Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Типовые проектные решения энергоэффективных систем водоснабжения и водоотведения жилых и общественных зданий

О. А. Штейнмиллер, генеральный директор ЗАО «Промэнерго»

Существующая практика создания инженерных систем демонстрирует возрастающее внимание к уровню их эффективности. Актуальность указанных вопросов определяется тем значением, которое хозяйствующие субъекты и общество в целом придают проблеме энергоэффективности. Необходимость решения этой проблемы закреплена в Федеральном законе РФ от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Одновременно с этим следует отметить наметившуюся тенденцию применения модульных решений в проектной и строительной практике. Этот подход обеспечивает, как правило, сокращение затрат и сроков как на разработку и согласование проектных решений, так и на их реализацию в ходе строительно-монтажных работ.

Так, например, комплектные канализационные насосные станции (КНС), ставшие приоритетным решением водоотведения (канализования) за последние 5–10 лет, выпускаются готовыми к непосредственной установке в систему канализации. Как правило, строймонтаж установки фундаментной плиты и самого стеклопластикового резервуара с подключением подводящего коллектора и напорных трубопроводов занимают у строительных организаций 1,5–2 недели. Установка насосов в резервуар КНС по направляющим трубам, расключение кабелей и регуляторов уровня в панель управления, размещенную вблизи от резервуара, занимает не более двух дней. При наличии электроснабжения и возможности подать в резервуар сточную воду строительство готовой к эксплуатации КНС может быть завершено через три недели монтажных и пусконаладочных работ.

Потребление этого типа изделий завоевывает все большую популярность. Имеется уже целый ряд примеров применения комплектных станций с очень значительными характеристиками — диаметром 3 метра, высотой до 12 м, с установленными насосами мощностью на уровне по 150–170 кВт каждый, с расходом до 1600 м³/час на один насос, напорные характеристики на некоторых КНС превышает 40 м.в.ст. С учетом возрастающих требований к экологии в мегаполисах использование КНС позволяет исключить загрязнение окружающей среды. Повышающийся интерес проектных и строительно-монтажных организаций к КНС на базе стеклопластиковых резервуаров показывает перспективность данного направления в канализовании.

Другим примером внедрения модульных решений в проектную и строительную практику является применение модульных автоматических насосных станций (МАНС) для повышения давления (напора) в сетях внутреннего водопровода жилых и общественных зданий. Практикой признано, что в качестве повысительной насосной установки следует преимущественно применять комплектные МАНС заводского изготовления, оснащенные стандартной системой управления, прошедшие первичные испытания и тестирование на производственных стендах предприятий-изготовителей.

Компоновка повысительной насосной установки на объекте из отдельных насосных агрегатов и шкафа управления может быть обоснована лишь массогабаритными характеристиками оборудования или особыми условиями монтажа, затрудняющими транспортировку и монтаж повысительной насосной установки в виде МАНС к месту установки.

При использовании МАНС предусматривается автоматическое подключение/отключение рабочих насосов (по схеме параллельной работы) в соответствии с текущими условиями водопотребления (расхода воды). В системах водоснабжения жилых и общественных зданий (относящихся к пространственным системам водоснабжения) считается правилом управление работой МАНС по критерию поддержания постоянного давления. Для обеспечения необходимого уровня энергоэффективности и плавности регулирования подачи при постоянном напоре (исходя из критерия поддержания постоянного давления при управлении работой), с учетом характера эксплуатации МАНС в системах водоснабжения зданий, обязательно применение частотного регулирования привода насосов в составе МАНС.

В ходе проектирования для достижения максимального КПД работы насосной установки в целом обеспечивается такой оптимальный подбор насосов, применяемых в составе МАНС, чтобы на большей части рабочей зоны, и в первую очередь в точке пересечении характеристики насоса (при номинальной частоте вращения рабочих колес) и линии контролируемого постоянного давления (напора), обеспечивался максимальный КПД насосов, что, в свою очередь, обеспечит высокую энергоэффективность такого решения.

Совмещение вопросов энергоэффективности и модульного построения инженерных систем в ходе проектирования и строительства в полной мере обеспечивается в случае применения в качестве основополагающего подхода при разработке и оценке таких систем методологии анализа стоимости жизненного цикла (в зарубежной практике принято сокращение LCC — Life Cycle Cost).

В теоретическом плане подход основан на учете стоимости жизненного цикла оцениваемого комплекса оборудования (инженерной системы) и предусматривает минимизацию совокупных затрат на строительство (реконструкцию), эксплуатацию и завершение использования. В общем виде стоимость жизненного цикла оборудования (инженерной системы) может быть описана следующим соотношением:

, LCC = C_IC + C_IN + C_E + C_O + C_M + C_S + C_ENV +C_D’    (1)

где  LCC  — стоимость жизненного цикла; C_IC  — начальные затраты (цена приобретения оборудования с сопутствующими принадлежностями); C_IN — затраты на монтаж оборудования и ввод в эксплуатацию (включая пусконаладку и обучение персонала); C_E — затраты на электроэнергию (для функционирования системы, включая привод, средства управления, и любые дополнительные устройства); C_O — операционные затраты (затраты на оплату персонала, обеспечивающего текущее обслуживание системы); C_M  — затраты на сервисное обслуживание и ремонт (регулярный сервис и плановый ремонт); C_S — затраты на непроизводственные потери (простои оборудования вне эксплуатации); C_ENV  — затраты на экологию (устранение последствий загрязнения от работы основного и вспомогательного оборудования);  C_D’  — затраты на списание и утилизацию (включая восстановление окружающей среды и ликвидацию вспомогательного оборудования).

