Сокращение потерь тепловой энергии.Сравнительный анализ затрат для многоквартирного жилого здания
Начало читайте в части 1
ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ
Расчет трансмиссионных потерь тепловой энергии на отопление Q г/огр, кВт∙ч/год, рассматриваемого многоквартирного жилого здания за отопительный период произведем по формуле:
Q г/огр=0,024∙ГСОП∙Σn/i=1Ai/Ri ∙ n, (1)
где 0,024 – переводной коэффициент потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции из Вт∙сут в кВт∙ч (1 сут = 24 ч, 1 Вт = 0,001 кВт, 1 Вт∙сут = 0,024 кВт∙ч);
ГСОП – градусо-сутки отопительного периода, принятые для жилого здания, расположенного в г. Санкт-Петербурге, равными 4796 °C• сут/год (см. данные табл. 1);
Ai – площадь i-го типа наружной ограждающей конструкции (стены, окна, покрытия и т.д.), принимаемая для рассматриваемого здания по таблице 3; Ri – приведенное сопротивление теплопередаче i-го типа наружной ограждающей конструкции, принятого равным требуемому, – Rmp/o, м2 • ºС/Вт, из таблицы 3 в зависимости от группы требований по различным нормативам к уровню тепловой защиты, – по СП 50.13330.2012 Rmp/СП, СНиП 23-02-2003 Rmp/СНиП, National Building Code of Finland, Part D3 Rmp/D3 соответственно;
n – коэффициент, учитывающий зависимость положения наружной поверхности ограждающих конструкций (стен, окон, покрытия и т.п.) по отношению к наружному воздуху и уменьшающий разность температур для отдельного ограждения, не соприкасающегося с наружным воздухом; для наружных стен, окон и балконных дверей, совмещенного покрытия, перекрытий над проездами и под эркерами n принимается равным 1, для цокольного перекрытия над помещениями подземной автостоянки, с учетом температуры воздуха в них tподз = 5 °С, коэффициент n рассчитан по формуле:
n = (tв-tподз)/(tв-tн)=(20-5,0)/(20-(-26))=0,33, (2)
где tв – расчетная средняя температура внутреннего воздуха здания, °С, принимаемая по ГОСТ 30494 [5] для теплотехнического расчета ограждающих конструкций жилых зданий равной 20 °С;
tподз – расчетная температура внутреннего воздуха в помещениях подземной автостоянки, принятая для рассматриваемого здания равной (tподз= 5,0 °С);
tн – расчетная температура наружного воздуха в холодный период года, °С, принимаемая по СНиП 23-01[4] равной средней температуре наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92; для климатических условий Санкт-Петербурга принимаемая равной «минус» 26 °С.
Рассчитаем по формуле (1) для рассматриваемого многоквартирного жилого здания потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции за отопительный период, используя минимальные требования к уровню тепловой защиты ограждающих конструкций, принятые из таблицы 3 по различным нормативным документам, – СП 50.13330.2012 (Q г/ огр(СП)), СНиП 23-02-2003 (Q г/ огр(СНиП)), National Building Code of Finland, Part D3 (Q г/ огр(D3)) соответственно.
Получим:
– по СП 50.13330.2012 – (Q г/ огр(СП), кВт∙ч/год
(Q г/ огр(СП)=0,024∙ГСОП∙Σn/i=1Ai/mp/Ri(СП) ∙ n,=
=0,024 ∙ 4796 ∙ (Aст/тр/Rст(СП)+Aок/тр/Rтр/ок(СП) + Aдв/ тр/Rтр/дв(СП) + Aпокр/тр/Rтр/покр(СП) + Aперекр/тр/Rтр/ перекр(СП)+n ∙ Aц.перекр/тр/Rтр/ц.перекр(СП) =
= 0,024∙4796 ∙ (21 813,0/1,94+5 826,8/0,49+45,3/0,79+1 448,5/3, 68 + 22,5/3,68 + 0,33 ∙ 1 221,3/1,34) = 2 750 189 (кВт∙ч/год);
– по СНиП 23-02-2003 – Qг/огр(СНиП), кВт∙ч/год Qг/огр(СНиП) = 0,024∙ГСОП∙Σn/i = 1Aj/тр/Rj(СНиП) = 0,024 ∙ 4796 ∙ (Aст/тр/Rст(СНиП)+Aок/тр/Rтр/ ок(СНиП) + Aдв/тр/Rтр/дв(СНиП) + Aпокр/тр/Rтр/ покр(СНиП) + Aперекр/тр/Rтр/перекр(СНиП)+n ∙ Aц.перекр/ тр/Rтр/ц.перекр(СНиП) = 0,024 ∙ 4796 ∙ (21 813,0/3,08 + 5 826,8/0,51 + 45,3/0,79 + 1 448,5/4,60 + 22,5/4,60 + 0,33∙ 1 221,3/1,34) = 2 208 286 (кВт∙ч/год);
– по стандарту National Building Code of Finland, Part D3 – Q г/ огр(D3), кВт ∙ ч/год Q г/ огр(D3 = 0,024∙ГСОП∙Σn/i = 1Aj/тр/Rj(D3) ∙ n = = 0,024 ∙ 4796 ∙ (Aст/тр/Rст(D3)+Aок/тр/Rтр/ок(D3) + Aдв/ тр/Rтр/дв(D3) + Aпокр/тр/Rтр/покр(D3) + Aперекр/тр/Rтр/ перекр(D3) + Aц.перекр/тр/Rтр/ц.перекр(D3)= =0,024 ∙ 4796 ∙ (21 813,0/5,88 + 5 826,8/1,0 + 45,3/1,0 +1 448,5/11, 11 + 22,5/11,11 + 1 221,3/3,85) =1 154 656 (кВт∙ч/год).
