Разработка системы автономного энергоснабжения и управления энергоресурсами спортивного комплекса

Реферат

Пояснительная записка 128 с.,27 рисунков, 31 таблица, 42 источника, 3 приложения.

Графическая часть: 12 листов формата А1.

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ, ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ, АВТОНОМНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ, АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ, АВТОМАТИЗАЦИЯ ВЕНТИЛЯЦИИ, ТЕПЛОВЫЕ ПОТЕРИ

Объектом исследования является здание спортивно-оздоровительного комплекса СГАУ.

Целью работы является проведение энергетическое обследование предприятия, разработка мероприятий по энергосбережению и создание проекта автономного энергоснабжения.

В процессе работы использована методика проведения энергетического обследования и проведён расчёт сроков окупаемости внедрения энергосберегающих мероприятий.

В результате дипломного проекта проведено энергетическое обследование объекта, определена потребность в тепловой и электрической энергии. Подобрано оборудования для обеспечения автономного энергоснабжения объекта. Представлены два проекта автономного энергоснабжения объекта, на основе технико-экономического анализа которых выбран наиболее оптимальный.

Содержание

Реферат

Введение

1. Автономные системы энергоснабжения

1.1 Автономное энергоснабжение жилых, общественных и промышленных объектов

1.2 Проектирование систем автономного энергоснабжения

1.3 Использование теплоэлектроцентралей малой мощности в системах автономного энергоснабжения

1.3.1 ТЭЦ на основе газопоршневых установок

1.3.2 Автономные установки на основе дизельных генераторов

1.3.3 Возобновляемые источники энергии в системах автономного энергоснабжения

2. Энергоэффективность в зданиях. Мировой опыт

2.1 Энергосбережение в жилищном секторе Европейского Союза

2.2 Энергосбережение в зданиях Канады

2.3 Энергосбережение в зданиях США

2.4 Проблемы и потенциал энергосбережения в жилищном секторе России

2.5 Цели и задачи проведения энергетического обследования. Нормативно-правовое обеспечение энергоаудита

3. Энергетическое обследование спорткомплекса СГАУ

3.1 Общая характеристика объекта

3.2 Потребление энергоресурсов спорткомплексом

4. Система электроснабжения

5. Система освещения

5.1 Методика измерения и расчётов

5.2 Расчёт годового потребления электроэнергии освещением

6. Система холодного водоснабжения

7. Система водоотведения

8. Система теплоснабжения

9. Система вентиляции

9.1 Проектные данные

9.2 Установленные вентиляционные установки

9.2.1 Вентиляция помещения бассейна

9.2.2 Вентиляция игрового зала и зала аэробики

10. Энергосбережение в системеэлектроснабжения

10.1 Модернизация системы вентиляции

10.2 Снижение потребление электрической энергии освещением

10.2.1 Модернизация установленных осветительных приборов

10.2.1 Установка датчиков движения

11. Энергосбережение в системе вентиляции

11.1 Расчёт необходимых параметров системы вентиляции

11.1.1 Расчёт системы вентиляции в спортивных залах

11.1.2 Расчёт влагопоступлений в помещении бассейна

11.1.3 Расчёт системы вентиляции в помещении бассейна

11.2 Снижение затрат путём использования тепла вытяжного воздуха

11.2.1 Расчёт рекуператорной установки бассейна

11.2.2 Расчёт рекуператорной установки игрового зала

11.3 Автоматизация системы вентиляции

11.3.1 Определение теплового режима помещения при отключении вентиляции

11.4.2 Автоматизация вентиляции помещения игрового зала

12. Энергосбережение в системе отопления

12.1 Снижение расхода тепловой энергии за счёт утепления ограждающих конструкций

13. Подбор оборудования для автономного энергоснабжения спорткомплекса

13.1 Разработка САЭ спорткомплекса на основе газопоршневой когенерационной установки и газовой котельной

13.1.1 Подбор оборудования для первого проекта САЭ спорткомплекса

13.2 Нетрадиционные источники энергии

13.2.1 Установка ветрогенератора

13.2.2 Использование солнечных панелей

13.2.3 Котельные на топливных пеллетах

14. Технико-экономическое обоснование внедрения энергосберегающих мероприятий

14.1 Технико-экономическое обоснование модернизации системы электроснабжения

14.1.1 Расчёт срока окупаемости замены светильников на современные аналоги

14.1.2 Расчёт срока окупаемости автоматизации системы освещения

14.1.3 Расчёт срока окупаемости при замене электродвигателей системы вентиляции

14.2 Технико-экономическое обоснование модернизации системы вентиляции

14.2.1 Расчёт срока окупаемости установки утилизаторов тепловой энергии вытяжного воздуха помещения бассейна

14.2.2 Расчёт срока окупаемости установки утилизаторов тепловой энергии вытяжного воздуха игрового зала

14.3 Технико-экономическое обоснование внедрения первого проекта автономного энергоснабжения спорткомплекса

14.4 Технико-экономическое обоснование внедрения второго проекта автономного энергоснабжения спорткомплекса

15. Безопасность жизнедеятельности

15.1 Определение безопасности жизнедеятельности. Цели и задачи

15.2 Электробезопасность в помещении бассейна

15.3 Мероприятия по обеспечению электробезопасности в помещении бассейнов

15.3.1 Защитное заземление

15.3.2 Правила установки заземления

15.3.3 Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников

15.4 Поражающее действие тока на организм человека

15.4.1 Оказание первой помощи пострадавшему от электрического тока

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Температурный график сетевой воды

Приложение Б - Тепловизионная съёмка спорткомплекса

Приложение В - Схемы первого и второго проекта автономного энергоснабжения

Введение

Энергоемкость экономики России в среднем в 2,5 раза превышает среднемировой показатель. Потенциал энергосбережения в России по разным оценкам составляет от 35 до 45% от ежегодного энергопотребления или около 300-400 млн. т. у. т. в реальном выражении [1 - с. 7, 2]. По оценке, до 2015 года темпы снижения энергоемкости при отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности могут резко замедлиться. Высокие удельные затраты на энергию в производстве и жилищном секторе негативно сказываются на конкурентоспособности экономики России. Нехватка энергии в следствие её нерационального использования может стать существенным фактором сдерживания экономического роста страны.

Систематическая работа в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности в различных секторах и сферах экономики России началась после принятия федерального закона РФ от 23.11.2009 № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации". На государственном уровне был принят ряд федеральных программ и законопроектов, направленных на повышение энергоэффективности российской экономики, ключевой задачей которых является снижение энергоёмкости ВВП на 40% к 2020 году.

За последние годы энергоёмкость российской экономики действительно снижалась, однако больший вклад в это внесла структурная перестройка экономики (доли секторов с низкой энергоемкостью - сферы услуг и отраслей, производящих потребительские товары). При этом на технический прогресс, связанный с заменой устаревшего оборудования, внедрением новых технологий, пришлось менее 10% от суммарного снижения. Тем не менее, дальнейшее снижение возможно будет лишь за счёт интенсивного стимулирования энергосбережения [4].

К сожалению, большинство документов и мероприятий по энергоэффективности носило лишь декларативный характер. К проблемам развития этой отрасли следует отнести:

-      недостаточность нормативно-правовой базы;

-      отсутствие чётких программ развития, показателей и стандартов энергоэффективности;

-      отсутствие единой методики проведения энергоаудитов, низкое качество его проведения большинством организаций;

-      незаинтересованность в энергосбережении как производителей, так и потребителей энергоресурсов;

-      отсутствие квалифицированных специалистов среди инженерного и административного персоналов.

Для достижения заявленных показателей энергоэффективности в инженерных сетях здания зачастую является необходимым проведение энергетического обследования и разработка энергосберегающих мероприятий.

энергоснабжение автономное спорткомплекс

1. Автономные системы энергоснабжения

1.1 Автономное энергоснабжение жилых, общественных и промышленных объектов

Автономное энергоснабжение - это процесс бесперебойного обеспечения объекта необходимой энергией из источников, независимых от существующих централизованных сетей распределения энергии.

Изначально развитие систем автономного энергоснабжения было развито с необходимостью снабжать энергией объекты, которые располагались вдали от электро- и теплосетей. Такими объектами могли быть и промышленные предприятия с большим энергопотреблением (нефтяные вышки, строящиеся объекты). Однако в последнее время автономные системы получили распространение благодаря и двум другим факторам.

Во-первых, преобразование энергии и её транспортировка до конечного потребителя больше всего влияет на удорожание энергии. Поэтому для собственников жилья и предприятий стоимость тепла и электроэнергии от собственных источников зачастую оказывается более низкой, чем при покупке у традиционных поставщиков. Во-вторых, подключение к сетям зачастую может стоить в разы больше, чем годовое потребление объекта, что обуславливается включением в оплату за подключение стоимости строительства питающих линий и подстанций. В российских условиях на стремление предприятий обзавестись собственными источниками энергии влияет также ненадежность централизованных энергетических сооружений и непрекращающийся и планомерный рост тарифных ставок энергоснабжающих организаций [42].

Система автономного энергоснабжения (САЭ) - это совокупность устройств, обеспечивающих производство, преобразование и распределение энергии, работа которых не зависит от внешних сетей распределения энергии. Системы автономного энергоснабжения могут быть основными или аварийными, покрывающими потребность в энергии объекта полностью или частично, а также полностью (только на основе возобновляемых источников энергии) или частично независимыми от внешних источников энергии.

Рисунок 1.1 - Принципиальная схема вспомогательной САЭ

Автономные системы основного энергоснабжения объекта - это САЭ, полностью (или в большей степени) обеспечивающие потребность объекта в энергоресурсах.

Автономные системы вспомогательного энергоснабжения объекта - это САЭ, обеспечивающие только часть потребности объекта в энергии или снабжающие энергией лишь отдельные системы или установки объекта.

Аварийные (резервные) системы энергоснабжения объекта - это САЭ, обеспечивающие энергоснабжения основных (жизненно важных) систем объекта при полном или частичном отключении энергоснабжения объекта от централизованных сетей на минимальный период времени, необходимый для восстановления нормального энергообеспечения объекта.

1.2 Проектирование систем автономного энергоснабжения

Первоочередным этапом в проектировании САЭ является определение потребления объектом энергии. При этом следует определить тип необходимой системы (основная или резервная), а также разделить потребную мощность по видам и системам энергоснабжения (электроснабжение, отопление, холодная вода, пар и т.д.). После определения пиковой и среднечасовой потребной мощности следует приступать к выбору конкретных типов установок и решений, исходя из технико-экономического обоснования. В жилых коттеджах и зданиях, как правило, для электроснабжения используется электрогенератор на дизельном или газовом топливе. Для теплоснабжения используется теплота утилизируемых газов электрогенераторных установок или отдельная котельная. На промышленных предприятиях и в крупных административных зданиях (которые отличаются гораздо большим энергопотреблением) широко применяется три вида оборудования для производства энергии: газотурбинные установки, энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания, а также сочетание паровых котлов и турбин.

В большинстве случаев выгодным с точки зрения использования энергии является применение при проектировании САЭ когенерации - одновременной выработки тепловой и электрической энергии (как правило, за счёт утилизации теплоты уходящих газов или пара).

Также при проектировании САЭ рассчитывается возможный экономический эффект при переходе на автономную систему энергоснабжения. Для этого сравниваются различные варианты покрытия потребности предприятия в тепловой и электрической энергии. В каждом случае учитываются затраты на энергоносители и материалы (электричество, газ, тепло, моторное масло и т.д.), на проектирование, приобретение, монтаж, наладку оборудования, прокладку инженерных коммуникаций, эксплуатационные издержки.

Для всех вариантов определяется конечная себестоимость тепла и электричества, производится расчет годовой экономии и срока окупаемости капитальных вложений. Рассматриваются также вопросы надежности энергоснабжения. Особого внимания заслуживает тема общего ресурса оборудования и интервала между капремонтами [41].

1.3 Использование теплоэлектроцентралей малой мощности в системах автономного энергоснабжения

Мини-ТЭЦ - электростанция с комбинированным производством электроэнергии и тепла, расположенная в непосредственной близости от конечного потребителя.

В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ, как сказано выше, используются газопоршневые установки (далее - ГПУ) с дизельными или газовыми двигателями внутреннего сгорания (далее - ДВС) и газотурбинные установки (далее - ГТУ). Сравнение цикла газотурбинных и газопоршневых двигателей представлено на рисунке 1.2.

Рисунок 1.2 - Рабочий цикл газотурбинных и поршневых двигателей

Мини-ТЭЦ могут применяться в качестве основного или резервного источника электроэнергии для коммунального хозяйства и очистных сооружений, организаций промышленности и сельского хозяйства, в административных и медицинских учреждениях, жилых комплексах, как в автономном режиме, так и совместно с централизованными системами электроснабжения и тепла.

Достоинствами мини-ТЭЦ являются:

-       низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии и тепла;

-       КПД мини-ТЭЦ достигает 88-92%, что вдвое больше того же показателя традиционных ТЭЦ на паровых турбоагрегатах;

-       многотопливность (возможность использования в качестве топлива отходов, попутных газов при нефтедобыче, отходов древесины при проведении санитарных вырубок);

-       гибкость в конструкции, исполнении и использовании, широкий выбор технологических схем для получения электроэнергии, тепла в виде пара/горячей воды или холода (вода с температурой 6-12°С) для систем кондиционирования;

-       возможность максимально приблизить производство энергии к потребителям, а следовательно, сократить протяженность сетей, снизить затраты на их строительство и содержание;

-       быстрая окупаемость;

-       низкий расход топлива, большой моторесурс и долговечность;

-       экологическая безопасность.

Капитальные затраты при применении мини-ТЭЦ могут компенсироваться за счет низкой себестоимости энергии в целом и отсутствием затрат на подключение к централизованным сетям. Более того, при подключении новых мощностей отпадает необходимость в строительстве ЛЭП, ТП, протяженной кабельной сети. По имеющимся оценкам, передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи.

Затраты на тепло - и электроснабжение, по различным оценкам, могут снизиться в 3,5-4 раза, а срок окупаемости при этом составит от 3 до 5 лет. Современные технологии позволяют использовать в качестве топлива для силовых установок мини-ТЭЦ попутные газы нефтедобычи, нефтепереработки, отходы санитарной вырубки леса, органический мусор.

1.3.1 ТЭЦ на основе газопоршневых установок

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газопоршневых двигателей внутреннего сгорания [41]. Диапазон применяемых единичных мощностей от 20 кВт до 3 МВт, тип и количество устанавливаемых агрегатов обеспечивают оптимальную конфигурацию для получения необходимой мощности мини-ТЭЦ в зависимости от режимов ее использования. Ряд независимо работающих установок в сочетании с высоким КПД в условиях неполной нагрузки обеспечивают надежность и гибкость энергоснабжения, позволяя наилучшим образом удовлетворять быстро меняющиеся потребности. Время запуска подобных систем из холодного состояния невелико по сравнению с аналогичной характеристикой парогазовых или паровых электростанций на угольном, нефтяном или газовом топливе. Запущенная система на основе ДВС способна оперативно реагировать на изменения нагрузки, при необходимости обеспечивая быструю стабилизацию параметров сети.

Рисунок 1.3 - Газопоршневая когенерационная установка компании MWMGmbH

Тепловая энергия может поставляться конечному потребителю, в зависимости от его потребностей, в форме пара (вплоть до перегретого пара с давлением до 20 бар), горячей воды или горячего масла. Тепло может также использоваться в абсорбционном процессе охлаждения для производства охлажденной воды.

Возможно также использование абсорбционных тепловых насосов для повышения температуры охлаждающей воды низкотемпературного контура до более высокого уровня, позволяющего использовать эту воду в системах централизованного теплоснабжения с высокой температурой возврата. Для компенсации краткосрочных рассогласований между графиком потребностей в электроэнергии и тепле/холоде могут использоваться аккумуляторы горячей и холодной воды.

Типичный КПД (по отношению к энергии топлива) при использовании двигателей внутреннего сгорания для производства электроэнергии находится в диапазоне 40-48%; в схемах когенерации с эффективной утилизацией тепла КПД может достигать 75-85%. В схемах тригенерации необходимая гибкость может быть достигнута за счет поддержания запасов горячей и охлажденной воды, а также резервных (пиковых) мощностей - компрессорных холодильных установок и работающих за счет непосредственного сжигания топлива резервных водогрейных котлов.

1.3.2 Автономные установки на основе дизельных генераторов

В качестве первичного двигателя в дизель генераторах используются двигатели внутреннего сгорания с воспламенением топлива от сжатия воздуха - дизели. Энергия, выделившаяся при сгорании топлива, в дизеле производит механическую работу и теплоту. Механическая работа на валу двигателя используется для выработки электроэнергии генератором электрического тока.

Газодизель (двутопливный двигатель) работает при воспламенении газовоздушной смеси от самовоспламенения запальной дозы жидкого топлива (5-12% от цикловой порции при работе на жидком топливе). Газ - попутный нефтяной, шахтный, природный без предварительной очистки.

Области использования дизель-генераторов: в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии на предприятиях, в строительстве, аэропортах, гостиницах; узлах связи, системах жизнеобеспечения и т.п. в автономном режиме или совместно с централизованными системами электроснабжения. КПД таких установок достигает 40-45% без утилизации теплоты и 70-80% с утилизацией. Единичные мощности дизелей составляют величину от 0,1 до 5 МВт.

