Повышение энергоэффективности инженерных систем торгово-развлекательных центров

А. С. Рубцов, генеральный директор ООО «Вент-Дизайн», as.rubcov@vent-design.ru

За последние годы в России построено значительное количество торгово-развлекательных центров (ТРЦ). В процессе их эксплуатации собственнику приходится решать множество проблем, связанных с затратами средств на оплату энергоресурсов, расходных материалов инженерных систем, сервисного обслуживания и др. И если на затраты на сервисное обслуживание и расходные материалы можно влиять после строительства, то расход энергоресурсов при эксплуатации полностью определяется уровнем технических решений, заложенных при проектировании ТРЦ.

Любой торговый центр имеет теплоизбытки внутри помещений, и не только летом, но также и зимой, поэтому для экономии электрической энергии, затрачиваемой на работу компрессоров холодильных установок, и для увеличения ресурса компрессоров придумали удобный механизм – свободное охлаждение (free cooling). С точки зрения энергосбережения это не что иное, как сброс на улицу низкопотенциальной теплоты помещений. Эту теплоту целесообразно использовать на нужды ТРЦ (теплоснабжение калориферов кондиционеров, ГВС). Ниже приведено описание данного технического решения с расчетами энергопотребления и показана экономия, которая достигается при его применении.

Исходные данные

Рассмотрим ТРЦ площадью 70000 м². Такой объем удобно масштабировать, к примеру, в Западной и Восточной Сибири присутствует много объектов площадью 60000–80000 м², а также формата 150000 м². При этом автостоянка часто не входит в данный объем и вообще может быть снаружи здания. В состав ТРЦ, как правило, входят порядка 10 кинотеатров, 12 кафе и ресторанов, игровая зона, супермаркет.

Теперь поговорим о том, какие технические решения, обеспечивающие энергоэффективную работу инженерных систем ТРЦ, стоит обсудить. В первую очередь, это касается роторных рекуператоров – сегодня это уже не новость практически для всех участников строительного рынка. Справедливости ради надо отметить, что роторному рекуператору более 50 лет, и эту технологию знали и понимали еще в СССР. Давайте вспомним, чем же хорошо изобретение вращающегося теплообменника, в чем его гениальность. Ротор может сберегать (возвращать потребителям) несколько сотен (!) киловатт теплоты при расходе электроэнергии на привод моторчика ротора 100–300 Вт. Применение таких эффективных методов теплосбережения особенно оправданно в холодных регионах нашей страны, отопительный период в которых длится более 200–230 суток и средняя температура зимой бывает ниже –8 °C. Так или иначе, хорошо иметь в здании надлежащую теплоизоляцию и в целом грамотно выполненные ограждающие конструкции, однако ниже будет показано, что основные затраты теплоты идут не на отопление ТРЦ, а на теплоснабжение тепловых завес и калориферов, даже с учетом применения роторов.

Во всех случаях будем предполагать, что кратность воздухообмена по основным помещениям (торговые залы, бутики) должна быть 2,0…2,5. И на самом деле, такая же кратность получится по всему объекту при полностью загруженном ТРЦ – примерно 2,3. По всему объекту допустимо присутствие до 23000 человек, средняя плотность людей предполагается на уровне 3 м² на одного человека. Данные требования по воздухообмену соответствуют уровню выше среднего, ближе к высокому. Даже если в ТРЦ не могут одновременно собраться столько людей, данный воздухообмен все равно необходим, т.к. в торговых помещениях всегда есть различные запахи, которые нужно по возможности эффективно удалять, и при распространенной практике подачи приточного воздуха сверху остается лишь увеличить кратность воздухообмена хотя бы до 2,5. В сравнении разных технических решений участвуют абсолютно идентичные исходные условия и, конечно, производительности систем.

