К технико-экономическому обоснованию устройства систем водяного отопления

Для повышения эффективности и надежности систем отопления, снижения эксплуатационных затрат необходимо выполнить ряд очевидных мероприятий. Привести в порядок системы централизованного теплоснабжения, сократить тепловые потери и утечки теплоносителя, использовать трубы из современных материалов. Применение современных технологий и материалов в системах отопления и кондиционирования позволяет экономить тепла порядка 30–40 % по сравнению с традиционным строительством, которое ведется по действующим нормам. Конечно, это приводит к удорожанию каждого вновь построенного квадратного метра (примерно на 1000 руб.) [1]. Вроде бы, получается не логично— за удорожание строительства платят одни, а на снижении расходов тепла экономят другие.

Однако, это не совсем так. Покупая жилье (или снимая помещение в аренду) потребитель естественно, несколько переплачивает. Зато в дальнейшем эта переплата будет возвращена сторицей за счет уменьшения затрат на расходуемое тепло. Каково на самом деле соотношение переплаты при покупке жилья и экономии при оплате тепловой энергии в дальнейшем, определить на стадии проектирования возможно только путем технико-экономического обоснования устройства той или иной системы водяного отопления в конкретном здании. Наилучшим критерием предпочтительности устройства какой-либо системы водяного отопления в здании любого назначения, по нашему мнению, является величина экономического фактора — Эk, определяемая для всех конкурирующих между собой (старого— базового и нескольких новых) вариантов (табл. 1).

Варианты устройства систем водяного отопления должны связываться с трубами из конкретного материала. Это сталь, медь, металлополимер МП, полипропилен ПП, сшитый полиэтилен ПЭ-С, дополнительно хлорированный поливинилхлорид ПВХ-Х или какой-либо новый материал НМ, например, стеклопластик. Возможны комбинации труб из разных материалов КТ. Например, можно устраивать магистральные трубопроводы из стали, стояки из меди и подводки из металлополимера. Необходимо сравнивать варианты оптимального устройства систем водяного отопления с трубопроводами из различных труб, использующими разные схемы распределения теплоносителя к нагревательным приборам, как однотрубные и двухтрубные, так и горизонтальные с приборами учета расхода теплоты с оснащением разнообразными видами регулирующих и нагревательных приборов.

Чаще всего применяются однотрубные схемы, при которых стояки отопления располагаются по периметру здания (рис. 1). Весьма перспективными считаются схемы с лучевыми разводками (рис. 2), когда от распределительного узла к каждому отопительному прибору подводятся по две трубы— подающая и обратная, которые укладываются самым коротким и удобным способом. При любой схеме распределения теплоносителя к нагревательным приборам необходимо оптимально организовывать учет расхода тепла (рис. 3). Что касается регулирующих и нагревательных приборов, то на сегодня имеется возможность применять изделия как отечественных, так и зарубежных производителей.

Нагревательные приборы весьма разнообразны по конструкции (рис. 4, табл. 2, 3), конфигурации (рис. 5), мощности, сроку службы и, естественно, стоимости. Критерием оптимальности должны служить долговечность, тепловая и гидравлическая устойчивость с обеспечением надлежащей комфортности во всех помещениях. Cейчас даже малобюджетные жилые дома проектируется из расчета на более комфортную температуру — 20°С (вместо прежних 18°С). Жилье элитного класса, дома повышенной комфортности проектируются, как правило, в расчете на минимальную температуру в жилых помещениях не ниже 21–22°C. В коммерческих проектах заказчику дано право выбора в пределах санитарной нормы (табл. 4).

С точки зрения указанных критериев на основании тепловых и гидравлических [2] расчетов должны быть приняты температура теплоносителя и диаметры труб, оптимизировано количество крепежа на трубопроводах [3] с ориентированием на использование соответствующих монтажных технологий [4]. К тому же расчетные сроки службы систем отопления по каждому сравниваемому варианту должны быть соотнесены со сроком службы здания, в котором предполагается устраивать систему водяного отопления. Экономический фактор (Эk) представляет собой соотношение приведенных затрат для системы отопления, базирующейся на применении стальных труб— П1, и для системы отопления, базирующейся на применении медных — П2, (металлополимерных — П3, полипропиленовых — П4, из сшитого полиэтилена — П5, дополнительно хлорированного поливинилхлорида — П6, нового материала— П7), комбинации труб из разных материалов — П8.

