаемого с помощью специально разработанных эжекционных форсунок в совокупности с направляющими для водо-воздушных потоков. Основная особенность физического процесса эжекции заключается в том, что смешение потоков происходит при больших скоростях эжектирующего (активного) потока, в случае градирни — потока оборотной воды.
Эффект эжекции заключается в следующем: среда с высоким давлением, движущаяся с большой скоростью, увлекает за собой среду с более низким давлением. Увлеченный поток называется эжектируемым. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей.
Испарительные градирни (башенная, эжекционная, вентиляторная, брызгальная) названы так, потому что основной вклад в процесс охлаждения оборотной воды вносит испарение части проходящего объема (~1% на каждые 5 °С перепада температуры). Чем интенсивнее и качественнее идет процесс испарения, насыщения атмосферного воздуха, тем эффективнее работает такая градирня.
В эжекционных градирнях за счет области разряжения и захвата наиболее холодного воздуха внутрь факела (контакт с наиболее нагретой водой) — эффективность работы выше при меньших габаритах корпуса.
Рис. 3. Пример работы эжекционных форсунок
Эжекционная градирня работает следующим образом: вода подается на коллектор эжекционного модуля насосом, обеспечивающим заданные величины напора и расхода воды. Благодаря модульному принципу строения возможна реализация системы охлаждения с практически любым расходом воды через градирню (варьируя число и модель эжекционных модулей). Расход воды через эжекционный модуль производства ООО «НовТех» меняется в пределах 10–150 м3/ч (в зависимости от модели модуля). Значение напора подаваемой на форсунки воды должно лежать в пределах 10–55 м. вод. ст. Подаваемая на коллектор вода распыляется эжекционными форсунками (рис. 3), выступающими в роли эжекторов, в эжекционные каналы специальной формы. Эффективность работы эжекционной форсунки характеризуется величиной капли распыляемой жидкости, геометрией и углом раскрытия факела, производительностью по пропускаемой воде. Геометрия входного окна эжекционного модуля, на срезе которого установлен коллектор с форсунками, и эжекционного канала подбирается таким образом, чтобы обеспечить наилучшее всасывание (эжектирование) атмосферного воздуха внутрь модуля, а также увеличить время полета капли воды — время контакта капли и воздушного потока для более эффективного осуществления процесса тепломассообмена между водой и воздухом.
Рис. 4. Детальное рассмотрение процесса эжекции
Известно, чем больше площадь тепломассообмена между средами, тем выше его эффективность. Учитывая, что капля воды, распыляемая из эжекционной форсунки, приближенно имеет форму сферы, то, чем больше капель образуется из одного и того же удельного объема воды, тем выше будет суммарная площадь тепломассообмена между охлаждаемой водой и эжектируемым воздухом. На рис. 4 представлено детальное рассмотрение процесса эжекции на форсунке. Факел распыла воды состоит из мелкодисперсных капель, каждая из которых толкает воздух перед собой, а позади себя создает разреженное пространство. В итоге та часть капель воды, которая образует внутренний объем факела распыла воды, находится в более разреженном пространстве, нежели часть капель, образующих внешнюю поверхность факела. Молекулы капель воды, образующие внутренний объем факела распыла, испаряются наиболее интенсивно, при этом поток воздуха через внутренний эжекционный канал форсунки достаточен, чтобы своевременно уносить насыщенный влагой воздух, что, однако, не препятствует созданию разреженной области пространства внутри факела. Следовательно, количество теплоты, необходимое для передачи «вода — воздух» при одном и том же времени их контакта, напрямую зависит от эффективности работы форсунки.
