Опыт внедрения энергосберегающих мероприятий в Дзержинском филиале Нижегородского государственного технического университета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Опыт внедрения энергосберегающих мероприятий в Дзержинском филиале Нижегородского государственного технического университета

Введение

В рамках программы "Первоочередных мероприятий по энергосбережению в учебных заведениях Нижегородской области" на базе Дзержинского филиала Нижегородского государственного технического университета (ДФ НГТУ) была разработана демонстрационная зона по внедрению комплекса мероприятий по экономии энергетических ресурсов.

Существует большое количество энергосберегающих мероприятий, которые значительно отличаются по материальным, трудовым затратам и эффективности их применений. Из них необходимо выбирать те мероприятия, которые удовлетворяют условию получения максимального эффекта при минимальных затратах. Перед разработкой комплекса мероприятий, был проведен энергоаудит зданий ДФ НГТУ с целью выявления "узких" мест в энергопотреблении, устранение которых даст наибольший эффект.

Из материалов энергоаудита следует, что затраты на тепловую и электрическую энергию примерно одинаковые, однако потенциальные возможности по экономии тепловой энергии превышают таковые по электрической энергии, поэтому основное внимание было уделено экономии тепла. Для отработки энергосберегающих мероприятий было сосредоточено внимание на первом корпусе ДФ НГТУ, который потребляет более половины энергоресурсов всего комплекса зданий, относящихся к филиалу.

Приборное обследование и расчет показали, что тепловые потери здания первого корпуса ДФ НГТУ распределяются следующим образом:

· теплопроводность стен и крыши - 43 %;

· инфильтрация окон и входных дверей - 20 %;

· инфильтрация стен и крыши - 5 %;

· теплопроводность и конвекция окон - 20 %;

· теплопроводность пола подвала - 4 %;

· тепловое излучение окон - 8 %.

По результатам энергетического аудита был предложен следующий комплекс мероприятий:

1. установка погодного компенсатора на системе отопления; установка регулятора температуры обратного трубопровода на системе вентиляции и регулятора температуры горячей воды в системе горячего водоснабжения (ГВС);

2. частичная и полная закладка окон в фойе, переходах и лестничных клетках;

3. установка штор из полимерной пленки в межрамном пространстве окон;

4. уплотнение оконных и дверных проемов;

5. уменьшение воздухообмена между зданиями.

Ниже приводится краткое описание выбранных мероприятий в системе теплоснабжения и методик оценки их эффективности.

1. Установка теплосчетчика

Первым этапом в энергосбережении является налаживание учета энергоресурсов. При этом основной целью установки теплосчетчиков являлось не столько получение экономии от разницы реальной и договорной величин тепловой нагрузки, сколько налаживание приборного учета тепловой энергии, без которого эффективность мероприятий, направленных на сбережение тепловой энергии, может быть оценена только с точки зрения улучшения комфортности в зданиях.

Перед установкой теплосчетчика необходимо определить предполагаемый эффект от его установки. Приборный учет тепловой энергии для потребителя может быть экономически оправдан в двух случаях: когда фактическое потребление тепловой энергии значительно меньше договорной величины или когда предполагается проведение какихлибо мероприятий по экономии тепловой энергии.

Мониторинг, проведенный в течение трех отопительных сезонов 33 узлов учета тепловой энергии, установленных в городе Дзержинске в ходе реализации областной программы "Бюджетный теплосчетчик", показал, что в большинстве случаев договорные величины тепловых нагрузок, определяемые на основании проектных данных, достаточно точно соответствуют фактическому теплопотреблению. При этом экономический эффект, в основном, был получен в тех зданиях, где есть система тепловой вентиляции, на практике не используемая. Примером такого здания является корпус №1 ДФ НГТУ, где проектная величина тепловой нагрузки системы вентиляции составляет 31 % от общей тепловой нагрузки здания. Уменьшение финансовых затрат от установки теплосчетчика в корпусе №1 за время мониторинга составило 11 % от расчетной величины затрат на теплоснабжение.