Дизельные моторы, которые традиционно применяются в районах, где отсутствует централизованное энергоснабжение, могут оснащаться теплообменным оборудованием. В этом случае они представляют собой мини-ТЭЦ. При этом находит применение бросовое тепло выхлопных газов (их температура обычно составляет 450-500°С), а в моделях с глубокой утилизацией - также тепло систем охлаждения и смазки двигателя, как показано на рисунке 1.4.

Кроме дизелей в качестве базы для мини-ТЭЦ используют газовые и газодизельные двигатели внутреннего сгорания. В так называемом газовом режиме газодизели обычно действуют на смеси газа и небольшого количества (от 1 до 10%) дизельного топлива.

С точки зрения капитальных затрат наиболее дешевыми являются дизельные мини-ТЭЦ. Однако из-за дороговизны солярки, большего расхода масла и высоких эксплуатационных затрат себестоимость вырабатываемой ими электроэнергии оказывается в несколько раз выше, чем у газовых установок (обладающих к тому же большим ресурсом до капремонта). Таким образом, дизельные когенераторы лучше использовать в негазифицированных районах. Энергия, получаемая от газодизельных мини-ТЭЦ, также дороже той, что вырабатывают установки на чистом газе.

Рисунок 1.4 - Когенерационная установка на основе двигателя внутреннего сгорания [41]

1.3.3 Возобновляемые источники энергии в системах автономного энергоснабжения

Альтернативные источники энергетики (ветрогенераторы, солнечные панели, геотермальные установки и т.д.) представляют значительный интерес в системах автономного энергоснабжения. Использование таких установок не требуется поставок и хранения углеродного топлива, а также является экологически чистым.

Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) особенно актуально в северных и других труднодоступных и удаленных районах, не подключенных к общим сетям, где проживают около 10 млн. чел. Огромные расстояния и значительные транспортные расходы приводят к тому, что в некоторых из них (Камчатка, Курилы, Республика Тыва, Республика Алтай и др.) стоимость привозного топлива и выработанной на его основе электроэнергии становится настолько высокой, что делает технологии нетрадиционных ВИЭ коммерчески привлекательными [42].

Децентрализованное снабжение электроэнергией и теплом сельских районов, в том числе отдаленных изолированных поселений, семейных ферм, индивидуальных загородных домов также является перспективной сферой использования нетрадиционных ВИЭ. Зачастую их применение является единственным способом энергоснабжения. В число потенциальных потребителей нетрадиционных ВИЭ могут также войти предприятия лесной и рыбной промышленности, метеорологические, коммуникационные, археологические и геологические станции, радары, маяки, морские нефтяные и газовые платформы [42].

Снабжение объекта электроэнергией на основе ВИЭ обычно происходит при помощи ветрогенераторных установок или фотоэлектрических элементов (солнечных панелей). Производство тепловой энергии для небольших объектов осуществляется, как правило, гелиотермальными установками или при помощи тепловых насосов (которые в свою очередь питаются электроэнергий от других ВИЭ).

Организация энергоснабжения крупных промышленных объекты на основе ВИЭ зачастую является нерентабельной по причине больших капитальных затрат и долгого срока окупаемости установок. Определённый интерес представляют геотермальные станции и заводы по производству энергии из биотоплива, которые способны вырабатывать значительные объёмы электрической и тепловой энергии.

Геотермальные станции используют температурный градиент земли для производства пара и горячей воды. Произведённый пар кроме прямого использования подаётся на турбину электрогенератора, т.е. реализуется схема когенерации. Горячая вода используется в системах горячего водоснабжения. Мощность геотермальных заводов находится в среднем в диапазоне от 1 до 100 МВт. Однако использование этой энергии значительно ограничивается привязкой геотермальных станций к конкретным геологическим условиям (вулканические установки, гейзеры).

Рисунок 1.5 - Теплоснабжение частного дома на базе гелиотермальной установки

Использование биотоплива заключается в применении метанового брожения биомассы для производства биогаза и теплоты. В промышленных установках используется биотопливо различного происхождения (навоз, пищевые отходы, растительная биомасса), которое при помощи специальных бактерий анаэробно сбраживается в специальных хранилищах - метантенках. Выделяющийся при этом газ подаётся как правило в когенерационную установку, где он сжигается по классическим схемам, применяемым в энергетике. В среднем мощность биогазовых станций лежит в пределах от 5 до 500 кВт, хотя в мире существует несколько крупных производств мощностью в 1-2 МВт. Тем не менее, такие заводы можно лишь условно отнести к автономным, так как для их работы требуется поставка биотоплива извне.

2. Энергоэффективность в зданиях. Мировой опыт

2.1 Энергосбережение в жилищном секторе Европейского Союза

В Европейском Союзе потребление энергии зданиями составляет около 40% от всей выработанной энергии. Снижение энергопотребления в строительном комплексе - одна из основных задач на повестке дня для Европейского Союза. Эта задача тесно связана не только с конкурентоспособностью экономики, но и с воздействием человека на окружающую среду и изменением климата. В конце 2006 года Евросоюз взял на себя обязательства по снижению энергопотребления на 20 % к 2020 году. При этом две трети энергии, потребляемой зданием, необходимо для работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Высокий потенциал энергосбережения в зданиях давно признан правительствами большинства стран ЕС. По расчетам Еврокомиссии, объем потребления энергии зданиями и сооружениями может быть сокращен на 30 % при использовании экономически эффективных мер. Первые регулирующие документы стали разрабатываться ещё в 1980-х и 90-х годах, однако именно в последнее время для снижения потребления энергии зданиями были приняты соответствующие меры в сфере строительства и рынка недвижимости и выпущен целый ряд законодательных актов [2]:

)        Директива по энергопотреблению зданий (Energy Performance of Buildings Directive, 2002).

Директива устанавливает требования к энергетической эффективности зданий. Основная цель документа - обеспечить создание на национальном уровне базы для улучшения энергетической эффективности жилых и общественных зданий через установление необходимых к соблюдению количественных показателей энергопотребления и энергоэффективности:

-      для вновь возводимых зданий;

-      для существующих зданий;

-      для инженерных систем зданий;

-      для строительных материалов и конструкций.

Директива предписывает необходимость получения энергетического паспорта здания (energy performance certificates). В случае общественных зданий информация об энергетическом паспорте должна быть общедоступна.

)        Директива по экологическим требованиям к энергопотребляющей продукции (Directive on Ecodesign of Energy Using Products, 2005).

Первая редакция директивы относилась только к продукции и товарам, непосредственно потребляющим энергию. Новый документ под названием Директива по экологическим требованиям к продукции, влияющей на потребление энергии (Ecodesign Requirements for Energy-Related Products Directive) включил в себя требования ко всей продукции, которая потребляет энергию или оказывает влияние на потребление энергии.

)        Директива по маркировке продукции классом энергетической эффективности (Energy Labelling Directive, 2010).

Директива включает требования к продукции, влияющей на энергопотребление зданий, включая элементы системы отопления, приводы, насосы, вентиляторы, лампы освещения и прочее оборудование инженерных систем.

)          Директивапоувеличениюдолииспользованиявозобновляемыхисточниковэнергии (Directive for the Promotion of the Use of Energy from Renewable Sources, 2009).

Увеличение доли энергии, получаемой из возобновляемых источников (ВИЭ), является важнейшей частью энергетической политики ЕС.  Европейский союз поставил перед собой цель получать 20 % первичной энергии из возобновляемых источников к 2020 году. Данная директива содержит соответствующие требования к странам - членам ЕС.

)        Директива по энергетической эффективности (Energy Efficiency Directive, 2012).

Директива имеет более общий характер, но вводит несколько административных процедур, влияющих на энергопотребление зданий для стран - членов ЕС.  Документ предписывает проведение аудита энергопотребления и реконструкцию существующих зданий. Отдельно рассматривается вопрос, касающийся увеличения эффективности систем комбинированного производства электрической и тепловой энергии.

Рисунок 2.1 - Национальные сертификаты здания, определяемые по годовому удельному потреблению домом энергии на отопление (кВт·ч/м²).

а - Energieausweis, Германия; б - сертификат BER, Ирландия

В дополнение к законодательным и административным действиям ЕС предлагает и программы для финансирования проектов в области повышения энергоэффективности. Кроме того, во многих странах-членах ЕС существуют национальные стандарты по строительству и энергосбережению (DIN 18599: Оценка энергоэффективности здания - Германия, Сертификат энергетической характеристики здания - Англия и т.д.). Согласно директиве ЕС, с 2020 года все возводимые здания должны проектироваться согласно принципам пассивного дома (то есть согласно максимальным требованиям энергоэффективности). По английской ("BREEAM") и немецкой ("DGNB") методикам экологической и энергетической оценки ежедневно сертифицируются тысячи зданий.

Таким образом, в Европе энергоэффективное или "зелёное" строительство давно стало стандартом, требования которого в будущембудут только повышаться. В развитии энергосбережения европейские государства участвуют не только нормативными актами и регулированием, но зачастую субсидиями и особыми условиями для экологичных проектов в энергетике и строительстве.

 

2.2 Энергосбережение в зданиях Канады

Вследствие схожести с российскими климатическими и территориальными условиями, большой интерес представляет организация энергосбережения в жилищном секторе Канады. Однако стоит отметить и существенные различия - например, централизованное теплоснабжение в Канаде развито очень слабо (в основном только в крупных городах и для промышленных потребителей), большинство зданий отапливается индивидуальными котлами на природном газе. Коммерческие и жилые здания (не считая промышленности) потребляют здесь около трети всей энергии [13]. При этом 63% и 17% от этой энергии было потрачено на отопление и горячее водоснабжение соответственно.

Энергетическую политику в Канаде определяет Государственное Агентство природных ресурсов Канады (Natural Resources Canada, NRCan), но и региональные муниципалитеты играют немалую роль. С 1990-х годов в Канаде началось внедрение программ по повышению энергоэффективности экономики.

В 1997 г. Канадская комиссия по зданиям совместно с Национальным исследовательским советом Канады после консультаций с регионами и заинтересованными сторонами подготовили и опубликовали национальные энергетические стандарты для зданий - The Model National Energy Code of Canada for Buildings 1997 (MNECB) [14]. В них содержатся требования по энергоэффективности для новых зданий с учётом принципа минимума суммарных затрат (cost-effective minimum). Под их действие не попадают только частные дома высотой менее 4 этажей и пристройки площадью менее 10 м². Наиболее жёсткие требования в MNECB установлены для всех новых зданий на территории Канады с целью к 2011 г. повысить энергоэффективность возводимых зданий на 25 % по сравнению с текущими нормами.

Стоит отметить, что правительство Канады играет огромную роль в развитии энергоэффективного строительства не только составлением программ и документов, но и активным субсидированием в "зелёные" проекты. За последнее время в Канаде было запущено несколько программ по развитию энергосбережении в зданиях:

-      программы эко-энергетической модернизации: ecoENERGY Retrofit и eco ENERGY for buiding sandhouses на 520 и 60 млн. канадских долларов соответственно (2007).

-      Программа ENERGY STAR® for New Homes и EnerGuide for Equipment используются для энергетической маркировки инженерного оборудования

-      Четырёхлетняя программа эко-энергия для теплоснабжения (ecoENERGY for Renewable Heat programme).

-      и др.

В рамках этих программ оказывается финансовая и консультационная поддержка частным лицам и организациям в строительстве энергоэффективных зданий, а также к примеру бесплатное проведение энергоаудита. Несмотря на значительные первоначальные затраты, такая политика хорошо окупается: абсолютное энергопотребление в жилищном секторе Канады с 1990 по 2004 год упало на 33% за при четырехкратном увеличении домов. В реальном выражении экономия составила 4 млрд долларов [15].

2.3 Энергосбережение в зданиях США

В США жилые и коммерческие здания также являются крупнейшим сектором энергетики, потребляя 40% от произведённой в стране энергии. Крупнейшая экономика мира, США обладает большей энергоёмкостью по сравнению с Европой. Несмотря на это, здесь тоже распространены стандарты по энергоэффективности. Правительство к 2030 г. планирует снизить энергопотребление вновь строящихся зданий вдвое [11].

Именно в США в 1998 году разработан один из наиболее распространённых сегодня в мире стандартов сертификации - LEED. "LEED" по 100-бальной шкале оценивает экологическое состояние земельного участка, экономное использование воды и электроэнергии, влияние здания на загрязнение атмосферы, качество строительных материалов и использование при строительстве и отделке здания материалов из вторсырья, качество внутреннего микроклимата и т.д. Кроме того в США существует еще три конкурирующих стандарта по "зеленым зданиям": "Green Globes", "Model Green Homebuilding Guidelines" и "Standard 189P".

В США не существует федеральных стандартов по строительству, общих для всех штатов. Однако федеральное правительство способствует развитию этих стандартов в каждом штате, помогая муниципалитетам разрабатывать и применять строительные нормы, требования и особенности которых зависят от экономической и климатической ситуации в штате [13]. Многие штаты также способствуют (рекомендациями или субсидиями) возведению домов, отвечающих самым новым требованиям (как правило, после одобрения одобренных экспертами Совета по экологическому строительству). В некоторых штатах обязательные строительные нормы обновляются каждый год.

2.4 Проблемы и потенциал энергосбережения в жилищном секторе России

Россия занимает третье место в мире по масштабам энергопотребления и при этом тратит больше энергии на единицу ВВП, чем любая из стран, входящих в десятку крупнейших потребителей энергии. Большую долю в энергетике занимает жилищный сектор России, потребляющий до 20% электрической и до 45% произведённой тепловой энергии. Россия - самая крупная страна в мире по объему произведенного тепла для отопления помещений [5]. Потребление тепла в г. Москве превышает её суммарное потребление в Нидерландах и Швеции вместе взятых [12].

В то же время состояние жилого фонда и распределительных сетей характеризуется значительным износом. По данным на 2010 г. не менее 40% зданий в России требуют ремонта либо модернизации, а около 10% имеют высокую или критическую степень износа [9]. Износ тепловых сетей по стране составляет 70-75% при критическом уровне износа (сопровождающемся каждодневными авариями) в 85% [5]. Доля потерь в тепловых сетях увеличивалась и составила в 2006 году величину в 17-20% [12].

В качестве критерия, характеризующего энергетическую эффективность зданий, большинство стран используют удельные годовые затраты первичной энергии, выражаемые в кВт·ч/м². Этот показатель зачастую определяется нормативными документами и регламентируется при строительстве зданий. Не стоит путать его с аналогичным показателем для затрат только на отопление здания (значения этого коэффициента, естественно, ниже). Сравнительный анализ приведён в таблице 1. Данные отражают фактические или по возможности нормативные значения удельного годового потребления энергии для жилых домов, которые были взяты из источников [16,17,18, 19, 20,21,22]. По этому показателю Россия отстаёт от большинства стран. Россия представлена данными для города Москвы, в большинстве схожих по климату регионов ситуация, как правило, несколько хуже.

Очевидно, что большое влияние на этот показатель (особенно на затраты на отопление) оказывают климатические условия. В России показатель градусо-суток, который является своеобразным показателем суровости климата, для европейской части России составляет около 5000, в то время как в Германии - около 3500. Однако, даже при пересчёте затрат на отопление по таблице в СНиП 31-02-2001 "Дома жилые одноквартирные" на немецкий климат, энергопотребление в России оказывается на 15% выше. Небольшие отличия от климатов Канады и Финляндии также не обуславливают полностью более низкие требования к энергопотреблению в домах, причины для этого - технические и административные. В докладе [1] также подтверждается этот тезис - совокупность всех факторов (климат, структура промышленности и т.д.) обуславливает только 80% превышение показателя энергоёмкости по сравнению со схожими странами.

Рисунок 2.2 - удельное годовое потребление энергии на все нужды домохозяйства в различных странах (кВт·ч/м²)

В докладе [1] указывается, что наибольший потенциал повышения эффективности конечного потребления энергии в России существует именно в жилых, коммерческих и общественных зданиях, где инвестиции в энергосбережение могли бы принести ежегодную экономию до 68,6 млн т. н.э. В источнике [23] потенциальная экономия в коммунально-бытовом секторе экономике оценивается в 95-110 млн. т. у. т. В статье [12] указывается, что только в системах теплоснабжения технический потенциал экономии составляет 58% (или 840 млн. Гкал) от производимого объёма тепла. Основная часть при этом заключается в повышении эффективности использования тепловой энергии в зданиях (460 млн. Гкал). Несмотря на это, удельное энергопотребление зданиями в России сокращается, однако темпы этого сокращения не отвечают требованиям по модернизации экономики.