Два подхода к проектированию инженерных систем ТРЦ

Итак, рассмотрим два разных подхода к инженерным системам ТРЦ. По первому типу построены ТРЦ с общеобменными системами на роторных рекуператорах, с местными отсосами технологии сразу на улицу, с холодильным центром на базе чиллеров с водяным конденсатором и, к примеру, с температурами воды/гликоля на конденсаторе +35…+30 °C. Разумеется, охладители гликоля должны быть с орошаемой насадкой, которая распрыскивает воду в пиковые жаркие дни. Но благодаря более низким температурам гликоля на конденсаторах чиллеров, существенно возрастает холодильный коэффициент чиллеров – для одновинтовых компрессоров на фреоне R134 он может быть выше 5. В качестве доводчиков холода используются классические устройства – фэнкойлы для локального контроля зон – и, конечно же, приточный воздух подготавливается летом до температуры +18…+20 °C в охладителях центральных кондиционеров. Вообще охлаждение приточного воздуха необходимо по возможности выполнять всегда, и только если уровень комфорта объекта допускает быть ниже 3* (или В для офисных зданий), можно обойтись в летний период теплым приточным воздухом и доводчиками внутри помещений. Посмотрим на рис. 1 – так выглядят расчетные тепловые и электрические мощности ТРЦ зимой. Как мы видим, существенную нагрузку по теплоте несут калориферы, даже с учетом того, что 80% всех систем вентиляции выполнены с применением эффективных роторных рекуператоров (температурный КПД выше 72%). Второе, на что нужно обратить внимание,– освещение и технологическое оборудование, доля этих потребителей немалая. В данном сравнении выбраны обычные светильники, те, которые массово применяются на объектах строительства, соответственно, здесь тоже есть потенциал энергосбережения.

Расчетные тепловые и электрические мощности в зимний период (5,18 МВт электроэнергии, 6,4 МВт тепловой энергии)

На рис. 2 приведены ежегодные расходы на оплату энергоресурсов, но уже с учетом работы всех систем, в том числе систем кондиционирования, т.е. это затраты по всем инженерным системам в комплексе. Удельная энергоемкость ТРЦ показана на рис. 3.

Структура расходов на оплату энергоресурсов (всего – 41,7 млн руб./год)

Структура энергоемкости ТРЦ (всего– 316 кВт·ч/год·м 2 )

Теперь рассмотрим, что же нам даст использование сбросной теплоты системы свободного охлаждения. И в этом же варианте рассмотрим сбросную теплоту местных отсосов ресторанов, поскольку их довольно много и по количеству, и по объему вытяжки. Предлагаем для вентиляции ресторанов и кафе использовать агрегаты с гликолевым контуром или батарейный тип утилизаторов вытяжной теплоты. Зачем это нужно и как быть с жирами и парами масел от технологии? Во-первых, все равно нужно надлежащим образом фильтровать воздух от жира и масел, иначе воздуховоды и вентиляторы быстро засорятся жировыми отложениями, и это создаст взрывоопасную ситуацию. Если с вентиляторами можно что-то регулярно делать, то воздуховоды очень часто необслуживаемые. Во-вторых, воздух от технологии влажный и горячий, что повышает целесообразность применения утилизации теплоты. Что касается практики, то в Сибири есть несколько объектов, где батарейный контур успешно эксплуатируется именно на кухонных вытяжках.