Установка теплосчетчика неизбежно влечет за собой необходимость технического обслуживания и периодической поверки. Затраты на обслуживание и поверку могут превысить снижение затрат на оплату тепловой энергии. Однако если в здании планируется проведение мероприятий по экономии тепловой энергии, то установка теплосчетчика становится необходимой.

2. Автоматизация систем отопления, вентиляции и ГВС

ДФ НГТУ получает тепловую энергию от Дзержинской ТЭЦ. Теплоносителем является вода с постоянным расходом и температурным графиком 13070 °С. Корпус №1 ДФ НГТУ имеет систему отопления, разделенную на 3 отдельных контура, каждый из которых подключен к внешней тепловой сети через отдельный водоструйный элеватор; систему приточной вентиляции и бойлерную систему ГВС с параллельным подключением к системе теплоснабжения.

Решение автоматизировать системы отопления, вентиляции и ГВС было продиктовано следующими причинами:

· Сильная зависимость средней температуры воздуха в здании от температуры окружающей среды: от +25°С при +16°С на улице до +12°С при 30°С. Такая зависимость является следствием несоответствия температурного графика теплоносителя тепловым потребностям здания в теплую погоду и его несоблюдением источником тепла - в холодную.

· Неуправляемость потока теплоносителя через систему вентиляции, что приводит к завышению теплопотребления в теплую погоду, а при выключении электродвигателя калорифера - к завышению температуры обратного трубопровода системы теплоснабжения.

· Зависимость температуры нагретой воды в системе ГВС от ее расхода и завышение температуры обратного трубопровода системы теплоснабжения при отсутствии ее потребления.

· Штрафные санкции со стороны энергоснабжающей организации по причине завышения температуры обратного трубопровода системы теплоснабжения.

Целью автоматизации являлось регулирование расхода тепловой энергии в комплексе с другими энергосберегающими мероприятиями, поддержание комфортной температуры в здании и обеспечение оптимальных тепловых и гидравлических режимов работы системы теплоснабжения. Отсюда вытекают основные функции, которые должна выполнять система автоматизации:

· поддержание заданной температуры воздуха в помещениях;

· поддержание требуемого температурного графика в подающем и обратном трубопроводах системы отопления;

· снижение теплопотребления здания в ночное время и нерабочие дни;

· ограничение температуры обратного трубопровода системы вентиляции;

· поддержание требуемой температуры горячей воды в системе ГВС.

Вся система автоматики в ДФ НГТУ выполнена на базе оборудования фирмы "Danfoss" и включает в себя 5 независимых узлов: узел регулирования в системе ГВС; узел регулирования в системе вентиляции; 3 узла регулирования в системе отопления.

В системе ГВС на подающем трубопроводе установлен регулятор температуры типа AVTB20, температурный датчик которого установлен на трубопровод горячей воды на выходе из бойлера. Регулятор поддерживает величину расхода теплоносителя, необходимую для нагрева воды до заданной температуры. Этим обеспечивается постоянство температуры нагретой воды и исключается завышение температуры обратного трубопровода при изменении расхода горячей воды.

В системе вентиляции для ограничения температуры обратного трубопровода установлен ограничитель температуры типа FJV25. Ограничитель стабилизирует температуру теплоносителя в обратном трубопроводе, в результате чего исключается завышение температуры обратного трубопровода системы вентиляции при обеспечении необходимого количества тепла при полной нагрузке.