Таблица 4.
Результаты расчета в различных единицах измерения тепловой энергии
|
Результаты
расчета по стандарту |
Годовой
расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции (трансмиссионные
потери тепловой энергии) |
||
|
кВт∙ч/год |
МДж/год* |
Гкал/год** |
|
|
СП
50.13330.2012 |
2 750
189 |
9 900 680
|
2 365 |
|
СНиП
23-02-2003 |
2 208
286 |
7 949
830 |
1 899 |
|
National Building Code of Finland, Part D3 |
1 154
656 |
4 156
762 |
993 |
|
Примечания: *
Расход тепловой энергии в МДж/год вычислен исходя из следующего соотношения: 1
МДж/год = 3,6 кВт∙ч /год. **
Расход тепловой энергии в Гкал/год вычислен исходя из следующего соотношения:
1
Гкал/год = 86∙10-5 кВт∙ч /год. |
|||
В табл. 4 приняты следующие коэффициенты пересчета величин тепловой энергии:
3,6 – коэффициент пересчета удельного годового расхода электрической энергии из кВт ∙ ч/год в МДж/год: 1 кВт ∙ ч/год=3600 кДж/год = 3,6 МДж/год;
86 ∙ 10–5 – коэффициент пересчета годового расхода тепловой энергии из кВт ∙ ч/год в Гкал/год:
1 кВт ∙ ч/год=3600 кДж/год =3,6 ∙ 106 Дж/год = 3,6 ∙ 106/4,187 кал/год = =3,6 ∙ 10-3/4,187 Гкал/год =86 ∙ 10 – 5 Гкал/год.
Как видно из данных в табл. 4, наибольшие потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции за отопительный период наблюдается для здания, спроектированного по СП 50.13330.2012 (актуализированной редакции СНиП 23-02- 2003), наименьшие – по стандарту Финляндии. Потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания,спроектированного по минимальным требованиям СНиП 23-02- 2003 окажутся на 20 % меньше по сравнению с аналогичными требованиями СП 50.13330.2012 (2 365 Гкал), введение в действие которого планируется в следующем году.
Для сравнения подходов разных стран к вопросам энергосбережения, потери тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания, построенного по нормам Финляндии (993 Гкал) окажутся на 58 % (более чем в 2 раза) меньше по сравнению нормами СП 50.13330.2012 (2 365 Гкал).
ЭКОНОМИЯ
Рассмотрим эту задачу с экономической точки зрения. Стоимость 1 Гкал для С.-Петербурга примем равной 1175 руб. Умножим эту величину на годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции, рассчитанный по разным нормативам в табл. 4.
Как следует из данных табл. 5, с предполагаемым приведением новых норм к уровню тепловой защиты СП 50.13330.2012 жители нашего «образцового» многоквартирного здания будут платить на 547 550 руб. больше, т. е. примерно по «лишней» 1000 рублей на квартиру. Не так и много. Но это только в первый год эксплуатации здания. Ведь тарифы не стоят на месте. Их среднегодовой рост в С.-Петербурге за последние 10 лет составляет
15 %.
Таблица 5.