Рис. 5. Форсунка ФКЗ-10Б
Параметры форсунок ФКЗ-10Б:
— оптимальный для эжекционных контуров градирни угол раскрытия факела распыла (100%-ное перекрытие воздуховходного канала модуля);
— однородность плотности орошения (заполненный факел распыла, средний размер капли 1 мм);
— небольшое гидравлическое сопротивление и максимальный коэффициент расхода;
— низкая засоряемость (регулируемый размер проходного сечения 1–10 мм, допустимая концентрация мех. примесей до 1500 мг/л);
— простота монтажа и очистки (возможность прочистки в рабочем режиме, без остановки системы в целом — резьбовое регулирование положения внутреннего завихрителя);
— высокопрочный износостойкий материал — капролон (рабочий диапазон температур —40…+55 °С); латунь/нержавеющая сталь — без ограничений;
— запатентованная технология, отечественное производство, более 5 лет успешного применения в различных климатических условиях.
Сравнение различных типов градирен
Большая часть используемых в России и СНГ башенных и вентиляторных градирен старше 30, а то и 50 лет. Практически все эти установки морально и физически устарели. Кроме того, во многих старых проектах градирен часто жертвовали эффективностью охлаждения для экономии капитальных затрат на саму установку. В технологических циклах, где охлажденная вода используется для получения конечных продуктов, неправильно подобранный способ охлаждения или неверно спроектированная градирня могут снизить выход конечного продукта в полтора-два раза, не говоря о снижении качества. Особенно остро эта проблема встает летом, так как чем ниже температура охлажденной воды, тем больше выход и выше качество получаемого продукта.
Уфимским государственным нефтяным техническим университетом было проведено исследование (под руководством профессора М. Г. Баширова) различных типов испарительных градирен. Полученные результаты сведены в сравнительную таблицу:
Таблица 1. Сравнение характеристик разных типов градирен
№
Показатель
Ед. изм.
Тип градирни
башенная
вентиляторная
эжекционная
серии НТ
1
Расход оборотной воды через модуль/корпус/секцию
м3/ч
1500–50 000
/и более/
15–50 000
/и более/
5*–50 000
/и более/
2
Потребное давление
кгс/см2
1,2
1,5
1,2–5
(от давления зависит глубина охлаждения)
3
Перепад температур
/без рециркуляции/*
ºС
7–10
8–15
8–15
4
** Max глубина охлаждения
/без рециркуляции/разница между температурой охлажденной воды и температурой воздуха по влажному термометру
ºС
7–9
4–6
3–4
5
Потери воды:
— испарение
— каплеунос
%
0,9
0,1
1
0,01
1
0,01
6
Удельная электрическая P
насосов и вентиляторов на охлаждение 1 м3 воды
кВт
0,133
0,183***
0,175
7
Удельные капитальные затраты на градирню, включая водосборный бассейн/поддон и фундамент
/на 1 м3 воды/
тыс. руб.
21–22
13–14
6–7
8
Шумовое воздействие (вплотную / на 10 м от градирни)
дБ
70/60
85–90/75
75/60 и менее
9
Срок окупаемости
год
более 5
2–3
1–2
10
Срок эксплуатации без капремонта
год
10–20
2–4
до 25
11
Гарантийный срок эксплуатации
год
5
5
5
*В зависимости от модификации:
модульные — 5–2000;
секционные — от 2000 и более;
многоконтурные — от 10 и более.
**Величина превышения температуры охлажденной воды над температурой воздуха по смоченному термометру.
***При величине потребных давлений, указанных в п. 2 таблицы (базовым для расчета вентиляторных градирен принят насос с подачей 3200 м3/ч, напором 33 м и мощностью эл. двигателя 400 кВт).
Краткие выводы по эжекционному типу градирни серии НТ
— Возможность работы в дискретном режиме в любое время года.
— Возможность охлаждения с t = + 95 °C.
— Высокие эксплуатационные и экономические характеристики.
— Высокий стабильный КПД градирни.
— Низкая энергоемкость градирен.
— Отсутствуют вентилятор и ороситель.
— Отсутствует необходимость в подпитке для снижения температуры воды.
— Нет ограничений по установки вблизи зданий (нет механических шумов и вибраций).