В системе отопления организовано 3 отдельных контура регулирования, смонтированных в элеваторных узлах здания. Каждый контур включает в себя комплект оборудования, состоящий из регулирующего клапана типа VF2 с исполнительным механизмом AMV123, циркуляционного трехскоростного насоса типа UPS 5060/2F мощностью 400 Вт фирмы "Grundfos", датчиков температуры подающего и обратного трубопроводов типа ESMA, датчика температуры воздуха в помещении типа ESMR, датчика температуры наружного воздуха типа ESMT. Основным звеном в каждом контуре регулирования является электронный регулятор температуры - погодный компенсатор производства фирмы "Danfoss". В двух элеваторных узлах, расположенных в непосредственной близости друг от друга, применен двухканальный регулятор типа ECL9600, а в третьем элеваторном узле - одноканальный регулятор типа ECL9300. Каждый из этих регуляторов осуществляет контроль температуры подающего и обратного трубопроводов, наружного воздуха, воздуха в здании и управление регулирующим клапаном. Каждый из регуляторов позволяет вручную менять все настройки, определяющие режимы работы системы отопления. Оба регулятора снабжены таймерами, позволяющими поддерживать в разное время различную температуру в здании. Схема одного контура регулирования системы отопления показана на рис. 1.

Работает система регулирования следующим образом: регулятор температуры - погодный компенсатор получает информацию о температуре от всех 4 датчиков и на основании заложенного температурного графика определяет необходимую степень открытия клапана (1). При изменении степени открытия клапана происходит изменение расхода теплоносителя, поступающего в систему отопления из внешней тепловой сети. При этом происходит изменение коэффициента подмеса и, следовательно, температуры подающего трубопровода после элеватора. Циркуляционный насос (2) необходим для обеспечения требуемой циркуляции теплоносителя в системе отопления при малой степени открытия регулирующего клапана, когда водоструйный элеватор не способен обеспечить необходимый подмес теплоносителя из обратной магистрали. Посредством изменения степени открытия клапана 1 регулятор температуры поддерживает необходимый температурный график, т.е. требуемую зависимость температуры подающего трубопровода системы отопления от температуры наружного воздуха. Заданный температурный график может подвергаться параллельному смещению для поддержания в здании комфортной температуры. Кроме этого, регулятор осуществляет ограничение минимальной и максимальной температуры подающего трубопровода и максимальной температуры обратного трубопровода системы отопления.

Для проверки гидравлических режимов работы автоматизированной системы отопления в элеваторном узле №2 посредством ультразвукового расходомера были измерены расходы теплоносителя в предельных режимах работы системы регулирования. Результаты измерения показаны в табл. 1.

Таблица 1

Как видно из таблицы, циркуляционный насос обеспечивает расход теплоносителя в системе отопления, даже при полностью отключенной подаче, не меньший, чем в исходной схеме с одним элеватором. Увеличение расхода благоприятно сказывается на температурном режиме здания.

При включении регуляторов систем вентиляции и ГВС расход теплоносителя через всю систему теплоснабжения уменьшился с 15,3 до 10,0 т/ч, а температура обратного трубопровода системы ГВС уменьшилась с 50 - 60 °С до 20 - 30 °С. При этом регулятор системы вентиляции был настроен на температуру обратного трубопровода 45 °С, а регулятор системы ГВС - на температуру горячей воды 55 °С. Реальные расходы теплоносителя через системы вентиляции и ГВС, оснащенные регуляторами, становятся непостоянными и зависимыми от погодных условий и потребления горячей воды. тепловой энергосбережение отопление

Экономический эффект от внедрения системы автоматизации имеет следующие основные составляющие:

Эффект от оптимизации температурного графика связан с тем, что, несмотря на общую недопоставку тепловой энергии источником, в теплые дни температура подающего трубопровода выше величины, соответствующей тепловым потребностям здания, что влечет за собой излишнее повышение температуры воздуха в помещениях.

Экономию тепловой энергии здесь можно определить по превышению средней температурой в здании расчетной величины:

где q_ОФ - фактическая величина тепловой нагрузки системы отопления (Гкал/ч); т_ОП - время превышения расчетной температуры (ч); ?t_ВП - среднее превышение расчетной температуры (°С); t_ВР - расчетная температура внутри здания (°С); t_НР - расчетная температура наружного воздуха (°С).

Эффект от программируемого снижения температуры в здании в нерабочее время.

