Экономические аспекты внедрения индивидуальных тепловых пунктов

Н. В. Шилкин, доцент МАрхИ

В нашей стране в крупных городах теплоснабжение жилых микрорайонов и промышленных объектов осуществляется посредством централизованных систем на базе теплофикации. Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии остается наиболее эффективным методом использования топлива для целей отопления и горячего водоснабжения с наименьшими экологическими последствиями. Теплоснабжение от групповых или автономных (пристроенных или крышных) газовых котельных, а также от квартирных котлов с закрытой топкой при достаточно низких капитальных затратах (из-за отсутствия протяженных сетей теплоснабжения и относительно низкой стоимости топлива), а также при системном анализе с учетом возрастания в 2–2,5 раза стоимости электроэнергии при ее выработке по конденсационному циклу становится неконкурентоспособным при сосредоточенной тепловой нагрузке. На отдельных удаленных участках застройки сооружение котельной может быть оправдано, хотя и в этих случаях оно должно быть сопоставлено со строительством мини-ТЭЦ, использующих компактные газотурбинные установки или газопоршневые двигатели для одновременной выработки тепловой и электрической энергии.

Основными направлениями регулирования расхода тепловой энергии и совершенствования систем централизованного теплоснабжения, которые приводят к значительной экономии тепла, являются [1]:

– осуществление автоматического регулирования расхода тепловой энергии как на центральных тепловых пунктах (ЦТП), так и на вводе в зданиях в индивидуальных тепловых пунктах (ИТП), т. е. автоматизация тепловых пунктов;

– постепенный отказ от ЦТП и перенос оборудования приготовления горячей воды на бытовые нужды в здания (переход на ИТП);

– повышение в связи с этим эффективности автоматического регулирования отопления (пофасадное авторегулирование и авторегулирование с коррекцией по температуре внутреннего воздуха, учитывающие индивидуальные особенности здания, оснащение отопительных приборов термостатами – индивидуальными автоматическими регуляторами теплового потока).

Ниже рассмотрим некоторые аспекты изменения схемы централизованного теплоснабжения, связанного с отказом от применения центральных тепловых пунктов (ЦТП) и внедрением индивидуальных тепловых пунктов (ИТП), в результате чего появляется возможность регулирования и учета теплопотребления на каждом конкретном объекте.

В нашей стране получила широкое распространение система теплоснабжения с ЦТП – групповыми тепловыми пунктами, через которые осуществляется подача тепла по отдельным трубопроводам на отопление и горячее водоснабжение зданий. При этом требуется обеспечить температуру воздуха в квартирах не ниже минимально допустимого уровня (18 °С). При наличии ЦТП часто при жалобах населения на низкую температуру в помещениях не устраняются локальные причины ее возникновения, а увеличивается расход тепловой энергии на все здания, снабжающиеся от данного ЦТП. Это приводит к росту температуры обратной воды, перегрузке головных магистралей и хроническому отставанию в режиме работы концевых потребителей – в результате тепловые сети работают с превышением расчетного расхода воды как минимум на 30–40 %.

Обычно системы отопления каждого дома или даже секции присоединяются к квартальным тепловым сетям от ЦТП через элеватор, основным положительным свойством которого является обеспечение постоянного коэффициента смешения (эжекции) независимо от изменения температур подаваемой или подмешиваемой воды и постоянного расхода воды из тепловой сети при неизменном располагаемом напоре независимо от изменения расхода воды, циркулирующей в системе отопления. Однако при регулировании отопления посредством термостатов это приводит к тому, что в однотрубных системах при закрытии термостатов из-за сброса горячей воды мимо отопительного прибора растет температура обратной воды, вследствие чего возрастает температура воды в подающем трубопроводе и, соответственно, возрастает нерегулируемая теплоотдача трубопроводов стояков системы отопления, что снижает эффективность авторегулирования термостатами. В двухтрубных системах закрытие термостатов приводит к сокращению расхода воды, циркулирующей в системе, но расход сетевой воды, проходящей через сопло элеватора, остается неизменным, что также приводит к росту температуры воды в подающем трубопроводе системы отопления, а соответственно, и к нерегулируемой теплоотдаче стояков.

Во избежание этого необходимо осуществлять автоматическое регулирование температуры воды в подающем трубопроводе системы отопления по графику в зависимости от наружной температуры в местах подключения систем отопления к тепловым сетям, как это рекомендовано разделом 4 МГСН 2.01–99 [2].

Обязательность осуществления автоматического регулирования отопления на вводе в здание как в системах с пофасадным авторегулированием, так и в системах с термостатами; недолговечность трубопроводов внутриквартальных сетей горячего водоснабжения; требования в современных рыночных условиях установки приборов учета тепла и воды в каждом здании – эти факторы ставят под сомнение необходимость теплоснабжения жилых зданий и микрорайонов в нашей стране через групповые тепловые пункты (ЦТП), после которых отдельные здания снабжаются по самостоятельным трубопроводам горячей водой на отопление и водопроводной водой на бытовые нужды, нагретой в теплообменниках, установленных в ЦТП [1].