Суммируя всё вышесказанное, можно выделить следующие причины низкой энергоэффективности в жилищном секторе России [1,24]:

-      недоработанность или полное отсутствие законодательных актов, федеральных и муниципальных программ в сфере строительства и жилищно-коммунального хозяйства;

-      высокий уровень износа зданий, инженерных и распределительных сетей, недостаточные темпы их ремонта и реконструкции;

-      отсутствие стимулов как у строителей и девелоперов зданий (за высокое энергопотребление будет платить покупатель или арендатор), так и у потребителей (относительно низкие тарифы ЖКХ);

-      отсутствие развитой системы стандартов и строительных норм и правил, определяющих энергоэффективность здания;

-      низкий эффект от энергосервиса (по причине его неразвитости и отсутствия регулирующих документов) и энергоаудита (по причине егозачастую формального и низкокачественногохарактерапроведения);

Для повышения энергоэффективности в жилищном секторе, необходимо:

-      разработать и ввести обязательные для исполнения требования и стандарты энергосбережения в строящихся и реконструируемых зданиях;

-      продолжить совершенствование нормативно-правовой базы энергосбережения, разработать типовые контракты, порядок проведения энергосервиса и т.д.;

-      предоставлять льготы, особые кредитные условия и кредиты для строителей зданий высокого класса энергоэффективности.

Стимулировать проведение энергосберегающих мероприятий как у строительных организаций, так и у потребителей (как бюджетных, так и частных);

-      увеличить темпы ремонта зданий, теплотрасс и прочих инженерных и распределительных сетей с привлечением российской промышленности (заказ на магистральные трубопроводы, например);

-      распространять информацию и проводить обучение населения (особенно руководяще-административный персонал) в сфере энергосбережения и экологии.

2.5 Цели и задачи проведения энергетического обследования. Нормативно-правовое обеспечение энергоаудита

Важнейшими этапами снижения энергоёмкости экономики и повышения энергоэффективности при эксплуатации здания являются механизмы энергоаудита, энергосервиса и энергоменеджмента.

Первым этапом процесса создания энергоэффективной системы является проведение комплексного энергетического обследования объекта (энергоаудита) и разработка на его основе экономически целесообразных мероприятий по экономии энергии.

Согласно федеральному закону №261 от 23 ноября 2009 г. "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности", энергетическое обследование - это сбор и обработка информации об использовании энергетических ресурсов в целях получения достоверной информации об объеме используемых энергетических ресурсов, о показателях энергетической эффективности, выявления возможностей энергосбережения и повышения энергетической эффективности с отражением полученных результатов в энергетическом паспорте.

Основными целями энергетического обследования являются [6]:

-      получение объективных данных об объеме используемых энергетических ресурсов;

-      определение показателей энергетической эффективности;

-      определение потенциала энергосбережения и повышения энергетической эффективности;

-      разработка перечня типовых, общедоступных мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности и проведение их стоимостной оценки;

-      составление энергетического паспорта.

Федеральный закон №261 обязывал провести энергоаудит до 31 декабря 2012 года все бюджетные организации, а также коммерческие организации, затраты которых на энергоресурсы превышают 10 миллионов рублей в год. После этого проведение энергоаудита должно проводиться минимум один раз в 5 лет. Однако по состоянию на 1 ноября 2012 года только около четверти организаций, попадающих под требование закона, провели энергоаудит и получили необходимую документацию. Начиная с 2013 года, Ростехнадзор вправе наложить на эти организации штраф.

Иерархия организаций и участников, участвующих в процессе проведения энергоаудита в России, представлена на рисунке 2.1.

Стоит отметить, что ответственность за объём и качество проведения энергоаудита предусмотрена только на верхнем (государство) и нижнем (заказчики) уровнях. На нижнем уровне у государственных заказчиков или у организаций, которые должны были пройти обязательный энергоаудит, предусмотрена административная ответственность за непрохождение энергетического обследования в установленный срок: налагается штраф (до 15 тыс. руб. на должностное лицо и до 250 тыс. руб. на юридическое лицо) за несоблюдение сроков. На верхнем уровне Министерство энергетики несет ответственность за информацию, которую получило в копиях энергетических паспортов и разместило в государственной информационной системе энергосбережения (ГИС "Энергоэффективность") для общественного использования, поскольку ГИС "Энергоэффективность" предназначена для принятия дальнейших управленческих решений по активизации процесса энергосбережения в федеральных округах, субъектах РФ и т.д.

Ответственности для двух оставшихся участников - саморегулируемых организаций и энергоаудиторов - за качество проведенной работы, к сожалению, не предусмотрено. Это является основным недостатком существующей системы. Стоит также отметить, что на данный момент (2013 год) разработку порядка проведения и методики энергоаудита обязана сама саморегулирующаяся организация (СРО) - нет никаких федеральных требований по её критериям. Зачастую это приводит лишь к формальному составлению таких методик, что негативно отражается на качестве проведения энергоаудита.

Рисунок 2.3 - Схема взаимодействия участников существующей системы проведения обязательного энергетического обследования [25]

На сегодняшний момент в Государственной Думе был принят в первом чтении законопроект № 104515-6 (с документом можно ознакомиться на сайте Государственной Думы РФ), внесенный на рассмотрение комитетом Государственной Думы по энергетике. В разработке документа принимали участие специалисты Минэнерго России и ФГБУ РЭО. Следует отметить некоторые основные положения будущего документа, направленные на исправление существующей системы энергоаудита [25]:

)        Введение для физических лиц понятия "энергоаудитор", что подразумевает личную ответственность за качество работы по сбору исходных данных и достоверность расчетов, отраженных в энергетическом паспорте.

2)      Введение системы аттестации энергоаудиторов, способствующей выполнению первого пункта.

)        Формирование федеральных требований к проведению энергетического обследования и его результатам, что приведёт к повышению качества и эффективности проведения энергоаудита.

)        И энергоаудитор, и СРО будут нести ответственность за технический отчёт и энергопаспорт, составленный энергоаудитором и принятый СРО. Энергоаудитор теперь в обязательном порядке должен будет составить технический отчет с исходной документацией, где будут подтверждены все данные, занесенные им в энергетический паспорт. Данный технический отчет обязательно будет передаваться в СРО для проведения проверки качества выполненных работ.

)        Введение упрощенной системы декларирования энергозатрат для учреждений с незначительным энергопотреблением (до 500 тыс. руб. в год). Это исключит проведение энергоаудита в таких объектах как школы и детские садики, где стоимость энергетического обследования зачастую превышает годовые затраты организации на энергоресурсы.

)        Введение административной ответственности за несоблюдение федеральных требований к проведению энергетического обследования, за ненадлежащее качество энергетического паспорта.

Несмотря на возникающие проблемы, развитие институтов энергоаудита и энергосервиса попросту необходимо для дальнейшего снижение энергоёмкости экономики России и повышения энергоэффективности в зданиях. Именно энергетическое обследование является первым и важнейшим инструментом при разработке энергосберегающих мероприятий. Энергосервис в свою очередь является одним из лучших механизмов снижения издержек при распределении и использовании энергии. За рубежом энергоаудит, энергосервис и энергоменеджмент широко практикуются в той или иной форме. В большинстве западных стран разработаны и применяются стандарты по этим направлениям [26].

3. Энергетическое обследование спорткомплекса СГАУ

3.1 Общая характеристика объекта

В качестве объекта для энергетического обследования в рамках дипломной работы был выбран спортивный комплекс СГАУ. Здание спорткомплекса содержит энергоёмкие инженерные сети различного типа.

Таблица 3.1 - общая информация об исследуемом объекте.

Название объекта	Спортивный корпус СГАУ (СК СГАУ).
Юридический адрес	г. Самара, ул. Врубеля д.29
Численность сотрудников	68
Режим работы	12-часовой рабочий день
Количество зданий	1
Количество этажей	3
Средняя высота потолков, м	2,5
Общая площадь, кв. м2	3343,1
Объем, м3	20257
Теплоограждение	Силикатный кирпич
Чердачное покрытие	Железобетонные блоки
Фундамент	Железобетонные блоки
Число действующих входов	2
Прибор учёта электрической энергии. Прибор учёта теплопотребления. Прибор учёта холодной воды.	Нет Нет

Рисунок 3.1 - Ситуационный план учреждения.

По проектным чертежам этажей были определены размерные параметры основных помещений спорткомплекса:

Таблица 3.2 - Площадь и объём основных помещений спорткомплекса.

Помещение	Площадь (м2)	Высота потолков (м)	Объём (м3)
Вестибюль	216	2,94	635
Бассейн	540	7,45 (до зеркала воды)	4023 (без ванны), 4898 (с ванной).
Игровой зал	756	6,5	4914
Манеж	308	3,24	998
Зал аэробики	108	3,5	378

Также проведено ознакомление со следующими проектными документами и чертежами здания:

)        Генплан с сетями водопровода и канализации.

2)      Технический паспорт на внутренние санитарно-технические устройства (от 1984 г.).

)        Ведомость рабочих чертежей проекта.

)        Надстройка сауны в здании ФОЦ - сметная документация (от 1997 г.).

)        Проектное предложение по надстройке сауны.

)        Паспорт вентиляционной установки (вытяжная).

)        Договор №0428 - Проект пром-вентиляция. Сметы на ремонт систем вентиляции спорткорпуса (от 1988 г.).

)        Типовой проект 99-56/61 - спорткорпус с двумя залами и бассейном.

)        Спорткорпус - планы этажей.

)        Привязка типового проекта 99-56/61 спорткорпуса, сантехническая часть (от 1966 г.).

)        Типовой проект 99-56/61 - альбом оборудования. Архитектурно-строительная часть, водоснабжение и канализация, электротехническая часть.

)        Споркорпус КуАИ - архитектурно-строительная часть проекта, рабочие чертежи (от 1971 г.).

Дополнительная информация (например, порядок оплаты за энергоресурсы) была получена при опросе административно-технического персонала: коменданта спорткорпуса, главного энергетика, главного механика, начальника отдела бюджетирования и т.д.

 

3.2 Потребление энергоресурсов спорткомплексом

Таблица 3.3 - Тарифы оплаты за энергоресурсы СГАУ.

Вид энергоресурса	Тариф	Поставщик
Электроэнергия	2,90 руб. за1 кВт·ч	ОАО "Самараэнерго"
Тепловая энергия	933,00 руб. за 1 Гкал	ОАО "Волжская ТГК"
Холодное водоснабжение	24,68 руб за 1 м3	МП "Самараводоканал"
Сброс сточных вод	8,09 руб за 1 м3	МП "Самараводоканал"

Годовое потребление ресурсов СГАУ составляет 3478357 рублей в реальном выражении, что составляет примерно 4% от затрат на все виды энергии, потребляемой объектами СГАУ. Для порядка расчёта годового потребления см. главы 4,5,6,7,8,9.

Рисунок 3.2 - Годовые затраты спорткомплекса на энергоносители

4. Система электроснабжения

Спорткомплекс подключён к трансформаторной подстанции ТП-108 через силовой кабель типа АСБ 3х95, по которому передаётся ток напряжением 0,4 кВ. Кабель подключается к силовому щиту, расположенному на фасаде здания. Далее кабель заведён в силовую распределительную коробку, находящуюся в техническом подвале спорткомплекса, откуда электроэнергия распределяется по потребителям через клеммы и переключатели (см. рисунок 4.1).

Рисунок 4.1 - Схема электроснабжения спорткомплекса СГАУ

Отдельного счётчика электроэнергии в спорткомплексе не установлено, поэтому общий расход складывался из суммы расходов всех электроустановок, рассчитанных по фактическому использованию.

Основным потребителем электроэнергии в спорткомплексе СГАУ являются электродвигатели системы вентиляции и водоподготовки, система освещения. Также в спорткомплексе установлена электрокотельная ЭК-50 для нагрева воды в бассейне мощностью 50 кВт, однако она работает только около 1 месяца в году после отключения подачи горячей воды в спорткомплекс (обычно - с начала мая до июня). Электронагреватель сауны мощностью 6 кВт используется не более 1 часа в день и в общем балансе электропотребления не играет значительной роли. Количество потребляемой электрической энергии определяется установленной мощностью электродвигателей для привода вентиляторов и насосов, а также продолжительностью их работы (за год). Система освещения более подробно рассмотрена в главе 5.

Таблица 4.1 - Потребители электрической энергии.

№	Потребитель	Мощность (кВт)	Годовое потребление (кВт·ч)	Годовое потребление (руб.)
	Эл/дв. АИР160S8	7,5	41580	120585
	Эл/дв. АИР132М8	5,5	30492	88427
	Эл/дв. АИР71В6	0,55	3049,2	8843
	Эл/дв. АИР90L4	2,2	12198,8	35371
	Эл/дв. АИР63А4 х 2	0,25 х 2 = 0,5	2772	8038	0,55 х 2 = 1,1	6098,4	17685
	Эл/дв. АИР160S4	15	83160	241164
	Эл/дв. АИР90L4 х 3	2,2 х 3 = 6,6	36590,4	106112
	Насос КАР-550 х 2	4,71 х 2 = 9,42	52224,48	151451
	Насос Vortex HZ601	0,058	321,55	933
	Элетрокотельная	50	36000	104400
	Нагреватель сауны	6	1218	3532
	Освещение	18962	44076, 20	159776
	Спорткомплекс	104428	349779	1046314

Таким образом, годовое потребление электроэнергии спорткомплексом составляет 348561,03 кВт·ч или 1042782 рубля в реальном выражении. Максимальная потребляемая мощность при работе всего электрооборудования может составить 105 кВт.

5. Система освещения

Задачи энергообследования системы освещения:

-      Определить тип, количество и мощность установленных на объекте световых приборов.

-      Исследовать уровни освещённости на предмет соответствия нормам.

-      Определить режим работы освещения и состояние ламп и светильников.

-      Рассчитать годовое потребление электроэнергии.

-      Выявить потенциал энергосбережения в системе освещения и предложить меры по его реализации.

 

5.1 Методика измерения и расчётов

Для измерения освещённости использовался люксметр testo 545. Обследование системы освещения спорткомплекса производилось на основе следующих нормативных документов:

)        Санитарные правила и нормы 2.2.1/2.1.1.1278-03 "Гигиенические требования к естественному, искусственному и совмещенному освещению жилых и общественных зданий".

2)      Санитарные правила и нормы 2.1.2.1188-03 "Плавательные бассейны. Гигиенические требования к устройству, эксплуатации и качеству воды. Контроль качества".

)        ГОСТ 24940-96. Межгосударственный стандарт "Здания и сооружения: методы измерения освещённости".

Осмотр системы освещения спорткомплекса показал, что в целом используемые световые приборы по типу можно разделить на следующие группы:

)        Газоразрядные лампы:

-      ЛюминесцентныетипаPhilipsTL-D: 18 Вт (184 шт.), 36 Вт (131 шт.).

-      ГалогенныепрожекторыIP65: 250 Вт (12 шт.).

-      Компактныелюминесцентныелампы: 20 Вт (4шт.).

-      ЛампытипаДРЛ-250 250 Вт (25шт).

2)      Лампы накаливания:

-      Мощностью 75 Вт: 33 шт.

Состояние и чистоту светильников в целом можно признать удовлетворительной.

Время измерения освещённости:

) Естественной освещённости - при сплошной равномерной облачности и наиболее светлом времени суток.

) При совмещённом освещении - в наиболее светлое время суток при слошной равномерной облачности, при включённом и выключенном искусственном освещении, а также в тёмное время суток (при отношении естественной освещенности к искусственной не более 0,1) при включённом искусственном освещении.

) При отсутствии естественного освещения - независимо от времени суток при включённом искусственном освещении.

При определении соответствия нормам освещённость вычислялась прямыми измерениями в плоскости, указанной в нормах освещенности [11].

При измерении средней освещённостидля определения точек план помещения разбивался на равные, по возможности квадратные, части. Контрольные точки размещались в центре каждого квадрата.

Минимальное число контрольных точек для измерения определялось исходя из размеров помещения и высоты подвеса светильников над рабочей поверхностью.

Для этого рассчитывают индекс помещения по формуле:

где соответственно ширина и длина помещения, м

высота подвеса светильника, м.

Далее по таблице минимальное количество контрольных точек для измерения определяют по таблице в стандарте [30].

При замерах с включённым искусственным освещением точки располагались по возможности между рядами светильников. Результаты измерений занесены в таблицу 4.1.

Таблица 5.1 - результаты измерения освещённости в помещениях спорткомплекса СГАУ

Помещение	, Лк	, Лк	, Лк	, Лк
Фойе I этажа	248	-	-	150
Игровой зал	142	149	-	300
Зал аэробики	244	312	159	200
Тренажёрный зал	183	-	45	200
Игровой манеж (атлетика)	132	184	81	200
Игровой манеж (теннисный зал)	176	193	13	400
Бассейн	134	308	144	150
Преподавательская	167	184	31	300

 

5.2 Расчёт годового потребления электроэнергии освещением

По времени работы осветительного оборудования в помещениях спорткомплекса можно разделить на следующие группы:

Группа I: Оборудование, работающее на протяжении всего периода работы спорткомплекса. К помещениям с таким режимом работы относятся коридоры, лестничные пролёты, фойе, помещение бассейна, туалеты.

Количество часов работы в сутки примерно равно 16 часам (с 6 утра при уборке помещений до закрытия в 22 часа).

Группа II: Оборудование, использующееся во время проведения занятий. К помещениям с таким режимом работы в основном относятся игровые и тренировочные залы, а также некоторые помещения персонала. Точное количество часов работы в сутки определить проблематично в виду непостоянного графика занятий и человеческого фактора (включение-выключение света осуществляется сотрудниками спорткомплекса вручную).

