В начале марта в Центральном Доме Ученых РАН состоялась "Строительная секция", в рамках которой выступил Альберт Якубович Шарипов, генеральный директор ООО "Сантехпроект", к.т.н, заслуженный строитель России, лауреат премии Правительства РА.
Теплоснабжением зданий в нашей стране занимаются с 40-х гг. XX века. Тогда и в последующие советские годы источниками теплоты были ТЭЦ и котельные установки и оно было централизованным. Но с начала 90-х годов начал использоваться зарубежный опыт децентрализованного теплоснабжения с автономными источниками тепла (АИТ) вместо котельных. Автор считает именно это направление приоритетным для современного и будущего развития отрасли. К этому его привел 50-летний опыт работы в области проектирования и строительства, десятки построенных его командой зданий и расчеты, сделанные в ходе их проектирования и последующей эксплуатации.
В первые послевоенные годы на территории СССР шло активное развитие электроэнергетики. Анализируя процессы выработки электрической энергии, инженеры и ученые пришли к выводу, что незадействованным остается большое количество сбросного тепла из градирен тепловых электроцентралей (ТЭЦ). Невостребованные тепловые мощности было решено направить на нужды теплоснабжения зданий. Так сформировалась комбинированная выработка тепловой энергии, при которой оба вида энергии (электрическая и тепловая) вырабатываются на одном производстве. Вся потенциальная энергия топлива тратится на выработку электрической энергии – 35-45%, остальные 55-65% – это бросовое тепло, которое можно использовать для подогрева воды. В стоимости этого тепла топливная составляющая отсутствует.
Постепенно централизованное теплоснабжение на базе комбинированной выработки тепловой электрической энергии стало для страны приоритетным. Однако режимы потребления тепла и режимы потребления электроэнергии не всегда совпадали по нагрузкам. Как правило, тепловая мощность тепловых электрических станций использовалась на 40%. Тем не менее, зимой мощности тепловой энергии категорически не хватало для покрытия тепловых нагрузок. Решением стало строительство пиковых водогрейных котельных при ТЭЦ. Но и их мощности, как оказалось, было не достаточно для покрытия пиковых нагрузок. В том числе и по городу Москве, где построены и строятся десятки крупных РТС.
Приведу в пример Уфу. В этом городе построено много ТЭЦ, но на теплоснабжение используется только 30% мощностей. Одна из причин – пересеченный рельеф здешней местности. Электрические мощности со сбросными тепловыми нагрузками буквально «заперты» на ТЭЦ. Чтобы транспортировать эту энергию, необходимо создавать сложную схему теплоснабжения с насосными подкачками и перекачками.
В стране, в системе централизованного теплоснабжения в качестве источников тепла стали возводить квартальные и районные котельные. Там, где не было ТЭЦ, котельные строились при градообразующих предприятиях. Они снабжали теплом в том числе и населенные пункты. В 1990-х годах многие такие предприятия обанкротились. Содержать котельные стало сложно: котельные мощностью на 50, 60 или 100 МВт, стали вырабатывать для населенных пунктов тепла на порядок ниже установленной мощности.
Оборудование источников теплоты котельных не использовалось, амортизировалось и, соответственно, морально и физически устаревало. Зимой из-за износа тепловых сетей, который, на сегодняшний день, составляет 40-50%, стали происходить и происходят до сих пор крупные и мелкие аварии.
Как дальше развивать теплоснабжение в стране?
В проектном, конструкторском, научно-исследовательском институте «СантехНИИпроект» в начале 1990-х годов мы начали изучать зарубежный опыт децентрализованного теплоснабжения с автономными источниками тепла (АИТ), интегрированными в здания, а затем – активно развивать это направление.
Отмечу, что до 50-х годов XX века АИТ широко использовались в Советском Союзе – в виде встроенных в здания подвальных котельных на каменном угле. В 1960-х годах с развитием добычи нефти и газа Н.С. Хрущев изменил топливный баланс страны, сделав акцент на выработку энергии из жидкого топлива. В подвальных котельных, не приспособленных для сжигания такого топлива, стали часто происходить аварии. Невозможность обеспечения пожарной безопасности, развитие теплофикации и центрального теплоснабжения – все это привело к законодательному запрету на использование жидкого топлива, в том числе газа, в подвальных котельных жилых домов. Развитие автономного децентрализованного теплоснабжения приостановилось, работы по повышению их надежности и эффективности были свернуты.
Экономическая ситуация, проблемы, возможные в эксплуатации СЦТ на базе котельных и проведенные нами исследования показали, что наиболее эффективное решение для развития теплоснабжения в нашей стране – это отказ от районных и производственных котельных в пользу АИТ: интегрированных в здания (крышных встроенных и пристроенных котельных) без тепловых сетей, а также поквартирного теплоснабжения. На газообразном топливе, которое является доминирующим видом топлива для выработки тепловой энергии для населения. Однако коэффициент полезного использования его в стране весьма низок.