Эжекционные градирни серии НТ позволяют достигать требуемых температур охлажденной воды с минимальными затратами (как капитальными, так и эксплуатационными). Модульный принцип конструкции позволяет точно подобрать градирню на заданный расход охлаждаемой воды и требуемый перепад температуры. ГК «Новые Технологии» в своих системах охлаждения оборотной воды реализует контурный принцип: при недостаточной глубине охлаждения оборотной воды на первом контуре градирни (требуется большой перепад температуры воды, жаркий климат региона установки) в систему, последовательно с первым, добавляется вторая ступень (контур) — дополнительная группа модулей градирни с отдельной группой насосного оборудования. Нагретая вода после охлаждения на первом контуре градирни собирается в промежуточной емкости, забирается насосным оборудованием и подается на второй контур для доохлаждения. После второго (при необходимости третьего) контура полностью охлажденная вода подается в контур потребителей предприятия.
Благодаря огромному расходу воздуха, мелкодисперсному распылу охлаждаемой воды, возникновению областей разряжения в воздуховходном канале градирни (интенсификации процесса испарения) итоговый теплосъем эжекционной градирни и максимальная глубина охлаждения могут превосходить данные показатели типовых вентиляторных и башенных градирен.
В табл. 2 представлено детальное сравнение эксплуатационных особенностей двух основных на настоящее время типов испарительных градирен.
Таблица 2. Сравнение эксплуатационных особенностей двух типов градирен
Эжекционная градирня серии НТ
Вентиляторная градирня
Обеспечение требуемого температурного перепада в течение всего рабочего времени. Стабильный КПД.
Зависимость эффективности работы от состояния оросительной начинки и равномерности распыла.
Отсутствуют подвижные механические части, нет вентилятора и электродвигателя.
Конструкция градирни имеет подвижные механические части, требуется подвод электроэнергии к корпусу градирни — есть вентилятор с электродвигателем.
Пожаробезопасна
Есть риск поражения электрическим током, риск возгорания (горючие элементы в конструкции — ороситель, каплеуловитель, форсунки). Негорючее исполнение дороже на 60%.
Основной элемент — форсунки — располагаются снаружи корпуса, на срезе воздуховходного окна. Конструкция форсунок и их расположение позволяют производить очистку без остановки работы градирни.
Засорение одной или нескольких форсунок не приводит к значительному изменению работы градирни в любое время года.
Основные элементы градирни (блоки оросителя, форсунки) расположены внутри корпуса градирни. Обслуживание/замена проводится при полностью остановленной градирне.
В зимнее время не требуется контролировать засорение форсунок, температуру охлажденной воды. Градирня не боится обмерзания элементов и работает в режиме старт/стоп без дополнительных мероприятий.
Зимняя эксплуатация требует постоянной тепловой и гидравлической нагрузки, равномерности орошения, отсутствия засорения форсунок и оросителя, контроля температуры охлажденной воды, осуществления комплекса мероприятий при пуске/останове градирни.
Шум падающей воды (дождя). Динамические нагрузки от работы градирни отсутствуют.
Шумовое воздействие — механические шумы и вибрации от работы вентилятора. Низкочастотные вибрации при работе.
Обслуживание градирни возможно любым штатным сотрудником предприятия (визуальный осмотр и возможная прочистка форсунок).
Требуется квалифицированный персонал для обслуживания градирни.
ЗИП — эжекционные форсунки типовой серии. Производство в Санкт-Петербурге.
Необходимость хранения запасных вентиляторов, лопастей, электродвигателей, блоков оросителя, разбрызгивающих сопел для каждой модели вентиляторной градирни. Трудности с заменой из-за срока давности, иностранного производителя и т. д.
Гарантия на градирню 5 лет. Расчетный срок эксплуатации не менее 25 лет.
Большинство компаний предоставляют срок гарантии 12 месяцев со дня ввода градирни в эксплуатацию, но не более 18 месяцев со дня отгрузки.
