№12|2010

ЭКОНОМИЯ РЕСУРСОВ

bbk 000000

УДК 628.17.001.4

Наумов А. Л., Судьина О. С.

Повышение энергоэффективности трубопроводных систем здания

Аннотация

Проблему энергосбережения в строительстве можно решить путем уменьшения теплопотерь через ограждающие конструкции, установки тепло- и водосчетчиков, использования нетрадиционных источников теплоснабжения и т. д. Вопросы энергосбережения в трубопроводных инженерных системах в проектировании недостаточно изучены, в то время как значительная часть энергопотребления систем инженерного обеспечения зданий (до 80%) приходится на привод насосов и вентиляторов трубопроводных сетей: отопления, водоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха. В качестве критериев энергоэффективности трубопроводных сетей рассматриваются экономические показатели. В расчетах использован метод приведенных затрат.

Ключевые слова

, , , , ,

 

Скачать статью в журнальной верстке (PDF)

Значительная часть энергопотребления систем инженерного обеспечения зданий (до 80%) приходится на привод насосов и вентиляторов трубопроводных сетей: отопления, водоснабжения, вентиляции, кондиционирования воздуха. Проектировщики, как правило, принимают значения скорости движения рабочей среды, близкие к максимально допустимым, стремясь таким образом минимизировать затраты на трубопроводы и сетевые элементы, а также сэкономить полезный объем здания. Стоимость электроэнергии в России относительно невелика, поэтому при выборе скорости движения рабочей среды затраты на энергию, расходуемую на перекачку заданного расхода, не принимают во внимание. В условиях прогнозируемой исчерпаемости энергоресурсов проблема повышения энергоэффективности становится более актуальной.

Критериями энергоэффективности трубопроводных сетей могут служить экономические показатели. В первом приближении может быть использован метод приведенных затрат. Уменьшение диаметров трубопроводов приводит к росту расхода электроэнергии, но при этом снижаются капитальные затраты. Задача является оптимизационной: выбрать диаметр трубопровода (при заданной рабочей среде, ее расходе, трассировке и количестве часов работы в году), который соответствовал бы минимуму приведенных затрат:

П = Э + КЕн.д min,                        (1)

где Э – эксплуатационные затраты, т. е. стоимость затраченной электроэнергии за нормативный срок; К – первоначальные капитальные затраты; Ен.д – коэффициент окупаемости капитальных затрат.

В такой постановке стоимость затраченной электроэнергии пропорциональна тарифу на электроэнергию S и прогнозному коэффициенту роста тарифов  за рассматриваемый период:

Э = SNZ,                                     (2)

гдеZ – число часов работы сети в год; N – мощность нагнетателя, Вт.

Капитальные затраты на трубопроводную сеть зависят от стоимости самих трубопроводов и фитинга, арматуры, установленной на сети, k1. Также капитальные затраты зависят от стоимости монтажа, которую можно выразить через некоторый коэффициент пропорциональности к стоимости материалов сети k2. Следующий фактор, который необходимо учитывать при нахождении капитальных затрат – это стоимость полезного объема здания, занимаемого трубопроводной сетью, что также можно выразить с помощью коэффициента k3.

Таким образом, капитальные затраты можно определить по формуле:

K = Аld;                                  (3)

А = k1k2k3,

где А – комплекс коэффициентов на стоимость монтажа трубопроводов, фитинга, арматуры и полезного объема здания, занимаемого трубопроводами; l – длина трубопровода, м; d – диаметр трубопровода, м.

12_09_ris_01

Рассмотрим наиболее распространенный режим работы трубопроводных сетей с постоянным расходом рабочей среды в заданный промежуток времени. Обычно трубопровод имеет круглое сечение, каналы прямоугольного сечения несложным образом также приводятся к «эквивалентному» кругу. Мощность нагнетателя в общем случае определяется следующим образом:

N = kLp/(3600),                           (4)

где L – массовый расход рабочей среды, м3/ч; ∆р – напор нагнетателя, Па; k – коэффициент запаса, учитывающий пусковой момент (максимальное значение 1,5);  – коэффициент полезного действия нагнетателя.

Линейные потери давления определяются по известной формуле [1]:

12_09_form_05

где  λ – коэффициент гидравлического трения;  ρ – плотность рабочей среды, кг/м3; V – скорость движения рабочей среды, м/с.

