Энергосбережение при водоснабжении жилых зданий

В. И. Ливчак, начальник отдела Энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы, вице-президент НП «АВОК»

В тепловом балансе современных жилых зданий с повышенной теплозащитой наружных ограждений возрастает доля расхода тепла на горячее водоснабжение, достигая для муниципальных зданий потребности тепла на отопление в годовом исчислении. Это свидетельствует об актуальности и значимости задачи энергосбережения при водоснабжении зданий.

По величине удельного на 1 м 2 общей площади расхода тепла на горячее водоснабжение Россия почти в 4 раза превышает развитые страны Западной Европы. Это объясняется как более высокой плотностью заселения квартир (на одного жителя в России приходится в среднем в 2 раза меньше общей площади, чем на Западе), так и излишним расходованием воды, вызванным нарушениями в ее подаче и бесконтрольностью потребления.

По данным выполненных МНИИТЭП более 25 лет назад комплексных исследований работы ЦТП, через которые продолжается теплоснабжение жилых микрорайонов и сейчас, системы горячего водоснабжения в ряде случаев работают неудовлетворительно, не обеспечивая бесперебойного снабжения потребителей горячей водой нужной температуры, вследствие заниженной поверхности нагрева подогревателей второй ступени, недопоступления в требуемом количестве греющего теплоносителя, разрегулировки системы распределения циркуляции, сохранения большой циркуляции в часы максимального водоразбора и повышенного сопротивления водонагревателей.

С того времени устранили причину резкого снижения теплосъема в скоростных кожухотрубных теплообменниках, установив новую эффективную систему опирания трубного пучка и повысив теплообмен за счет применения профилированных трубок.

Реализация в типовых проектах смешанной схемы присоединения водонагревателей горячего водоснабжения с ограничением максимального расхода сетевой воды на вводе и авторегулированием подачи тепла на отопление позволила обеспечить приоритетность поступления теплоносителя на горячее водоснабжение (используя аккумулирующую способность зданий при переменном режиме работы отопления) и тем самым стабильное поддержание заданной температуры горячей воды на выходе из водонагревателей независимо от уровня водоразбора.

Устранение колебаний в температуре горячей воды и увеличения ее выше 60°С за счет применения электронной системы авторегулирования снизило зарастание водонагревателей коррозионными отложениями и, соответственно, их сопротивление движению воды.

Однако вопросы разрегулировки систем горячего водоснабжения и излишней циркуляции остаются актуальными и сегодня, особенно при реконструкции существующих систем.

В условиях расчета за расходуемую горячую воду по водосчетчикам нарушения в циркуляции приведут к значительной переплате, т. к. недостаточная циркуляция вызовет слив воды до достижения воды нужной температуры, а при постоянно недостаточной температуре горячей воды – к сокращению подмешивания холодной воды и тем самым к увеличению потребления горячей воды, а вместе с ней и расхода тепла на горячее водоснабжение, поскольку последний получается умножением измеренного количества воды на постоянный расчетный перепад температур.

Современные централизованные системы горячего водоснабжения от ЦТП представляют собой разветвленные многокольцевые системы, требующие квалифицированного проектирования. На практике в их проектировании допускались серьезные ошибки. Не учитывались требования для обеспечения равномерной циркуляции в сети, заключающиеся в соблюдении определенного соотношения между сопротивлениями отдельных ответвлений и разводящих трубопроводов. В результате интенсивная циркуляция осуществлялась через ближайшие стояки; в удаленных стояках и секционных узлах она была меньше или отсутствовала совсем, вследствие чего в водоразборные краны вода поступала охлажденной.

На практике с целью доведения циркуляции до дальних стояков предусматривалась установка более мощного циркуляционного насоса. При этом циркуляционный расход приближался по величине к расчетному секундному расходу на водоразбор. Это мероприятие приводит только к отрицательному эффекту. Вследствие еще большей перегрузки подающего трубопровода и водоподогревателя второй ступени резко увеличиваются потери давления и возникают перебои в подаче воды на верхние этажи. Это влечет за собой установку более мощных высоконапорных насосов хозяйственного водопровода, что приводит к значительному росту капитальных затрат и перерасходу электроэнергии на перекачку.

Учитывая, что потери давления в системе горячего водоснабжения из-за водонагревателей больше, чем в системе холодного водоснабжения, а давление в них создается одной и той же насосной установкой, вышеперечисленные мероприятия могут быть заменены более экономичным и рациональным инженерным решением – созданием дополнительной подкачивающей установки в системе горячего водоснабжения. Для этой цели могут быть использованы циркуляционные насосы путем перестановки их на подающий трубопровод (до или после водонагревателя второй ступени).

