С чего начинать энергоаудит эксплуатируемых зданий

В. И. Ливчак, вице-президент НП «АВОК», начальник отдела «Энергоэффективность зданий и сооружений, систем инженерного оборудования» Мосгосэкспертизы

Анализ теплопотребления авторы проводят не по результатам сопоставления фактического теплопотребления здания с расчетными показателями, а принимая априори, что показания теплосчетчика соответствуют истинно необходимому теплопотреблению школы. В результате делается вывод, что потери тепла через ограждающие конструкции составляют 39 % от всего теплопотребления при необходимом значении всего 3,6 %, и поэтому нецелесообразно заниматься наладкой системы автоматики регулирования режима теплоподачи, пока не будет улучшено качество теплоизоляции здания.

Нереальные величины теплопотерь вызваны надуманной подменой расчета теплопотерь на соотношение площадей помещений, обслуживаемых разными системами отопления. Как можно отделять теплопотери здания от расходов тепла на водяное и воздушное отопление, которые также компенсируют теплопотери наружными ограждениями школы?

Неправильно оценен режим работы системы П-1 воздушного отопления классов и П-2 – приточной вентиляции в спортивный и актовый залы, пищеблок и вестибюль главного входа. Из того, что демонтирован шибер, соединяющий нагнетательные воздуховоды систем П-1 и П-2, а вентилятор П-2 выключен, совсем не следует, что весь тепловой поток, который должен был делиться на системы П-1 и П-2, полностью идет на помещения, отапливаемые системой П-1. Из этого следует, что наружный воздух, нагретый до температуры 16–20 °С, будет поступать как в помещения, обслуживаемые системой П-1, так и в помещения, обслуживаемые системой П-2, но в меньшем количестве. Кстати, регулирование теплоотдачи калориферов 2-го подогрева системы П-1 осуществляется не по датчикам температуры в воздуховодах, а по датчикам температуры в классах.

По содержанию статьи ни о каком опыте снижения теплопотребления выбранной школы не может быть и речи. Уменьшать теплопотребление можно только тогда, когда оно избыточно, и достигается это, если не проводить дополнительного утепления наружных ограждений или замены окон на энергоэффективные, только за счет оптимизации режима теплопотребления, поддерживаемого системой авторегулирования. Здесь же констатируется, что существующая система автоматики не отлажена, система приточной вентиляции П-2 постоянно выключена, система воздушного отопления П-1 из-за шума, создаваемого ею, отключается на время проведения учебных занятий, помещения школы обогреваются неравномерно.

Энергоаудит зданий следует начинать с изучения проекта систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, горячего водоснабжения, режима эксплуатации здания и его инженерных систем, обмера наружных поверхностей оболочки здания, установления их теплотехнических характеристик (из проекта или путем расчета). Далее на основании этих данных выполняется расчет теплопотерь наружными ограждениями здания; по фактически измеренной производительности вентиляторов и теплоотдачи калориферов определяется расход тепла на вентиляцию и воздушное отопление, по водосчетчикам на горячей воде – на горячее водоснабжение, и затем – суммарный расчетный расход тепловой энергии на здание (при расчетной температуре наружного воздуха на отопление).

Зная режим эксплуатации школы, следует расчетным путем установить требуемое для фактической средней за отопительный период наружной температуре количество тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение и сравнить его с измеренным по теплосчетчику. И только на основании этого сравнения, при условии выполненного заранее распределения приточного воздуха системы воздушного отопления по помещениям в соответствии с проектом, можно делать выводы о возможном снижении теплопотребления и сформулировать мероприятия по реализации такого снижения.

В конце прошлого века в Московском Агентстве по энергосбережению под руководством автора был выполнен подобный энергоаудит на ряде типовых школ Москвы, в том числе серии V-92, аналогичной рассматриваемой в статье школы № 1036 (см. отчет «Проведение энергоаудита школьных зданий, сооруженных по типовым проектам МНИИТЭП. Разработка программы энергосбережения в школах» 1997. Т. 1; 1998. Т. 2). Были определены расчетные тепловые нагрузки на школу, сопоставлены с результатами фактического теплопотребления по теплосчетчикам на шести школах данной серии за несколько отопительных сезонов и с величиной выставляемого теплоснабжающей организацией теплопотребления (расчет за потребленную теплоэнергию выполнялся не по теплосчетчикам).

