02.06.2010. Оптимизация проектирования и энергоэффективность трубопроводных сетей инженерных систем здания

Проблема реализации значительного потенциала энергосбережения в зданиях (эксперты называют цифры более 40 %) становится все более актуальной. Энергоэффективное здание – это здание, в котором все должно быть прекрасно – и формы, и оболочка, и внутренние инженерные системы, и высокий интеллект в части управления зданием.
Представляется, что в этом комплексе свойств здания к реализации подготовлено много инновационных решений, но еще остаются и белые пятна, одним из которых надо признать энергопотери в трубопроводных сетях инженерных систем здания (вентиляция, кондиционирование воздуха, холодоснабжение, отопление, водоснабжение). Годовой расход электроэнергии на привод насосов и вентиляторов в современных жилых зданиях достигает 20–30 кВт•ч/м2, а в офисных – до 50–70 кВт•ч/м2.
Есть все основания полагать, что экономически целесообразный потенциал энергосбережения со сроком окупаемости до 3–5 лет в энергопотреблении трубопроводных сетей составляет 30–50 %.
В отличие от тепловых нагрузок в зданиях, снижение которых регламентируется нормативами и федерального, и муниципального уровней, в современной практике проектирования отсутствуют даже рекомендации по снижению энергопотребления в трубопроводных сетях.
Максимальные скорости движения рабочей среды в трубопроводных сетях ограничиваются только акустическими требованиями.
Стремясь минимизировать затраты на трубопроводы и сетевые элементы, а также сэкономить полезный объем здания, проектировщики, как правило, принимают рабочие скорости среды, близкие к максимально допустимым, производительность насосов и вентиляторов с хорошим запасом. А запас этот действительно необходим, так как прямые линии трассировок в проекте трансформируются в причудливые «загогулины», обходящие выступы, балки, колонны при реальном монтаже.
Нередко возникает необходимость из-за высоких скоростей воздуха в системах вентиляции устанавливать дополнительные шумоглушители, тем самым увеличивая еще больше аэродинамическое сопротивление сети. Да и монтажники зачастую не утруждают себя подбором фасонных элементов сети с пониженным сопротивлением, отдавая предпочтение более дешевым прямым врезкам, отводам, крестовинам и тройникам.
Приходилось сталкиваться и с такой позицией проектировщиков систем отопления: можно не утруждать себя тщательным гидравлическим расчетом сети, достаточно выбрать насос помощнее, поставить побольше балансировочных клапанов и все само собой отрегулируется.
В дискуссии о целесообразной степени централизации инженерных систем в крупных, в том числе высотных, зданиях основные аргументы – это экономия площади технических зон, стоимость оборудования, степень надежности, но отнюдь не энергетические потери в сетях, хотя весомость этого фактора едва ли не самая важная.
При всем многообразии схемных решений инженерных систем возможно ли выработать рекомендации по выбору оптимальных скоростей движения рабочей среды, показателей энергоэффективности трубопроводных сетей?
На наш взгляд, не только возможно, но и необходимо. При оценке эффективности той или иной системы это может быть расход электроэнергии на перемещение единицы объема среды (воздуха, воды, холодоносителя) в кВт•ч/м3. При оценке энергоэффективности здания – годовой расход электроэнергии в системах вентиляции, отопления, холодоснабжения, водоснабжения на 1 м2 площади здания – кВт•ч/м2•год.
Эти показатели могут быть положены в основу маркировки энергоэффективности инженерных систем зданий, войти в состав энергетического паспорта здания, стать действенным регулятором энергосбережения.
В качестве иллюстрации предложенного подхода проанализируем энергетические и экономические показатели трубопроводной сети на примере насосной двухтрубной системы водяного отопления с нижней разводкой и попутным движением воды в магистралях из труб по ГОСТ 10704-76* при расчетной температуре воды tr = 95 °C, t0 = 70 °C. Отопительные приборы – стальные панельные радиаторы РСГ-2, размещенные у световых проемов.
Рассматривается система отопления с общей тепловой нагрузкой 270,6 кВт. Система включает сеть трубопроводов с отопительными приборами и арматурой, пластинчатый теплообменник и циркуляционный насос. Потери давления в теплообменнике составляют 24,52 кПа, расход теплоносителя 79,738 м3/ч.
Рассмотрим в пяти вариантах, как будут меняться энергетические и экономические показатели при изменении средней скорости теплоносителя. Для этого необходимо произвести гидравлический расчет системы в пяти вариантах с изменением типоразмеров трубопроводов. Результатом каждого из вариантов гидравлического расчета является средняя скорость движения теплоносителя в системе.
После того как выполнен гидравлический расчет по всем пяти вариантам, определяются необходимые напоры и подбираются соответствующие насосы. При этом с возрастанием скорости увеличивается установленная электрическая мощность насосов