Энергосбережение как основа энергетической политики в России

Важнейшей предпосылкой активизации политики энергосбережения является обновление хозяйственного механизма управления экономикой страны. Активизация энергосбережения требует создания организационно-экономических условий, являющихся предметом общегосударственной и региональной политики. Проведение энергосберегающей политики должно опираться на детально разработанную систему правового регулирования процессов энергоснабжения и энергопотребления. Управление энергоснаб­жением должно быть направлено на обеспечение рациональных режимов энергоиспользования путем сочетания мероприятий по развитию энергети­ческих мощностей и энергосбережению, а не на централизованное наращи­вание мощностей [8]. Оценки экономической эффективности, выполненные по отечественным и зарубежным материалам, показывают, что большинст­во мероприятий, обеспечивающих интенсификацию энергосбережения, имеют существенно более высокую рентабельность по сравнению с нара­щиванием производства энергоресурсов. Снижение расхода энергоресурсов в народном хозяйстве только на 1% равноценно экономии около 20 млн т условного топлива. Одновременно интенсификация энергосбере­жения позволяет решить значительную часть проблем, связанных с оздо­ровлением окружающей среды [5]. Мировой опыт стран, экономика кото­рых основана на рыночных отношениях, говорит о необходимости регули­рования энергопотребления экономическими и административно-законодательными мерами, разрабатываемыми правительственными орга­нами. Так, в США эта работа проводится Управлением по рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов, в Великобритании -Комитетом по использованию топливно-энергетических ресурсов, во Франции - Агентством по экономии энергии, в Японии - Управлением по рациональному использованию природных ресурсов.

Важным шагом на пути регулирования отношений, возникающих в процессе деятельности в области энергосбережения, стал Закон РФ «Об энергосбережении», принятый Государственной Думой 13.03.1996 г.

Закон предназначен для создания экономических и организационных условий эффективного использования энергоресурсов в стране, содержит определения ряда понятий. В соответствии с этим законом, энергосбереже­ние - это реализация правовых, организационных, научных, производст­венных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в оборот возоб­новляемых источников энергии.

Энергосберегающая политика государства - это правовое, организаци­онное и финансово-экономическое регулирование деятельности в области энергосбережения; энергетический ресурс - носитель энергии, который используется в настоящее время или может быть использован в перспективе.

Вторичный энергетический ресурс - это энергетический ресурс, полу­чаемый в виде побочного продукта основного производства или являющий­ся таким продуктом.

Эффективное использование энергетических ресурсов предполагает достижение экономически оправданной эффективности их использования при существующем уровне развития техники и технологии и соблюдение требований к охране окружающей природной среды.

Кроме того, в Законе определены объекты государственного регулиро­вания в области энергосбережения, изложены основные принципы энерго­сберегающей политики государства. К ним относятся:

1)приоритеты эффективного использования энергетических ресурсов;

2)осуществление государственного надзора за эффективным исполь­
зованием энергетических ресурсов;

3) обязательность учета юридическими лицами производимых или
расходуемых энергетических ресурсов, учета физическими лицами полу­
чаемых ими энергетических ресурсов;

4)включение в государственные стандарты на оборудование, материа­
лы и конструкции, транспортные средства показателей их эффективности;

5)сертификация топливо-энергопотребляющего, энергосберегающего
и диагностического оборудования, материалов, конструкций, транспортны средств, а также энергетических ресурсов;

сочетание интересов потребителей, поставщиков и производителей
энергетических ресурсов;

заинтересованность производителей и поставщиков энергетических
ресурсов в их эффективном использовании и др.

Законом определены основные принципы управления в области энер­госбережения, в соответствии с которыми энергосберегающая политика государства осуществляется на основе реализации федеральных и межре­гиональных программ в области энергосбережения путем:

стимулирования производства и использования топливо- и энерго­
сберегающего оборудования;

организации учета расходов энергетических ресурсов, а также кон­
троля за их расходованием;

осуществления государственного надзора за эффективным исполь­
зованием энергетических ресурсов;

проведения энергетического обследования предприятий и организаций;

проведения энергетической экспертизы проектной документации
для строительства;

реализации демонстрационных проектов высокой энергетической
эффективности;

реализации экономических, информационных, образовательных и
других направлений деятельности в области энергосбережения.