Количество часов работы в сутки было принято равным 10 часам (с 8 утра до 20 часов вечера, учитывая неполную загруженность).

Группа III: Оборудование, использующееся в течение обычного рабочего дня. Как правило, это помещения административного и технического персонала. Время работы равно 6 часам (учитывая перерыв на обед и отлучение из помещения при выполнении обязанностей).

Группа IV: Крайне редко использующееся осветительное оборудование. К помещениям с таким оборудованием относятся технические помещения (вентиляционные, подсобки), а также некоторые кабинеты, которые редко используются (методический кабинет, помещение яхт-клуба). Время работы освещения в таких помещениях крайне незначительно, и поэтому при расчёте не учитывалась.

Также учитывалась зависимость работы спорткомплекса от сезона. Во время учебных сессий и каникул (январь, июнь, июль, август) игровые залы спорткомплекса практически не эксплуатируются. Исключение составляет бассейн, который используется также и в зимние каникулы (январь).

Помещения (и, соответственно, световое оборудование в них) было разделено по группам. Годовое потребление для каждого помещения (и для каждого типа ламп) рассчитывалось по формуле:

где n - количество светильников в помещении;- мощность светильника;- число суток работы светильника в году;- число часов работы светильника в сутки;

К_ПРА - коэффициент потерь в пускорегулирующей аппаратуре. Для люминисцентных ламп К_ПРА =1,14, для ламп типа ДРЛ К_ПРА =1,08, для ламп накаливания К_ПРА = 1 (ПРА отсутствует).

К_с-коэффициент использования. Для бюджетных организаций К_с=0,8.

Результаты расчёта занесены в таблицу 4.2.

Таблица 5.2 - мощность и годовое потребление электроэнергии системой освещения

Помещение (группа)	Мощность оборудования (количество ламп)	Годовое потребление (кВт·ч)
Фойе I этажа (I)	27·4·18 Вт = 1994 Вт	8401,60
Коридоры, технические помещения (I)	37·36 Вт + 1·250 Вт = 1582 Вт	6665,66
Туалеты, душевые (I)	6·4·18 Вт + 9·75 Вт + 2·18 Вт = 1143 Вт	4815,96
Раздевалки (II)	20·4·18 Вт = 1440 Вт	3792,10
Игровой зал (II)	24·250 Вт = 6000 Вт	14968,80
Зал аэробики (II)	24·36 Вт = 864 Вт	2275,26
Тренажёрный зал (II)	28·36 Вт = 1008 Вт	2654,47
Игровой манеж (II)	26·36 Вт = 936 Вт	2464,86
Бассейн (III)	12·250 Вт = 3000 Вт	7484,40
Преподавательская и другие помещения персонала (III)	15·36 Вт + 5·75 Вт + 4·20 Вт = 995 Вт	1572,14
Сауна (III)	8·75 Вт = 600 Вт	831,60
Спорткомплекс	19562 Вт	44741,48 кВт·ч

Таким образом, мощность всего осветительного оборудования составляет 19,562 кВт. В год при 231-дневном режиме работы спорткомплекса потребление электроэнергии составит 44741,48 кВт·ч или 162188 рублей в денежном выражении.

При обследовании системы освещения были также выявлены следующие проблемы:

-      Значения освещённости в некоторых помещениях не соответствует нормативным значениям. Особенно слабое освещение в игровом зале, теннисном зале и преподавательской.

-      Большинство светильников находятся в удовлетворительном состоянии, однако плафоны игрового зала нуждаются в чистке.

6. Система холодного водоснабжения

Холодное водоснабжение спорткомплекса осуществляется через трубопровод диаметром 100 мм под давление около 0,5 МПа. На входе в спорткорпус установлен счётчик расхода СТВУ-65, по которому каждый месяц осуществляется оплата согласно заключённому договору с МП "Самараводоканал". Тариф за холодную воду составляет 24,68 рубля за 1 кубический метр.

Рисунок 6.1 - Схема холодного водоснабжения спорткомплекса СГАУ

Потребителями холодной воды в корпусе являются душевые и уборные, а такжеподпитка свежей водой ванны бассейна. Данные по потреблению воды в 2013 году отражены на рисунке 6.1 Годовое потребление составило 9490 м³ или 234213 рублей в реальном выражении.

Рисунок 6.2 - Объём поставленный холодной воды в здание спорткомплекса по месяцам за 2013 год.

Ежедневная подпитка бассейна свежей водой из системы холодного водоснабжения запроектирована в объёме 10% от воды в ванне, т.е. около 87,5 м³ в сутки. В месяц это составило бы 1800-2200 м³, что на деле не выполняется. По проекту же суточный расход воды составляет 220 м³, что примерно в 7 раз превышает фактический.

Больших утечек в трубопроводе обнаружено не было. Небольшие утечки от неполного закрывания запорной арматуры душевых могут быть устранены заменой прокладок или самой арматуры, что не потребует больших капитальных вложений.

7. Система водоотведения

По проекту сброс условно чистых стоков в ливневую канализацию составляет 103 м³ в сутки, с максимальным часовым расходом в момент промывки фильтра - 22 м³. Суточный сброс фекальных стоков в канализацию составляет 190 м³, с максимальным часовым сбросом 19,5 м³. Также по проекту предусмотрено опорожнение ванны раз в месяц для чистки и дезинфекции (в настоящий момент - раз в год), хотя при привязке проекта допускается изменение этого срока.

В настоящий момент абсолютно все стоки сбрасываются в канализационную сеть по тарифу 8 рублей 6 копеек за 1 кубический метр. Пренебрегая потерями на испарение в бассейне примем сброс сточных вод равным объёму поставленной холодной воды (9490 м³), а также рассчитанному в главе 8 расходу горячей воды (5327 м³). Тогда годовой объём сточных вод за 2013 год будет равен 14817 м³, что при стоимости 1 м³ в 8,06 рублей составит 119425 рублей.

8. Система теплоснабжения

Рисунок 8.1 - Схема присоедения системы теплоснабжения спорткомплекса СГАУ к сетям ОАО «Волжская ТГК».

Горячее водоснабжение (ГВС) осуществляется от тепловых сетей кампуса СГАУ, которые, в свою очередь, получает горячую воду от ОАО "Волжская ТГК". Границей балансовой принадлежности тепловых сетей и эксплуатационной ответственности сторон являются фланцы задвижек, установленных в тк-12 (см. рисунок 8.1). Учёт потреблённого всей тепловой сетью СГАУ тепла производится счётчиком КМ-5. Согласно договору теплоснабжения №14410 ОАО "Волжская ТГК" поставляет в среднем университету 3,072 Гкал/час при допустимом максимуме в 29,667 Гкал/час. Стоимость 1 Гкал тепловой энергии составляет 933 рубля.

В здание спортивного комплекса горячая вода подводится и отводится через стальные трубопроводы диаметром 100 мм к тепловому узлу, в котором она разбирается на нужды отопления и бытового пользования. Индивидуальный счётчик тепла в спорткомплексе не установлен. Температура подачи теплоносителя регулируется поставщиком по температурному графику в зависимости от температуры наружного воздуха. По этому же графику персонал спорткомплекса регулирует температуру горячей воды в обратном трубопроводе (которая согласно договору не должна превышать предельного значения из графика). Попытка измерить текущий расход теплоносителя ультразвуковым расходомером Portaflow 330 в подающем трубопроводе оказалась неудачной. Несмотря на снятый внешний слой покрытия трубы при измерении, счётчик не смог установить сигнал - по-видимому, трубы изнутри покрыты шлаком и ржавчиной, что делает измерение расхода ультразвуковым методом невозможным.

Рисунок 8.2 - Схема теплового узла системы теплоснабжения спорткомплекса СГАУ.

Стоит отметить, что имеющаяся разводка горячей воды по спорткомплексу существенно отличается от проекта и даже от последней документированной схемы (1986 г.). В частности, фильтр-грязевик стоит уже после забора воды на калориферы и горячее водоснабжение (в души и уборные), что приводит к повышенному содержанию механических примесей в данных системах.

В настоящее время при определении пиковых значений потребления тепловой энергии при заключении договора теплоснабжения сотрудниками СГАУ используется приближённый расход тепловой энергии на отопление и горячее водоснабжении по данным компьютерной программы "Расчёт потребности в тепле и топливе".

В этой программе приведены и годовые расходы тепловой энергии. Также максимальные значения тепловых нагрузок приведены в проектных данных спорткомплекса. Значения из этих двух источников отражены в таблице 8.1.

Таблица 8.1 - Параметры системы отопления по проектным и расчётным данным

Параметр	Размерность	Проект	Программа
Максимальный расход тепла на отопление	МВт	0,366	0,272
Максимальный расход тепла на вентиляцию	МВт	0,488	0,437
Максимальный расход тепла на горячее водоснабжение	МВт	1,06	0,215
Максимальный расход тепловой энергии на спорткомплекс	МВт	1,919	0,924
Удельная тепловая характеристика для отопления	0,34890,279
Удельная тепловая характеристика для вентиляции	0,46520,437
Гидравлическое сопротивление системы	кг/м2	900	-
Расход воды в системе теплоснабжения	м3/ч	27,5	-
Годовой расход энергии на отопление	МВт·ч / Гкал	4185,048/ 3853,961	639,65/ 550
Годовой расход энергии на ГВС	МВт·ч / Гкал	5164,32/ 4185,048	402,398/ 346
Годовой расход тепловой энергии	МВт·ч / Гкал	9349,368/8039,009 (максимальный)	1042,048 / 896
Годовые денежные затраты на теплоснабжение	руб	7500395	835968

Существенные различия в годовом расходе тепла на горячее водоснабжение обуславливается тем, что в проектных данных указаны максимальные (пиковые) значения потребления тепловой энергии, которые не могут применяться при определении годовых затрат (однако в таблице они отражены).

Для определения наиболее приближённого к реальным условиям значения потребления тепловой энергии воспользуемся проектными данными (удельная отопительная характеристика и объём здания) и рассчитаем годовое потребление тепловой энергии.

Годовые затраты тепловой энергии на нагрев приточного воздуха в системе вентиляции составят:

где Q_вент - годовой потребление тепловой энергии на вентиляцию, Гкал;

,8598 - коэффициент перевода из МВт·ч в Гкал;

^-6 - коэффициент перевода из Вт в МВт;_от - вентилируемый объём здания, м³;_от - удельная характеристика на отопление, ;_{в. ср}, t_{н. ср} - средние (расчётные) температуры воздуха внутри и снаружи здания соответственно,°С._от - количество часов работы системы отопления в сутки, ч;_от - количество суток в отопительном периоде.

Годовые затраты тепловой энергии на вентиляцию составят:

где Q_вент - годовой потребление тепловой энергии на вентиляцию, Гкал;

,8598 - коэффициент перевода из МВт·ч в Гкал;

^-6 - коэффициент перевода из Вт в МВт;_вент - вентилируемый объём здания, м³;_вент - удельная характеристика на вентиляция, ;_{в. ср}, t_{н. ср} - средние (расчётные) температуры воздуха внутри и снаружи здания соответственно,°С._вент - количество часов работы системы вентиляции в сутки, ч;_от - количество суток в отопительном периоде.

Затраты на горячее водоснабжение определяются по формуле:

где Q_гвс - годовой потребление тепловой энергии на ГВС, Гкал;- норма расхода горячей воды на 1 спортсмена в сутки, л/чел;- количество суток в отопительном периоде;

С_в - теплоёмкость воды, ;_г, t_х - температура воды в системе горячего и холодного водоснабжения соответственно,°С;

^-6 - коэффициент перевода из ккал в Гкал.

К затратам на тепловую энергию прибавится также расход тепла на подогрев воды в бассейне, который по проекту равен Q_басс=377,792 Гкал в год.

Таким образом, годовое потребление тепловой энергии составит:

Тогда среднечасовая мощность по тепловой энергии составит 459870 ккал/ч или 0,535 МВт.

Среднечасовые и пиковые мощности отдельных систем теплоснабжения из расчёта работы 24 часа в сутки за отопительный период (203 дня) представлены в таблице 8.2.

Таблица 8.2 - Среднечасовое потребление тепловой энергии различными системами спорткомплекса

Система	Максимальная (пиковая) мощность	Среднечасовая мощность, кВт
Отопление	272 кВт / 0,234 Гкал/ч	193,6 кВт / 0,167 Гкал/ч
Вентиляция	437 кВт / 0,376 Гкал/ч	166,3 кВт / 0,143 Гкал/ч
Горячее водоснабжение	215 кВт / 0,185 Гкал/ч	84,9 кВт / 0,073 Гкал/ч
Подогрев воды бассейна	90,7 кВт / 0,078 Гкал/ч	90,7 кВт / 0,078 Гкал/ч
Общее потребление	1014,7 кВт / 0,873	535,5 кВт / 0,461 Гкал/ч

Также в ходе обследования тепловых сетей спорткомплекса была проведена тепловизионная съёмка ограждающих конструкций и отопительных приборов (приложение Б).

9. Система вентиляции

9.1 Проектные данные

В спорткомплексе запроектирована приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением.

По проекту вентиляция бассейна рассчитана из условия борьбы с влагой. По проекту производительность приточной установки П-1 определена из условия поддержания в зале бассейна влажности воздуха 70% в наиболее неблагоприятный переходный период и составляет 13 000 м³/ч. Расчёт калориферов произведён на расчётную отопительную температуру наружного воздуха (-30 °С). Подача приточного воздуха с температурой +24 °С осуществляется в верхней зоне. Вытяжка осуществляется в рабочей зоне, под балконом для зрителей. В летнее время естественный приток воздуха в зал бассейна предусматривается через витраж бассейна.

Приточная вентиляционная установка гимнастического зала П-2 осуществляет воздушное отопление зала при температуре внешнего воздуха от +5 °С, обеспечиваемой радиаторами дежурного отопления, до +15 °С. Калориферные установки рассчитаны на обеспечение нагрева наружного воздуха от расчётной отопительной температуры до температуры притока = +22°С. Сосредоточенная подача приточного воздуха осуществляется через воздухораспределяющий насадок в верхнюю зону со скоростью 4,5 м/сек. Вытяжка осуществляется в противоположной стороне зала в верхней зоне (40%) и рабочей зоне (60%) - под балконом для зрителей. Производительность установок определена из условия обеспечения санитарной нормы подачи воздуха для 50 спортсменов и 250 зрителей (наиболее неблагоприятный вариант).

Приточные установки зала бассейна и гимнастического зала оборудованы пластинчатыми глушителями и самоочищающимися масляными фильтрами КД-2006. Калориферы имеют самостоятельную подводку от узла управления.

Рисунок 9.1 - Схема механической вентиляции спорткомплекса СГАУ

Калориферы приточных установок П-3 и П-4, обслуживающих раздевальные и вестибюль, рассчитаны на нагрев приточного воздуха от расчётной вентиляционной температуры наружного воздуха (-30 °С). Проектом предусматривается 10-кратная вытяжка из помещений хлораторной и аммиачной. Забор удаляемого воздуха осуществлён в нижней и верхней зонах помещений.

Расход тепла на вентиляцию 0,420, удельная тепловая характеристика для вентиляции .

9.2 Установленные вентиляционные установки

В настоящее время система вентиляции значительно расходится с проектными данными. При осмотре производительность установки определялась по средним значениям из паспортных данных.

Таблица 9.1 - Оборудование системы вентиляции.

№	Помещения, обслуживаемые системой	Модель и мощность электродвигателя	Модель вентилятора	Производительность установки, м3/час
П-1	Бассейн	АИР160S8 - 7,5 кВт.	ВР-100-45 №6,3	6400
П-2	Игровой зал	АИР132М8 - 5,5 кВт.	ВЦ-14,46 №6,3	11100
П-3	Зал аэробики	АИР71В6 - 0,55 кВт.	ВР-300-45 №3,15	2100
П-4	Раздевалки	АИР63А4 - 0,25 кВт	ВР-4-75 №2,5	650
В-1	Бассейн	АИР90L4 - 2,2 кВт.	ВР-86-77 №5	6600
В-2	Бассейн	АИР63А4 - 0,25 кВт	ВО 06-300 №4	2600
В-3	Бассейн	АИР71А4 - 0,55 кВт x 2 = 1,1 кВт	ВО 06-300 №5	5900 х 2 = 10800
В-4	Игровой зал и зал аэробики	АИР160S4 - 15 кВт	ВР-100-45 №6,3	9000
В-5	Душевые и туалеты Iэтажа (мужские и женские)	АИР90L4 - 2,2 кВт х 2 = 4,4 кВт	ВР-300-45 №3,15	3700 х 2 = 7400
В-6	Душевые бассейна	АИР90L4 - 2,2 кВт	ВР 14-46 №3,15	3700
	Спорт - комплекс		20250 (приток), 40100 (вытяжка).

Таким образом, мощность всех электродвигателей электроустановок составляет 38,95 кВт. В год при 231-дневном режиме работы спорткомплекса 24 часа в сутки (вентиляция работает постоянно) потребление электроэнергии составит 215938,8 кВт·ч или 626223 рублей в денежном выражении.

Более детально установки рассматриваются в главах 9.2.1 и 9.2.2.