Эжекционная градирня «Октоград» как альтернатива башенной градирне
Рис. 6. Эжекционная градирня «Октоград»
Это авторская разработка ГК «Новые технологии», не имеющая аналогов в мире по своим характеристикам и отвечающая всем современным требованиям охлаждения воды, эксплуатации и безопасности.
«Октоград» (в переводе с лат. «окто» — восемь) состоит из металлического каркаса, обшитого металлическими (профлист оцинкованный, алюминиевые панели) или пластиковыми панелями. Изготовление каркаса возможно из любого вида металла — черный, нержавеющий, легкие алюминиевые сплавы — выбор за заказчиком. Коллекторы градирни исполняются из черной или нержавеющей стали. На выходе из воздушной шахты устанавливаются блоки каплеуловителя.
«Октоград» имеет два пояса воздуховходных окон — нижний и верхний, как показано на рис. 7. В каждое окно устанавливаются коллекторы с эжекционными форсунками. Окно нижнего пояса — до 5 рядов форсунок, окно верхнего пояса — до 3 рядов форсунок. Для управления потоками эжектируемого воздуха и предотвращения влияния порывов ветра (выброса капель воды) каждое воздуховходное окно комплектуется системой регулируемых жалюзи.
«Октоград» устанавливается над приемным бассейном, в который сливается охлажденная вода. Бассейн изготавливается по размеру градирни и входит в состав поставки. Также возможен вариант установки градирни на существующий приемный бассейн.
Рис. 7. Схема эжекционной градирни «Октоград»
Подача воды на градирню может осуществляться как под остаточным давлением (при удовлетворяющих значениях), так и с использованием насосов — повысителей или отдельной насосной станции. Возможен вариант установки погружных насосов непосредственно в бассейн под градирней.
К преимуществам такого типа градирен можно отнести:
— Наиболее эффективное использование занимаемой площади — габариты «Октограда» значительно меньше существующих вентиляторных и башенных градирен, рассчитанных на тот же объем пропускаемой воды (до двух и более раз!).
— Легкий, прочный, быстровозводимый каркас и стойкие к агрессивным средам и атмосферному воздействию элементы обшивки «Октограда» обеспечивают минимальное время возведения градирни и продолжительный срок ее службы. Причем конструктивные особенности «Октограда» позволяют затрачивать значительно меньше средств и усилий на обслуживание градирни.
— Отсутствие подвижных элементов, оросителя, необходимости подвода электричества к градирне позволяет максимально упростить поддержание эффективной работы градирни и не требует специализированной подготовки технического персонала.
— Градирня «Октоград» способна охлаждать до 50 000 м3/ч оборотной воды через один корпус, обеспечивая температурный перепад в 7–15 °С за один проход и более (расчет теплосъема проводится для каждого объекта отдельно — конструкция градирни позволяет варьировать ее параметры для соответствия требованиям ТЗ).
Т. С. Соломахова, ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦАГИ»
Ю. Г. Московко, советник по научным разработкам ООО «Инновент»
Разработаны Стандарты, определяющие классификацию по энергоэффективности промышленных вентиляторов с различными типами привода. Установлены классы энергоэффективности для промышленных вентиляторов различных схем. Определены граничные значения КПД вентиляторов для каждого класса. Присвоение серии вентиляторов класса энергоэффективности обеспечит повышение качества изготавливаемого оборудования.
Энергосбережение и повышение энергетической эффективности являются одной из основных проблем государственной политики последних нескольких лет. С этой целью разрабатываются Технические регламенты, которые устанавливают обязательные требования к энергопотребляющим устройствам в части их энергетической эффективности. Проводятся работы по созданию независимых аккредитованных лабораторий для испытаний различной продукции по параметрам энергетической эффективности. Разрабатываются нормативные обязательные требования о наличии в технической документации, прилагаемой к товарам, в маркировке товаров и их этикетках информации о классах энергетической эффективности.