Расчетные теплопотери здания с учетом проектных значений приведенного сопротивления теплопередаче стен R_w^r = 1,5 м²•ч•°С/ккал, покрытия R_c^r = 1,67 м²•ч•°С/ккал, окон R_F^r = 0,45 м²•ч•°С/ккал составили 0,343 Гкал/ч. Приведенные в статье результаты тепловизионной съемки наружных стен не опровергают этих показателей. Там демонстрируются термографические изображения стены с окном, показывающие, что температура на поверхности переплета окна ниже, чем на поверхности стены, но это и так очевидно. Количественные показатели фактического приведенного сопротивления теплопередаче стен и покрытий отсутствуют.

Проектная расчетная теплопроизводительность водяной системы отопления составила Q_от.вод = 0,226 Гкал/ч. Логично предположить, что теплопотери помещений, обслуживаемых системой воздушного отопления (без теплопотерь через потолок верхнего этажа, которые компенсируются водяной системой отопления), будут: 0,343 - 0,226 = 0,117 Гкал/ч. А расчетный расход тепла на отопление этих помещений с учетом вентиляционной составляющей нагрева наружного воздуха от -26 до 20 °С в объеме производительности вентилятора системы П-1 25 500 м³/ч составит Q_{от.возд} = 0,117 + 0,24 • 25 500 • 1,2 • (20 + 26)  •10^-6 = 0,455 Гкал/ч.

Система П-2 должна работать в вентиляционном режиме, поддерживая температуру приточного воздуха на уровне 16–17 °С. Проектная теплопроизводительность ее в расчетных условиях будет Q_вент = 0,317 Гкал/ч и режим работы ее 12 ч в день в течение пяти дней в неделю.

Итак, годовое теплопотребление школой серии V-92 на отопление и вентиляцию при постоянном режиме работы системы воздушного отопления П-1, 12-часовой работе системы приточной вентиляции П-2 и с учетом увеличения расчетного теплопотребления системой водяного отопления до 0,26 Гкал/ч за счет потерь тепла в трубопроводах, проложенных в техподполье, при принятых в то время климатических параметрах – расчетная температура наружного воздуха -26 °С, средняя температура наружного воздуха за отопительный период – 3,6 °С при продолжительности периода 213 сут. должно составить:

Q_о+в^год = [(0,26 + 0,455) • (20 + 3,6) / (20 + 26) • 24 + 0,317 x
x (16 + 3,6) / (20 + 26) • 12 • 5 / 7] • 213 = 2 145 Гкал/год.

Среднечасовой расход тепла на горячее водоснабжение за отопительный период равен 0,04 Гкал/ч, а годовое теплопотребление с учетом повышения в летнее время расчетной температуры холодной воды с 5 до 15 °С и выключения системы на 2 мес. будет:

Q_гвс^год = 0,04 • 213 • 24 + 0,04 • (60 - 15) / (60 - 5) • (365 - 
- 0 213 - 60) • 24 = 276 Гкал/год.

Тогда суммарное теплопотребление школой в год при постоянном режиме работы воздушного отопления составит:

Q_∑ = 2 145 + 276 = 2 421 Гкал/год.

Однако проектный экономичный режим работы воздушного отопления состоит в выключении системы после окончания занятий, далее за 2–4 часа до начала занятий режим натопа – максимальная теплопроизводительность, при которой в расчетных условиях калориферы 1-го подогрева нагревают наружный воздух до 30 °С, обеспечивая теплопроизводительность 0,403 Гкал/ч, а калориферы 2-го подогрева (две зональные калориферные установки) – перегревая воздух до 70 °С с теплопроизводительностью 0,290 Гкал/ч. Всего в режиме натопа расчетная теплопроизводительность системы П-1 будет:

Q_натоп = 0,403 + 0,290 = 0,693 Гкал/ч.

