В настоящее время показатели теплозащиты современных зданий достигли достаточно высоких значений, поэтому всё чаще при поиске возможных путей экономии тепловой энергии на первое место ставится повышение энергоэффективности инженерных систем. Кроме того, в связи с изменением отечественной нормативной базы в области теплозащиты и расчёта энергопотребления зданий расширились возможности для учёта применения энергосберегающих мероприятий при принятии основных решений по устройству как ограждающих конструкций, так и инженерных систем, в том числе и в общественных зданиях. Это очень существенно, поскольку такие объекты занимают значительное место в объёме нового строительства, и при этом имеется ряд разработанных энергосберегающих мероприятий, достаточно широко применяемых в инженерных системах. К ним относится, в первую очередь, применение утилизации теплоты вытяжного воздуха в системах механической вентиляции и кондиционирования воздуха, занимающих значительную долю общего энергопотребления общественных зданий.

Технико-экономическое обоснование энергосбережения в общественных зданиях за счёт теплоутилизации в системах вентиляции. 1/2018. Фото 1

В связи с этим целесообразно выявить реально достижимые возможности снижения экономических затрат в зависимости от конструктивных характеристик таких зданий и параметров применяемого теплообменного оборудования и оценить получаемый при этом экономический эффект для различных климатических условий. Особую актуальность данный вопрос приобретает в последнее время, в связи с принятием Федерального закона от 23 ноября 2009 года №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации».

Различные методы снижения энергопотребления в жилых и общественных зданиях и их сравнительная эффективность рассматривались в работах различных авторов, как отечественных, так и зарубежных [1–8]. В работе [9] исследовались факторы, влияющие на энергетическую эффективность данных мероприятий, что позволяет не только снизить затраты на стадии проектирования и увеличить скорость разработки проектов, но также, что немаловажно, достичь наиболее качественных результатов проектирования.

В настоящее время Российская Федерация занимает неудовлетворительное положение по уровню потребления условного топлива на душу населения [10]. Значение этого показателя противоречит принятой государственной политике, поставившей перед обществом весьма масштабную задачу — добиться удвоения валового внутреннего продукта за десять лет. Поэтому перед внедрением новых технологий необходимо провести оценку целесообразности их применения, и в первую очередь — с экономической точки зрения.

Целью предлагаемой работы является проведение технико-экономического обоснования применения систем утилизации теплоты вытяжного воздуха с промежуточным теплоносителем в системах механической вентиляции. При этом основная задача исследования — определить срок окупаемости рассматриваемого мероприятия и выявить зависимость эффективности достигаемой экономии затрат от характеристик региона строительства. Для этого целесообразно использовать методику, изложенную в [11] и основанную на использовании понятия совокупных дисконтированных затрат.

В первую очередь находим капитальные затраты на устройство системы вентиляции: Квент = Свент ΣL, руб., где Свент — удельные расходы на 1000 м³/ч воздухопроизводительности L для основных составляющих сметной стоимости системы, которые можно оценить по данным [11]. Величина L в этом случае принимается по проекту. Далее вычисляем годовые эксплуатационные издержки для вариантов с применением и без применения теплоутилизации.

Вначале находим годовые затраты теплоты [руб/год] на подогрев притока:

Технико-экономическое обоснование энергосбережения в общественных зданиях за счёт теплоутилизации в системах вентиляции. 1/2018. Фото 2

здесь Zр — время работы системы, часов в сутки в среднем за неделю отопительного периода; Gп — массовый расход приточного воздуха [кг/ч], равный в, где ρв — плотность вентиляционного воздуха (1,2 кг/м³); св — удельная теплоёмкость воздуха [1,005 кДж/(кг·К)]; ГСОП — градусо-сутки отопительного периода в районе строительства, К·сут.; kэф — коэффициент температурной эффективности теплоутилизатора (в варианте без теплоутилизации kэф = 0); Ст — тариф на тепловую энергию. В работе было принято значение 1290,81 руб/Гкал по данным [11] в ценах 2010 года.

После этого определяем годовые затраты на электроэнергию для привода вентиляторов:

Ээл = ZpNрабNустСэл, руб/год,

где Nраб — число дней в целом за год, когда вентиляционное оборудование работает; Nуст — установленная мощность привода [кВт], которую также можно приближённо оценить исходя из величины L, по данным [11]. При этом необходимо учитывать, что в случае использования теплоутилизации величина Nуст будет выше из-за дополнительного аэродинамического сопротивления теплообменных аппаратов. Параметр Сэл представляет собой тариф на электроэнергию. В работе использовалось значение 3,01 руб/(кВт·ч), также в ценах 2010 года по данным [11].

Теперь находим амортизационные отчисления:

Эам = 1,5K/Tам, руб/год,

где Tам — расчётный срок службы системы. Для вентиляционного оборудования его можно считать равным 15 годам.

Далее вычисляются суммарные годовые эксплуатационные затраты:

Э = Ээл + Эт.вент + Эам, руб/год.

Определяем бездисконтный срок окупаемости следующим образом:

Технико-экономическое обоснование энергосбережения в общественных зданиях за счёт теплоутилизации в системах вентиляции. 1/2018. Фото 3

В данном выражении индекс 1 относится к варианту с теплоутилизацией, а индекс 2 — без теплоутилизации, поэтому заведомо К1 > К2 и Э2 > Э1.

Дисконтированный срок окупаемости при постоянных годовых затратах, выраженных в неизменных ценах:

Технико-экономическое обоснование энергосбережения в общественных зданиях за счёт теплоутилизации в системах вентиляции. 1/2018. Фото 4

здесь p — норма дисконта, принятая равной 10 % годовых. Формула для Ток будет иметь смысл в том случае, когда выполняется неравенство

2 – Э1) > (К2 – К1)p/100,

значение которого состоит в том, что годовая экономия эксплуатационных затрат должна быть больше, чем упущенная выгода, которая могла бы быть получена при размещении средств в размере (К2 – К1) на банковском депозите. Если используются заёмные средства, сущность данного условия сводится к необходимости превышения годовой экономии над годовым процентом за взятый кредит. Это неравенство и служит критерием окупаемости дополнительных капитальных затрат при учёте дисконтирования [11].

Результаты расчётов для 14-ти общественных зданий различного размера и этажности по существующим типовым проектам в разных климатических условиях приведены в табл. 1.

Технико-экономическое обоснование энергосбережения в общественных зданиях за счёт теплоутилизации в системах вентиляции. 1/2018. Фото 5

Таким образом, результаты исследования убедительно показывают, что срок окупаемости энергосберегающих мероприятий заметно увеличивается при уменьшении ГСОП, причём в некоторых случаях он превышает расчётный срок работы систем, либо окупаемость вообще отсутствует. Данное наблюдение объясняется тем, что дополнительные капитальные затраты в различных регионах примерно постоянны, поскольку определяются в основном размерами систем, которые зависят от воздухообмена, а разница эксплуатационных издержек тем больше, чем выше ГСОП.

Поэтому экономическая целесообразность теплоутилизации в системах механической вентиляции оказывается выше в районах с более суровым климатом. Однако для более точной оценки следовало бы учесть изменение значений Ст и Сэл в разных населённых пунктах, а также некоторые дополнительные составляющие затрат, например, стоимость подключения к теплосетям, что предполагается осуществить в дальнейшем.