Осознавая широту и многообразие всего набора факторов, учитываемых при определении стоимости жизненного цикла инженерной системы (начиная от первоначальных затрат и заканчивая процентной ставкой), отметим, что уровни значимости факторов при поиске оптимального решения в задачах проектирования инженерных систем сильно отличаются. Наиболее значимый вклад в стоимость жизненного цикла оборудования вносят затраты на электроэнергию и обслуживание. Однако невозможно недооценивать и роль первоначальных затрат (проектирование, поставка, монтаж), которые, как правило, играют решающую роль при принятии решений на начальной стадии.

Реальное совмещение энергоэффективности и модульного построения инженерных систем в ходе проектирования и строительства может быть обеспечено за счет разработки и внедрения в практику типовых проектных решений.

Анализ тенденций и потребностей в области систем водоснабжения и водоотведения жилых и общественных зданий (основанный на рассмотрении применяемого инженерного оборудования, в том числе насосных станций, систем управления, автоматизации и диспетчеризации) позволил определить ряд типовых проектных решений, применение которых позволит существенно сократить стоимость жизненного цикла таких систем. По нашему мнению, наиболее актуальным является разработка следующих типовых решений:

1. Насосные системы хозяйственно-питьевого водоснабжения для жилых и общественных зданий.
2. Насосные системы противопожарного водоснабжения для жилых и общественных зданий.
3. Насосные системы водоотведения жилых и общественных зданий.
4. Использование тепловых насосов (вода-вода, воздух-вода и т. д.) в жилых и общественных зданиях, в том числе для обеспечения горячего водоснабжения.
5. Водозаборные сооружения жилых и общественных зданий.
6. Реконструкция повысительных насосных станций жилых и общественных зданий.
7. Модульные совмещенные насосные станции объединенных нужд хозяйственно-питьевого и противопожарного водоснабжения.
8. Автоматизация, диспетчеризация и контроль инженерного оборудования (групп оборудования) жилых и общественных зданий с использованием передачи данных по коммуникационным протоколам и организации единого рабочего диспетчерского пункта на базе персонального компьютера.
9. Системы визуализации насосных групп в задачах автоматизации и диспетчеризации инженерного оборудования жилых и общественных зданий.

Комплектная канализационная насосная станция

На данный момент на рынке представлено значительное количество различных инженерных решений и оборудования, в том числе с применением зарубежного опыта. При проработке предварительных проектных решений и выборе вариантов оборудования зачастую тратится существенный ресурс на определение оптимального подхода. Типовые проектные решения определяют подходы по подбору и использованию при проектировании инженерного оборудования, применяемого при организации систем водоснабжения и водоотведения. Решения базируются на современных принципах и требованиях к инженерным системам с учетом представленного на рынке оборудования и опыта его эксплуатации.

Система внутреннего водоснабжения (водопровод) и водоотведения (канализование) — один из существенных элементов жизнеобеспечения зданий. Ее нормальная работа является важным фактором комфортности местопребывания людей, а в ряде случаев — и их безопасности (например, при совмещении с системой противопожарного водоснабжения). Оснащение системы инженерным оборудованием должно осуществляться с учетом имеющихся нормативных требований к обустройству жилых и общественных зданий. Отсутствие единых (общеустановленных) стандартов в данном направлении инженерного оснащения приводит к размытости требований заказчиков, отсутствию критериев должного уровня работ и оборудования, ошибкам на различных этапах при подборе и внедрении оборудования в проект. Последствиями существующего положения дел в данном направлении являются как нарушения в вопросах безопасности результатов работ, так и их функциональные недостатки, фактически означающие необоснованное (неэффективное) расходование ресурсов.

Модульная автоматическая насосная станция

Такая оценка часто обоснована на стадии осуществления капиталовложений, в еще большей степени некорректные проектные решения приводят к неэффективной работе оборудования в ходе дальнейшей эксплуатации (в том числе перерасходу электроэнергии и воды в жилых и общественных зданиях) и, следовательно, несоблюдению требований закона № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Следующей причиной, обосновывающей необходимость типовых проектных решений, является определение уровня соответствующих эргономических (экологических) параметров с учетом возросших требований к качеству жилья и уровня используемых водоразборных систем и оборудования в жилых и общественных зданиях. Кроме основных параметров водопотребления (расход, напор, состав и «качество» воды) также следует отметить необходимость однозначного определения вопросов обеспечения и контроля уровня звукового давления как в помещениях зоны монтажа инженерного оборудования, так и в примыкающих к нему.

За последние годы произошли существенные изменения как в подходах к подбору инженерного оборудования (в т. ч. в плане исключения избыточности параметров), так и в техническом уровне доступного оборудования. Разработка оптимальных решений при подготовке проектов строительства и реконструкции требует наличия методического и технического (диагностического) обеспечения.

Основные исходные требования, которые должны предъявляться к типовым проектным решениям: энергоэффективность, актуальность (использование инновационной составляющей), должная степень автоматизации и автономности, надежность, обеспечение качественных услуг для потребителей, технико-экономическая обоснованность и целесообразность (с учетом полного цикла эксплуатации инженерных систем и всех сопутствующих затрат).

При разработке типовых проектных решений необходимо обеспечить общую (для каждого типового проектного решения) структуру подачи информации:

• исходные данные (условия, при которых целесообразно применять решение);
• общее описание (пояснение выгоды применения решения);
• инструкция по проработке решения под конкретную задачу (основные характеристики оборудования, особенности подбора, оформление документации);
• варианты применения решения, включая основные схемы и т. п.

Вывод. Разработка и внедрение в практику типовых проектных решений — это реальный путь, обеспечивающий совмещение вопросов энергоэффективности и модульного построения инженерных систем в ходе проектирования и строительства.

Скачать статью в pdf-формате: Типовые проектные решения энергоэффективных систем водоснабжения и водоотведения жилых и общественных зданий.