Снижение энергозатрат при обеспечении необходимой комфортности микроклимата помещений является одной из основных задач при строительстве и эксплуатации здания. Особое значение данная тема приобретает в настоящее время, в условиях действия Федерального закона от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ «Об энергосбережении…». При этом для реализации энергосбережения в нашей стране и за рубежом предлагаются различные мероприятия, связанные как с ограждающими конструкциями, так и с применением соответствующего климатического оборудования, а также способов его теплои холодоснабжения и управления [1–6]. В работе [7] авторами было отмечено, что применение оптимального пропорционального закона регулирования теплообменного оборудования климатических систем позволяет уменьшить суммарное годовое потребление теплоты на обработку приточного воздуха примерно на 10 % по сравнению с используемыми обычно законами с интегральной составляющей.

Рассмотрим теперь технико-экономическое обоснование использования такого закона. В условиях рыночной экономики сравнение вариантов целесообразно вести с использованием совокупных дисконтированных затрат СДЗ. Если считать, что эксплуатационные издержки за каждый год, выраженные в неизменных ценах, будут одинаковыми, тогда величина СДЗ [руб.], приведённых к концу расчётного срока Т, для каждого варианта определяется по следующей формуле [8–9]:

Технико-экономические показатели автоматизированных климатических систем при оптимальном регулировании. 5/2018. Фото 1

где К — капитальные единовременные затраты, руб.; Э — суммарные годовые эксплуатационные издержки для рассматриваемого варианта, руб/год; p — норма дисконта, %.

Если считать, что для приобретения дополнительного оборудования и материалов привлекаются собственные средства инвестора, тогда p учитывает упущенную выгоду от того, что эти средства вложены в энергосбережение вместо размещения под проценты в банке. В расчётах её можно принимать равной среднерыночной банковской ставке по кредитам или не ниже ставки рефинансирования ЦБ РФ. По состоянию на конец 2017 года эта ставка составляет 8,5 % годовых.

Величина р связана с текущей величиной данной ставки, а также с коммерческими рисками капиталовложений. Если оборудование приобретается с использованием заёмных средств, параметр р учитывает годовой процент за кредит, взятый в банке на осуществление данных затрат.

Можно показать, что верхний предел дополнительных капитальных затрат на оборудование системы вентиляции или кондиционирования воздуха соответствующими устройствами автоматизации оценивается примерно в размере 30 % стоимости приточной установки в базовом исполнении (приёмная секция, фильтр, воздухонагреватель и вентиляторная секция) [9]. Если в качестве примера рассмотреть здание средней школы по типовому проекту 221-1-25-387, подробно исследованное в [9], можно прийти к следующим результатам.

При расходе приточного воздуха Lп = 15 200 м³/ч расходы на вентиляционное оборудование в типовой комплектации будут равны 45 × 15 200 = 684 000 руб., где 45 — удельная стоимость на 1 м³/ч воздухопроизводительности (ориентировочные данные на начало 2018 года [10]). Отсюда капитальные затраты в первом варианте (при оптимальном регулировании) равны затратам на автоматизацию

К1 = 0,3 × 684 000 = 205 200 руб.,

а Э1 = 0; во втором варианте, напротив, считаем К2 = 0; Э2 = 26 279 руб/год — дополнительные затраты на теплоту за счёт превышения годового теплопотребления ΔQг на 59,1 ГДж [7] при тарифе на тепловую энергию по данным ОАО «МОЭК» в размере 1863,76 руб/Гкал на вторую половину 2017 года. Строим графики зависимости СДЗ от расчётного срока Т и показываем результаты на рис. 1. Сплошная линия соответствует первому варианту, пунктирная — второму.

Технико-экономические показатели автоматизированных климатических систем при оптимальном регулировании. 5/2018. Фото 2

Графики пересекаются при Т, примерно равном 13 годам, что и будет являться ориентировочным значением дисконтированного срока окупаемости дополнительных капитальных затрат Ток.

Более точно величину Ток можно вычислить по формуле [8–9]:

Технико-экономические показатели автоматизированных климатических систем при оптимальном регулировании. 5/2018. Фото 3

Формула для Ток будет корректной, когда аргумент логарифма в числителе оказывается положительным. Таким образом, критерием окупаемости дополнительных капитальных затрат при учёте дисконтирования служит неравенство:

Технико-экономические показатели автоматизированных климатических систем при оптимальном регулировании. 5/2018. Фото 4

смысл которого состоит в том, что годовая экономия эксплуатационных затрат по выбранному варианту должна быть больше, чем упущенная выгода.

В нашем случае:

Технико-экономические показатели автоматизированных климатических систем при оптимальном регулировании. 5/2018. Фото 5

Данное значение меньше расчётного срока службы как вентиляционного оборудования, так и технических средств автоматизации (обычно около 15–20 лет).

В табл. 1 приведены результаты расчётов по приведённым в данном разделе формулам для группы зданий средних школ по различным типовым проектам [11]. При этом стоимость вентиляционного оборудования, пропорционально которой определяются затраты на автоматизацию К, принималась более точно для конкретных вентиляционных установок соответствующей воздухопроизводительности по данным [10]. В случае Lп ≥ 20 000 м³/ч считалось, что в здании действуют две, три или четыре одинаковых установки. Уровень ΔQг рассчитывался, как было упомянуто ранее, исходя из положения о том, что оптимальное регулирование сокращает годовые затраты теплоты на 10 %, а сами эти затраты вычислялись для климатических условий Москвы при значении градусо-суток отопительного периода ГСОП = 4515 К·сут.

Технико-экономические показатели автоматизированных климатических систем при оптимальном регулировании. 5/2018. Фото 6

Необходимо заметить, что средние значения Т0 и Ток даже несколько ниже, чем для приведённого ранее примера, но в целом получаемые значения оказываются того же порядка величины и, во всяком случае, существенно меньше расчётного срока службы оборудования. На самом деле величина Ток будет ещё меньше, поскольку то или иное оборудование для автоматизации будет присутствовать и во втором варианте, поэтому разница между капитальными затратами никогда не достигнет использованной в расчётах предельной величины.

Итак, при действующем уровне цен и тарифов на оборудование и энергоносители применение оптимального, то есть пропорционального закона регулирования для систем обеспечения микроклимата общественных зданий по сравнению с законами, включающими интегральную составляющую, не только упрощает конструкцию автоматики, но и позволяет добиться очевидного экономического эффекта. Как было показано в [7] и других работах авторов, некоторое ухудшение качества поддержания внутренних метеопараметров при этом не является критическим, и для большинства объектов им можно пренебречь.