Предпочтение следует отдавать системе водяного отопления по варианту, для которого величина Эk максимальна. При сравнении каких-либо двух вариантов, например, 2-го и 5-го, между собой, при прочих равных условиях, предпочтение следует отдавать тому варианту, для которого приведенные затраты получаются меньшими. То есть, при П2 < П5 следует применять системы водяного отопления из медных труб, при П2 > П5 — системы водяного отопления с трубами из сшитого полиэтилена, при П2 = П5 применение систем водяного отопления из обоих видов труб равнопредпочтительно. Приведенные затраты [6] по любому из вариантов определяются по формуле:

Пk = Пс.k + Пэ.k, (1);

где Пс.k — составляющие приведенных затрат на устройство системы водяного отопления, Пэ.k — составляющие приведенных затрат на эксплуатацию системы водяного отопления с учетом температуры и сроков службы (табл. 5 ~25~;). Составляющая приведенных затрат на устройство системы водяного отопления определяется следующим образом:

Пс.k = [(Цk + Ст.k)× Ком.k × Кзс.k + + См.k + Нk] × Кпн.k × Ксм.k,, (2);

где Цk — расходы на приобретение труб в оптовых ценах; Ст.k — транспортировку труб до места монтажа; Ком.k — коэффициент, учитывающий отходы труб при монтаже; Кзс.k — коэффициент, учитывающий заготовительно-складские расходы на трубы; См.k — расходы на монтаж (подготовительные работы, сборку соединений, проведение гидравлических испытаний и др.); Нk — накладные расходы строительных организаций на производство монтажных работ; Кпн.k — коэффициент, учитывающий плановые накопления строительных организаций при производстве монтажных работ; Ксм.k — коэффициент, учитывающий переход от сметной стоимости к полной стоимости смонтированной системы отопления.

Расходы на транспортировку труб определяют согласно используемым транспортным схемам их доставки к месту проведения монтажных работ по тарифам на перевозку грузов (автоили железнодорожным транспортом с учетом затрат на такелажные работы при погрузке-разгрузке, наценок на сбыт и т.п.). Коэффициент Ком.k определяют на основе обобщенных фактических данных о потерях при перевозках, погрузочноразгрузочных и монтажных работах. Расходы на производство монтажных работ — См.k, (подготовительные работы, сборку соединений, проведение испытаний и др.), отнесенные к расчетной единице длины. Накладные расходы строительных организаций, производящих монтажные работы, складываются из следующих параметров:

Нk = fk ×(Соз.k + Сэм.k), (3);

где Соз.k — расходы на основную заработную плату рабочих, занятых на производстве монтажных работ; Сэм.k— расходы на эксплуатацию машин и механизмов, используемых при производстве монтажных работ на устройстве систем водяного отопления; fk — коэффициент (fk = 0,47). Составляющие приведенных затрат на эксплуатацию системы водяного отопления — Пэ.k — должны учитывать комплекс приведенных к моменту ввода ее в действие расходы на текущие и капитальные ремонты, техническое обслуживание, восстановление изношенных при последующей эксплуатации элементов системы водяного отопления. Расходы на эксплуатацию системы водяного отопления:

Пэ.k = (Птр.k + Пкр.k + Пто.k + + Пв.k) . Кобщ.k + Пэл.k, (4);

где Птр.k — расходы на текущие ремонты; Пкр.k — на капитальные ремонты; Пто.k — на техническое обслуживание; Пв.k — на реконструкцию; Пэл.k — затраты на электроэнергию, расходуемую на преодоление перепадов давления в системе водяного отопления; Кобщ.k— коэффициент, учитывающий общие эксплуатационные затраты на систему водяного отопления (на содержание аварийных служб, административно-управленческого аппарата, технику безопасности и прочие расходы). Расходы на текущие ремонты систем водяного отопления вычисляются по формуле:

Птp.k = ∑ (i =1) Тф.k Cтр.k /(1+ Енп.k) tk , (5);

где Стр.k — среднегодовые расходы на текущий ремонт системы водяного отопления; tk — год эксплуатации системы водяного отопления; Тф.k — расчетные сроки службы системы водяного отопления (см., к примеру, табл. 5); Енп.k— нормативы приведения сравниваемых вариантов к одному моменту времени. Расходы на текущее обслуживание системы водяного отопления:

Птo.k = ∑ (i =1) Тф.k Cто.k /(1+ Енп.k) tk , (6);

где Сто.k — среднегодовые затраты на техническое обслуживание системы водяного отопления. Расходы на капитальные ремонты системы водяного отопления:

Пкp.k = ∑ (i =1) nik Cкр.k/(1+ Енп.k) Tкр.k , (7);

где Скр.k — расходы на проведение i-го капитального ремонта; Ткр.k — время от начала эксплуатации до i-го капитального ремонта, определяемое сроком службы системы водяного отопления; nik — число капитальных ремонтов системы водяного отопления за период ее функционирования. Расходы на восстановление системы водяного отопления:

Пв.k = ∑ (i =1) njk Cв.k /(1+ Енп.k) Tэ.k , (8);

где Св.k — расходы на устройство новой системы водяного отопления взамен отслужившей свой срок; Tэ.k — время от начала эксплуатации до j-й полной замены, определяемое сроком службы системы водяного отопления; njk — число полных замен системы водяного отопления в течение расчетного периода. Среднегодовые затраты на текущий ремонт системы водяного отопления

Стр.k = Пс.k × Ртр.k, (9);

где Пс.k — сметная стоимость системы водяного отопления; Ртр.k — доли ежегодных отчислений на текущий ремонт (процентов сметной стоимости) (см. табл. 2). Среднегодовые затраты на техническое обслуживание:

Сто.k = Нч.k × Fзп.k, (10);

где Нч.k — нормативная численность персонала для системы водяного отопления; Fзп.k — годовой фонд заработной платы с начислениями, приходящийся на одного работника, обслуживающего системы водяного отопления. Среднегодовые затраты на капитальный ремонт системы водяного отопления:

Скр.k = Пс.k × Ркр.k, (11);

где Ркр.k — доли ежегодных отчислений на капитальный ремонт (процентов от сметной стоимости системы водяного отопления). Среднегодовые затраты на восстановление системы водяного отопления:

Св.k = Пс.k × Рв.k, (12);

где Рв.k — доли ежегодных отчислений на восстановление (процентов от сметной стоимости системы водяного отопления). Приведенные затраты на электроэнергию, расходуемую на преодоление перепада давления в системе водяного отопления вычисляются следующим образом:

Пэл.k = Сэл.k × (µk + µ0 × Сk), (13);

где Сэл.k — годовые затраты на электроэнергию для преодоления перепада давления в системе водяного отопления; µk — коэффициент приведения разновременных затрат на системы водяного отопления:

µk = ∑ (i =1) Тф.k (1+ Енп.k) –tk , (14);

µ0 — коэффициент приведения дополнительных затрат на электроэнергию в результате возрастания гидравлического сопротивления в системе водяного отопления (для сроков эксплуатации: 10 лет— 56,6; 20 — 97,6; 30 — 125,7; 40 — 143,7; 50 лет — 154,6); Сk — коэффициент, характеризующий скорость возрастания гидравлического сопротивления системы водяного отопления, вызванного коррозийными отложениями или обрастанием внутренней поверхности труб (табл. 4). Годовые затраты на электроэнергию при создании давления для перекачки теплоносителя в системе водяного отопления:

Сэл.k = 109 × 30,96 × Gр.k × ×σ×γ×∆p/Кс ×η×ρ2 × g, (15);

где Gр.k — расчетный расход перекачиваемого по системе отопления теплоносителя, кг/ч; . — сметная стоимость 1 кВт/ч электроэнергии (руб.), расходуемой при работе насосов; . — длина трубопровода в системе водяного отопления (м); .p — перепад давления, (Па/м), зависит от материала труб и определяется гидравлическим расчетом конкретных систем водяного отопления; Кс — коэффициент, учитывающий сезонность работы системы водяного отопления, равный 365 . tр (tр — время действия системы отопления в году, дни); . — КПД насосных агрегатов, работающих на системе водяного отопления; . — плотность теплоносителя (кг/м3); g — ускорение свободного падения (м/с2). В заключение следует указать, что использование изложенной методики сдерживается отсутствием нормативных значений для многих параметров и коэффициентов, отражающих особенности устройства систем водяного отопления из большинства труб.

В этой связи целесообразно как можно быстрее завершить разработку нормативов на применение различных труб для устройства систем водяного отопления, собрать и обобщить статистические данные по эксплуатируемым системам водяного отопления. После этого можно будет разработать компьютерные программы для быстрого выполнения расчетов по рассмотренной методике. Это позволит экономичнее устраивать системы водяного отопления в зданиях любого назначения, сократить тепловые потери и утечки теплоносителя, эффективнее использовать тепло в жилищно-гражданском строительстве, а отопление исключить из наиболее затратных статей в коммунальных расходах России.