Наиболее эффективные сферы энергосбережения выявляются в резуль­тате анализа структуры его потенциала, который показал, что одна треть потенциала находится в самом ТЭК, примерно столько же приходится на коммунальный сектор и сельское хозяйство, а одна треть - в промышленно­сти [8]. К наиболее важной сфере энергосбережения относят реорганизацию систем теплоснабжения, включающую стратегию отказа от прежней кон­центрации мощностей источников теплоты, и переход к автономным схе­мам теплоснабжения. Однако окончательный вывод о необходимости вне­дрения энергосберегающего мероприятия, в том числе и выбор степени де­централизации схем теплоснабжения, можно сделать в результате выявле­ния экономически эффективных вариантов. Оценка этих мероприятий должна проводиться с учетом конкретных условий деятельности предпри­ятий, климатических условий района проектирования, возрастающих цен не только на энергоносители, но и на различные виды энергосберегающего оборудования и др.

ПОТРЕБИТЕЛИ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ

2.1. Климатические показатели и классификация потребителей тепловой энергии

Крупными потребителями тепловой энергии в городах и населенных пунктах являются жилые, общественные и промышленные здания. На их те­плоснабжение расходуется около 40% всего добываемого в стране топлива. Для жилых и общественных зданий расходуемая тепловая энергия складыва­ется из следующих составляющих: затраты энергии на обеспечение ком­фортных условий пребывания людей в помещениях, соответствующих со­временному уровню развития техники теплоснабжения, на коммунально-бытовые и санитарно-гигиенические цели. В промышленных зданиях тепло­вая энергия, кроме того, необходима по условиям технологии для обеспече­ния требуемого теплового режима при изготовлении отдельных видов про­дукции и проведения ряда производственных операций.

Потребности тепловой энергии для коммунально-бытовых и производ­ственных целей из года в год непрерывно возрастают.

Рост жилищного строительства, осуществляемый в настоящее время не только в городах, но и в сельской местности, с одной стороны, и развитие техники теплоснабжения, с другой стороны, неразрывно связаны с увели­чением потребления тепловой энергии, как в количественном отношении, так и в качественном.

Увеличение объемов современных жилых, общественных и (в некото­рой степени) промышленных зданий, ежегодно вводимых в эксплуатацию, связано с соответствующим приростом потребности топливно-энергетиче­ских ресурсов. В новых зданиях увеличены полезная площадь и норма рас­хода горячей воды на человека, что обусловлено повышенной степенью благоустройства, повышенными требованиями к чистоте воздуха в рабочей зоне, а также чистотой воздушного бассейна окружающей среды. Внедре­ние новых технологических процессов и строительство зданий с более со­вершенными объемно-планировочными решениями, максимально отве­чающими функционально-технологическому назначению, также приводят к увеличению расходов тепловой энергии.

Температура атмосферного (наружного) воздуха и скорость ветра яв­ляются показателями, определяющими основную долю потребности зданий и сооружений в тепловой энергии. Населенные пункты на территории на­шей страны расположены во всех климатических зонах с разнообразной температурой наружного воздуха.

Расход топливно-энергетических ресурсов, связанный с обогревом или охлаждением помещений, определяется перепадом температур между расчет­ной температурой наружного воздуха и воздуха внутри помещений. В зависи­мости от категории зданий, обусловливающих уровень требований к тепловому режиму помещений для расчета ограждающих конструкций и теплопотерь, в одном и том же климатическом районе принимается различная температура наружного воздуха.

Для большинства населенных пунктов расчетные температуры наруж­ного воздуха приведены в [43]. В помещениях, где допустимы кратковре­менные отклонения от заданных условий, принимают среднюю температу­ру наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 или 0,98 в зависи­мости от продолжительности допустимого отклонения параметров теплово­го режима; при возможных незначительных отклонениях - среднюю темпе­ратуру наиболее холодных суток обеспеченностью 0,98 или 0,92.