При такой схеме установки насосы работают как циркуляционно-повысительные. В циркуляционном режиме насос работает как циркуляционный, не нарушая принятого распределения расхода воды, а при водоразборе он становится циркуляционно-повысительным, компенсируя своим напором повышенные сопротивления подогревателей и трубопроводов и увеличивая давление в системе. В большинстве существующих ЦТП перестановку циркуляционных насосов можно выполнить без замены насосов в связи с тем, что последние, как правило, обеспечивают пропуск расчетного секундного расхода воды на водоразбор. В сравнении с общепринятой схемой такое решение позволяет сократить расчетный напор хозяйственных насосов и уменьшить период их использования.

Учитывая переменный режим водопотребления, а также то, что в часы максимального водоразбора наблюдается падение давления в городском водопроводе (из-за увеличения потерь давления в трубопроводах), целесообразно хозяйственные подкачивающие насосы устанавливать с регулируемым числом оборотов двигателя. Регулирование выполняется за счет поддержания заданного давления после первой ступени водонагревателей горячего водоснабжения, принимая изменяющееся сопротивление водонагревателя при прохождении через него воды на горячее водоснабжение за аналог изменения потерь давления в трубопроводах холодной воды до последнего водоразборного крана. Как показывает практика, при этом расход электроэнергии на перекачку сокращается более чем в 2 раза по сравнению с работой насоса в режиме максимального давления и создания необходимого напора регулирующим клапаном.

Регулирование числа оборотов циркуляционно-подкачивающих насосов проводить не следует, т. к. они работают в постоянном режиме – по мере сокращения водоразбора увеличивается объем циркуляции.

Для снижения разрегулировки потокораспределения циркуляции необходимо повысить гидравлическую устойчивость системы горячего водоснабжения. Это достигается увеличением сопротивления стояков системы, объединяя все стояки одной секции дома в единый секционный узел с одним циркуляционным стояком вместо распростаненного решения с самостоятельным стояком на каждый водоразборный стояк. При этом к водоразборному стояку подключаются полотенцесушители по проточной схеме, и все стояки, обслуживающие квартиры одной секции, в верхней части объединяются перемычками в один узел, от которого отводится один циркуляционный стояк малого диаметра.

Далее даже при обеспечении минимально необходимого давления у последнего водоразборного крана за счет описанных выше решений установки циркуляционных насосов по циркуляционно-повысительной схеме и регулирования числа оборотов хозяйственных подкачивающих насосов, остается разный уровень давлений у водоразборных кранов, расположенных на разных этажах из-за различия гидростатического давления. Для устранения этого системы водоснабжения разбивают на зоны, и, кроме того, на подводках холодной и горячей воды в каждую квартиру устанавливают самостоятельные квартирные регуляторы давления, снижающие при протекании через них воды давление в нижних этажах до уровня верхнего этажа.

Поддержание давления воды перед каждым водоразборным краном на минимально необходимом уровне – очень важное мероприятие с точки зрения сокращения потерь воды, а для горячего водоснабжения и теплопотребления – снижается расход воды при изливе и утечки через арматуру. По данным МНИИТЭП, подтвержденным позднее Академией коммунального хозяйства, при стабилизации давления в системе водоснабжения среднесуточный расход горячей воды на одного жителя соответствует норме СНиП – 105–110 л/(чел.•сут.). С повышением давления в системе выше минимально необходимого расход горячей воды резко возрастает, достигая, по данным Мосводоканала, 150–180 л/(чел.•сут.).

Дальнейшее сокращение водопотребления зависит от жителей – это мытье посуды и станков для бритья в непроточной воде, а бывают случаи, что хозяйка открыла воду и ушла по своим делам; это закрывание крана при намыливании и другие индивидуальные для каждого жителя мероприятия. Однако это будет выполняться только тогда, когда жители будут заинтересованы в сокращении водопотребления, т. е. когда будут платить не по норме, а по водосчетчику.

В соответствии с московскими территориальными нормами по энергосбережению МГСН 2.01-99 во всех строящихся зданиях должны быть установлены квартирные водосчетчики на холодную и горячую воду (в проектах они есть). Разработана и действует система автоматического считывания показаний этих водосчетчиков вместе с квартирными электросчетчиками («ЭНЭЛЭКО»), но по-прежнему расчет с жителями ведется по нормативам, которые по расходу воды в 1,5 раза превышают норму СНиП.