На Рис. 1 представлена структурная схема нормативно-технических документов услуг по теплоснабжению. В левой части – централизованное теплоснабжение, которое развивается под эгидой Министерства энергетики РФ: комбинированная выработка тепловой и электрической энергии ТЭЦ, районные и квартальные котельные. В правой части – автономное, поквартирное теплоснабжение, которое мы стали развивать в институте «СантехНИИпроект»: крышные, встроенные, пристроенные котельные и индивидуальные теплогенераторные установки.
Рисунок 1 – Структурная схема нормативно-технических документов услуг по теплоснабжению.
Отмечу отдельно поквартирную систему теплоснабжения, которая на настоящий момент наименее развита в нашей стране.
Поквартирное теплоснабжение – обеспечение теплом систем отопления, вентиляции и горячего водоснабжения квартир. Система состоит из источника теплоснабжения – теплогенератора, трубопроводов горячего водоснабжения с водоразборной арматурой, трубопроводов отопления с отопительными приборами внутри квартиры.
Когда в институте «СантехНИИпроект» мы начали изучать систему поквартирного теплоснабжения, в правовом поле отсутствовали какие-либо нормативные документы на эту тему. Наши исследования базировались только на рассмотрении зарубежного опыта, в первую очередь – Западной Европы. В начале 1990-х годов там активно развивалось производство абсолютно безопасных квартирных теплогенераторов с закрытой камерой сгорания. Теплогенератор в этом случае берет воздух на горение снаружи и туда же удаляются дымовые газы. Во внутреннем воздухообмене квартиры процессы горения не участвуют.
Как и у других технологий, у системы поквартирного теплоснабжения есть свои минусы, точнее – один главный минус, который заключается в том, что она требует принятия повышенных мер безопасности, находясь в жилых помещениях. Следует отметить, что газовые плиты приготовления пищи представляют в этом смысле большую опасность.
В связи с этим, разрабатывая нормативные документы для поквартирного теплоснабжения, мы указываем на необходимость использования легкосбрасываемых конструкций в виде оконных переплетов с целью взрывозащиты зданий. Практика показывает, что применяемые в настоящее время конструкции не срабатывают: взрывы приводят к разрушению значительной части дома. Необходимо провести исследования по определению причин такого положения, принять правила расчета и устройства оконных конструкций с привлечением заводов для их производства и поставки. Исключить образование взрывоопасной смеси помогает мониторинг воздушной среды в помещении установки газоиспользуемого оборудования с быстродействующим электромагнитным клапаном, который при обнаружении протечки автоматически перекрывает подачу газа.
Таким образом, меры по организации безопасного использования поквартирной системы теплоснабжения доступны и развиваются. Практика показывает: строгое соблюдение требований безопасности исключает возникновение аварийных ситуаций.
Сравнительная оценка централизованной, автономной и поквартирной систем
Сравнительную оценку систем теплоснабжения начнем с коэффициента энергетической эффективности (КЭЭ). Общий КЭЭ определяется формулой, указанной на Рис. 2. Для расчета КЭЭ автономного теплоснабжения необходимо отбросить транспортные сети от источника генерации теплоты до узла ввода к конечному потребителю, оставив для расчета оборудование КЭЭ генерации теплоты на источнике и КЭЭ системы потребления. Расчетный КЭЭ для поквартирного теплоснабжения будет определяться только с учетом энергоэффективности оборудования генерации теплоты на источнике.
Рисунок 2 – Коэффициент энергетической эффективности.
Даже при условии нового строительства инженерных систем при существующих КЭЭ для централизованного теплоснабжения на районных или квартальных схемах котельных будет не больше, чем 0,75. Перемножение двух показателей для автономного теплоснабжения АИТ даст примерно 0,85, а КЭЭ поквартирной системы составит 0,9-0,92.
Рассмотрим сравнительную диаграмму энергетической эффективности трех систем: централизованной, автономной и поквартирной (Рис. 3).
Рисунок 3 – Сравнительная диаграмма энергетической эффективности.
Из диаграммы наглядно видно, что даже с учетом вновь возводимых инженерных систем устаревших технологий поквартирная система на сегодняшний день наиболее энергетически эффективна. Ее потери связаны только с теплом уходящих газов. Для автономной системы – это также потери распределения, связанные с несовершенством внутридомовых инженерных систем.
Сравнительная оценка потребления топлива (газа) показывает, что удельный расход топлива на единицу потребляемой теплоты (кг/Гкал) для поквартирной системы теплоснабжения наиболее низкий (Рис. 4).
Рисунок 4 – Сравнительная оценка потребления топлива (газа).
В городе Серпухове Московской области по нашему проекту был построен экспериментальный десятиэтажный дом с поквартирной системой теплоснабжения. В результате расходы на теплоснабжение потребителей, проживающих в этом доме, сократились в 2,5-3 раза по сравнению с теми, кто проживал в соседних домах с централизованным теплоснабжением. Это подтверждено практическим применением массового жилого строительства в г. Белгород и республике Татарстан.
Ниже – фотография этого дома (Рис. 5).
Рисунок 5 – Дом в Серпухове с поквартирным теплоснабжением.
В этом доме мы сделали систему с вынесенными за пределы квартир счетчиками. Они располагаются в вентилируемых шкафах, к которым легко и быстро получить доступ, когда необходимо.