Требуемый тепловой режим и удовлетворение тепловых потребностей в зданиях обеспечиваются соответствующими инженерными устройствами и теплотехническим оборудованием, присоединяемыми к тепловым сетям или непосредственно к теплопроводам котельной.

В зависимости от рода теплопотребления все потребители делятся на коммунально-бытовые и технологические. К ним относятся потребители тепловой энергии для целей отопления и вентиляции зданий, а также для подогрева воды на санитарно-гигиенические и бытовые цели. Инженерны­ми устройствами, распределяющими тепловую энергию в зданиях, являют­ся системы отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения, а также теплотехническое оборудование, необходимое по технологии для производства продукции.

Система отопления обеспечивает заданный тепловой режим в поме­щениях в холодное время года путем компенсации теплопотерь через на­ружные ограждающие конструкции здания.

Система вентиляции создает требуемую чистоту воздуха в рабочей зоне производственных зданий, необходимый воздушный и тепловой ре­жимы в общественных зданиях путем соответствующей организации воз­духообмена в помещениях.

Система кондиционирования воздуха применяется для создания в помещениях микроклимата, удовлетворяющего повышенным санитарно-гигиеническим или технологическим требованиям, путем обеспечения строго заданных температур, влажности, подвижности и чистоты воздуха в рабочей зоне.

Система горячего водоснабжения предназначена для подогрева и транспортирования воды к местам водоразбора на хозяйственно-бытовые или производственные нужды.

Технологическое теплотехническое оборудование является потреби­телем тепловой энергии в виде водяного пара или подогретой воды и вклю­чает как специальные теплопроводы, так и теплообменные аппараты, а ино­гда и электрокотлы.

Каждое устройство обеспечивает один из видов теплопотребления и имеет свой режим работы, который определяется потреблением тепловой энергии в течение заданного промежутка времени, например, одного часа, рабочей смены, суток, месяца, сезона или года.

По тепловой мощности все потребители делятся на равномерно потреб­ляющие (к ним относятся системы отопления, вентиляции) и неравномерно потребляющие (к ним относятся подогрев воды, технологические нужды).

По продолжительности непрерывного использования тепловой энергии в течение определенного периода года все потребители объединяются в две основные группы:

- с сезонным потреблением (отопление, вентиляция);

- с годовым потреблением (подогрев воды на горячее водоснабжение,
технологические нужды).

Режим работы сезонных потребителей зависит от климатических усло­вий (наружной температуры и влажности воздуха, скорости и направления ветра) и характеризуется неравномерностью теплопотребления как в тече­ние отопительного периода, так и в течение каждого месяца. У годовых потребителей при сравнительно постоянном расходе теплоты в течение сезона, месяца и недели режим работы резко изменяется не только по часам суток, но и по дням недели.

Совместное действие потребителей с различными режимами их работы предъявляет определенные требования к виду, количеству и потенциалу теплоносителя, циркулирующего в наружных теплопроводах. Выбор ра­ционального варианта схемы теплоснабжения объекта производится по суммарной тепловой нагрузке отдельных инженерных устройств всех зда­ний и технологических потребителей. Тепловую нагрузку, или потребность в тепловой энергии, обычно рассчитывают в характерные промежутки вре­мени: час, сутки, месяц, сезон или год, причем расчетным значением явля­ется часовая тепловая мощность.

По значению расчетной тепловой мощности выбирают тип источника теплоты, мощность теплоподготовительного оборудования и диаметры трубопроводов. В зависимости от изменения тепловой потребности в тече­ние суток, месяца, сезона и года разрабатывают соответствующие режимы отпуска тепловой энергии - эксплуатационные режимы работы теплоснаб­жающих устройств. При этом учитывают взаимное расположение потреби­телей друг относительно друга, удаленность потребителей от источников теплоты, геометрическую высоту зданий и рельеф местности.