Принципиальная схема кондиционирования воздуха ТРЦ в зимний период показана на рис. 4. Чиллер ХМ1 и градирня ГР1 нужны только летом, они обеспечивают холодной водой +7…+12 °C секции охлаждения центральных установок, поэтому на зиму вода из ГР1 сливается. Более интересна обвязка доводчиков холода, рационально выбрать температуры воды доводчиков чуть выше, чем обычно – +10…+15 °C. Это дает несколько преимуществ. Во-первых, вырастает холодильный коэффициент чиллера ХМ2, во‑вторых, в доводчиках холода уменьшаются потери на скрытую теплоту, ориентировочно потери снизятся с 25 до 15%. Это экономия на производительности холодильного центра и его стоимости, хотя нужно понимать, что доводчики с такими параметрами будут по типоразмерам больше, чем при более холодном теплоносителе. И в‑третьих, при параметрах +10…+15 °C доводчики создают меньше сквозняков. Но главное, такие параметры делают работу чиллера ХМ2 в режиме теплового насоса зимой более эффективной. Еще одно преимущество таких параметров – режим свободного охлаждения можно использовать уже при +5 °C на улице. И еще на конденсаторе ХМ2 можно выбрать температуры выше, чем у ХМ1 – +50…+45 °C. Это снизит холодильный коэффициент летом, зато есть возможность круглый год иметь горячую воду за счет сбросной теплоты ХМ2. Нагрев происходит в теплообменнике ПТО2. Ее можно немного догреть до необходимой температуры в штатном теплообменнике ПТО3 в холодный период или в бойлере летом. Теплота на конденсаторе ХМ2 зимой будет востребована главным образом не для ГВС, а для калориферов центральных установок. Доводчики собирают зимой порядка 2,5–3,0 МВт теплоизбытков, а для нужд ГВС требуется значительно меньше. Роль теплообменников для калориферов выполняет ПТО1. В периоды, когда не хватает теплоты от ХМ2, например утром, когда мало посетителей, автоматика приоткрывает клапан теплоносителя Т1 от ИТП. Но если говорить о гибкой автоматике, когда посетителей мало, то и производительность систем должна быть меньше, или, иначе говоря, нужно организовать принцип «регулирование по реальной потребности». В этом случае мы можем говорить о реальном сокращении расчетных тепловых мощностей для согласования технических условий подключения.

Принципиальная схема кондиционирования воздуха ТРЦ в зимний период

Полностью уйти от традиционной схемы свободного охлаждения не удастся. Причина в том, что когда период переходный или даже «минус», догревающим калориферам почти совсем не нужно теплоты, кроме установок с прямоточным принципом работы. Все равно нужно куда-то девать 3 МВт, поэтому в параллель к ХМ2 нужен ПТО4 – для реализации стандартного сброса теплоты на улицу через К1, в обход работы теплового насоса ХМ2. Таким образом, ХМ2 должна включаться всегда, когда есть потребность в тепле, например для ГВС, а свободное охлаждение должно справляться с остальной невостребованной теплотой.

Было просчитано, что дополнительные теплообменники, узлы обвязки, автоматика, способная управлять таким решением, окупаются примерно за 1 год. Выгода же в том, что потребляется меньше коммерческой теплоты, а стоимость электроэнергии для работы теплового насоса ХМ2 незначительна, ввиду высокого теплового коэффициента ХМ2.

На рис. 5 видно, что тепловая мощность сократилась на 1,7 МВт только благодаря использованию теплоты местных отсосов ресторанов.

Расчетные тепловые и электрические мощности в зимний период при использовании теплового насоса (5,18 МВт электроэнергии, 4,7 МВт тепловой энергии)

На рис. 6 показан вклад в экономию общих расходов на эксплуатацию ТРЦ – отдельно от использования теплоты технологии и отдельно от сбросной теплоты доводчиков холода. Общий эффект более 5 млн руб./год.

Структура расходов на оплату энергоресурсов при использовании теплового насоса (всего – 36,2 млн руб./год)

На рис. 7 приведены вклады от инженерных систем в общую энергоемкость ТРЦ. Благодаря двум решениям, общий показатель потребления снизился на 26%.

Структура энергоемкости ТРЦ при использовании теплового насоса (всего – 234 кВт·ч/год·м 2 )

Рассмотренный в статье пример показывает, что существуют простые технические решения, которые экономят существенные ресурсы объекта строительства, другой вопрос в том, что на технически продуманном объекте их может быть не так много, и они лежат не на поверхности. Тем не менее ежегодная экономия 5 млн руб. при небольшом сроке окупаемости может быть весьма привлекательной.

Отопление торгового центра

Система отопления торгового центра представляет собой систему отопления, в которой активно комбинируются системы воздушного и водяного отопления. Cистема отопления торговых центров, как и прочие системы отопления нежилых помещений, могут строиться как на базе центральной системы отопления, так и на базе автономных котельных. Нагрев воздуха для систем отопления помещений торгового центра как правило реализуется с помощью стандартных теплогенераторов, а его распределение происходит при помощи системы воздуховодов.

