3.1. Технико-экономическое сравнение вариантов энергосбережения жилого здания
В задаче требуется провести оценку эффективности двух вариантов инвестиционных проектов по энергосбережению реконструируемого жилого здания. Стены жилого 9-этажного здания кирпичные, значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций удовлетворяют санитарно-гигиеническим и комфортным условиям.
Основное требование существующих норм по энергосбережению, в частности, СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» [15], СП 23-101-2004 «Проектирование тепловой защиты зданий» [21], ТСН 23-317-2000 НСО [23] – рациональное использование энергетических ресурсов путем выбора соответствующего уровня теплозащиты здания с учетом эффективности систем обеспечения микроклимата, рассматривая здание и его отопительно-вентиляционные системы как единое целое.
Выбор теплозащитных свойств зданий следует осуществлять по одному из двух альтернативных подходов:
потребительскому, когда теплозащитные свойства определяются по нормативному значению удельного энергопотребления здания в целом или его отдельных замкнутых объемов – блок-секций, пристроек и прочего;
предписывающему, когда нормативные требования предъявляются к отдельным элементам теплозащиты здания.
Выбор подхода разрешается осуществлять заказчиком и проектной организацией.
При выборе потребительского подхода проект здания следует разрабатывать на основе величины удельного расхода тепловой энергии системой отопления проектируемого здания за отопительный период. При этом теплозащитные свойства наружных ограждений ограждающих конструкций должны удовлетворять минимально допустимым требованиям, соответствующим санитарно-гигиеническим и комфортным условиям.
Расчетный удельный расход тепловой энергии системой отопления здания за отопительный период  , кДж/(м20Ссут) или кДж/(м30Ссут), должен быть меньше или равен требуемому значению  , кДж/(м20Ссут) или кДж/(м30Ссут), и определяется путем выбора теплозащитных свойств оболочки здания и типа, эффективности и метода регулирования используемых систем отопления и вентиляции:
 , (3.1)
где – требуемый удельный расход тепловой энергии системой отопления здания за отопительный период, кДж/(м20Ссут) или кДж/(м30Ссут), определяемый для различных типов зданий согласно табл. 3.2;
Таблица 3.2
Требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление
здания, кДж/(м20Ссут), (кДж/(м30Ссут)) за отопительный
период (фрагмент табл. 9 СНиП 23-02-2003 [15])
Типы зданий
|
Этажность зданий
|
4, 5
|
6, 7
|
8, 9
|
10, 11
|
12 и выше
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
Жилые, гостиницы, общежития
|
85 (31)
|
80 (29)
|
76 (27,5)
|
72 (26)
|
70 (25)
|
Поликлиники и лечебные учреждения, дома-интернаты
|
(31)
|
(30)
|
(29)
|
(28)
|
-
|
Сервисного обслуживания
|
(20)
|
(20)
|
-
|
-
|
-
|
Административного назначения (офисы)
|
(27)
|
(24)
|
(22)
|
(20)
|
(20)
|
– расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания, кДж/(м20Ссут) или кДж/(м30Ссут), определяемый по формуле:
 или  , (3.2)
где  – потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период, МДж;
 – полезная площадь здания; для жилых зданий – общая площадь квартир;
 – отапливаемый объем здания, равный объему, ограниченному внутренними поверхностями наружных – ограждений здания, м3;
 – количество градусосуток отопительного периода, 0Ссут.
Потребность в тепловой энергии на отопление здания в течение отопительного периода с учетом полного использования внутренних тепловыделений и теплопоступлений от солнечной радиации при автоматическом регулировании теплоотдачи нагревательных приборов в системе отопления (), МДж, следует определять по формуле:
 , (3.3)
где  – общие теплопотери здания за отопительный период через наружные ограждающие конструкции, МДж;
 – бытовые теплопоступления в течение отопительного периода, МДж, определяемые по формуле:
 , (3.4)
где qint – величина бытовых тепловыделений на 1 м2 площади пола жилых помещений, Вт/м2, принимаемая по расчету, но не менее 10 Вт/м2 для жилых и административных зданий;
zht – продолжительность отопительного периода, сут.;
Ar – отапливаемая площадь здания, м2, равная площади пола всех отапливаемых помещений здания; для жилых зданий – площадь жилых помещений;
 – теплопоступления через окна от солнечной радиации в течение отопительного периода, МДж, определяемые по формуле:
 ,
(3.5)
где – коэффициенты, учитывающие затенение светового проема соответственно окон и зенитных фонарей непрозрачными элементами заполнения, принимаемые по табл. 3.3;
 – коэффициенты относительного проникания солнечной радиации соответственно для светопропускающих заполнений окон и зенитных фонарей, принимаемые по табл. 3.6;
 – площади светопроемов фасадов соответственно ориентированных по четырем направлениям, м2;
 – средняя за отопительный период интенсивность солнечной радиации на вертикальную поверхность светопроемов, соответственно ориентированных по четырем фасадам здания, МДж/м2, принимается по табл. 5 СНиП 23-01-99* [14] как сумма величин по месяцам за отопительный период;
 – средняя за отопительный период интенсивность солнечной радиации на горизонтальную поверхность, МДж/м2, принимается по табл. 4 СНиП 23-01-99* [14] как сумма величин по месяцам за отопительный период;
– коэффициент, учитывающий способность ограждающих конструкций помещений зданий аккумулировать или отдавать тепло; рекомендуемое значение = 0,8;
– коэффициент эффективности авторегулирования подачи теплоты в системах отопления: рекомендуемое значение = 1,0 для однотрубной системы с термостатами и с пофасадным регулированием на вводе;
 – коэффициент, учитывающий дополнительное теплопотребление системы отопления, связанное с дискретностью номинального теплового потока номенклатурного ряда отопительных приборов, с их дополнительными теплопотерями через зарадиаторные участки ограждений, теплопотерями трубопроводов, проходящих через неотапливаемые помещения: для многосекционных и других протяженных зданий = 1,13, для зданий башенного типа = 1,11.