НП «АВОК» вместе с УТЭХ Правительства Москвы разработал методику распределения объемов и стоимости поставленной тепловой энергии между потребителями, где отражены вопросы распределения расхода тепла на горячее водоснабжение между жителями дома при подключении этого дома к ИТП или ЦТП, в которых установлены приборы учета тепла на тепловой сети. Внедрение этой методики будет стимулировать энергосбережение на всем пути производства, транспорта и потребления тепловой энергии и водных ресурсов.

Решение Березниковской городской Думы № от

Основные показатели эффективности системы водоснабжения

Работа системы водоснабжения города Березники по итогам 2009 г. характеризуется следующими показателями:

надежность обслуживания, количество аварий и повреждений, единиц аварий на 1 км сетей в год – 2,11 ед./км;

доля ежегодно заменяемых сетей, % от общей протяженности – 0,2%;

уровень потерь от поданной в сеть – 31,8%;

ресурсная эффективность, удельный расход электроэнергии – 1,1 кВт·ч/м 3 .

5.2.1 Энергоэффективность

Экономическая эффективность работ по оптимизации режима системы водоснабжения достигается за счет сокращения расхода электроэнергии на подъем, очистку и транспортировку воды за счет снижения удельного расхода и возможной оптимизации работы насосных агрегатов; сокращения капитальных затрат на развитие системы в случае присоединения новых потребителей, поскольку создается техническая возможность присоединения без дополнительных капиталовложений в магистральные сети и источник водоснабжения; сокращения расхода воды на собственные нужды при внедрении ресурсосберегающих технологий.

Энергетическая эффективность мероприятий определяется увеличением пропускной способности трубопроводов сетей водоснабжения при увеличении нагрузки при новом строительстве, что приводит к оптимизации свободных напоров в сети и снижению аварийности на сетях водоснабжения.

Основные мероприятия по повышению энергоэффективности системы водоснабжения:

поэтапная реконструкция сетей водоснабжения, имеющих большой износ, с использованием современных бестраншейных технологий: санация трубопроводов с нанесением внутреннего неметаллического покрытия, реновация (замена) с применением неметаллических трубопроводов;

сокращение удельного энергопотребления на подъем и транспортировку воды путем замены существующих насосных агрегатов на более энергоэффективные;

установка частотных преобразователей на перекачивающее оборудование приведет к оптимизации давления в сети, устойчивости и надежности, снижению количества порывов и утечек (особенно в часы наименьшего водоразбора), снижению затрат на перекачку воды, теряемой в период избыточного давления в сети, значительной экономии электроэнергии;

сокращение использования воды на собственные нужды на водоочистных станциях;

применение сильфонных компенсаторов гидравлических ударов;

установка на ответвлениях сети датчиков и регуляторов сетевого давления;

установка приборов учета расхода воды на входах объектов водопотребления;

установка технологических приборов учета на проблемных ответвлениях;

внедрение системы телемеханики и автоматизированной системы управления технологическими процессами с реконструкцией КИПиА насосных станций.

Ресурсная эффективность, удельный расход электроэнергии:

2009 г. – 1,1 кВт·ч/м 3 ;

2025 г. – 0,78 кВт·ч/м 3 .

5.2.2 Надежность (вероятность безотказной работы, коэффициент готовности)

Для целей комплексного развития систем водоснабжения главным интегральным критерием эффективности выступает надежность функционирования сетей.

аварийность на трубопроводах – 2,11 ед./км;

индекс реконструируемых сетей – 0,2%.

5.2.3 Экологичность

С целью обеспечения экологической и санитарно-эпидемиологической безопасности при развитии города сформированы мероприятия, учитывающие экологические требования программы:

реконструкция и новое строительство сетей водоснабжения;

модернизация насосных станций с применением телеметрии, частотного регулирования и современного насосного оборудования;

программой предусмотрены реконструкция и модернизация очистных сооружений;

строительство узла обработки промывных вод (фильтрат не соответствует целевым показателям качества воды в водных объектах).

Строительство и введение в эксплуатацию сооружений промывных вод позволит снизить массу сброса загрязняющих веществ в водный объект. Требуется создать систему повторного использования промывных вод и решить проблему сгущения и утилизации осадка. Необходимо внедрение энергоинформационных технологий водоподготовки для улучшения методов обработки воды, связанных с изменением ее структурных особенностей и биологической активности. Необходимо обеспечить проведение поэтапной замены физически и морально изношенных трубопроводов с применением передовых технологий. Высокие требования к качеству питьевой воды диктуют регулярность проведения мероприятий по улучшению санитарно-эпидемиологического и технического состояния действующего водозабора, сооружений водоподготовки, резервуаров и водопроводных сетей.