Отопление больших помещений

Рассмотрим основные узлы, которые включает в себя эта система отопления:

1. Тепловой пункт.

Тепловой пункт представляет из себя мини-котельную, в которой расположены основные элементы подающие тепло в помещения. Основным отличием теплового пункта от котельной является отсутсвие в ней источника, производящего тепло — котла. Главным элементом таких котельных является распределительная гребенка, а попросту гидроколлектор, который с помощью насосных групп распределяет тепло по контурам. Важно помнить о том, что пропускная способность гидроколлекторов и насосов используемых для отопления больших помещений должна быть чуть больше их расчетной пропускной способности, чтобы в случае появления «наростов» на внутренних стенках труб или коллектора, это не сильно повлияло на общем обогреве помещений. Т.к. в большинстве случаев, качество воды, используемой в центральных системах отопления оставляет «желать лучшего». Для теловых пунктов в системах отопления торговых центров как правило используется промышленная арматура, краны, задвижки и насосные группы, что способствует ее более простому дальнейшему обслуживанию.

Котельные автономных систем отопления торговых центров и больших помещений реализуются как правило на базе автономных модульных котельных. Топливом для этих котельных может служить как природный газ, так и любое жидкообразное топливо (дизель, отработанное масло, топочный мазут).

2. Воздуховоды.

Воздуховоды — эта та часть системы отопления торгового центра, за счет которой происходит распределение нагретого воздуха внутри помещения. Отчасти, эта система воздуховодов внешне напоминает систему воздуховодов вентиляционной системы. Нагретый теплогенератором воздух с помощью встроенного вентилятора поступает в систему воздуховодов, где затем распределяется внутри помещения.

3. Конечные точки (радиаторы, калориферы, тепловые завесы и воздуховоды).

Как мы и говорили в самом начале, системы отопления торговых центров в большинстве случаев представляют собой комбинированные системы отопления. Это связано с тем, что как правило не для всех помещений торгового центра подходит радиаторное отопление, и использование воздушного отопления в некоторых узлах просто необходимо. Конечные точки излучающие тепло подбираются согласно площади отдельного помещения и необходимому температурному режиму помещения. В случае водяного отопления — это радиаторы, в случае комбинированного (воздушно-водяного) отопления — это калориферы или тепловые завесы, в случае же воздушного отопления — это воздуховоды, по которым происходит распределение теплого воздуха внутри торгового центра.

В помещении не должно быть чрезмерно жарко или холодно, потому как это вызывает желание поскорей покинуть помещение. Вообще разница температур не должна быть сильно большой, конечно, если на улице не – 30 или + 40 градусов, потому как, в противном случае это вызовет дискомфорт.

Подбирать тепловое оборудование не так просто, как может показаться на первый взгляд. Необходимо учитывать несколько важных факторов: размер помещения, необходимая мощность, природные условия (экстремальные холода или южные зимы) и так далее.

Существует несколько видов отопительных систем:
— традиционное водяное отопление;
— системы воздушного отопления;
— электрические отопительные приборы.
Водяное отопление – это традиционный вид отопления помещений, в том числе и торговых.

Преимущество заключается в том, что данный вид отопления можно применять практически в любом помещении, не зависимо от размера площади. По установленной системе трубопроводов протекает горячая вода к самим отопительным приборам.

Наиболее распространенными приборами отопления являются конвекторы или радиаторы. Водяное отопление прекрасно подходит и для обогрева пола, что необходимо для детских игровых площадок и мест отдыха покупателей.

Кроме того, такое отопление используют для обогрева ступеней на входе в здания, для предотвращения их обледенения. Единственная сложность в данном случае будет заключаться в прокладывании труб и подключении к центральной системе отопления района.

Воздушное отопление

Воздушное отопление выгодно использовать в крупных торговых центрах с большой площадью и высокими потолками. Иногда его используют как дополнение к водяным системам отопления, а иногда и самостоятельно.