Результаты расчета для рассматриваемого
многоквартирного жилого здания
|
Результаты расчета по стандарту
|
Годовой расход тепловой энергии
через наружные ограждающие конструкции, Гкал/год |
Годовая стоимость тепловой
энергии на отопление здания при учете только трансмиссионных потерь, руб/год |
|
СП
50.13330.2012 |
2 365 |
2 778
875 |
|
СНиП 23-02-2003 |
1 899 |
2 231 325 |
|
National Building Code of Finland, Part D3 |
993 |
1 166 775 |
Из табл. 5 также следует, что если уже сегодня мы примем требования к уровню тепловой защиты, равные требованиям стандарта по теплоизоляции Финляндии, то уже в первый год эксплуатации жильцы (в лице управляющей домом компании) сэкономят 1 612 100 руб. в год по сравнению с затратами, обусловленными требованиями СП 50.13330.2012. При росте тарифов 15% в год через 5 лет эта разница будет составлять уже 3 224 200 руб. (в год), через 10 лет – 6 448 400 руб. (в год).
Произведем расчет стоимости тепловой энергии на отопление рассматриваемого здания только при учете трансмиссионных потерь тепловой энергии за 10, 30 и 50 лет его эксплуатации при различном уровне тепловой защиты ограждающих конструкций (по стандартам СП 50.13330.2012, СНиП 23-02-2003, National Building Code of Finland, Part D3, соответственно) и с учетом динамики роста тарифов – 15 % в год. Результаты последовательного суммирования расходов граждан рассматриваемого здания за тепловую энергию при учете только трансмиссионных потерь тепловой энергии представлены в табл. 6.
Таблица 6
Результаты
последовательного суммирования расходов граждан
|
Расчет по стандарту |
Общие расходы жильцов
многоквартирного здания за тепловую энергию, руб. |
|||
|
За первый год эксплуатации |
За 10 лет эксплуатации |
За 30 лет эксплуатации |
За 50 лет эксплуатации |
|
|
СП 50.13330.2012 |
2 778 875 |
56 421 495 |
1 208 102 419 |
20 057 131 320 |
|
СНиП 23-02-2003 |
2 231 325 |
45 304 194 |
970 057 714 |
16 105 070 772 |
|
National Building Code of Finland, Part D3 |
1 166 775 |
23 689 871 |
507
249 768 |
8 421
450 909 |
Примечание.
Расчеты произведены по формуле геометрической прогрессии:
Расходы жильцов здания за тепловую энергии за 10, 30, 50 лет эксплуатации, представленные в таблице 7, произведены по формуле геометрической прогрессии: Sn=(a1-a1∙qn)/(1-q),
где a1 – расходы жильцов за тепловую энергию в первый год эксплуатации (2 778 875 руб, 2 231 325 руб, 1 166 775 руб по различным, принятым для сравнения, нормативам);
q – среднегодовая норма роста тарифов на тепловую энергию, для рассматриваемого примера q=1,15 (15 %);
n – рассматриваемый период эксплуатации здания (10, 30 и 50 лет).
Таким образом, мы получаем, что за 10 лет эксплуатации управляющая зданием компания (ТСЖ, ЖСК и т.п.) при переходе на требования к уровню тепловой защиты согласно СП 50.13330.2012 (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003) по сравнению с требованиями «устаревшего» стандарта (СНиП 23-02-2003) потратит дополнительно 10,1 млн руб за тепловую энергию, за 30 лет эксплуатации – 238 млн руб., за 50 лет – почти 4 млрд руб. Полагаем, для любого ТСЖ эти средства гораздо целесообразнее будет потратить, например, на реконструкцию дома, текущий ремонт кровли и фасадов, замену вышедшего из строя оборудования, обустройство во внутридворовой территории детской площадки, вместо того, чтобы отапливать улицу вокруг здания.
ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ (ТЭР)
Не секрет, что экономика нашей страны зависит от объема и цен на энергетические ресурсы. Определим годовой расход ТЭР при различных требованиях к уровню тепловой защиты одного и того же здания, – рассматриваемого нами в примере 25-ти этажного жилого многоквартирного. Годовой расход топливно-энергетических ресурсов в здании Q г/ТЭР, килограмм условного топлива/год (далее по тексту, – кг.у.т./год), при учете только трансмиссионных потерь тепловой энергии, определим по формуле: Q г/ТЭР = (Q г/огр ∙ 106⁄Q (усл.т), (3)
где Q г/огр – годовой расход тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания за отопительный период, Гкал/(год); принимается по данным таблицы 5;
106 – коэффициент пересчета годового расхода тепловой отопительный период из Гкал/год в ккал/год;
Q (усл.т) – теплота сгорания условного топлива, принимаемая равной 7000 ккал/кг.у.т.
По формуле (3) произведем расчет годового расхода ТЭР при учете потерь тепловой энергии через наружные ограждающие конструкции здания за отопительный период при различных требованиях к минимальному уровню тепловой защиты ограждающих конструкций.