Введены три класса энергоэффективности для асинхронных трехфазных короткозамкнутых электродвигателей. В качестве показателя энергоэффективности рассматривается номинальный КПД двигателя [1]. Рекомендации по повышению энергетической эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха представлены в Стандарте АВОК [2].
Вентиляторы относятся к классу энергоемкого оборудования. По различным оценкам промышленные вентиляторы потребляют около 20% вырабатываемой в стране электроэнергии. Повышение качества и КПД вентиляторов позволит значительно снизить энергопотребление вентиляционных систем зданий и промышленных установок различного назначения. Снижение доли энергоресурсов, расходуемых на привод вентиляторов, одновременно решает задачу повышения экологической безопасности в стране и в мире.
В соответствии с программой межгосударственной стандартизации РФ в 2012 году разработан ГОСТ 31961-12 Вентиляторы промышленные. Показатели энергоэффективности [3]. В Стандарте предложена классификация вентиляторов по энергоэффективности и введены классы вентиляторов, отражающие уровень их экономичности.
Для оценки энергоэффективности вводится принятый в международном стандарте [4] параметр FEG (fan efficiency grade) серии геометрически подобных вентиляторов различных размеров, начиная с диаметра рабочего колеса 125 мм. Значения показателя FEG вентиляторов данной серии устанавливается по максимальному значению полного (статического) КПД вентилятора с диаметром рабочего колеса 1000 мм. Вентиляторы должны испытываться на стандартизированном стенде при максимально допустимой частоте вращения рабочего колеса. Потребляемая мощность должна определяться по величине мощности на валу вентилятора без учета потерь в подшипниках, двигателе и всех других элементах привода. Таким образом, показатель FEG характеризует аэродинамические качества собственно вентилятора.
Рис. 1. Зависимость максимального КПД от диаметра колеса при базовых значениях параметра FEG
На рис. 1 приведена зависимость максимального КПД вентилятора ηmax от диаметра рабочего колеса D при разных базовых значениях показателя энергоэффективности FEG. Этот график позволяет учитывать действие масштабного эффекта и определять величину параметра FEG для вентиляторов малых номеров. Показатель FEG испытанного вентилятора с диаметром рабочего колеса D определяется по верхней границе промежутка, в котором находится максимальное значение КПД этого вентилятора [5].
Таблица 1. Классы энергоэффективности вентиляторов разных конструктивных схем
В Стандарте наиболее распространенные вентиляторы разбиты на пять отдельных групп: осевые с различными комбинациями рабочего колеса (РК), входного направляющего (ВНА) и спрямляющего (СА) аппаратов; радиальные с загнутыми вперед, радиально оканчивающимися и загнутыми назад (с корпусом и без корпуса) лопатками рабочего колеса и диагональные. Вводятся три класса энергоэффективности вентиляторов: нормальный (КЛ 1), повышенный (КЛ 2) и высокий (КЛ 3). Для различных схем вводятся различные нормативные значения параметра FЕG, которые приведены в таблице 1.
Вентиляторы более высокого класса энергоэффективности с высоким КПД обеспечивают снижение потребляемой мощности, приводят к экономии энергоресурсов, улучшают экологическую обстановку окружающей среды. Изготовитель должен быть заинтересован в установлении классов энергоэффективности производимого оборудования. Потребитель должен для конкретных систем и установок определять необходимый класс энергоэффективности приобретаемого оборудования в зависимости от схем и времени работы вентиляторов в системе, от назначения объекта, где они будут установлены, и других условий.
В ГОСТ [6] вводится параметр FMEG для классификации по энергоэффективности вентиляторов с различными видами привода. Приведена методика учета потерь мощности в отдельных элементах привода, что позволит оценивать эффективность вентиляторов в компоновке с приводом.