9.2.1 Вентиляция помещения бассейна

На данный момент приточная установка П-1 состоит из электродвигателя АИР160S8 и центробежного вентилятора ВР-100-45. Производительность такой установки составляет 6400 м3/час, что в 2 раза меньше требуемой. Стоит отметить, что витраж бассейна заменён на стеклопакет без возможности открытия, что исключает вентиляцию через него летом.

Вытяжная вентиляция помещения бассейна обеспечивается установкой В-2 и двумя осевыми вентиляторами. Установка В-2 представляет из себя вентилятор ВР-86-77 №5, установленный на вал электродвигателя АИР90L4. Производительность установки составляет 6600 м³/час.

Также в верхней части противоположных стен помещения бассейна расположены соответственно два осевых вентилятора, работающих на вытяжку и приводимых в движение электродвигателями АИР71А4. В виду недосягаемости установок и отсутствия документации на них, не удалось точно установить модели вентилятора. Однако, судя по внешнему виду и установленным электродвигателям, в качестве вытяжных вентиляторов применяются модели ВО 06-300 производительностью 5900 м³/час.

Таким образом, общая производительность вытяжных систем в помещении бассейна составляет 20000 м³/час, что превышает производительность приточной установки более чем в 3 раза! Кроме того, в обход проекта из помещения бассейна организована рециркуляция воздуха обратно в канал притяжной установки П-1, что:

)        снижает значение кратности воздухообмена в помещении, возможно до неприемлемого уровня,

2)      создаёт ещё большее разрежение в помещении,

)        препятствует удалению влаги и вредных веществ.

Состояние воздуха в бассейне можно предварительно определить как неудовлетворительное. Уровень относительной влажности (регистрируемый ежедневно персоналом) держится на отметке в 80-85%. Это больше проектных значений (70% при самых неблагоприятных условиях) на 10-15%и рекомендуемых значений (не более 60%) - на 20-25%. Повышенная влажность в помещении вызывает следующие негативные явления:

-      наблюдается отсыревание стен в помещении - особенно в "застойных" зонах с пониженной скоростью движения воздуха (верхние углы). В этих зонах возможно образование плесени. Кроме того по всему помещению наблюдается отслаивание краски и штукатурки - несмотря на то, что ремонт проводился недавно.

-      повышенная влажность приводит к снижению теплозащитных свойств ограждающих конструкций (как следствие - повышенные теплопотери) и оказывает деструктивное воздействие на элементы строительных конструкций в процессе их эксплуатации [31];

-      повышенная влажность негативно влияет на восприятие качества воздуха посетителями. Воздух ощущается как душный и слишком жаркий. В целом избыточная влажность вкупе с высокой температурой внутри помещения негативно сказывается на спортивные и умственные способности тренирующихся [32];

-      влажный воздух способствует коррозии воздуховодов системы вентиляции и других металлических элементов конструкций.

 

9.2.2 Вентиляция игрового зала и зала аэробики

Приточную вентиляцию игрового зала обеспечивает установка П-2, производительность которой 11100 м³/ч, что является схожей величиной по сравнению с проектной (14700 м³/ч, включая другие помещения, который в данный момент не вентилируются). Подогрев наружного воздуха осуществляется 4 секциями калорифера КФБ-7. Также организована рециркуляция воздуха, что является спорным решением, не предусмотренным в проекте. Вытяжка осуществляется установкой В-4 производительностью 9000 м³/ч, что является удовлетворительным (см. расчёт в п.9.3.1), несмотря на подключение к этой же установке вытяжки из зала аэробики (см. ниже).

Приточная установка зала аэробики П-3 обеспечивает приток и подогрев наружного воздуха в объёме 2100 м³/ч, что является более, чем удовлетворительным (см. расчёт в п.9.3.1). Короба для вытяжки воздуха были врезаны в вытяжку из установки игрового зала В-4. Какие-либо проектные документы, подтверждающие целесообразность такого решения, также не были найдены.

10. Энергосбережение в системеэлектроснабжения

10.1 Модернизация системы вентиляции

В настоящее время мощность всех электродвигателей системы вентиляции составляет 38,95 кВт, в то время как проектное значение почти в 2 раза меньше - 19,56 кВт. При этом в настоящее время часть помещений, указанных в проекте, не подлежит вентилированию из-за перепланировки или по причине неиспользования (проектные помещения буфета, зала подготовительных занятий и т.д.). Причинами такого значительного превышения мощности являются:

)        Несоответствие производительности работающих вентиляционных установок необходимому расходу воздуха в помещении. Производительность установленных приточных установок 20250 м³/час (при проектной 29700 м³/час), вытяжных - 40100м³/час (при проектной 22920 м³/час). Причиной этому возможно были необоснованные проектные решения при строительстве и последующем ремонте.

2)      Выбор электродвигателей завышенной мощности при той же производительности. Примером может служить выбор двигателя АИР160S4 мощностью 15 кВт в вытяжной установке игрового зала, в то время как проектное значение - 2,8 кВт при расходе в 10300 м³/ч. Такой запас мощности был бы обоснован при необходимости преодоления значительного сопротивления сети, что при существующей системе воздуховодов, фильтров и калориферов не требуется.

)        Несоответствие установленных вентиляторов требуемому типу вентилятора. В проекте также используются преимущественно вентиляторы низкого давления.

Используя проектные значения, подберём электродвигатели для необходимых расходов воздуха. Мощность, годовой расход и экономия электроэнергии (при работе двигателей 24 часа в сутки, 231 день в году) занесены в таблицу 10.1.

Таблица 10.1 - Расчёт замены электродвигателей системы вентиляции на менее мощные аналоги

№	Помещения, обслуживаемые системой	Мощность нового электродвигателя (разница с фактическим), Вт	Годовая экономия (кВт·ч)	Годовая экономия (руб)
П-1	Бассейн	2800 (-4700)	26056,8	75,565
П-2	Игровой зал и зал аэробики	7000 (+1500)	-8316	-24,116
П-3	Зал аэробики	0 (учтено в П-2)	-	-
П-4	Раздевалки	270 (+20)	-110,88	-0,322
В-1	Бассейн	2800 (-750)	4158	12,058
В-2	Бассейн	0 (учтено в В-2)	-	-
В-3	Бассейн	0 (учтено в В-2)	-	-
В-4	Игровой зал и зал аэробики	3400 (-11600)	64310,4	186,500
В-5	Душевые и туалеты Iэтажа (мужские и женские)	1000 (-5600)	31046,4	90,035
В-6	Душевые II этажа	0 (учтено в В-5)
	Итого	17270 (-21130)	117148	339720

 

10.2 Снижение потребление электрической энергии освещением

Снижение потребления электрической энергии в системе освещения представляется возможным модернизации установленных светильников, а также путём её автоматизации (установки датчиков движения).

10.2.1 Модернизация установленных осветительных приборов

Большинство светильников, установленных в спорткомплексе СГАУ, являются энергосберегающими. Тем не менее, в некоторых помещениях установлены лампы накаливания старого образца, которые выгоднее заменить на компактные люминесцентные. Также видится целесообразной замена ламп ДРЛ-250 на светодиодные аналоги типа Квазар-400, которые при том же световом потоке потребляют только 80 Вт.

Рассчитаем годовую экономию при замене всех ламп на современные аналоги по формуле:

где Э_год - годовая экономия электроэнергии, кВт·ч;, P´ - мощность старой и новой лампы соответственно, кВт;- количество ламп данного типа, подлежащих замене;- число часов работы лампы в сутки, ч;- число суток работы лампы в году.

Полученные результаты занесём в таблицу 10.2.

Таблица 10.2 - Расчёт замены осветительных приборов на экономичные аналоги

Тип и мощность старой лампы	Тип и мощность новой лампы	Число ламп	Часов работы в сутки, ч	Годовая экономия, кВт·ч	Годовая экономия, руб
Лампа накаливания, 75 Вт	КЛЛ,20 Вт	33	8	3354	9727
ДРЛ-250, 250 Вт	Квазар-400, 80 Вт	25	10	12959	37581
ДРЛ-250, 250 Вт	Прожектор 2хSF56, 112 Вт	25	10	7970	23113
Итого (1 и 2 вариаты)	-	58	-	16313	47308

10.2.1 Установка датчиков движения

Некоторые помещения спорткомплекса остаются освещёнными всё время работы спорткомплекса, несмотря на то, что люди в них большую часть времени отсутствуют. К таким помещения относятся помещения туалетов, душевых и раздевальных, а также технические помещения и коридоры. Годовая экономия от установки в таких помещениях датчиков освещённости составит:

где Э_год - годовая экономия электроэнергии, кВт·ч;- мощность лампы, подключаемой к датчику движения, кВт;- количество ламп данного типа, подлежащих замене;, n´ - число часов работы лампы до и после установки датчика движения, ч;- число суток работы лампы в году.

Полученные результаты занесём в таблицу 10.3:

Таблица 10.3 - Расчёт экономии электроэнергии при установке датчиков движения

Помещение	Мощность осветительных приборов, Вт	n, ч	, чГодовая экономия, кВт·чГодовая экономия, руб
Коридоры и техпомещения	1582	16	2	1996	5788
Туалеты и душевые	1143	16	3	5116	14837
Раздевальные помещения	1440	10	4	3432	9954
Итого	-	-	-	10544	30579

11. Энергосбережение в системе вентиляции

11.1 Расчёт необходимых параметров системы вентиляции

В связи со значительным отходом от проектных решений, а также изменения режима работы спорткомплекса и климатологических условий на территории России (актуализация в июне 2013 года СНиП 23-01-99 "Строительная климатология") расход воздуха и продолжительность работы вентиляционных установок является завышенными. Целесообразно пересчитать необходимый расход приточного и вытяжного воздуха в спорткомплексе, а также степень его нагрева. На основе проведённых расчётов определяется необходимость регулировки и автоматизации установок системы вентиляции с целью снижения потребления электрической и тепловой энергии.

 

11.1.1 Расчёт системы вентиляции в спортивных залах

Без учёта отопления в игровом зале и зале аэробики расчёт вентиляции производится из условия обеспечения притока свежего воздуха на 1 спортсмена или зрителя.

Согласно данным [33], принимаем объём воздухообмена:

-      80 м³/ч для спортсменов,

-      20 м³/ч для зрителей.

Проектное значение расхода вытяжного воздуха игрового зала 10300 м³/ч (из расчёта 50 спортсменов и 250 зрителей). На данный момент производительность установленных вентиляторов составляет 11000 и 9000 м³/ч для приточного и вытяжного воздуха соответственно. Стоит отметить, что в таком режиме установки работают круглый год 24 часа в сутки, несмотря на то, что соревнования или другие мероприятия со зрителями проходят 2-3 раза в году. Поэтому большой интерес представляет автоматизация системы вентиляции с целью снижения расхода воздуха при обычных тренировках и в ночное время.

Как правило, в игровом зале одновременно занимаются не более 40 спортсменов (по проекту - 50). Кроме того, проектное число зрителей в дни соревнований (250) преувеличено и в данном расчёте принято равным 80. В зале аэробики в свою очередь занимается не более 20 спортсменов, зрители отсутствуют. Тогда необходимый расход воздуха составит:

)        для игрового зала:

в дни соревнований:

2)      для зала аэробики:

где L_спорт и L_зрит - объёмный расход вентиляционного воздуха на одного

спортсмена или зрителя соответственно, м³/ч;_спорт и n_зрит - число находящихся в помещении спортсменов или зрителей соответственно.

Рассчитанный для игрового зала на дни соревнований расход оказался меньше, чем проектный и фактический примерно в 2 раза. Тем не менее, понижение расхода воздуха в период занятий невозможно из-за условия обогрева помещения (см. ниже). Для зала аэробики же фактический расход приточного воздуха примерно на 25% превышает необходимый.

По проекту вентиляция игрового зала также обеспечивает его дополнительное отопление до температуры воздуха в помещении t_в=15 °С, а водяное отопление через радиаторы - только до дежурной температурыt_в=5 °С. Целесообразно проверить, насколько выполняется это условие при меньших расходах. Для этого следует соотнести теплопотери и теплопоступления игрового зала [33].

Расчёт производится для каждого месяца отопительного периода при средней температуре наружного воздуха по актуализированным данным строительной климатологии [35]. Также отдельно рассчитывается тепловой баланс при температуре воздуха снаружи - 30 °С (средняя температура наиболее холодной пятидневки), нопри температуре в помещении 15 °С (минимально допустимая для спортивных залов). Рассчитываемыми ограждающими конструкциями принимаются 2 стены (за которыми находится улица) и крыша. Принимается, что остальные 2 стены и пол не участвуют в теплообмене, так как за ними находятся отапливаемые помещения.

Размеры помещения и коэффициенты сопротивления теплопередаче определяются из проектных данных. Стоит отметить, что в настоящее время около 2/3 проектной площади остекления заложены кирпичом (по словам персонала - для борьбы с холодом). Расчётная температура внутри помещения игрового зала принимается минимальной из оптимального диапазона по ГОСТ 30494 [34] и равной 17 °С (в проекте принята 15 °С).

Количество тепла в секунду, теряемого через ограждающие поверхности, рассчитывается по формуле:

где k - коэффициент теплопередачи ограждающей конструкции, ;- площадь ограждающей конструкции, м²;_в и t_н - температура помещения и наружного воздуха соответственно, °С.

К суммарным теплопотерям через ограждения игрового зала согласно проекту применяются следующие поправочные коэффициенты:

        +16% - на стороны света и ветер;

        +5% - для угловых помещений;

        +8% - поправка на высоту игрового зала.

Параметры для ограждений игрового зала отражены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 - Значения коэффициентов теплопередачи и площади ограждающих конструкций игрового зала

Тип ограждения	Коэффициент теплопередачи k, Площадь ограждения A, м2
Стены	1,244	262,2
Остекление	2,326	166,8
Крыша	0,7676	756

Теплопоступления от отопления радиаторамиQ_рад при температуре помещения t_в рассчитывается по формуле:

,

где Q_ном - номинальный (паспортный) тепловой поток радиатора, Вт;_рад и t_в - температура воды в радиаторе и воздуха в помещении соответственно, °С;- экспериментальный числовой показатель, для секционных чугунных радиаторов n=0,3;

Температура воды в радиаторе принимается постоянной и определяется по температурному графику температуры воды системы отопления после элеватора, составленному по данным поставщика тепловой энергии (приложение Б).

Расчёт необходимого дополнительного нагрева воздуха вентиляцией Q_вент определяется как разность теплопотерь игрового зала и теплопоступлений от радиаторов.

Расчёт необходимого расхода воздуха вентиляцией L определяется из условия:

,

где C_в - теплоёмкость воздуха, ;_пр и t_в - температура приточного воздуха и воздуха в помещении соответственно, °С;

 - плотность воздуха.

Результаты расчёта отражены в таблице 11.2, а также на рисунках 11.1 и 11.2.

Таблица 11.2 - Результаты расчёта системы вентиляции спортивного зала

Месяц	Температура наружнаяtн, °С	ТеплопотериQогр, Вт	Нагрев от радиаторов Qрад, Вт	Нагрев от вентиляции Qвент, Вт	Требуемый расход воздухаL, м3/ч
Октябрь	4,2	24591	15821	8769	5104
Ноябрь	-3,4	37282	22570	14711	8562
Декабрь	-9,6	47635	28472	19162	11152
Январь	-13,5	54147	31193	22954	13359
Февраль	-12,6	52644	29147	23497	13675
Март	-5,8	41289	25810	15479	9009
Апрель	5,8	21919	15236	6683	3889
Холодная пятидневка	-30 (при tв=15 °С)	78360	48613	29747	12366

Рисунок 11.1 - Тепловой баланс игрового зала

Рисунок 11.2 - Сравнение производительности в различных вариантах расчёта вентиляционной системы игрового зала

Таким образом, расход системы вентиляции в помещении игрового зала всегда будет определяться условием отопления воздухом и поддержания заданного температурного режима. Тем не менее, ночью возможно частичное или полное выключение вентиляции, так как минимальную температуру в нерабочий период (5 °С) всегда будет обеспечивать водяное отопление. При этом необходимо за некоторое время до начала занятий включить воздушное отопление для нагрева помещения (см. главу 11.4).

 

11.1.2 Расчёт влагопоступлений в помещении бассейна

По проекту вентиляция бассейна рассчитана из условий соблюдения в помещении бассейна влажностного режима при самых неблагоприятных условиях (относительная влажность в помещении 70% и температура 24 °С при тех же параметрах наружного воздуха 80% и 10 °С соответственно).

Расчёт влажности ведётся по методике, рекомендованной немецким стандартом VDI 2089. По проекту температура воды в бассейне - 24°С, поверхностного слоя - 22°С. Температура воздуха - 24 °С. Для расчёта согласно СанПиН 2.1.2.1188-03 [37] примем: температура поверхностного слоя воды бассейна 24 °С, температура воздуха в помещении 26 °С, относительная влажность воздуха 60%. Температуру и относительную влажность наружного воздуха примем для месяца маякак наиболее неблагоприятного по влажностным параметрам. Среднюю температуру мая в Самаре и влажность примем 14,3°С и 70% соответственно [35].