В связи с указанными обстоятельствами актуальным является переход от групповых тепловых пунктов (ЦТП) к индивидуальным (ИТП), расположенным в отапливаемом здании. Это решение, помимо повышения эффективности авторегулирования отопления, позволяет отказаться от распределительных сетей горячего водоснабжения, а также снизить потери тепла при транспортировке и расход электроэнергии на перекачку бытовой горячей воды. Перенос центров приготовления горячей воды на бытовые нужды ближе к ее потреблению (в здание), ликвидация благодаря этому ЦТП и внутриквартальных сетей горячего водоснабжения не только повышает качество снабжения горячей водой жителей, но и, как показали расчеты, выполненные еще в 1970-х годах В. И. Ливчаком [3, 4], оказывается эффективнее решения с ЦТП как по капиталовложениям, так и по эксплуатационным затратам, поскольку в этом случае уменьшаются теплопотери, расход электроэнергии на перекачку и циркуляцию горячей воды, а также повышается эффективность авторегулирования отопления. Однако отсутствие в то время необходимого оборудования (компактных теплообменников, малошумных циркуляционных насосов, приборов авторегулирования и учета тепла) оставили это решение нереализованным, за исключением нескольких демонстрационных объектов.

Автоматизированные ИТП в сочетании с индивидуальным автоматическим регулированием теплоотдачи отопительных приборов позволяют полностью осуществить в зданиях мероприятия по экономии тепла, воды, электроэнергии на перекачку, а также получить снижение затрат на прокладку трубопроводов систем тепловодоснабжения (особенно при 2-зонном водоснабжении). Наличие малошумных циркуляционных насосов, компактных теплообменников и приборов авторегулирования подачи и учета тепла позволяют успешно решить эту задачу. Отказ от ЦТП и управление регулированием подачей тепла на отопление и горячее водоснабжение в ИТП, помимо прочего, приводит к сокращению потерь тепла внутриквартальными теплопроводами и к снижению расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя.

Применение ИТП в Москве инициируется распоряжением премьера Правительства Москвы № 1172–РП от 24.11.1995 года «О внедрении в строительство моноблочных индивидуальных тепловых пунктов» и МГСН 2.01–99 [2].

Переход на систему теплоснабжения с ИТП целесообразен не только в новом строительстве, но в существующих микрорайонах, где из-за выработки ресурса требуется замена внутриквартальных сетей и оборудования ЦТП [1]. Подобные решения по реконструкции применены, в частности, в Германии. В восточных землях (бывшей ГДР), где применены аналогичные с Москвой системы теплоснабжения с ЦТП, последние оставляют как водопроводные подкачивающие станции, демонтируя тепломеханическое оборудование. Внутриквартальные трубопроводы системы горячего водоснабжения отключают, а по трубопроводам отопления подают перегретую воду в каждый дом. В тепловых пунктах зданий устанавливают теплообменное оборудование, малошумные насосы, системы авторегулирования и учета тепловой энергии и воды. Считается, что такое решение, по сравнению с ЦТП и многотрубными сетями от них, дает экономический эффект до 25 %, повышает надежность и комфортность теплоснабжения [5].

Кроме того, без сооружения ИТП сложно организовать подомовой учет потребления холодной и особенно горячей воды, поскольку при теплоснабжении от ЦТП разводящие сети проходят транзитом по зданию в следующие дома с врезкой отдельных стояков в этот транзитный трубопровод. Поэтому для оценки потребления воды зданием необходимо ставить водосчетчики почти на каждый стояк, включая и циркуляционные, а измерить расход тепла, потребляемого системой горячего водоснабжения каждого дома, вообще не представляется возможным. При ИТП, когда подготовка горячей воды осуществляется централизованно для всего дома в теплообменниках, установленных в этом тепловом пункте, для измерения расхода воды, потребляемой системой горячего водоснабжения, достаточно установить один водосчетчик, а расход тепловой энергии определяется по разности показаний теплосчетчиков, устанавливаемых на сетевой воде на вводе в ИТП и поступающей на отопление.

Оценку экономической эффективности [6, 7] изменения схемы централизованного теплоснабжения, связанного с отказом от применения центральных тепловых пунктов (ЦТП) и внедрением индивидуальных тепловых пунктов (ИТП), рассмотрим на примере 17-этажного (первый этаж нежилой) двухсекционного 128-квартирного здания, расположенного в Москве, удельный расход тепловой энергии на отопление которого составляет 102 кВт•ч/м².

Срок эксплуатации ИТП принимаем равным 20 лет (Т_сл = 20 лет). Согласно [6], принимаем значение нормы дисконта r = 0,10 (10 %). Стоимость тепловой энергии (прогнозную) принимаем равной 0,77 руб./кВт•ч.

Примем для расчета, что отказ от применения ЦТП и переход на ИТП приводит к снижению расхода тепловой энергии на отопление на 15 %, и, таким образом, удельный расход тепловой энергии на отопление здания составляет 87 кВт•ч/м². Снижение затрат тепловой энергии в стоимостном выражении (т. е. ежегодный средний дополнительный доход за счет экономии энергоресурсов в течение всего срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий) составляет 0,012 тыс. руб./(м²•год) (∆Д = 0,012 тыс. руб./(м²•год)).