Теперь обратимся к инвестиционным затратам на модернизацию систем теплоснабжения существующего жилого фонда. Сравнительные расчеты показали, что поквартирная система теплоснабжения обходится дороже, чем централизованное и автономное теплоснабжение (Рис. 6).
Рисунок 6 – Инвестиционные затраты на модернизацию систем теплоснабжения (руб./кв7м).
В этой связи представляется интересным опыт Республики Татарстан. В 1997 году ситуация с централизованным теплоснабжением в Республике привела к необходимости срочной модернизации и реконструкции тепловых пунктов, а также изменению подхода к строительству котельных. Было принято решение все поселки городского типа – деревни, малые города – перевести на базу поквартирного теплоснабжения.
В Республике был создан «Фонд газификации, энергосберегающих технологий и развития инженерных сетей РТ», который проводил программу «По переходу на поквартирную систему отопления, установке блочно-модульных котельных в городах и районах Республики Татарстан» и взял на себя бремя инвестиционной составляющей этой программы.
Ниже представлена сравнительная оценка стоимости услуг отопления и ГВС (на примере двухкомнатной квартиры) на период 6 лет (Рис. 7). В основе этих расчетов – результаты работы Фонда по реализации программы внедрения системы поквартирного теплоснабжения для существующего жилого фонда:
Рисунок 7 – Сравнительная оценка стоимости услуг отопления и ГВС.
Как видно из рисунка, через 5 лет инвестиции в программу полностью окупились. Стоимость услуг на выработку тепла постепенно начала снижаться. Результат этой программы – хорошие условия использования газа и перевод населения на новую систему теплоснабжения без увеличения существующего тарифа, с включением в него инвестиционной составляющей на срок окупаемости.
Приведу примеры домов с крышными и пристроенными котельными (Рис. 8 и 9), выполненными ООО «СанТехПроект».
Рисунок 8 – Примеры домов с крышной и пристроенной котельными.
Рисунок 9 – Примеры домов с крышной котельной.
На Рис. 8 дом справа находится в микрорайоне Куркино города Москвы. В этом доме мы впервые в России применили комплексную программу автономного теплоснабжения. Всего в микрорайоне Куркино порядка 40 таких котельных для жилых и общественных зданий.
Для сохранения архитектурного единства здания трубы от котлов были встроены в специальные ниши. Этот экспериментальный проект был удостоен национальной экологической премии 2005 года и премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники в 2009 году.
На Рис. 9 – крышная котельная в комплексе Москва-Сити мощностью 14 МВт (слева) и самая высокая в Европе котельная на крыше башни «Исеть» в Екатеринбурге (справа).
Что мешает развитию децентрализованного теплоснабжения в России?
Результаты наших исследований показали, что АИТ, интегрированные в здания, позволяют диверсифицировать централизованную систему теплоснабжения, выступают альтернативным и эффективным вариантом модернизации действующей СЦТ на базе котельных. Исключение затрат на тепловые сети повышает инвестиционную привлекательность такой модернизации, так как позволяет включить инвестиционную составляющую в действующий тариф со сроком окупаемости инвестиций от 3 до 7 лет.
Главное препятствие развития АИТ состоит в том, что при выборе схемы теплоснабжения альтернативные схемы не рассматриваются на равных условиях с традиционными. В законе такой порядок не предусмотрен, а теплоснабжающие организации придумывают обходные пути, чтобы затормозить эти процессы.
Проектно-инжиниринговое бюро ООО «СанТехПроект» сделало оценку рынка по всей стране, которая показала, что размер расходов на модернизацию и реконструкцию систем теплоснабжения существующего жилого фонда с переводом на поквартирное теплоснабжение хотя бы 30% жилого фонда сопоставимы с объемом субсидий и льгот населению на коммунальные услуги (Рис. 10).
Рисунок 10 – Оценка рынка.
Выполнение такой программы позволит ликвидировать безвозвратные потери бюджета на субсидии и льготы и вернуть инвестиции за 5-6 лет, тогда как инвестиции в СЦТ практически не окупаются.
С целью обеспечения нормативной базы проектирования инновационной технологии теплоснабжения на базе АИТ, специалисты ООО «СанТехПроект» разработали и выпустили следующие нормативные документы:
- СП 373.1325800.2018 Источники теплоснабжения автономные. Правила проектирования
- СП 334.1325800.2017 Свод правил. Квартирные тепловые пункты в многоквартирных жилых домах. Правила проектирования
- СП 282.1325800.2016 Поквартирные системы теплоснабжения на базе индивидуальных газовых теплогенераторов. Правила проектирования и устройства
- СП 280.1325800.2016 Системы подачи воздуха на горение и удаления продуктов сгорания для теплогенераторов на газовом топливе. Правила проектирования и устройства
Следующий важный шаг – принятие на региональном или федеральном уровне закона, в котором будет прописана возможность для жильцов большинством голосов выбирать для своего дома ту систему теплоснабжения, которую они считают наиболее оптимальной. И включение в закон “о теплоснабжении” положения о равноправном рассмотрении и технико-экономическом и экологическом сравнении традиционных и альтернативных систем теплоснабжения.
Комментарии