Совместное решение уравнений (1)–(5) позволяет получить формулу для нахождения эксплуатационных затрат:

Э = ВС(KэL + 17 d2)0,25d–5,25,                (6)

где В – комплекс числовых величин, зависящих от параметров рабочей среды (В = 0,11lL1,75/1,62∙106); С – комплекс числовых величин, зависящих от тарифов на электроэнергию, периода работы системы за год (C = SkLZ/3600);   кинематическая вязкость среды.

12_09_ris_02

12_09_ris_03

Значение капитальных затрат при коэффициенте окупаемости Ен.д = 0,08 и коэффициентах k1 = 1,8; k2 = 1,7; k3 = 1,5 (выбор значений коэффициентов произведен на основе анализа проектных решений):

K = 0,029ld2.

Тогда

П = ВС(КэL+ 17d2)0,25d–5,25 + 0,029ld2.

Рассчитаем приведенные затраты по полученной формуле для различных значений расходов рабочей среды в системе отопления со следующими параметрами:  – прогнозируемый рост тарифов 15%; S – тариф на электроэнергию 3,1 руб/(кВт∙ч); Z – количество часов работы системы в год (отопительный период) для Московского региона 5100 ч; – плотность рабочей среды при температуре 90 С, равная 965,3 кг/м3; l – длина трубопровода (в качестве примера взят участок трубопровода системы отопления длиной 100 м); Kэ – эквивалентная шероховатость стенок трубопровода из сшитого полиэтилена 0,00001 м;  – кинематическая вязкость воды при температуре 90 С, равная 0,326∙10–6 м2/с, или 0,00108 м2/ч.

12_09_ris_04

Результаты расчета показаны на рис. 1 и 2. На рис. 3 представлены результаты аналогичных расчетов для системы вентиляции.

Значение оптимальной скорости движения среды различно для разных регионов России в зависимости от тарифов на электроэнергию и количества часов работы за год. Так, разница между тарифами может составлять около 40%. В таблице приведены тарифы на электроэнергию для различных регионов России по состоянию на 2010 г.

На рис. 4 показана зависимость приведенных затрат от скорости движения теплоносителя в системе отопления при расходе 10 м3/ч для некоторых городов России.

12_09_tabl_01

Стоимость присоединения электрической нагрузки различна для каждого региона. Например, в пределах Садового кольца г. Москвы цена за присоединение 1 кВт может достигать 100 000 руб., в ближнем Подмосковье в пределах Малого Московского кольца – 50 000 руб, за пределами Малого Московского кольца – 20 000 руб. На рис. 5 показано изменение стоимости присоединения в зависимости от скорости движения теплоносителя в системе отопления для значений цены за 1 кВт присоединяемой электрической мощности. С увеличением скорости движения теплоносителя в трубопроводе повышается гидравлическое сопротивление, что приводит к увеличению электрической мощности, затрачиваемой на перекачивание теплоносителя.

12_09_ris_05

Выводы

В современной практике проектирования в качестве расчетных значений используются, как правило, скорости движения рабочей среды, близкие к максимальным по акустическим требованиям. Переход от максимальных скоростей движения рабочей среды к оптимальным позволит обеспечить годовую экономию 20–40%. Применение данных рекомендаций при проектировании позволит сэкономить не только приведенные затраты, но и стоимость присоединяемой мощности электроэнергии.

 

 

Список цитируемой литературы

  1. Примеры расчетов по гидравлике. Под ред. А. Д. Альтшуля. – М.: Стройиздат, 1977.
  2. Сканави А. Н., Махов Л. М. Отопление. – М.: АСВ, 2002.
  3. Калицун В. И., Кедров В. С., Ласков Ю. М. Гидравлика, водоснабжение и канализация. – М.: Стройиздат, 1999.
  4. Наумов А. Л., Судьина О. С. Оптимизация проектирования и энергоэффективность трубопроводных сетей инженерных систем здания // АВОК. 2009. № 4.
  5. СНиП 23-01-1999. Строительная климатология.

Российская ассоциация водоснабжения и водоотведения

ecw18 vst 200

Конференция итог

VAK2

raww 2017

Aquatherm 2018 100x100

100х100 stroi ural

Трубопроводная арматура АБРАДОКС, АБРА, ABRADOX, ABRA

Авторизация

Внимание! Рекомендуется просматривать сайт максимально свежими версиями браузеров. Некоторые устаревшие версии (IE 8) не смогут корректно скачать материалы номеров журнала.