Затем, по достижению заданной температуры в классах 20 °С, система П-1 переходит на работу в дневном вентиляционном режиме, когда калориферами 1-го подогрева обеспечивается поддержание температуры приточного воздуха – за камерой орошения на уровне 20 °С, а регулирование калориферов 2-го подогрева осуществляется по датчикам температуры воздуха в учебных классах соответствующей зоны. Для того чтобы получить температуру приточного воздуха после камеры орошения на уровне 20 °С с температурой точки росы, рекомендуемой для зимнего периода в 6 °С, в расчетных условиях необходимо нагреть воздух в калориферах 1-го подогрева до 30 °С. Следовательно, теплопроизводительность калориферов 1-го подогрева в вентиляционном режиме будет такая же, как и в режиме натопа – 0,403 Гкал/ч, а теплопроизводительность зональных калориферов 2-го подогрева снизится соответственно до 0,064 Гкал/ч и 0,110 Гкал/ч, а в сумме составит 0,577 Гкал/ч.

Тогда минимальное годовое количество тепловой энергии, потребляемое школой серии V-92 при периодическом режиме эксплуатации системы воздушного отопления с авторегулированием (натоп в течение двух часов в рабочие дни и четырех часов в выходные) и режимом работы школы 12 ч в день с двумя выходными в неделю, составит:

Q_∑^мин = [0,693 • (20 + 3,6) / (20 + 26) • (2 • 5 / 7 + 4 • 2 / 7) +
+ 0,577 • (20 + 3,6) / (20 + 26) • 12 • 5 / 7 + 0,317 • (16 +
+ 3,6) / (16 + 26) •12 • 5 / 7 + 0,26 •(20 + 3,6) / (20 +
+ 26) • 24] • 213 + 276 = 1 964 Гкал/год.

Приводятся результаты каждого слагаемого, умноженные на число дней в отопительном сезоне, для оценки вклада в итоговый результат каждой составляющей теплового баланса. Максимальное количество тепла приходится на водяную систему отопления (682 Гкал/год) и на нагрев воздуха системой П-1 в рабочее время (541 Гкал/год). Поэтому, если выключать эту систему во время учебных занятий, теплопотребление, естественно, снизится, но из-за отсутствия вентиляции в помещениях будут нарушены санитарно-гигиенические условия пребывания учащихся.

Мы назвали это теплопотребление минимальным, потому что если годовое теплопотребление школы серии V-92 окажется ниже 1 964 Гкал/год, то это означает, что нарушался технологический режим работы систем воздушного отопления и приточной вентиляции, т. е. либо были выключены системы приточной вентиляции (как в школе № 1036), либо приточные установки работали не на наружном воздухе, а с забором воздуха из подвала через открываемые дверцы переходной секции кондиционера – из-за опасности размораживания трубок калорифера. Последнее решение может стать причиной массового заболевания учащихся, т. к. получается, что приточная установка работает на рециркуляции, подавая в классы уже отработанный и перемешанный из всех классов воздух.

Легко убедится, что при работе системы воздушного отопления школы в автоматическом оптимальном режиме экономится 2 421 - 1 964 = 457 Гкал/год, или около 20 % по сравнению с режимом постоянной эксплуатации, не считая экономии электроэнергии за счет выключения электродвигателей вентиляторов при периодическом режиме эксплуатации.

В отчете Агентства приводятся теплотехнические показатели школ других типовых серий (65-426/1, V-76, V-79), по которым также пересчитаны годовое теплопотребление школами при постоянном режиме эксплуатации и минимальное теплопотребление при периодическом режиме, и поэтому они приведены в табл. 1 данной статьи. Подсчитано удельное теплопотребление зданий: от 302 кВт•ч/м² школы серии V-79 до 326 кВт•ч/м² серии V-92 и 395 кВт•ч/м² школы серии 65-426/1, сооруженной по проекту 1965 года.