Интенсивность испарения с поверхности бассейна рассчитывается по следующей формуле:

,

где W - количество испаряемой влаги в час, кг/час;

 - эмпирический коэффициент, учитывающий состояние поверхности воды. При неподвижной поверхности , при нормальной активности купающихся ;_B-давление насыщенных паров воды при температуре воды, бар;_L - парциальное давление водяных паров в зале бассейна, бар.

При принятых параметрах получаем P_B = 29,83·10^-3бар, P_L=20,16·10^-3бар.

Необходимый объёмный расход приточного воздуха для осушения определяется по формуле:

,

где L - объёмный расход приточного воздуха, м³/ч;- общее количество испаряющейся влаги в бассейне, кг/ч;

 - плотность воздуха при температуре помещения, кг/м³;_в - влагосодержание воздуха в помещении, г/кг;_н - влагосодержание наружного воздуха, г/кг.

При принятых параметрах получаем =1,18 кг/м³, d_в =13,6 г/кг,d_н =8,3 г/кг.

Рассчитаем необходимый расход воздуха для двух режимов работы.

1)      При наличии занимающихся в бассейне.

Влагопоступления с поверхности бассейна:

Дополнительные влагопоступления от спортсменов:

где q - количество влаги, выделяемое пловцами (принято 0,2 кг/ч);- количество пловцов в бассейне.

(1-0,33) - коэффициент, учитывающий долю времени, проводимую пловцами в бассейне (67% от всего времени).

Тогда полные поступления влаги будут равны:

.

Необходимый расход приточного воздуха:

.

Данный результат сопоставим с проектными значениями (13000 ), однако почти в 2 раза превышает производительность установленного в данный момент вентилятора (6400 м³/ч).

2)      При отсутствии купающихся:

Влагопоступления с поверхности бассейна:

Необходимый расход приточного воздуха:

Рассчитаем необходимую производительность вентиляции для каждого месяца в зависимости от влагосодержания приточного воздуха. Результаты расчёта занесены в таблицу 11.3.

Таблица 11.3 - Результаты расчёта влажностного режима бассейна

Месяц	Температура наружного воздуха tн, °С	Влагосодержание наружного воздуха dн, г/кг	Требуемый расход (рабочее время), м3/ч	Требуемый расход (нерабочее время), м3/ч
Октябрь	4,2	4,1	6424	1484
Ноябрь	-3,4	2,4	5404	1249
Декабрь	-9,6	1,4	4841	1118
Январь	-13,5	1	4613	1066
Февраль	-12,6	1,1	4687	1083
Март	-5,8	2,1	5177	1196
Апрель	5,8	4,2	6602	1525
Май	14,3	6,3	8800	2033

Таким образом для поддержания заданной влажности в нерабочее время можно поддерживать производительность системы вентиляции бассейна на уровне 2000-3000 м³/ч, что значительно снизит потребление электрической и тепловой энергии (см. главу 11.4). Тем не менее, стоит учитывать и условие поддержание теплового режима помещения (см. главу 11.1.3).

 

11.1.3 Расчёт системы вентиляции в помещении бассейна

Расчёт теплопотерь в помещении бассейна ведётся аналогично варианту для игрового зала (см. главу 11.1.1) со следующими различиями:

Размеры помещения и коэффициенты сопротивления теплопередаче определяются из проектных данных. Стоит отметить, что в настоящее время стеклянные окна заменены на стеклопакет типа 4-16-4. Расчётная температура внутри помещения бассейна принимаетсяравной 24°С, что на 2 °С больше температуры воды согласно требованиям санитарных норм [37].

Отдельно рассчитывается тепловой баланс при температуре воздуха снаружи - 30 °С. Рассчитываемыми ограждающими конструкциями принимаются 3 стены (за которыми находится улица) и крыша. При расчёте крыши также учитывается площадь над балконом. Принимается, что остальные ограждения не участвуют в теплообмене, так как за ними находятся отапливаемые помещения.

К суммарным теплопотерям через ограждения спортивного зала согласно проекту применяются следующие поправочные коэффициенты:

        +16% - на стороны света и ветер;

        +5% - для угловых помещений;

        +10% - поправка на высоту зала бассейна;

Таблица 11.4 - Значения коэффициентов теплопередачи и площади ограждающих конструкций зала бассейна

Тип ограждения	Коэффициент теплопередачи k, Площадь ограждения A, м2
Стены	1,047
Остекление	1,89	205,8
Крыша	0,593	624

Результаты расчёта представлены в таблице 11.5 и на рисунках11.3 и 11.4.

Таблица 11.5 - Результаты расчёта системы вентиляции зала бассейна

Месяц	Температура наружная tн, °С	Теплопотери Qогр, Вт	Нагрев от радиаторов Qрад, Вт	Нагрев от вентиляции Qвент, Вт	Требуемый расход воздуха L, м3/ч
Октябрь	4,2	31664	15877	15787	7981
Ноябрь	-3,4	42768	24425	18342	9273
Декабрь	-9,6	51827	31994	19832	10026
Январь	-13,5	57525	35503	22022	11133
Февраль	-12,6	56210	32863	23346	11803
Март	-5,8	46275	28572	17702	8949
Апрель	5,8	29326	15144	14182	7170
Холодная пяти-дневка	-30 (при tв=24 °С)	81633	56164	25468	12875

Рисунок 11.3 - Тепловой баланс зала бассейна

Рисунок 11.4 - Сравнение производительности в различных вариантах расчёта вентиляционной системы зала бассейна

Расчёт производился по формулам, приведённым в главе 11.1.1 Полученные результаты показывают, что условие поддержания заданной температуры воздуха помещения бассейна является приоритетным по сравнению с обеспечением влажностного режима (см. главу 11.1.2).

 

11.2 Снижение затрат путём использования тепла вытяжного воздуха

Использование теплоты удаляемого воздуха для нагрева приточного воздуха позволяет на 50-70% снизить расход теплоты вентиляционными системами. Для этих целей применяют рекуперативные и регенеративные теплообменники.

Регенеративные (роторные) теплообменники обладают наибольшей эффективностью, однако при их работе удаляемый воздух частично возвращается в приточный, что может быть недопустимо при наличии в удаляемом воздухе вредных веществ или избыточной влаги (сухости).

Рекуперативные пластинчатые теплообменники имеют несколько меньший КПД по теплу, однако при их использовании не происходит смешение потоков воздуха. Как роторные, так и пластинчатые рекуператоры подвержены обмерзанию при слишком низких температурах наружного воздуха и при высокой влажности вытяжного воздуха.

Рисунок 11.5 - Примерная схема работы роторного регенератора

Рекуперативные теплообменники с промежуточным теплоносителем обладают наименьшим КПД, однако менее подвержены обмерзанию и допускают расположение вытяжного и приточного каналов на значительном расстоянии друг от друга.

 

11.2.1 Расчёт рекуператорной установки бассейна

С учётом того, что вытяжной воздух бассейна обладает повышенным содержанием влаги, более целесообразным видится использование рекуперативного теплообменника с промежуточным теплоносителем типа этиленгликоль. Для расчёта используем методику, изложенную в пособии [38]. Расчёты производим исходя из известного расхода воздуха L = 12000 м³/ч (что соответствует массовому объёму G=14160 кг/ч), температуры удаляемого воздуха 28°С (забор воздуха производим в верхней части бассейна) и температуры наружного воздуха (средней в каждом месяце). Характеристики для калорифера берутся из паспортных данных для калорифера КВБ-11 при теплоносителе воде.

Зная фронтальное сечение по воздуху калориферной установки F=0,8665 м², определим фактическую массовую скорость воздуха в калорифере:

.

При полученной массовой скорости коэффициент теплопередачи калориферов по рисунку IV.15 из пособия [38] равен k_к =22,8. Зная поверхность теплообмена одного калорифера F_то =95,63 м². Определим безразмерный параметр N_t:

.

Рисунок 11.6 - Схема работы гликолевого рекуператора

Рассчитаем калорифер при наиболее благоприятных условиях и температуре наружного воздуха t_н= - 28 °С. Тогда по графику IV.17 из пособия [38] примем безразмерный параметр и определим коэффициент эффективности установки E = 0,5.

Следующий этап - определение температуры, до которой может быть нагрет воздух за счёт утилизированной теплоты t_н2:

.

Количество утилизируемой теплоты за час работы рекуператора Q_ут:

.

Для дополнительного подогрева воздуха до необходимой температуры притока t_пр=30 °С (проектное значение при наружной температуре - 30 °С) достаточно будет 1 калорифера КФБ-7, который уже установлен в вентиляционной шахте. При этом количество тепла, необходимое для подогрева, составит:

,

где F_то - площадь поверхности теплообмена в калорифере;_пр=t_н - температура приточного воздуха.

Полученная величина в 36416 Вт соответствует 31312 .

Рассчитаем таким же образом показатели для каждого месяца эксплуатации бассейна, определяя объём сэкономленных средств за месяц по формуле:

где E - количество сэкономленной за месяц тепловой энергии, Гкал;

τ - количество часов работы вентиляции в году, для бассейна принято 693 ч;

Э - сумма сэкономленных за месяц денежных средств за счёт утилизации тепла, тыс. руб;

С_тепл - цена одной Гкал согласно договору теплоснабжения, принято 933 руб/Гкал.

Результаты расчёта занесены в таблицу 11.6.

Таблица 11.6 - Расчёт потенциальной экономии тепловой энергии рекуператорной установкой бассейна

Месяц	tн, °С	tн2, °С	E	Qут, ккал/ч	E, Гкал	Э,руб
Октябрь	4,2	16,8	0,53	42867	29,707	27717
Ноябрь	-3,4	14,2	0,56	59757	41,412	38637
Декабрь	-9,6	11,8	0,57	72835	50,474	47093
Январь	-13,5	10,6	0,58	81799	56,687	52889
Февраль	-12,6	10,7	0,575	79336	54,980	51296
Март	-5,8	13,1	0,56	64325	44,577	41590
Апрель	5,8	17,3	0,52	39231	27,187	25366
За год	-	-	-	-	305,024	284588

 

11.2.2 Расчёт рекуператорной установки игрового зала

В игровом зале возможно использование более эффективной рекуперативной установки роторного типа, так как в удаляемом воздухе не содержится избытка влаги или вредных примесей. При этом осуществляется перенос не только температуры, но и части влаги удаляемого воздуха.

Количество утилизируемой теплоты Q_ут в час определим по формуле:

,

где G - расход приточного воздуха, кг/ч;

 - удельная теплоёмкость наружного (приточного) воздуха, ;_н иt_н2 - температура на входе в утилизатор и на выходе из него, °C;

,278 - коэффициент перевода размерности из

Выполним подробный расчёт при параметрах для декабря: температура наружного воздуха t_н= - 9,6 °С, влагосодержание d_н=1,43 г/кг и относительная влажность j_н= 79%. Параметры внутреннего воздуха примем согласно условию поддержания температуры воздуха в помещении воздушным отоплением (см. главу 11.2.3): температура приточного воздуха 22 °С, температура внутреннего воздуха 17 °С (19 °С при заборе воздуха в верхней части зала).

Для определения температуры t_н2приточного воздуха на выходе из рекуператора воспользуемся программой подбора роторного рекуператора компании Heatex [39]. Выберем рекуператор без сорбционной насадки (без переноса влаги) с диаметром ротора 1200 мм и частотой вращения 15 мин^-1.

По результатам расчёта программы поступающий воздух нагревается вращающимся ротором до температуры t_н2=3,3°С.

При этом суммарное количество утилизируемой теплоты Q_ут составит величину:

,

что соответствует 46440.

Влагосодержание воздуха при нагреве при этом не изменяется, а относительная влажность уменьшается до j_н2=30,2 %. Для обеспечения отопления помещения воздух подогревается водяных калорифером (установленным КФБ-7) до температуры 22 °С. Количество тепловой энергииQ_пр, необходимой для подогрева будет равно:

где L_в - объёмный расход приточного воздуха, для декабря принят 12000 м³/ч;

 - плотность воздуха, кг/м³;

 - теплоёмкость воздуха, ;

 - температура воздуха, поступающего в помещение и температура приточного воздуха на выходе из рекуператора,°С;

,278 - коэффициент перевода размерности из

После смешения приточного воздуха с воздухом в игровом зале его температура снижается до 17-19 °С, а влагосодержание повысится за счёт поступления влаги от занимающихся спортсменов, которое можно вычислить по следующей формуле:

где d_в, d_пр - влагосодержание воздуха в помещении игрового зала и приточного воздуха соответственно, г/кг;- количество занимающихся спортсменов, принято 40 чел.;_спорт - поступления влаги от одного спортсмена, принято 180 г/ч (как при тяжёлой работе);_в - массовый расход приточного воздуха, кг/ч.

Таким образом, при заборе воздуха из верхней части помещения зала параметры удаляемого воздуха будут следующими: температураt_в19 °С, влагосодержание d_в 1,91 г/кг, относительная влажностьj_в 14,3 %.

Рассчитаем таким же образом показатели для каждого месяца эксплуатации игрового зала, определяя объём сэкономленных средств за месяц по формуле:

где E - количество сэкономленной за месяц тепловой энергии, Гкал;

τ - количество часов работы вентиляции в году, для игрового зала принято 462 ч (16 часов в сутки, учитывая перерыв на ночь);

Э - сумма сэкономленных за месяц денежных средств за счёт утилизации тепла, тыс. руб;

С_тепл - цена одной Гкал согласно договору теплоснабжения, принято 933 руб/Гкал.

Из полученной суммы вычитаются затраты на электроснабжение работы двигателя рекуператора мощностью 90 Вт.

Результаты расчёта занесены в таблицу 11.7.

Таблица 11.7 - Расчёт потенциальной экономии тепловой энергии рекуператорной установкой игрового зала

Месяц	tн, °С	tн2, °С	jв, %	Qут, ккал/ч	E, Гкал	Э,руб
Октябрь	4,2	11,3	32	25560	11,809	10897
Ноябрь	-3,4	7	21	37440	17,297	16018
Декабрь	-9,6	3,3	14	46440	21,455	19897
Январь	-13,5	0,9	11	51840	23,950	22225
Февраль	-12,6	1,5	12	50760	23,451	21759
Март	-5,8	5,6	18	41040	18,960	17570
Апрель	5,8	12,1	32	22680	10,478	9656
За год	-	-	-	-	127,401	118022

 

11.3 Автоматизация системы вентиляции

Автоматизация и регулирование системы вентиляции зачастую позволяет значительно снизить потребление тепловой и электрической энергии. Требуемая производительность системы вентиляции непосредственно связаны с обеспечением теплового режима в помещении, количеством человек в помещении или обеспечение влажностного режима (для бассейна). Таким образом, регулирование работы вентиляции в зависимости от вышеперечисленных факторов представляет большой интерес с точки зрения энергосбережения.

11.3.1 Определение теплового режима помещения при отключении вентиляции

В главе 11.1 была рассчитана необходимая производительность системы вентиляции для поддержания в помещениях игрового зала и бассейна требуемых параметров воздуха. При этом в некоторое время работу вентиляции представляется возможным отключать полностью, так как при отсутствии людей в помещении воздухообмен не требуется. Однако необходимо учесть, что в игровом зале вентиляция также обеспечивает дополнительное отопление помещения. Водяное отопление в игровом зале по проекту обеспечивает температуру 5 °С.

При отключении или снижении производительности вентиляционных установок температура в помещении будет снижаться. При этом на момент начала занятий температура воздуха должна быть восстановлена до требуемых значений. Таким образом, необходимо определить, на какое время допустимо отключение (или изменение режима работы) системы вентиляции.

Выполним примерный расчёт для игрового зала в условиях февраля. Примем температуру внешней поверхности стены постоянной и равной температуре наружного воздуха t_н=-13,5 °С. Температура воздуха в зале t_в=17 °С, толщина стены 0,5м, коэффициент температуропроводности 0,00146 м²/ч. Для приблизительного расчёта примем за определяющую температуру внутренней поверхности стены помещения t_пов, которая в момент времени z будет равна:

где t_о - температура внутренней поверхности стены, которая установится на момент окончания нестационарного процесса (при z→ ∞), по проекту t_о=5°С;_в - температура внутри помещения перед началом изменения теплового режима, t_в=17°С;

θ_пов - относительная температура, определяемая из графика.

Для определения θ_пов по графику необходимо рассчитать показатель F_о, определяемый как:

где a - коэффициент температуропроводности ограждения, м²/ч

δ - толщина стены, м;- показатель времени, ч.

Показатель F_о рассчитывается для каждого часа отопления помещения без вентиляции. Результаты расчёта занесены в таблицу 11.8.

Таблица 11.8 - Расчёт параметров нестационарной теплопередачи по методике в учебном пособии [40]

z, ч	Fо	1 - θпов	tпов, °С
1	0,00584	0,99	16,7
2	0,01168	0,97	16,1
3	0,01752	0,94	15,2
4	0,02336	0,93	14,9
5	0,0292	0,92	14,6
6	0,03504	0,91	14,3
7	0,04088	0,88	13,3
8	0,04672	0,82	11,5

Таким образом, полное выключение вентиляционной установки не приводит к резкому понижению температуры в помещении. Для приблизительных расчётов примем, что установки будут выключаться на время, равное половине от длительности нерабочего периода.