Принцип действия подобных систем отопления заключается в следующем: устанавливаются системы центрального кондиционирования, в которых происходит нагревание воздуха, который по специальным каналам воздуховодов направляется в торговое помещение. Направление теплого воздуха может регулироваться, например, его можно направить вверх, вниз или в определенное место.

Преимуществом данного вида обогрева является тот факт, что можно сознательно регулировать температуру воздушного потока, а в теплое время года использовать его в качестве кондиционера.
Последние годы можно часто наблюдать наличие воздушно-тепловых завес при входе в магазины и торговые центры.

Данное изобретение является весьма популярным средством воздушного обогрева. Воздушно-тепловая завесаустанавливается на входе в магазин, и создает мощный теплый щит, тем самым, препятствуя проникновению холодного воздуха внутрь.

Тепловые завесы бывают двух типов: вертикальные и горизонтальные. Вертикальные, устанавливаются сбоку от дверных проемов и поток теплого воздуха подается по горизонтали.

Горизонтальные системы устанавливают над дверными проемами и теплый воздух подается вертикально вниз по всей ширине проема. Популярность воздушно-тепловых завес постоянно растет, благодаря им можно тратить меньше средств на обогрев самих помещений, потому как они просто препятствуют проникновению холодного воздуха.

Электрические отопительные приборы

Электрические отопительные приборы зачастую используют для отопления небольших помещений либо точечного отопления, к примеру, рабочего места продавцов. Существует большое количество электрических обогревательных приборов различной мощности и дизайна.

Например, существуют масляные радиаторы, преимуществами которых является невысокая стоимость, функциональность, различные размеры и мощность, безопасность (возможность возгорания исключена) и довольно привлекательный дизайн. Существуют еще и тепловентиляторы, которые распыляют теплый воздух, тем самым, согревая помещение.

Недостатками электрических обогревательных систем является большие затраты электроэнергии, которая сегодня стоит недешево и относительно небольшая площадь обогрева, хотя для кого-то может это наоборот преимущество.
Разновидностью электрических обогревателей являются инфракрасные обогреватели.

Данные обогреватели, в отличие от остальных электрических обогревателей могут использоваться для обогрева больших площадей. Кроме того, они позволяют повышать температуру в какой-либо определенной локальной зоне, и при этом сохранять нейтральной температуру остальной части помещения.

Это очень удобно, когда в магазине используется спецодежда для продавцов. Потому как одежда чаще всего у них легкая и они мерзнут в помещениях, где посетителям в верхней одежде весьма комфортно.

В противном же случае наоборот, посетители чувствуют себя некомфортно, там, где продавцам в легкой одежде довольно тепло. Еще одним достоинством инфракрасных обогревателей является меньшее потребление электроэнергии, по сравнению с обычными электрообогревателями.

Таким образом, ознакомившись со всеми разновидностями отопительных приборов можно осуществлять свой выбор. Отопительные приборы должны быть не только функциональны, но еще и экономичны. Кроме того, они должны вписываться в общий интерьер торгового зала.

Если же вы не уверены, что справитесь с задачей выбора отопительных приборов для торгового зала, воспользуйтесь услугами специалистов, которые не только подскажут подходящий вид системы, но и определят количество и мощность необходимых приборов. Не стоит экономить на комфорте.

Вам также может понравиться

2 трубная только отопление

Схемы двухтрубных систем отопления для частного дома

2 трубная система отопления частного дома своими руками схема

Двухтрубная система отопления: все нюансы, которые

2 трубная система отопления диаметр труб

Необходимый диаметр труб для разных систем отопления

2 питьевой пояс водоснабжения

Постановление Главного государственного санитарного

2 питьевое водоснабжение для предприятия

Водоснабжение промышленных предприятий: виды систем

2 категория водоснабжения для расчета штатного расписания муп

Штатное расписание. Унифицированная форма Т-3 Штатное

1 категория водоснабжения требования

Исполнительная документация Какие бывают категории

354 постановление правительства холодное водоснабжение

Постановление Правительства РФ от 06.05.2011 N 354 (ред.