При сравнении вариантов систем теплоснабжения в расчетах могут ис­пользоваться значения месячной, сезонной и годовой тепловой мощности. Тепловую мощность систем отопления, вентиляции, горячего водоснабже­ния принимают по типовым или индивидуальным проектам соответствую­щих зданий и сооружений. Тепловая мощность производственных процес­сов определяется по технологическим проектам данных производств. При отсутствии проектов расчетное значение тепловой мощности определяется раздельно для каждого потребителя.

Требуемая расчетом тепловая мощность здания, квартала, населенного пункта, города складывается из тепловой мощности системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения и технологических нужд.

Подогрев инфильтрующегося воздуха в ряде нормативных документов учитывают­ся коэффициентом при расчете основных теплопотерь. Для крупных произ­водственных зданий их величина значительна. В ряде случаев потери из-за инфильтрации превышают основные теплопотери. Поэтому для таких зданий их необходимо рассчитывать по специальной методике.

При расчете теплопотерь следует также учитывать климатические осо­бенности района. В некоторых климатических районах нашей страны из-за значительных теплопотерь вследствие инфильтрации максимальная по­требность здания в тепловой энергии может быть не при минимальной тем­пературе t_н, а при максимальной скорости ветра. В таких случаях для выяв­ления значения расчетной тепловой мощности производят дополнительные проверочные расчеты.

Расчет общих теплопотерь зданием, являющийся трудоемким процес­сом, выполняют на основании окончательно уточненных объемно-пла­нировочных и технологических решений здания. К моменту начала проек­тирования системы теплоснабжения объекта такие планировочные реше­ния, как правило, находятся в стадии уточнения, поэтому не представляется возможным установить потребность в тепловой энергии зданий в качестве исходных данных, необходимых для расчета тепловых сетей и выбора ис­точника теплоснабжения.

Комплексная и параллельная разработка всех частей проекта приводит к необходимости предварительной оценки общих теплопотерь зданиями. При этом используют, как правило, метод приближенного расчета по укрупнен­ным измерителям. Для теплопотерь через ограждающие конструкции укруп­ненным измерителем является удельная тепловая отопительная характери­стика здания q_о которая представляет собой теплопотери 1 кубическим мет­ром здания в единицу времени при разности температур в один градус между воздухом в помещении t_вн и наружным воздухом t_н,Удельная характеристика q_о изменяется пропорционально объему здания.

Для расчета инфильтрации такого измерителя нет. На практике затра­ты тепловой энергии на подогрев инфильтрующегося воздуха учитывают при определении основных теплопотерь соответствующим коэффициентом Р, который зависит от многих факторов: высоты и объема помещений, рас­положения и площади проемов, количества щелей в заполнениях световых проемов и проемов ворот и величины их раскрытия, а также температуры наружного воздуха, скорости и направления ветра и влажности наружного воздуха.

Для жилых зданий теплозатраты, связанные с инфильтрацией, учиты­ваются при расчете теплопотерь через ограждающие конструкции путем введения соответствующих добавок на ориентацию ограждений по сторо­нам света, на скорость ветра, этажность и т. п. Эти теплозатраты включены в величину удельной тепловой (отопительной) характеристики здания.

Характеристики общественных зданий для расчета тепловых нагрузок систем теплоснабжения

Примечания.

1. Меньшие значения относятся к первой очереди строительства, а
большие - к расчетному сроку, кроме бань, где большие значения относят­
ся к первой очереди.

2. Для детских дошкольных учреждений и общеобразовательных школ
приведены значения m_общ, отнесенные не ко всей численности населения, а
к численности соответствующих возрастных групп. В данной таблице при­
ведены значения, пересчитанные на всю численность населения, исходя из
статистических данных о его распределении по возрастным группам.

3. Приведенные в данной таблице интервалы значении q₀ нижние пре­
делы относятся к верхней границе интервалов наружных объемов зданий, а
верхние пределы - к нижней границе этих интервалов.