 

11.4.2 Автоматизация вентиляции помещения игрового зала

Самый простой способ экономии электрической и тепловой энергии при работе вентиляции - полное её отключение в нерабочее время. Игровой зал не используется в среднем 12 часов в сутки. Если допустить, что хотя бы на половину этого времени вентиляция будет выключаться, то тогда годовая экономия составит

где Э_эл - годовая экономия на электрической энергии, руб;- количество дней работы электродвигателя в год, принято 231 дней;- длительность нахождения электродвигателя в выключенном состоянии в сутки, ч;- мощность электродвигателя, кВт.

Результаты расчёта отражены в таблице 11.9

Таблица 11.9 - Результаты расчёта экономии электрической энергии при диспетчеризации вентиляции в зале бассейна

№	Помещения, обслуживаемые системой	Мощность электро- двигателей, кВт	Время отключения в сутки, ч	Экономия электрической энергии в год, руб
П-1	Бассейн	7,5 кВт.	4	20097
П-2	Игровой зал	5,5 кВт.	6	22107
П-3	Зал аэробики	0,55 кВт.	6	2211
П-4	Раздевалки	0,25 кВт	6	1005
В-1, В-2, В-3	Бассейн	3,55 кВт	4	9513
В-4	Игровой зал и зал аэробики	15 кВт	6	60291
В-5	Душевые и туалеты Iэтажа (мужские и женские)	4,4 кВт	6	17685	Душевые бассейна	2,2 кВт	4	5895
	Спорт - комплекс	38,95 кВт	-	132909

Дополнительная экономия обеспечивается за счёт исключения траты тепловой энергии на подогрев приточного воздуха в калориферах игрового зала и бассейна. Примем, что на время выключение работы вентиляционных установок подача горячей воды через калориферы автоматически перекрывается. Тогда количество сэкономленных за год денег на оплате тепловой энергии определится как:

где Э_тепл - годовая экономия на тепловой энергии, руб;- количество дней работы вентиляционной установки в год, принято 231 дней;- длительность перекрытия подачи воды в калорифер в сутки, ч;- количество сэкономленной за час тепловой энергии, ккал/ч;

^-6 - коэффициент перевода из ккал в Гкал.

Количество сэкономленной за час тепловой энергии в свою очередь будет равно:

где L_{в -} объёмный расход приточного воздуха, м³/ч;

 - плотность приточного воздуха, кг/м³;_в - теплоёмкость приточного воздуха, ;

,2388 - коэффициент перевода из кДж/кг в ккал/час;_пр, t_в - температура воздуха на выходе из калорифера и температура наружного воздуха соответственно, °С.

Рассчитаем экономию для каждого месяца и занесём результат в таблицу 11.9.

Таблица 11.9 - Результаты расчёта экономии тепловой энергии при диспетчеризации вентиляционной установки игрового зала

Месяц	Температура наружного воздуха tн, °С	Экономия тепловой энергии в час, ккал/ч	Экономия денежных средств за месяц, руб
Октябрь	4,2	65694	6865
Ноябрь	-3,4	93742	9796
Декабрь	-9,6	116625	12187
Январь	-13,5	131018	13691
Февраль	-12,6	127696	13344
Март	-5,8	102600	10721
Апрель	5,8	59789	6248
За год	-	-	72851

12. Энергосбережение в системе отопления

12.1 Снижение расхода тепловой энергии за счёт утепления ограждающих конструкций

Учитывая значительные потери тепла в помещениях игрового зала и бассейна, представляется целесообразным утепление их фасадов, остекления и покрытия крыши.

Примем, что путём утепления ограждений (и замены стеклопакета на новый) их коэффициенты теплопередачи уменьшились до значений, которое соответствует современным требованиям в энергоэффективных строениях (таблица 12.1).

Таблица 12.1 - Изменение коэффициентов теплопередачи после утепления ограждающих конструкций

Ограждение	k фактический, k после утепления,
Стена игрового зала	1,2441	0,5051
Остекление игрового зала	2,326	1,39
Кровля игрового зала	0,76758	0,28
Стена зала бассейна	1,047	0,5051
Остекление зала бассейна	1,89	1,39
Кровля зала бассейна	0,593	0,28

Пересчитаем теплопотери помещений, учитывая новые коэффициенты теплопередачи. Экономия тепловой энергии будет равна разности тепловых потерь до и после утепления. Рассчитаем количество сэкономленной энергии и денежных средств для каждого месяца, занеся результаты в таблицу 12.2 и 12.3 для игрового зала и бассейна соответственно.

Таблица 12.2 - Результаты расчёта экономии тепловой энергии при утеплении ограждающих конструкций игрового зала

Месяц	Потери до утепления, Вт	Потери после утепления, Вт	Экономия, ГКал	Экономия, руб
Октябрь	24591	10984	8,423	7859
Ноябрь	37282	16631	12,784	11928
Декабрь	47635	21237	16,342	15247
Январь	54147	24135	18,579	17335
Февраль	52644	23466	18,063	16853
Март	41289	18414	14,161	13212
Апрель	21919	9795	7,505	7003
За год	-	-	95,858	89437

Таблица 12.3 - Результаты расчёта экономии тепловой энергии при утеплении ограждающих конструкций зала бассейна

МесяцПотери до утепления, ВтПотери после утепления, ВтЭкономия, ГКалЭкономия, руб
Октябрь	31664	18071	8,415	7851
Ноябрь	42768	24370	11,390	10626
Декабрь	51827	29508	13,816	12891
Январь	57525	32741	15,343	14315
Февраль	56210	31995	14,990	13986
Март	46275	26359	12,329	11503
Апрель	29326	16745	7,789	7267
За год	-	-	84,072	78439

13. Подбор оборудования для автономного энергоснабжения спорткомплекса

Разработаем проект системы автономного энергоснабжения (САЭ) на примере спорткомплекса СГАУ. За исходные данные для этого возьмём энергетическую характеристику объекта, показатели которой были рассчитаны в предыдущих главах.

Таблица 13.1 - Основные показатели потребления энергии спорткомплекса

Параметр	Значение
Максимальная тепловая нагрузка	0,924 МВт
Среднегодовая тепловая нагрузка	0,535 МВт
Среднегодовая электрическая мощность	68 кВт
Длительность отопительного периода	203 суток
Количество суток работы спорткомплекса в году	298 суток

В таблице 13.2 представлены потребители тепловой энергии.

Таблица 13.2 - Исходные данные для проектирования системы теплоснабжения спорткомплекса

Система	Максимальная (пиковая) мощность	Среднечасовая мощность, кВт
Отопление	272 кВт / 0,234 Гкал/ч	193,6 кВт / 0,167 Гкал/ч
Вентиляция	437 кВт / 0,376 Гкал/ч	166,3 кВт / 0,143 Гкал/ч
Горячее водоснабжение	215 кВт / 0,185 Гкал/ч	84,9 кВт / 0,073 Гкал/ч
Подогрев воды бассейна	90,7 кВт / 0,078 Гкал/ч	90,7 кВт / 0,078 Гкал/ч
Общее потребление	1014,7 кВт / 0,873	535,5 кВт / 0,461 Гкал/ч

Проектная мощность автономной системы должна обеспечивать максимальные (пиковые) нагрузки объекта. При этом для надёжного и бесперебойного обеспечения электрической и тепловой энергией объекта рекомендуется принять номинальную мощность установок на 10-20% больше требуемой. Поэтому примем для расчёта электрическую мощность автономной системы P_эл =70….80 кВт, тепловую мощность P_тепл = 1…1,2 МВт. Мощность установленной электрокотельной при расчёте потребления электричества не учитывается, так как она входит в потребление тепловой энергии.

При данных значениях требуемой мощности наиболее эффективным является применение газопоршневых установок с использованием когенерации [42]. Также интерес представляет технико-экономическая оценка возможности применения возобновляемых источников энергии как перспективного направления.

Таким образом, на основании полученных данных рассмотрим внедрение двух проектов автономного энергоснабжения спорткомплекса СГАУ:

а)       на основе газопоршневой когенерационной установки;

б)      с применением альтернативных источников энергии.

13.1 Разработка САЭ спорткомплекса на основе газопоршневой когенерационной установки и газовой котельной

Газовое топливо остаётся относительно дешёвым в России, кроме того по сравнению с остальными видами углеводородного топлива при сжигании газа выбрасывается несколько меньшее количество вредных веществ. Оптимальным выбором в рамках нашего проекта является установка газопоршневой установки для электрообеспечения спорткомплекса и газовых котельных.

Газопоршневая когенерационная установка (ГПУ) представляет собой поршневой двигатель внутреннего сгорания, коленчатый вал которого приводит в действие электрогенератор, расположенный на общей раме. В качестве топлива такие установки потребляют газ различного химического состава. При их работе вырабатывается как электрическая энергия от работы электрогенератора, так и тепловая энергия, получаемая за счёт утилизации уходящих газов и тепла от нагрева элементов двигателя. Основные показатели и преимущества таких установок рассмотрены в главе 1.3.1.

Блочно-модульная газовая котельная представляет собой набор блоков укомплектованных основным и вспомогательным оборудованием, установленным в заводских условиях. Размер блоков позволяет транспортировать их всеми видами транспорта. Предусматривается установка в котельных систем телеметрии, коммерческих узлов учета расхода газа, холодной и горячей воды, вырабатываемого тепла и электроэнергии. Для хранения запасов сжиженного газа котельную снабжают резервуарами-газгольдерами, а для котельных мощностью свыше 200 кВт - испарительными установками, поскольку испарительной мощности газгольдеров не хватает для обеспечения работы котельного оборудования.

13.1.1 Подбор оборудования для первого проекта САЭ спорткомплекса

Электроснабжение и (частично) теплоснабжение спорткомплекса СГАУ будет обеспечивать ГПУ Waukesha VSG11G электрической мощностью 75 кВт. Когенерационный электроагрегат VSG11G предназначен для использования в качестве основного или резервного источника переменного трехфазного тока напряжением 400 В, частотой 50 Гц и тепловой энергии при автономной и параллельной работе в составе энергетических модулей. Технические характеристики агрегата представлены в таблице 13.3.

Рисунок 13.1 - Когенерационная газопоршневая установка Waukesha VSG11G

Таблица 13.3 - Технические характеристики установки Waukesha VSG11G

Номинальная электрическая мощность	75 кВт
Номинальная тепловая мощность	106 кВт (0,091 Гкал/ч)
Род тока	Переменный трёхфазный, 400 В, 50 Гц
Расход газа при номинальной мощности	26 нм3/ч
Номинальная температура сетевой воды (вход/выход)	65/80
Производительность насоса сетевой воды	0,1 Мпа (10200 кг/м2)
Номинальный расход масла	0,3 г/кВт·ч
Масса сухого агрегата, не более	2450 кг
Стоимость (с утилизаторами)	3 200 000 рублей

При данной электрической мощности потребность спорткомплекса в электроэнергии с запасом в 10%, что повышает надёжность такой системы. С другой стороны, не происходит снижения режима работы ГПУ ниже 60% от номинального, что обеспечивает устойчивую работу агрегата. Вырабатываемую тепловую энергию представляется целесообразным подвести к системе подогрева воды в бассейна, так как мощности двух этих систем практически совпадают - 106 и 91 кВт соответственно.

Оставшаяся потребность в тепловой энергии составляет 445 кВт (среднечасовая) и 924 кВт (пиковая). Для обеспечения этой потребности была рассчитана установка трёх модульных котельных на газовом топливе по 350 кВт мощности каждая. Применение трёх установок меньшей мощности обеспечивает большую надёжность системы при выводе одной установки из строя, а также позволяет отключить одну из установок (в переходные периоды). Такой вариант позволяет сэкономить значительную часть средств на топливе и эксплуатационных затратах. Оставшиеся 2 установки при этом будут регулировать требуемую мощность за счёт автоматики.

Рисунок 13.2 - Блочно-модульные газовые котельные различной мощности

Подберём 3 котельных типа ТКУ-300 максимальной мощностью 350 кВт. ТКУ-300 комплектуются водогрейными котлами с атмосферной горелкой КЧМ отечественного или импортного производства. По заказу ТКУ-300 может комплектоваться, системой учета тепловой энергии, системой дистанционного управления и другим технологическим оборудованием. Технические характеристики установки котельной представлены в таблице 13.4.

Таблица 13.4 - Технические характеристики газовой котельной ТКУ-300

Тепловая мощность, кВт	300-350
КПД котлов в ТКУ-300 (БКУ-300), %	87
Напряжение электрической сети, В	380
Температурный режим теплоснабжения,°С	95-70
Рабочее давление воды, МПа, не более	0,3
Максимальный расход газа, нм3/ч	32,4
Потребляемая электрическая мощность, кВт/час	4,8
Давление газа на входе в котельную, кПа, не менее	1,3
Количество котлов	3
Стоимость	1 220 000 руб.

13.2 Нетрадиционные источники энергии

В качестве нетрадиционных источников энергии для выработки электроэнергии для первого проекта автономного энергоснабжения спорткомплекса СГАУ будут рассмотрены ветрогенератор, солнечные панели и тепловой насос. Теплоснабжение спорткомплекса осуществляется котельной на древесных пеллетах.

13.2.1 Установка ветрогенератора

Для покрытия основной потребности спорткомплекса в электроэнергии целесообразно установить 2 ветровых электрических генератора мощностью около 30 кВт каждый. Основным определяющим фактором их эффективности будет среднесуточная скорость ветра. На Нижнем Поволжье (в границы которого входит и Самара) средняя скорость ветра на высоте 10 метров оценивается в 5,5-6 м/с. В среднем ветрогенераторы необходимой мощности размещаются на мачте высотой 20-40 метров. На такой высоте средняя скорость ветра будет выше и может достигать 7-8 м/с, что уже обеспечивает вполне приемлемую работу ветряных генераторов вблизи области номинальной мощности.

Тем не менее, для надёжного обеспечения спорткомплекса электрической энергией необходимо установить ветрогенераторы с большим запасом мощности. Данное решение позволит покрыть большую часть электропотребления даже при слабом ветре. В соответствии с этим требованием подберём 3 ветрогенератора номинальной мощностью 30 кВт фирмы ECIndustry.

Высота мачты составляет 18 м, что позволит лопастям работать в зоне интенсивных ветровых потоков (7-8 м/с). Для проекта также подбирается оригинальная инверторная установка, преобразующая ток электрических генераторов. Технические характеристики ветроустановки приведены в таблице 13.5.

Таблица 13.5 - Технические характеристики ветрового электрогенератора ECIndustry 30 kW

Диаметр крыльчатки, м	12,5
Количество лопастей	3
Материал лопасти	Стекловолокно
Длина лопасти, м	6,25
Занимаемая площадь, м2	122,66
Номинальное число оборотов, об/мин	100
Номинальная скорость ветра, м/с	12
Тип генератора	Трехфазный генератор с пост. магнитами
Номинальная мощность, Вт	30000
Максимальная мощность, Вт	35000
Выходное напряжение, В	380
Начальная скорость ветра, м/с	3,5
Рабочая скорость ветра, м/с	3-20
Максимальная скорость ветра, м/с	40
Высота мачты, м	18
Полная масса, кг	1130
Диаметр вала, мм	426
Тип мачты	Стальная труба с растяжками
Ценовые показатели
Цена ветрогенератора	1159200
Цена мачты	234000
Цена инвертора (380 В)	361000
Итого	1754200

Рисунок 13.3 - Кривая мощности ветрогенератора EverlightFD10K.

13.2.2 Использование солнечных панелей

Оставшуюся часть электрической мощности (около 10-15 кВт) планируется распределить на солнечные панели.

Кроме того, в период безветрия солнечные модули должны выполнять запасного источника электроэнергии.

Для проекта автономного энергоснабжения выберем фотоэлектрический модуль Моно-200 отечественного производства.

Параметры модуля, выбранного для данного проекта приведены в таблице.

Таблица 13.6 - Характеристики ФЭ модуля Mоно-200-24В

Параметр	Значение
Мощность, Вт	200 ± 4
Номинальное напряжение, В	24
Напряжение в точке максимальной мощности, В	37,7
Ток в точке максимальной мощности, А	5,3
Ток короткого замыкания, А	5,6
Вес, кг	15
Размеры, мм	1580×800×35мм
Экономические параметры
Минимальный срок службы, лет	20
Стоимость, руб	11900

Площадь одного модуля:

Большинство времени спорткомплекс эксплуатируется в холодный период года, когда погода преимущественно пасмурная и количество солнечной инсоляции невелико. Более того, в зимний период работу фотоэлектрических модулей затрудняют осадки в виде снега. Учитывая эти факторы, примем устанавливаемое количество модулей в 3 раза больше и равной N=150 шт., чтобы обеспечить номинальную мощность.

Рисунок 13.4 - Характеристика фотоэлемента Моно-200.

Определим площадь, занимаемую фотоэлектрическими панелями:

Учитывая, что площадь крыши спорткомплекса составляет 1432 м², монтаж такого числа панелей легко обеспечивается.