Стоимость ИТП с учетом монтажа составляет 420 тыс. руб., отсюда величина инвестиций, отнесенных к 1 м² площади, составляет 0,058 тыс. руб./м² (К = 0,058 тыс. руб./м²).

Экономическую эффективность определим для двух схем использования поступающих доходов: их дисконтирования (использования в качестве оборотных средств) и наращения (капитализации – наращивания под проценты, например, путем дачи их взаймы).

Согласно [6], для оценки экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия необходимо определить следующие критерии экономической эффективности (с учетом дисконтирования и наращения):

– срок окупаемости инвестиций;

– чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий;

– индекс доходности инвестиций (отношение полного дохода к величине инвестиций, характеризующее относительную отдачу инвестиционного проекта на вложенные средства).

Порядок расчета

1. В соответствии с п. 3.1.3 главы 2 «Руководства по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия» [6] определяем полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий.

1.1. Полный дисконтированный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий ДД_Тсл, тыс. руб./м², определяется по формуле (57):

ДД_Тсл = ∆Д [1 - (1 + r) ^–Тсл] / r = 0,102 тыс. руб./м².

1.2. Полный доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий при наращении (капитализации) поступающих доходов НД_Тсл, руб., определяется по формуле (58):

НД_Тсл = ∆Д [(1 + r)^Тсл - 1] / r = 0,687 тыс. руб./м².

2. В соответствии с п. 3.1.2 главы 3 указанного «Руководства…» определяем чистый доход за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации энергосберегающих мероприятий.

2.1. Чистый дисконтированный доход ЧДД, тыс. руб./м², определяется по формуле (55):

ЧДД = ∆Э_д - ∆К = 0,044 тыс. руб./м².

2.2. Чистый доход при наращении (капитализации) всех поступающих доходов ЧНД, тыс. руб./м², определяется по формуле (56):

ЧНД = ∆Э_нр - ∆К = 0,687 тыс. руб./м².

3. В соответствии с п. 3.1.1 главы 3 указанного «Руководства…» определяем срок окупаемости инвестиций.

3.1. Бездисконтный срок окупаемости инвестиций Т₀, лет, определяется по формуле (53):

Т₀ = К / ∆Д = 4,8 года.

3.2. Срок окупаемости инвестиций с учетом дисконтирования поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов Т_д, лет, определяется по формуле (52):

Т_д = -ln (1 - Т₀ r) / ln (1 + r) = 6,9 лет.

3.3. Срок окупаемости инвестиций при наращении (капитализации) поступающих доходов за счет экономии энергоресурсов Т_н, лет, определяется по формуле (54):

Т_н = ln (1 + Т₀ r) / ln (1 + r) = 4,1 года.

4. В соответствии с п. 3.1.4 главы 3 указанного «Руководства…» определяем индекс доходности инвестиций.

4.1. Индекс доходности инвестиций при условии дисконтирования всех поступающих доходов ИД_д в течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле (59):

ИД_д = ДД_Тсл / К = 1,761.

4.2. Индекс доходности инвестиций при условии наращения (капитализации) всех поступающих доходов ИД_н в течение срока эксплуатации энергосберегающих мероприятий определяется по формуле (60):

ИД_н = НД_Тсл / К = 11,850.

Полученные результаты сведены в таблице.

Заключение

Величина общего чистого дохода за счет экономии энергоресурсов за весь период эксплуатации ИТП при дисконтировании и наращении составляет 316,237 и 4 520,749 тыс. руб. соответственно.

Результаты расчетов показали, что переход на ИТП достаточно эффективен и с экономической точки зрения. Низкие сроки окупаемости позволяют отнести этот способ экономии энергии к малозатратным и быстроокупаемым.

Литература

1. Энергосбережение в системах теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Справочное пособие. Под ред. Богуславского Л.Д., Ливчака В.И. М,: Стройиздат. 1990.
2. Ливчак В.И. Совершенствование систем централизованного теплоснабжения крупных городов России // АВОК, №5, 2004.
3. МГСН 2.01–99. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению. – М.: ГУП «НИАЦ», 2000.
4. Ливчак В. И., Письман С. И. Оптимальная степень централизации тепловых пунктов в закрытых системах централизованного теплоснабжения // Водоснабжение и сантехника. 1975. № 8.
5. Ливчак В. И., Беляйкина И. В., Крутова И. Н. Об изменении и дополнении Главы СНиП II-Г.10-73 «Тепловые сети. Нормы проектирования» // Водоснабжение и сантехника. 1983. № 1.
6. Ливчак В.И. За оптимальное сочетание автоматизации регулирования и учета тепла. АВОК, № 4, 1998.
7. Дмитриев А. Н., Ковалев И. Н., Табунщиков Ю. А., Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. – М.: АВОК–ПРЕСС, 2005.
8. ПЛ АВОК–7–2005. Положение об экономическом стимулировании проектирования и строительства энергоэффективных зданий и выпуска для них энергосберегающей продукции. – Введ. 2005–05–12. – М.: АВОК–ПРЕСС, 2005.