Получим:
– по СП 50.13330.2012, – Q г/ТЭР(СП), кг.у.т./год Q г/ТЭР(СП) = (Q г/огр(СП) ∙106) ⁄Q(усл.т) = (2 365∙ 106) ⁄ 7000 = 337 857 (кг у.т./год);
– по СП 50.13330.2012, – Q г/ТЭР(СНиП), кг.у.т./год Q г/ТЭР(СП) = (Q г/огр(СНиП) ∙106) ⁄Q(усл.т) = (1 899 ∙ 106 ) ⁄ 7000= 271 286 (кг у.т./год);
– по National Building Code of Finland, Part D3, – Q г ТЭР(D3), кг.у.т./год Q г/ТЭР(СНиП) = (Q г/огр(СНиП) ∙106) ⁄Q(усл.т) = (993 ∙ 106 ) ⁄ 7 000 = 141 857 (кг у.т./год).
Необходимо отметить, что расчет ТЭР по формуле (3) учитывает только потери, произведенные при отоплении непосредственно в здании. С учетом того, что дополнительно к трансмиссионным затратам значительная часть тепловой энергии расходуется на транспортировку теплоносителя от котельной к зданию, а также при производстве тепловой энергии в котельной, по факту суммарные затраты ТЭР будут для рассматриваемого здания в 2–2,5 раза выше рассчитанных по формуле (3).
Результаты расчета представлены в табл. 7.
Таблица 7
|
Результаты расчета по стандарту
|
Годовой расход тепловой энергии
через наружные ограждающие конструкции, Гкал/год |
Годовой расход ТЭР на отопление
здания при учете только трансмиссионных потерь тепловой энергии, кг.у.т./год |
|
СП
50.13330.2012 |
2365 |
337 857
|
|
СНиП 23-02-2003 |
1 899 |
271 286 |
|
National Building Code of Finland, Part D3 |
993 |
141 857 |
В табл. 6 представлены результаты расчета ТЭР, расходуемых непосредственно в здании. С учетом потерь тепловой энергии при производстве и транспортировке ТЭР, затраты первичных ТЭР (нефти, газа и т.п.) будут в несколько раз выше по сравнению с данными, представленными в табл. 8.
Произведем расчет ТЭР на отопление рассматриваемого здания только при учете трансмиссионных потерь тепловой энергии за 10, 30 и 50 лет эксплуатации здания при различном уровне тепловой защиты ограждающих конструкций.
Таблица 8
Результаты
последовательного суммирования затрат ТЭР представлены
|
Расчет по стандарту |
Затраты ТЭР на отопление
рассматриваемого здания, кг.у.т. |
|||
|
За первый год эксплуатации |
За 10 лет эксплуатации |
За 30 лет эксплуатации |
За 50 лет эксплуатации |
|
|
СП 50.13330.2012 |
337 857 |
3 378 570 |
10 135 710 |
16 892 850 |
|
СНиП 23-02-2003 |
271 286 |
2 712 860 |
8 138 580 |
13 564 300 |
|
National Building Code of Finland, Part D3 |
141 857 |
1 418 570 |
4 255 710 |
7 092
850 |
Из данных табл. 8 следует, что за 10 лет эксплуатации при переходе на стандарт СП 50.13330 в рассматриваемом здании будет дополнительно затрачено (3 378 570 – 2 712 860) = 665 710 кг.у.т. 665,7 тонн условного топлива (т.у.т.), а с учетом затрат на производство и транспортировку ТЭР к зданию минимум 1 331,4 т.у.т. За 50 лет эксплуатации при переходе на новые, – «облегченные» – стандарты к уровню тепловой защиты ограждающих конструкций, дополнительные потери ТЭР в рассматриваемом многоквартирном здании через наружные ограждения составят примерно 3280 т.у.т., а с учетом их транспортировки к зданию и производства – более 6560 т.у.т. И это получено в отношении только одного многоквартирного жилого здания.
Источники
1. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий (актуализированная редакция СНиП 23-02-2003, – предполагается к введению в действие с 2013 г.).
2. СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий (действующая редакция).
3. National Building Code of Finland, Part D3.
4. СНиП 23-01-99*Строительная климатология (действующая редакция).
5. ГОСТ 30494-96 Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях.
Н.И. Ватин
д.т.н., профессор, декан инженерно-строительного факультета ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»
Д.В. Немова
инженер кафедры ТОиЭС ФГБОУ ВПО «СПбГПУ»
П.П. Рымкевич
к.ф.-м.н., профессор кафедры физики ФВГОУ ВПО «Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского»
А.С. Горшков
к.т.н., докторант кафедры Интеллектуальных систем и защиты информации ФГБОУ ВПО «СПбГУТиД»