Рис. 2. Основные типы радиальных и осевых серийных вентиляторов
В настоящее время в России основную номенклатуру составляют представленные на рис. 2 серийно изготавливаемые осевые вентиляторы, радиальные вентиляторы с загнутыми вперед и загнутыми назад лопатками рабочего колеса. Вентиляторы изготавливают большое количество предприятий с разным объемом выпуска, с разным уровнем используемого оборудования и технологий.
Наиболее крупные заводы, которые изготавливают вентиляторы, приведены в таблице 2. Эти заводы имеют современное оборудование, используют новые технологии, что позволяет изготавливать в основном достаточно качественные вентиляторы с высоким КПД. Некоторые из этих заводов имеют свои лаборатории, в которых они систематически проводят аэродинамические испытания вентиляторов в соответствии с ГОСТ 10921-90 [7] и контролируют качество своей продукции.
В то же время известны предприятия, которые изготавливают вентиляторы на примитивном оборудовании, не контролируют качество своей продукции, а в рекламных целях для изготовленных вентиляторов заимствуют нормативно-техническую информацию аналогичных вентиляторов других известных фирм. Фактические реальные характеристики таких вентиляторов значительно отличаются от тех характеристик, которые приводятся в каталогах и ТУ.
В конце 2014 года была образована Ассоциация специалистов в области оборудования для систем вентиляции и кондиционирования — АСВК. Основная задача Ассоциации состоит в объединении усилий специалистов и организаций, заинтересованных в появлении на отечественном рынке высококачественной, высокоэффективной вентиляционной и климатической техники, отвечающей всем современным требованиям мирового уровня [8].
АСВК осуществляет независимую экспертную оценку (верификацию) отдельных образцов воздухотехнического производимого оборудования с целью определения уровня его эффективности. Для этой цели в рамках АСВК создана экспертная комиссия из ведущих специалистов отрасли, которая решает следующие задачи:
— способствует созданию новых аккредитованных лабораторий для испытаний всех видов климатической техники;
— организует проведение испытаний образцов вентиляционного оборудования в существующих аккредитованных лабораториях;
— выполняет анализ результатов испытаний, дает оценку качества испытанных образцов и определяет соответствие полученных данных характеристикам, заявленным предприятием-изготовителем в соответствующей технической документации;
— присваивает класс энергоэффективности испытанным вентиляторами и выдает соответствующее Свидетельство;
— широко сообщает на сайте АСВК и в других публикациях информацию о заводах-изготовителях, выпускающих высококачественную продукцию, решающую проблемы энергосбережения и импортозамещения.
Рис. 3. Свидетельство о присвоении класса энергоэффективности (КЛ 3) радиальным вентиляторам ВР 80-75 Ростовского завода РВЗ
Первое Свидетельство АСВК о присвоении класса энергоэффективности (КЛ 3) радиальным вентиляторам ВР 80-75 было выдано ООО «Ростовский ВОЗДУХОзаВОД» (рис. 3) в марте 2017 года на Международном конгрессе «Энергоэффективность. ХХI век», проводимом в рамках 13-й международной специализированной выставки «Мир климата 2017».
АСВК предлагает всем предприятиям, изготавливающим вентиляторы различного назначения, более активно осуществлять экспертную оценку характеристик своей продукции, добиваться повышения их аэродинамических параметров, быть готовым к введению Таможенного регламента, исключающего возможность выпуска некачественного оборудования с низкими значениями коэффициента полезного действия.
Присвоение класса энергоэффективности промышленным вентиляторам предусматривает необходимость проведения аэродинамических испытаний образцов серийной продукции в аккредитованных специализированных лабораториях и способствует повышению уровня вентиляционного оборудования.
Литература
1. ГОСТ Р 54413-2011 Машины электрические вращающиеся. Часть 10. Классы энергоэффективности асинхронных трехфазных короткозамкнутых двигателей (IE коды).
2. Стандарт АВОК СТО НП «АВОК» Рекомендации по повышению энергетической эффективности систем вентиляции и кондиционирования воздуха.