Экономия тепловой энергии в месяц здесь определяется выражением

где _ОН - время включения в месяц режима пониженной температуры (ч); tВН - величина снижения температуры (°С).

Эффект от снижения температуры обратного трубопровода связан с уменьшением потерь с поверхности трубопровода и исключением штрафных санкций со стороны энергоснабжающей организации, вызванных нарушением температурного графика.

3. Частичная и полная закладка окон в фойе, переходах и лестничных клетках

В здании корпуса №1 неоправданно большая площадь остекления в пристрое, фойе, переходах и лестничных клетках. Через оконные проемы в зимнее время теряется большое количество тепловой энергии, а температура воздуха в фойе и пристрое в холодное время года снижается до 10 - 11°С. Закладка окон дает экономию тепловой энергии при одновременном увеличении температуры воздуха в помещениях корпуса в зимнее время. В частности, заложена вся нижняя часть остекления в коридоре пристроя.

Теоретически величину экономии тепловой энергии от закладки окон можно определить по разнице тепловых потерь через окна и стены:

Для проверки эффективности закладки окон были проведены измерения температуры наружных поверхностей окон и стен. Измерения проводились при помощи инфракрасного термометра. Результаты измерений приведены в табл. 2.

Таблица 2

Видно, что перепад температур между поверхностью стены и наружным воздухом в 3,5 раза меньше, чем перепад температуры между поверхностью окна и наружным воздухом, что подтверждает правильность сделанного расчета.

Закладка окон в пристрое привела к повышению температуры в его помещениях, которая за время всего отопительного сезона 1999-2000 г. не опускалась ниже 14 °С.

4. Установка штор из полимерной пленки в межрамном пространстве окон

Приборное обследование и расчет тепловых потерь показали, что 20 % тепловой энергии из здания теряется через окна. Установка штор из полимерной пленки в межрамном пространстве окон позволяет получить эффект тройного остекления, снижающий конвективную составляющую тепловых потерь через окна в 1,3 раза. В качестве материала использована лавсановая пленка толщиной 12,5 мкм, имеющая хорошую прозрачность и механическую прочность, которая закреплена в межрамном пространстве окон при помощи специального крепежного профиля из ПВХ - пластмассы. Опробованы 3 варианта крепления пленки, описание которых, достоинства и недостатки приведены в табл. 3.

Таблица 3

Для проверки эффективности установки штор из полимерной пленки были проведены измерения температуры наружных и внутренних поверхностей окон с установленными шторами и без них.

Измерения проводились при помощи инфракрасного термометра.

Результаты измерений приведены в табл. 4.

Таблица 4

Из сравнения перепадов температур между наружной поверхностью окна и наружным воздухом, внутренней поверхностью окна и воздухом в помещении для окон с различными вариантами крепления пленки можно сделать вывод, что потери тепла через окно с неполным заполнением пленкой меньше в 1,25 раза, а через окно с полным заполнением - в 1,6 раза меньше, чем через окно, где пленка не установлена.

Уплотнение оконных и дверных проемов. Энергетический аудит показал, что потери тепла через неплотности в оконных и дверных проемах составляют для зданий филиала около 20 %. Для снижения этих потерь необходимо уплотнять наружные и внутренние окна и двери. Хорошим материалом для этого является поролон, имеющий срок службы более 5 лет.

Уменьшение воздухообмена между зданиями. Система отопления каждого здания рассчитана исходя из тепловых потребностей самого здания. Однако при наличии переходов между зданиями в них могут возникнуть потоки воздуха, способные нарушить тепловые режимы зданий. Эти потоки могут быть обусловлены различной высотой зданий, различием систем и эффективностью работы вентиляции, различным качеством уплотнения оконных и дверных проемов или другими причинами.