Таблица 3.3
Значения коэффициента затенения светового проема  и 
и относительного проникания солнечной радиации  и 
соответственно окон и зенитных фонарей
(табл. 3.6 ТСН 23-317-2000 НСО [23])
Заполнение
светового проема
|
Коэффициенты F и scy ; kF и kscy
|
в деревянных или пластмассовых
переплетах
|
в металлических
переплетах
|
F и scy
|
kF и kscy
|
F и scy
|
kF и kscy
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Двухслойное остекление с теплоотражающим покрытием на внутреннем стекле:
|
|
|
|
|
двухслойные стеклопакеты в одинарных переплетах
|
0,8
|
0,57
|
0,9
|
0,57
|
двойное остекление в спаренных переплетах
|
0,75
|
0,57
|
0,85
|
0,57
|
двойное остекление в раздельных переплетах
|
0,65
|
0,57
|
0,8
|
0,57
|
Тройное остекление в раздельно-спаренных переплетах
|
0,5
|
0,83
|
0,7
|
0,83
|
Двухслойные стеклопакеты и одинарное остекление в раздельных переплетах
|
0,75
|
0,83
|
-
|
-
|
Общие теплопотери здания за отопительный период через наружные ограждающие конструкции ( ( ), МДж) определяются в соответствии с прил. 1. При этом максимальный тепловой поток на отопление (Qomax, Вт), определяется по укрупненным измерителям по формуле [3, (8.19)]:
 , (3.6)
где q – удельная тепловая характеристика здания, Вт/м30С, принимается по табл. 3.4;
Vн – объем отапливаемой части здания по внешнему обмеру, м3;
a – коэффициент учета района строительства здания:
 . (3.7)
Таблица 3.4
Удельные тепловые характеристики жилых зданий
Наружный строительный
объем зданий Vн, м3
|
Удельная тепловая характеристика q, ккал/(м3ч0С)
|
4 000
|
0,47
|
4 500
|
0,46
|
5 000
|
0,45
|
6 000
|
0,43
|
7 000
|
0,42
|
8 000
|
0,41
|
9 000
|
0,40
|
10 000
|
0,39
|
11 000…12 000
|
0,38
|
13 000…25 000
|
0,37
|
Если расчетное значение больше требуемого , то осуществляют перебор вариантов до достижения предыдущего условия. При этом используют следующие возможности:
изменение объемно-планировочного решения здания (размеров и формы);
повышение уровня теплозащиты отдельных ограждений здания;
выбор более эффективных систем отопления и вентиляции, и способов их регулирования;
комбинирование предыдущих вариантов, используя принцип взаимозаменяемости.
При выборе предписывающего подхода теплозащитные свойства наружных ограждений ограждающих конструкций должны удовлетворять требованиям II-го этапа энергосбережения.
В данной задаче I вариант реконструкции здания разработан на основе предписывающего подхода. Для обеспечения условия (3.6) запроектировано дополнительное утепление ограждающих конструкций и дополнительное остекление (по 2-ому этапу энергосбережения). В качестве утеплителя применяются пенополистирольные плиты. Толщина утеплителя , мм, принимается по табл. 3.1 по варианту строительства. Срок службы утеплителя составляет 15 лет. Вид остекления с учетом проведения энергосберегающих мероприятий принимается по табл. 3.1 по варианту строительства.
Сметная стоимость материалов (в том числе стоимость утеплителя) определяется в соответствии с Методическими указаниями (МДС 81-2.99) [6], предназначенных для разработки сборников (каталогов) сметных цен на материалы, изделия и конструкции и сборников сметных цен для перевозки грузов для строительства.
Для выполнения курсовой работы и дипломного проекта при определении сметной стоимости материалов, изделий и конструкций используется информационная система «СтройэкспертКодекс» (сметно-нормативная база ФЕР-2001).
Площадь стен Fстен = 160 м2.
Площадь дополнительного остекления Fокон = 270 м2
Состав работ и затрат приведен в табл. 3.5.
Расходы на текущий и капитальный ремонты наружных стен принимаются равными 0,006К плюс 2% стоимости утеплителя в год.