Таблица 1 (подробнее) Краткие теплотехнические показатели школ, сооруженных по типовым проектам следующих серий, пересчитанные Московским Агентством по энергосбережению

Но неправильно, как это сделано в рассматриваемой статье, сравнивать эти удельные показатели с рекомендуемыми в Московских городских нормах по энергосбережению в зданиях (МГСН 2.01–94 и 99), т. к. там приводятся значения только для оценки теплозащиты зданий, и в качестве вентиляционной составляющей теплопотерь принимается условная величина воздухообмена равная 5 м³/ч на м² рабочей площади помещений, а также не включена нагрузка горячего водоснабжения.

Для сравнения: в школе серии V-92 по МГСН 2.01–99 вентиляционная с инфильтрацией составляющая теплопотерь будет:

0,24 • 5 • 5 075 • 1,2 • 4 943 • 12 • 5 / 7 • 10^-6 = 310 Гкал, вместо принятой в расчетах ожидаемого теплопотребления:

1 964  -  276 - 0,343 • (20 + 3,6) / (20 + 26) • 213 •  24 = 788 Гкал,

где 0,343 • (20 + 3,6) / (20 + 26) • 213 • 24 = 900 Гкал – это теплопотери через наружные ограждения за отопительный период. Тогда удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период для оценки теплозащиты по МГСН 2.01–99 будет: (900 + 310) •  10^-3 • 1,163 / 6 953 = 202 кВт•ч/м², что корреспондируется с данными МГСН 2.01–99 – 205 кВт•ч/м² (6 953 – общая площадь помещений школы в м²).

Интересно сопоставить фактическое теплопотребление школ с тем, что выставлялось теплоснабжающей организацией для оплаты. Всего было проведено обследование теплопотребления шести школ серии V-92: по школе № 467 и столичной гимназии на Белозерской, д. 12 в течение четырех отопительных сезонов, по школе № 758 – трех сезонов и в трех школах (№ 1126, № 1732 и № 422) в течение одного отопительного сезона 1997–1998 годов.

Для примера в табл. 2 и 3 приводится фактическое теплопотребление по школам № 758 по ул. Лескова, 3/3 и столичной гимназии в сравнении с выставляемым для оплаты теплоснабжающей организацией и данные среднемесячных температур наружного воздуха.

Следует отметить, что теплоснабжение перечисленных выше объектов проводилось от ЦТП, обеспечивающем также теплом жилые здания. В столичной гимназии система водяного отопления была подключена через элеватор к трубопроводам квартальных тепловых сетей, снабжающих калориферные установки систем воздушного отопления и приточной вентиляции, поэтому на все эти системы установлен один теплосчетчик СТ-150. В школе № 758 система водяного отопления питается по отдельным трубопроводам от ЦТП, поэтому там установлены два теплосчетчика СТ-150, раздельно на систему водяного отопления и калориферы вентиляционных систем.

Горячее водоснабжение в обоих случаях осуществляется по отдельным трубопроводам от водонагревателей, установленных в ЦТП, причем циркуляционный трубопровод доходит только до ввода трубопроводов в школу. Поэтому установленный водосчетчик на подающем трубопроводе после врезки циркуляционного (по ходу воды) измеряет количество потребленной горячей воды, по которому вычисляется потребленное горячим водоснабжением количество тепла.

Как следует из табл. 2, наблюдается тенденция увеличения водопотребления на горячее водоснабжение, если в первые два года (1995 и 1996) среднее водопотребление горячей воды в зимние месяцы составляло 6,3 м³/сут., то в 1998 году оно достигло 13,2 м³/сут. Вероятно, это связано с нерациональным расходованием горячей воды. В школах, в которых измерения выполнялись только в течение последнего отопительного сезона 1997–1998 годов, подтверждается объем водопотребления горячей воды в размере около 7 м³/сут.

Таблица 2 (подробнее) Сопоставление теплопотребления школ типовой серии V-92 фактического по приборам учета и выставляемого к оплате (столичная гимназия, ул. Белозерская, 12, аб. 930/059)

В целом на здание после пересчета на нормируемую в то время среднюю за отопительный период наружную температуру t_н = -3,6 °С теплопотребление школы № 758 составило около 1 640 Гкал, а столичной гимназии – 1 620–1 750 Гкал, что несколько ниже рассчитываемого минимального значения – 1 964 Гкал. Выставлялось же к оплате теплоснабжающей организацией по школе № 758 3 200–4 000 Гкал/год, а по столичной гимназии за 1993–1994 годы – 3 755 Гкал/год, что более чем в 2 раза выше фактически потребленной тепловой энергии.