Приборное обследование показало, что в переходе между 1-м и 2-м корпусами существует постоянный поток воздуха, направленный из первого корпуса во второй, в котором много химических лабораторий с принудительной вытяжной вентиляцией (суммарная площадь сечения вентиляционных выходов на крыше первого корпуса 2 м², а второго - 6,5 м² при меньшем объеме здания). Средняя мощность потерь тепла первым корпусом определяется выражением

Воздух, пришедший из первого корпуса, мало влияет на температурный режим второго, так как практически сразу же удаляется из него в окружающее пространство через вентиляцию.

Для ограничения потока воздуха из первого корпуса во второй в переходе установлена пере-городка с дверью. Это малозатратное мероприятие позволяет экономить "16 % тепловой энергии, потребляемой первым корпусом.

5. Анализ экономической эффективности энергосберегающих мероприятий

ДФ НГТУ получает тепловую энергию от Дзержинской ТЭЦ. Договорные тепловые на-грузки здания: отопление - 0,552 Гкал/ч, вентиляция - 0,324 Гкал/ч, ГВС - 0,162 Гкал/ч. При средней внешней температуре отопительного сезона -5°С и длительности отопительного сезона 7 месяцев - расчетное теплопотребление за отопительный сезон составляет 2078 Гкал.

Реальное теплопотребление за время работы теплосчетчика в отопительном сезоне 1998-99 г. составило 1474 Гкал. Договорная величина теплопотребления за это же время -1667 Гкал. Реальный экономический эффект 193 Гкал, или 11,6 % от договорной величины.

В последние 1,5-2 месяца отопительного сезона средняя температура в здании превышает расчетную величину и доходит до 20ё25 °С. Установка регулятора в системе отопления позволяет получить экономию от оптимизации температурного графика, которая по формуле (1) составит приблизительно 130 Гкал за отопительный сезон, или 6,2 % от расчетной величины теплопотребления.

Отопительный сезон длится 5040 часов, из них 1920 часов приходится на ночное время и нерабочие дни. Если в это время температуру в здании снижать на 3 °С - экономия тепловой энергии по (2) составит 83 Гкал за отопительный сезон, или 4,0 % от расчетной величины тепло-потребления.

Общая площадь остекления в корпусе №1, подлежащего закладке, составила 75 м². Экономия тепловой энергии по формуле (3) при этом составляет 41 Гкал за отопительный сезон, или 2 % от расчетной величины теплопотребления.

Тепловые потери за счет теплопроводности через окна, за вычетом закладываемых, составляют 17 % от общего теплопотребления, или 315 Гкал за отопительный сезон. Установка штор из полимерной пленки позволяет снизить эти потери в 1,3 раза. При этом экономия составит 73 Гкал за отопительный сезон, или 3,5 % от расчетной величины теплопотребления. Уплотнение оконных и дверных проемов позволяет экономить около 10 % потребляемой тепловой энергии, что составляет 185 Гкал за сезон.

Скорость потока воздуха в переходе между корпусом №1 и корпусом №2 составляет в среднем 0,6 м/с. При этом средняя мощность тепловых потерь по формуле (4) составляет 76 кВт. Устранение этого потока воздуха позволяет экономить 328 Гкал за отопительный сезон, или 15,8 % от расчетной величины теплопотребления.

Соотношение капитальных затрат и экономического эффекта показано на рис. 2.

Рис. 2. Капитальные затраты и экономический эффект примененных мероприятий

Повышение температуры в здании и улучшение равномерности ее распределения приведет к уменьшению числа электронагревателей, используемых для обогрева в холодное время года, что дает экономию 30 тыс. кВтЧч электроэнергии за отопительный сезон, что составляет 7 % от годового потребления электроэнергии зданием.

Капитальные затраты на проведение мероприятий, их эффективность и эксплуатационные расходы по ним приведены в табл. 5.

Таблица 5

Величину суммарного экономического эффекта от применения всего комплекса мероприятий нельзя получить простым суммированием величин экономии от каждого из них, потому что эффективность многих из примененных мероприятий взаимозависима. Например, устранение воздухообмена между зданиями приводит к снижению инфильтрации воздуха через оконные и дверные проемы. При этом комплексный экономический эффект можно определить по изменению зависимости величины теплопотребления здания и температуры воздуха в помещениях от температуры наружного воздуха.