При реализации производственных программ, внедрении локальных очистных сооружений и оборотных систем водоснабжения на промышленных предприятиях можно прогнозировать к 2025 г. снижение объема сброса и снижение концентрации по основным показателям на 70%.

5.2.4 Качество (параметры микроклимата)

Качество услуг водоснабжения должно определяться условиями договора и гарантировать бесперебойность их предоставления, соответствие стандартам и нормативам воды.

Показателями, характеризующими параметры качества предоставляемых услуг и поддающимися непосредственному наблюдению и оценке потребителями, являются:

перебои в водоснабжении (часы, дни);

частота отказов в услуге водоснабжения;

давление в точке водоразбора (напор), поддающееся наблюдению и затрудняющее использование холодной воды для хозяйственно-бытовых нужд.

Показателями, характеризующими параметры качества материального носителя услуги, нарушения которых выявляются в процессе проведения инспекционных и контрольных проверок органами государственной жилищной инспекции, санитарно-эпидемиологического контроля, муниципальным заказчиком и др., являются:

состав и свойства воды (соответствие действующим стандартам);

давление в подающем трубопроводе холодного водоснабжения;

расход холодной воды (потери и утечки);

соответствие качества очищенных вод нормам СанПиН – 95%.

Параметры оценки качества предоставляемых услуг водоснабжения

Нормативные параметры качества

Допустимый период и показа-тели нарушения (снижения) пара-метров качества

Учетный период (величина) снижения оплаты за нарушение параметров

При наличии прибора учета

При отсутствии приборов учета

Количество аварий и повреждений на 1 км сети в год

а) не более 8 часов в течение одного месяца

б) при аварии — не более 4 часов

За каждый час, превышающий (суммарно) допустимый период нарушения (3) за расчетный период

По показаниям приборов учета

С 1 человека по установ-ленному нормативу

Бесперебойное круглосуточное водоснабжение в течение года

Постоянное соответствие состава и свойств воды стандартам и нормативам, установленным органами Госсанэпиднадзора России и органами местного самоуправления

За каждый час (суммарно) периода снабжения водой, не соответствующей установленному нормативу за расчетный период

С 1 человека по установ-ленному нормативу

5.2.5 Себестоимость услуг водоснабжения

Постановлением главы города Березники от 29.12.2009 № 2351 «О тарифах на услуги, оказываемые ООО «НОВОГОР-Прикамье», по водоснабжению и водоотведению для потребителей г. Березники» с 01.02.2010 для населения, ТСЖ и управляющих организаций, оказывающих услуги водоснабжения для населения, установлен тариф в размере 9,09 руб./м 3 (без НДС). Темп роста тарифа 2010/2009 гг. – 122%.

В ходе анализа использованы данные о фактических затратах на водоснабжение ООО «НОВОГОР-Прикамье» по г. Березники за 2008 г., сметы расходов на 2009 – 2010 гг.

Затраты, включаемые в тариф, группируются следующим образом (табл. 51):

ремонт и техническое обслуживание;

оплата воды, полученной со стороны.

За анализируемый период 2008 – 2010 гг. в структуре издержек произошли следующие изменения (рис. 12):

с 33% в 2008 г. до 42% в 2010 г. увеличилась доля затрат на электроэнергию;

с 4% до 9% увеличилась доля расходов на оплату воды, полученной со стороны;

с 16% до 4% сократилась доля общеэксплуатационных расходов.

Как и в предыдущие годы основными статьями затрат в 2010 г. являются:

расходы на электроэнергию – 42% от общего объема затрат;

цеховые расходы – 32%.

За рассматриваемый период (2008 – 2010 гг.) себестоимость услуг увеличится на 14%. Основными статьями увеличения затрат являются:

расходы на оплату воды, полученной со стороны, — увеличение в 2,5 раза;

расходы на электроэнергию – увеличение на 43%;

ФОТ персонала – увеличение на 31%;

цеховые расходы – увеличение на 8%.

В течение 2007 – 2009 гг. на 76% сократились общеэксплуатационные расходы.

В период с 2008 по 2010 годы полная стоимость водоснабжения увеличилась на 39%, полная себестоимость водоснабжения возросла на 14% (рис. 13). Валовая прибыль в 2010 г. составит 4 925 тыс. руб., что в 2,4 раза больше, чем в 2009 г. Средневзвешенный тариф на услуги водоснабжения в 2010 г. по сравнению с предыдущим годом увеличится на 12% – 10,91 руб./м 3 .

Анализ сметы затрат на услуги водоснабжения ООО «НОВОГОР-Прикамье» по г. Березники в 2008 – 2010 гг.