Коэффициент р для общественных и промышленных зданий принима­ется на основании практических и опытных данных. Так, например, для общественных зданий в зависимости от площади световых проемов и высо­ты помещений B = 0, 1-0, 3.

Для промышленных зданий этот коэффициент зависит от конструкции заполнений световых проемов, наличия уплотнений в притворах, наличия воздушно-тепловых завес и размера ворот. Так, для промышленных зданий со световыми проемами из одинарного остекления и без специальных уп­лотнений в притворах ворот, а также для крупных общественных зданий с большой площадью витражей B = 0,3-0,6, для зданий ангарного типа, имеющих крупногабаритные ворота с одной стороны, B = 1, а при наличии ворот с двух противоположных сторон B = 2.

При ориентировочных расчетах максимальная тепловая мощность сис­темы отопления жилых и общественных зданий может быть определена по укрупненному показателю, отнесенному к одному квадратному метру об­щей площади. Этим показателем удобно пользоваться в том случае, когда известно лишь значение вводимой в эксплуатацию площади в заданном районе. При этом максимальное значение теплового потока на отопление жилых зданий на один квадратный метр общей площади может быть оце­нено по данным [49].

Укрупненные показатели максимального теплового потока на отопление жилых зданий на 1 м² общей площади q₀ Вт

Примечания.

1. Энергосберегающие мероприятия обеспечивают проведение работ
по утеплению зданий при капитальных и текущих ремонтах, направленных
на снижение тепловых потерь.

2.Укрупненные показатели зданий по новым типовым проектам при­
ведены с учетом внедрения прогрессивных архитектурно-планировочных решений и применения строительных конструкции с улучшенными тепло-физическими свойствами, обеспечивающими снижение тепловых потерь.

Для жилых районов городов и других населенных пунктов максималь­ный тепловой поток (мощность) на отопление жилых и общественных зда­ний определяется по формуле

(2.1)

где k - коэффициент, учитывающий тепловой поток на отопление общест­венных зданий; при отсутствии данных следует принимать равным 0,25; F— общая площадь отапливаемых зданий.

Средний тепловой поток (тепловая мощность) на отопление, Вт, следу­ет определять по формуле:

(2.2)

Значение потребляемой тепловой мощности на отопление за год мож­но определить из выражения:

(2-3)

где t_вн - средняя температура воздуха в отапливаемом здании; 24n_о — часо­вая продолжительность отопительного периода; t_р.о. - температура наружно­го воздуха, принимается при проектировании отопления по [43]; t^о_н.ср - тем­пература наружного воздуха, средняя за отопительный период [43]. Темпера­тура t_вн принимается по таблице 2.2.2.

Изменение расхода тепловой энергии при изменении t_H имеет линей­ную зависимость. Чтобы знать характер изменения расхода тепловой мощ­ности в течение всего сезона, достаточно определить потребность в тепло­вой энергии при максимальной и минимальной температурах наружного воздуха. Обычно такое изменение представляют графически (см. рис. 2.1). Точки А и Б соответствуют максимальному и минимальному расходам теп­ловой мощности. Линия АБ (линейная зависимость) характеризует измене­ние расходуемой тепловой мощности в течение отопительного периода. По такому графику можно определить расход тепловой мощности на отопле­ние при любом значении t_H в указанных пределах. Для этого необходимо из точки заданного значения t_H на оси абсцисс восстановить перпендику­ляр до пересечения с линией АБ. Точка пересечения будет соответствовать искомому значению расхода тепловой мощности (пунктирной линией пока­зано определение среднего расхода Q^ср_о при средней температуре наружно­го воздуха за отопительный период t^о_н.ср ).

Графики расхода тепловой энергии на отопление: а) часовой; б) годовой

Формула (2.3) справедлива для зданий с равномерным теплопотребле-нием в течение суток, когда системы отопления действуют с постоянной нагрузкой, например, жилых и некоторых общественных зданий (вокзалы, гостиницы и т. п.). Для большинства общественных административных и промышленных зданий, имеющих перерывы в работе в течение суток и в выходные дни, годовую потребность в тепловой энергии можно уменьшить за счет снижения температурного режима. В нерабочее время температура воздуха в помещении принимается из условия обеспечения надежной экс­плуатации сооружений, например, t_BH = 5 °С, и поддерживается специаль­ной системой дежурного отопления.