Таблица 3 (подробнее) Сопоставление теплопотребления школ типовой серии V-92 фактического по приборам учета и выставляемого к оплате (школа № 758, ул. Лескова, 3/3, аб 930/066)

На основании выполненного обследования были сформулированы следующие рекомендации по совершенствованию работы инженерных систем школьных зданий и энергоснабжению в них:

1. Необходимо в составе префектуры создать самостоятельную специализированную организацию по эксплуатации систем отопления, вентиляции и санитарно-технического оборудования всех школьных и дошкольных зданий префектуры. В отличие от Теплоэнергоремонта, она будет производить комплексное, заинтересованное обслуживание всех инженерных систем, а не только вентиляционных, за те средства, которые выделяются департаментом образования, и нести ответственность за осуществление оптимального режима работы этих систем перед службами префектуры.

2. По описи в соответствии с проектом и в работоспособном состоянии принять вентиляционное и сетевое оборудование от Теплоэнергремонта. Это заставит данную организацию доукомплектовать и отладить под контролем созданной службы указанное оборудование, что не выполняется в полной мере, когда она являлась монополистом в этой области.

3. Недопустимо выключение вентиляторов приточных систем во время занятий по причине шума или повышенной температуры в помещениях (наблюдающееся в некоторых школах), надо устранить имеющиеся дефекты, в том числе выполнив наладку распределения приточного воздуха по помещениям.

Следует запретить открывать дверцы переходных секций кондиционера при его работе во избежание забора приточного воздуха из подвала и распространения тем самым инфекций по всем помещениям, но в целях экономии тепла в режиме натопа следовало бы перевести систему на работу с рециркуляцией из помещений вестибюля и рекреаций, проложив для этого дополнительные воздуховоды и отключая их заслонкой при работе системы в режиме вентиляции.

4. С целью сокращения расхода тепла на отопление и вентиляцию школ типовых серий с воздушным отоплением следует осуществить фоновое отопление угловых классов водяной системой отопления, чтобы система воздушного отопления могла работать в едином режиме без увеличенного воздухообмена. С этой же целью целесообразно оборудовать фоновой системой водяного отопления классы, выходящие на северную сторону. Это позволит выполнять регулирование температуры приточного воздуха по потребности помещений южной ориентации, а теплопроизводительности водяной системы отопления – по помещениям, ориентированным на север, что приведет к выравниванию температур воздуха в классах, ориентированных на противоположные стороны, что очень важно для помещений с большой площадью окон.

5. Выполнить самостоятельное подключение к городским тепловым сетям (помимо ЦТП) всех школьных зданий, оборудованных воздушным отоплением (все школы, сооруженные по типовым проектам: 65-426/1, V-76, V-79, V-92) и приточной механической вентиляцией, установив водонагреватели для систем горячего водоснабжения и системы автоматического регулирования подачи тепла на отопление и ГВС, а также узел учета тепла там, где он не установлен. Это резко снизит теплопотери и обеспечит возможность поддержания требуемого режима работы систем теплопотребления, независимо от переключений в жилых домах, присоединенных до этого к общему ЦТП.

6. Необходимо централизованное горячее водоснабжение распространить на помещения с большим расходом воды (пищеблок, душевые и т. д.). Там, где установлен один умывальник (кабинет физики, химии, мастерские и др.), следует отключить эти приборы от центральной системы, переведя на электронагрев – это сократит потери тепла и повысит качество выполнения процедуры.

7. В целях стимулирования энергосбережения в школах необходимо организовать систему расчетов за потребленное тепловую и электрическую энергии и воду не через центральную бухгалтерию, как это имеет место в большинстве школ, а непосредственно в каждой школе отдельно, поручив преподавателю труда или физики изучить режим работы систем энергопотребления и с привлечением школьников (пропагандистско-воспитательная работа) добиваться их оптимально-эффективного состояния с контролем фактического потребления ресурсов, материально поощряя за счет получаемой экономии.