Для оценки эффективности комплекса мероприятий, в текущем отопительном сезоне 1999-2000 г. были собраны данные по тепловым нагрузкам здания, параметрам теплоносителя и температурам наружного воздуха и воздуха в помещениях. Тепловые нагрузки здания и параметры теплоносителя определялись по показаниям теплосчетчика, а температура наружного воздуха и воздуха в контрольных помещениях измерялась при помощи ртутного термометра.

На рис. 3 показано изменение температуры в здании и потребления тепловой энергии после автоматизации системы теплоснабжения. Регулятор системы отопления при этом был настроен на поддержание температуры воздуха в здании на уровне +16 °С без ночного понижения. В теплую погоду регулятор системы отопления поддерживает требуемую температуру в здании, ограничивая тепловую мощность системы отопления. В холодную погоду (ниже -7 °С) проявляется несоблюдение источником тепла температурного графика теплоносителя. В результате этого теплопотребление в автоматизированной системе отопления сравнивается с теплопотреблением до автоматизации, а температура воздуха в здании, как и ранее, снижается.

Рис. 3. Температура в здании и потребление тепловой энергии до и после установки системы автоматики

По данным проведенного мониторинга, ограничение тепловой мощности системы отопления в теплую погоду дает экономию тепловой энергии за отопительный сезон в среднем 17 %.

На рис. 4 показана температура в здании и его теплопотребление после проведения мероприятий по утеплению. Из рисунка видно, что зависимость потребляемой тепловой энергии от температуры окружающей среды здесь имеет меньший наклон, чем на рис. 3, а снижение тем-пературы в здании начинает происходить при -18-19 °С. При этом, по данным мониторинга, дополнительная экономия за отопительный сезон составляет в среднем 12 %. Система автоматики здесь также играет важную роль, так как при ее отсутствии весь эффект от утепления выразился бы в повышении температуры в здании.

Рис. 4. Температура в здании и потребление тепловой энергии после автоматизации системы теплоснабжения и утепления здания

Отдельно на рис. 4 показано среднесуточное теплопотребление здания при использовании режима понижения температуры в ночное время, которое осуществлялось по гибкому графику, величина снижения определялась температурой наружного воздуха и менялась от 0 до 6 °С при изменении температуры наружного воздуха от -15 до +15 °С. Режим пониженной температуры включался в ночное время на 6 часов с 20⁰⁰ до 2⁰⁰. Дополнительная экономия от ночного понижения температуры за отопительный сезон, по данным мониторинга,- в среднем 2,7 %.

Выводы

1. Внедрение мероприятий по экономии тепловой энергии требует установки узлов ее учета. Экономический эффект от установки теплосчетчиков следует оценивать с учетом эффекта от мероприятий, непосредственно уменьшающих потребление тепла, так как фактическое потребление тепла не всегда меньше договорной величины.

2. Наиболее эффективные мероприятия по экономии тепловой энергии: уменьшение потерь тепла через окна и уменьшение потоков воздуха внутри здания и между зданиями через переходы.

3. Мероприятия по уменьшению тепловых потерь здания приводят к экономии тепловой энергии, электрической энергии и повышению комфортности в здании.

4. Система автоматического регулирования потребления тепловой энергии позволяет получить экономию тепла даже при заниженных параметрах теплоносителя, поставляемого источником, за счет снижения теплопотребления в ночное время и нерабочие дни, а также при относительно высокой температуре наружного воздуха (выше 0°С).

5. В отопительном сезоне 1999-2000 г. примененный комплекс энергосберегающих мероприятий дал экономию 43,3 % средств на оплату тепловой энергии и 7 % средств на оплату электроэнергии (68,3 тыс. руб.). При этом срок окупаемости комплекса мероприятий составляет 4,1 года.

Размещено на Allbest.ru