Расчетные температуры воздуха t_BH в преобладающих помещениях зданий различных групп [14]

С учетом снижения температуры воздуха в нерабочее время (в течение суток) и при наличии перерывов в отоплении в выходные и праздничные дни годовую потребность в тепловой энергии определяют по выражению:

где т_р - число часов работы предприятия в сутки; n_о - число суток в ото­пительном периоде; n_в - сумма выходных и праздничных дней в отопи­тельном периоде. Эксплуатационный режим работы теплоснабжающих устройств (режим отпуска тепловой энергии) зависит от изменения тепло­вой нагрузки во времени в течение всего отопительного периода. Для большей наглядности годовое теплопотребление во времени представляют графически (см. рис. 2. 1, б). На оси абсцисс откладывают последовательно с нарастающим итогом часы стояния одинаковых температур; на оси орди­нат - расход тепловой энергии, соответствующий этим температурам. Для конкретного объекта построение графика начинают с выявления числа ча­сов стояния одинаковых температур t_H. Затем рассчитывают с учетом воз­можного снижения потребления теплоты в нерабочее время требуемый расход тепловой энергии при различных значениях t_H. Полученные резуль­таты наносят на координатную сетку графика, откладывая их на ординатах-перпендикулярах, восстановленных на оси абсцисс в точках изменения на­ружных температур. Из вершин ординат проводят линии, параллельные оси абсцисс, длиной, равной числу часов стояния одинаковых температур. Пра­вые верхние углы образовавшихся прямоугольников соединяют плавной кривой. Эта кривая характеризует потребление тепловой энергии в течение года на отопление данного объекта и является основной для разработки режима работы системы теплоснабжения.

График расхода тепловой энергии в течение года можно построить, используя график часовых расходов. Для этого часовые расходы переносят на ординаты, соответствующие наружным температурам годового графика. Точки пересечения часовых расходов теплоты с ординатами, соответствующие предельным значениям температур t_H в заданном интервале, со­единяют плавной кривой. Площадь, ограниченная осью абсцисс, макси­мальной и минимальной ординатами и плавной кривой (см. рис. 2.1,6, кри­вая А1Б1), пропорциональна годовому расходу тепловой энергии. При средней температуре за отопительный период t°_н.ср. форма годового графика

условно будет иметь вид прямоугольника, в котором ордината о - Q_о^ср. со­ответствует среднечасовому расходу теплоты (см. пунктирную линию Q_о^ср. на рис. 2.1).

Для определения расчетных расходов теплоты на отопление зданий на ранних стадиях проектирования (например, на стадии ТЭО), когда отсутст­вует детальная информация о потребителях теплоты, нормами [119] реко­мендовано использовать показатели удельных отопительных q_o характери­стик, отнесенных к одному кубическому метру наружного объема без под­вала соответствующих типов общественных зданий Vзд.jРасчетные расхо­ды теплоты на отопление каждого j-того здания определяют по формуле:

Значения удельных отопительных характеристик q_o для различных типов общественных зданий и их объем (q_o и Vзд.j) приведены в табл. 2.1.

В условиях неопределенности или недостаточности исходной инфор­мации значение жилой площади, кв. м., определяют по формуле:

(2.6)

где а - плотность жилого фонда, м²/га, равная количеству жилой площади, м²,приходящейся на 1 га площади застройки жилого района; S_i определя­ется по данным табл. 2.3 в зависимости от этажности застройки N и нормы жилой площади W на одного человека, м²/чел. Площадь застройки в гекта­рах определяется по данным проекта.

При этом мощность системы отопления жилой застройки на основании вышесказанного следует определять как:

(2.7)

Ориентировочная плотность жилого фонда (м² жилой площади) на 1 га территории жилого района