Таблица 3.5
Состав работ и затрат (I вариант)
№ п/п
|
Наименование работ и затрат
|
Ед. изм.
|
Кол-во
|
1
|
2
|
3
|
4
|
|
I вариант
|
|
|
1.
|
Сверление отверстий в стенах глубиной до 100 мм 10 см
|
100 шт.
|
74
|
2.
|
Установка анкеров в готовые гнезда с заделкой
|
т
|
0,24
|
3.
|
Утепление стен плитами пенополистирольными
|
м3
|
160
|
4.
|
Каркас из арматурной стали по анкерам
|
т
|
2,06
|
5.
|
Штукатурка стен по сетке
|
100 м2
|
16,0
|
6.
|
Утепление чердачного перекрытия плитами из ячеистого бетона =160 мм
|
100 м2
|
5,4
|
7.
|
Выравнивающая цементная стяжка по утеплителю =30 мм
|
100 м2
|
5,4
|
8.
|
Установка дополнительных оконных переплетов
|
м2
|
270
|
9.
|
Коробки оконные
|
м
|
840
|
10.
|
Переплеты оконные
|
м2
|
144
|
11.
|
Приборы оконные
|
к-т
|
113
|
12.
|
Установка оконных приборов
|
к-т
|
113
|
13.
|
Остекление оконных проемов оконным стеклом =3 мм
|
100 м2
|
2,7
|
14.
|
Улучшенная штукатурка оконных откосов
|
100 м2
|
1,97
|
II вариант реконструкции здания разработан на основе потребительского подхода. В здании запроектирована система оптимизации теплопотребления (СОТ), которая позволяет снизить расход тепловой энергии за счет использования внутренних тепловыделений и теплопоступлений от солнечной радиации. СОТ – комплекс технических и программных средств по управлению, учету и контролю теплопотребления. Данная СОТ разработана НПО «Лайф» (г. Новосибирск). СОТ позволяет регулировать теплопотребление в тепловом узле, т.е. всего объекта в целом, поддерживая температурный график обратной сетевой воды (регулирование 1-го уровня), далее регулировать тепловые ветви (стояки) для оптимального распределения тепла внутри объекта (регулирование 2-го уровня или пофасадное регулирование) и поддерживать заданную пользователем температуру непосредственно в конкретном помещении (регулирование 3-го уровня).
СОТ включает следующее оборудование:
Теплорегулятор РУДИ (Роспатент № 1149) представляет собой программный контроллер, осуществляющий управление исполнительными механизмами, основываясь на показаниях датчиков и заложенной в него программе. Сделан в виде металлического шкафа настенного исполнения. Мощность 160 Вт.
Вентиль балансовый ШТРЕМАКС-AG со сливом для регулирования стояков (производство HERZ, Германия).
Клапан проходной термостатический TS-E 7723 с термоголовкой 9260 для регулирования теплоотдачи нагревательного прибора по температуре воздуха в помещении (производство HERZ, Германия).
Состав и стоимость оборудования СОТ приведены в табл. 3.6.
Таблица 3.6
Состав и стоимость оборудования СОТ
№ п/п
|
Наименование
|
Ед. изм.
|
Кол-во
|
Цена
ед. изм.
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
1.
|
Теплорегулятор РУДИ Р602М1
|
шт.
|
1
|
18 054 р.
|
2.
|
Вентиль балансовый ШТРЕМАКС-AG
|
|
|
|
|
15
|
шт.
|
12
|
11,65 у.е.
|
|
20
|
шт.
|
7
|
16,00 у.е.
|
|
25
|
шт.
|
1
|
20,75 у.е.
|
3.
|
Клапан проходной термостатический TS-E 7723
|
|
|
|
|
15
|
шт.
|
72
|
11,1 у.е.
|
|
20
|
шт.
|
49
|
13,1 у.е.
|
|
25
|
шт.
|
7
|
19,9 у.е.
|
4
|
Термоголовка 9260
|
|
|
|
|
15
|
шт.
|
72
|
9,8 у.е.
|
|
20
|
шт.
|
49
|
9,8 у.е.
|
|
25
|
шт.
|
7
|
9,8 у.е.
|
Наружный строительный объем здания Vн = 11370 м3.
Общая площадь квартир= 3790 м2, отапливаемая площадь здания (равная площади жилых помещений) Ar = 3030 м2.
Площади светопроемов фасадов соответственно ориентированных по четырем направлениям, составляют:  = 13,65 м2 (север); = 37,31 м2 (юг); = 132,86 м2 (запад); = 85,54 м2 (восток).
Срок службы оборудования СОТ составляет для теплорегулятора РУДИ – 10 лет, оборудования HERZ – 40 лет.
Монтаж оборудования СОТ составляет для теплорегулятора РУДИ – 50% от стоимости оборудования, оборудования HERZ – 3% от стоимости оборудования.
Расходы на сервисное обслуживание оборудования СОТ составляют 5% от стоимости оборудования СОТ в год.
Для выбора варианта и определения эффективности выполненных мероприятий по энергосбережению необходимо определить и сравнить следующие показатели: чистый доход (ЧД), чистый дисконтированный доход (ЧДД), внутренняя норма доходности (ВНД), срок окупаемости. Период учета вложений и затрат для обоих вариантов принять равным 10 лет.
|