13.2.3 Котельные на топливных пеллетах

Покрытие потребности значительной тепловой мощности в зимний период за счёт альтернативных источников энергии возможно только при применении геотермальной энергии. Такой вариант не представляется возможным по причине отсутствия в радиусе доступности спорткомплекса геотермальных станций. Тем не менее, оптимальным вариантом является применение классической схемы котельной, с применением топливных пеллетов в качестве топлива.

Для проекта выберем 3 пеллетные котельные TermomeccanicaCS400 максимальной мощностью 400 кВт, которые полностью обеспечивают потребность в тепловой энергии. Технические характеристики котельной приведены в таблице 13.7 Подключение установок и регулирование режима их работы выполняется аналогично газовым котельным в первом проекте системы автономного энергоснабжения (глава 13.1).

Рисунок 13.5 - Общий вид котельной на топливных пеллетах Termomeccanica CS400

Таблица 13.7 - Технические характеристики котельной Termomeccanica CS400

Номинальная мощность
Максимальный расход топлива	95,91 кг/час
Объём воды в котле	1250 л
Максимальное рабочее давление	3 бар
Мощность сетевого насоса	2,4
Вес пустого котла	2750 кг
Стоимость установки	1860000 руб.

14. Технико-экономическое обоснование внедрения энергосберегающих мероприятий

14.1 Технико-экономическое обоснование модернизации системы электроснабжения

14.1.1 Расчёт срока окупаемости замены светильников на современные аналоги

Экономия электроэнергия при замене устаревших ламп на современные аналоги, рассчитанная в главе 10.2.1, составила 9727, 37581 и 23113 рублей для каждого варианта соответственно. При этом производится закупка и установка следующего оборудования:

-       33 компактных люминесцентных ламп мощностью 20 Вт. Цена одной лампы - 160 руб., стоимость всех ламп - 5280 руб;

-       25 светодиодных ламп типа Квазар-400. Цена одной лампы (вместе с блоком питания) - 4580 руб., стоимость всех ламп - 114 500 руб.

-       для обеспечения требуемых норм освещённости закупаются 25 светодиодных прожекторов по цене 7600 рублей, общая цена комплекта - 190000 рублей.

Рассчитаем сроки окупаемости для каждого варианта замены.

Расходы на монтаж не учитываются, так как замена ламп не требует специальных навыков и выполняется техническим персоналом спорткомплекса.

Затраты на эксплуатацию осветительных приборов также отсутствуют. Тогда срок окупаемости составит:

-       для компактных люминесцентных ламп

-       для светодиодных ламп типа Квазар-400

-       для светодиодных прожекторов

14.1.2 Расчёт срока окупаемости автоматизации системы освещения

Для обеспечения работы осветительных приборов в зависимости от присутствия людей в помещении установим инфракрасные датчики движения. Для этого закупается следующее оборудование:

-       12 датчиков типа Контроль-люкс-180 с углом обзора 180° для помещений туалетов, душевых и коридоров. Цена одного датчика - 625 рублей, стоимость всего комплекта - 7500 рублей.

-       16 датчиков типа Duwi 15288 с углом обзора 110° для раздевальных помещений. Цена одного датчика - 249 рублей, стоимость всего комплекта - 3984 рублей.

Общая стоимость всех датчиков составит З_датч=13264 рубля. При расчёте примем затраты на коммутационное оборудование +5% и на монтажные работы +10%. Тогда затраты на установку датчиков движения будут равны:

Годовая экономия энергии за счёт автоматизации системы освещения, рассчитанная в главе 10.2.1, составила Э=30759 руб. Тогда срок окупаемости будет равен:

14.1.3 Расчёт срока окупаемости при замене электродвигателей системы вентиляции

Для обеспечения требуемого воздухообмена воздуха необходимо установить двигатели соответствующей мощности. При этом согласно расчёту в главе 10.1 мощность этих двигателей будет ниже почти в 2 раза. Рассчитаем вариант замены существующих электродвигателей и крыльчаток основных вентиляционных установок. Подберём вентиляторы низкого давления типа ВР 80, являющиеся аналогами используемых в проекте ВЦ 4-70, а также электродвигатели к ним. Стоимость установок определялась из прайс-листа компании ООО "Вент-Электро" [36]. Подберём 6 электродвигателей для замены существующих:

Вентиляционная установка	Вентилятор	Электродвигатель	Цена, руб
П-1	ВР-80-75 №6,3	АИР100 L6	22650
П-2	ВР-80-75 №8	АИР132М6	38840
П-4	ВР-80-75 №2,5	АИР63А4	6790
В-1	ВР-80-75 №6,3	АИР100 L6	22650
В-4	ВР-80-75 №8	АИР112МВ6	33790
В-5	ВР-80-75 №3,15	АИР80А4	9460
Итого	-	-	134180

При определении затрат на установку новых вентиляторов и электродвигателей примем следующие поправочные коэффициенты: на перепроектирование системы вентиляции +20%, на монтаж оборудования +30%, на закупку и монтаж воздуховодов +30%, на ремонт вентиляционной шахты и фильтров +20%.

Тогда общие затраты на модернизацию всей вентиляционной системы составят:

Годовая экономия энергии за счёт автоматизации системы освещения, рассчитанная в главе 10.1, составила Э=339720 руб. Тогда срок окупаемости будет равен:

14.2 Технико-экономическое обоснование модернизации системы вентиляции

14.2.1 Расчёт срока окупаемости установки утилизаторов тепловой энергии вытяжного воздуха помещения бассейна

В системе вентиляции согласно расчёту в главе 11.3.1 устанавливается система рекуператоров с промежуточным теплоносителем типа этилен-гликоль. При этом необходимо следующее оборудование:

-      6 калориферов типа КВБ-11. Цена одного калорифера - 26150 руб, стоимость всего комплекта - 156900.

-      смесительный узел гликолевого рекуператора типа MU120-60GR. Цена узла вместе с электродвигателем 1,45 кВт - 164250 рублей.

Таким образом, затраты на закупку оборудования для гликолевого рекуператора составят 321150. При расчёте суммарных затрат примем следующие поправочные коэффициенты: +5% на коммутационное оборудование, +10% на составление проекта рекуператора и воздуховодов, +25% на монтажные работы и переоборудование воздуховодов. Тогда затраты на установку рекуператора с промежуточным теплоносителем составят:

Годовая экономия энергии за счёт утилизации тепла вытяжного воздуха, рассчитанная в главе 13.3.1, составила Э=284588 руб. Тогда срок окупаемости будет равен:

14.2.2 Расчёт срока окупаемости установки утилизаторов тепловой энергии вытяжного воздуха игрового зала

Для игрового зала подберём роторный рекуператор, рассчитанный на расход воздуха 12000 м³/ч. В настоящее время практически единственной отечественной фирмой, производящей роторные рекуператоры является фирма Арктос. Для вентиляционной установки игрового зала выберем роторный теплообменник Арктос RR 1000-500 по цене Ц₁=297090 рублей. Из зарубежных производителей выберем роторный рекуператор RCA 12000 итальянской фирмы Tecnaстоимостью Ц₂=459000 рублей.

При расчёте затрат вводятся следующие поправочные коэффициенты: +10% и +20% на доставку отечественного и зарубежного оборудования соответственно. Стоимость монтажных, пуско-наладочных работ и работ по переоборудованию системы воздуховодов приблизительно оценим в 140000 рублей, включая затраты на расходные материалы. Тогда затраты на установку рекуператоров составят:

-      для рекуператорафирмы Арктос:

-      для рекуператора фирмы Tecna:

Годовая экономия энергии за счёт утилизации тепла вытяжного воздуха, рассчитанная в главе 13.3.2, составила Э=118022 руб. Тогда срок окупаемости будет равен:

-      для рекуператора фирмы Арктос:

-      для рекуператора фирмы Tecna:

14.3 Технико-экономическое обоснование внедрения первого проекта автономного энергоснабжения спорткомплекса

Экономия при создании собственных генерирующих объектов определяется по соотношению себестоимости произведённой энергии и стоимость тех же объёмов энергии при покупке от централизованных сетей. Для определения себестоимости производимой на САЭ энергии необходимо определитьгодовые затраты на покупку топлива для ГПУ и котельной:

где З_топл - годовые затраты на покупку топлива, руб;_год - годовое потребление энергии спорткомплексом, кВт·ч;

С₁ - стоимость 1 кВтч произведённой установкой энергии, руб/кВт·ч.

Стоимость 1 кВт·ч установки определим по формуле:

где Lг - средний расход газа при работе установки, м³/ч;

Ц_г - стоимость 1 кубометра газа, руб;- мощность установки, кВт.

Примем, что при среднем расходе газа установки покрывает всю необходимую потребность спорткомплекса в тепловой и электрической энергии. Тогда стоимость 1 кВт·ч электрической энергии составит:

Стоимость 1 кВт·ч тепловой энергии составит:

что аналогично 370 рублям за 1 Гкал.

Годовые затраты на покупку газового топлива будут равны:

К годовым затратам прибавим затраты на замену масла 9848 руб., на покупку масла на доливку (угар) 44265 руб., годовые затраты на замену антифриза 2000 руб., затраты на годовую эксплуатацию и запасные части 39231 руб., которые определяются по паспортным данным и на основе опыта эксплуатации производителя оборудования. Таким образом, общие эксплуатационные затраты для ГПУ составят 95344 рубля. Для котельных в эксплуатационные затраты входят затраты на обслуживание и ремонт котельной и трубопроводов (114242 рубля), а также затраты на электроэнергию для сетевых насосов (19488 рублей в год). Таким образом, годовые затраты на эксплуатацию котельных составят 133730 рублей.

Также важно учесть отчисления в амортизационные фонды:

где Н_а - годовая норма амортизации, %;_перв - первоначальная стоимость основных фондов (см. ниже), руб.

Тогда общие годовые эксплуатационные затраты (включая затраты на топливо) для всех установок составят:

Для расчёта срока окупаемости и размера амортизационных фондов необходимо определить капитальные затраты на строительство и ввод в эксплуатацию автономной системы энергоснабжения. Капитальные затраты определяются по формуле:

где Ц_ГПУ, Ц_кот - цена ГПУ и газовой котельной соответственно, руб;_ГПУ, n_кот - количество установленных ГПУ или котельных;

β_монт - добавочный коэффициент, учитывающий монтажные и пусконаладочные работы;

β_{сист -} добавочный коэффициент, учитывающий дополнительные затраты на проектирование и монтаж дополнительных необходимых установок (теплообменники, распределительные сети и т.д.).

На теплоснабжение и электрическую энергию от централизованных поставщиков спорткомплекс СГАУ за 2013 год потратил 3133157 рублей. Тогда окончательная годовая экономия за счёт производства собственной энергии составит:

Тогда срок окупаемости внедрения первого проекта энергосбережения:

14.4 Технико-экономическое обоснование внедрения второго проекта автономного энергоснабжения спорткомплекса

В случае применения ветрогенераторов и солнечных панелей отсутствуют затраты на закупку топлива. Стоимость электроэнергии определяется только эксплуатационными и амортизационными затратами. Для котельных все параметры рассчитываются аналогично расчёту в главе 14.3.

Годовые затраты для ветрогенератора складываются из затрат на ремонт и плановое обслуживание (116 400 рублей), а также на заработную плату для привлечения сторонних специалистов (40000 рублей в год). Годовые затраты на эксплуатацию солнечных панелей пренебрежимо малы. Таким образом, годовые затраты на эксплуатацию составят 156400 рублей в год. Для котельных в эксплуатационные затраты входят затраты на обслуживание и ремонт котельной и трубопроводов (144234 рубля), а также затраты на электроэнергию для сетевых насосов (20544 рублей в год). Таким образом, годовые затраты на эксплуатацию котельных составят 164778 рублей.

Годовые затраты на закупку топлива (пеллетов) для котельных будут равны:

Капитальные затраты на установку оборудования составят:

Отчисления в амортизационные фонды составят:

Стоит отметить, что только расходы на топливо для пеллетных котельных превышает затраты на закупку тепла у организации почти на 1 миллион рублей и сопоставимы со размером оплаты за все энергоресурсы. Это делает дальнейший расчёт срока окупаемости бессмысленным, так как оборудование раньше будет заменено по сроку службы, чем окупится. Тем не менее, стоит рассчитать срок окупаемости только для ветрогенераторов и солнечных панелей.

Капитальные затраты на электроустановки составят 5017012 + 2061675 = 7078687 рублей, отчисления в амортизационные фонды 301021 + 49480 = 350501 рубль. Годовая экономия при этом будет равна годовой оплате за электроснабжение при закупке энергии у сетевых организаций - 1042782 рубля. Тогда срок окупаемости внедрения ветряных электрогенераторов и солнечных панелей составит:

Следует отметить, что на практике сроки окупаемости первого и второго проектов энергосбережения будут ниже на 10-20% как следствие удорожания энергоресурсов, получаемых из сетей.

15. Безопасность жизнедеятельности

15.1 Определение безопасности жизнедеятельности. Цели и задачи

Безопасность жизнедеятельности (БЖД) - это система знаний, обеспечивающих безопасность обитания человека в производственной и не производственной среде и развитии деятельности по обеспечению безопасности в перспективе с учетом антропогенного влияния на среду обитания.

Основная цель БЖД, как науки - это защита человека в техносфере от негативного воздействия антропогенного и естественного происхождения и достижение комфортных условий жизнедеятельности. Защита человека предполагает, прежде всего, сохранение жизни и здоровья. Средством достижения этой цели является реализация обществом знаний и умений, направленных на уменьшение в техносфере любых негативных воздействий до допустимых значений.

Таким образом, цели БЖД можно расписать как:

-      достижение безаварийных ситуаций;

-      предупреждение травматизма;

-      сохранение здоровья;

-      повышение работоспособности;

-      повышение качества труда.

Для обеспечения комфортности и безопасности конкретной деятельности должны быть решены следующие задачи:

-      идентификация (т.е. анализ источников и причин возникновения опасностей, распознавание, прогнозирование и оценка их воздействия во времени и пространстве) негативного воздействия среды обитания;

-      защита от опасностей или предупреждение воздействия на человека негативных факторов;

-      ликвидация отрицательных последствий воздействия опасных и вредных факторов и разработка защиты от остаточного риска;

-      создание комфортного состояния среды обитания.

 

15.2 Электробезопасность в помещении бассейна

Согласно правилам устройства электроустановок, по степени влажности воздуха существует 4 категории помещений:

-      сухие помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха не превышает 60%. При отсутствии в таких помещениях условий, указанных в 1.1.10 - 1.1.12, они называются нормальными.

-      влажные помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха более 60%, но не превышает 75%.

-      сырые помещения - помещения, в которых относительная влажность воздуха превышает 75%.

-      помещения, в которых относительная влажность воздуха близка к 100% (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой).

Помещение большинства бассейнов относятся к категории влажных помещений (влажность воздуха от 60% до 75%).

Электроснабжение бассейна обеспечивает работу следующих систем:

-      Системы вентиляции (электродвигатели, калориферы, осушители).

-      Система водоподготовки (насосы, системы очистки и фильтрации, электроподогрев воды в тёплый период).

-      Система искусственного освещения.

-      Системы обогрева (газовое лучистое отопление, обогрев обходных дорожек).

-      Слаботочные сети (телефон, аудиокабели).

Несмотря на то, что рабочее напряжение установок, входящих в состав этих систем обычно не превышает 1 кВ, их мощность и токи могут составлять значительную величину. Влажные полы и поверхности помещения могут проводить ток, что является крайне опасным при нарушении изоляции или аварии. Таким образом, при работе этих систем предъявляются особые требования к электробезопасности. К таким мерам можно отнести:

-      Защитное заземление.

-      Использование электроприборов в защитном исполнении (например, климатическое исполнение "У" электродвигателей типа АИР).

-      Применение устройства защитного отключения (УЗО) с током срабатывания до 30 мА.

-      Прокладка кабелей в гофре или коробах (ПВХ).

-      Применение сверхнизкого напряжения.

-      Питание электроприемников должно выполняться от сети 380/220 В с системой заземления ТN-S или ТN-С-S.

-      Использование правильного цветового обозначения проводников.

Если в зданиях требуется устройство молниезащиты, то вводные трубостойки проводного вещания, располагаемые на кровле, подсоединяются к молниезащитной сетке. Если молниезащита отсутствует, то трубостойки заземляются на самостоятельный контур. В крытых бассейнах предусматривается устройство автоматической пожарной сигнализации. Установку извещателей пожарной сигнализации следует предусматривать во всех помещениях, кроме залов ванн, вентиляционных камер, душевых, умывальнях, санитарных узлов и других помещений с мокрым режимом, а также помещений, оборудованных автоматическими системами пожаротушения.

Так как большинство электроустановок в помещении бассейна составляют электродвигатели (водяных насосов и вентиляторов), то обеспечение их электробезопасности является приоритетным. В помещениях с повышенной влажностью, запыленностью и в особенности при наличии едких паров или газов обмотки двигателей и их коллекторы необходимо защищать от вредного воздействия окружающей среды. Особые условия работы двигателей складываются в так называемых взрывоопасных помещениях, где возникновение электрической искры может вызвать взрыв. В этом случае нужно защищать окружающую среду от возможного взрыва при появлении электрической искры внутри двигателя.

Учитывая это, двигатели изготавливают в различных исполнениях по способу защиты от воздействия окружающей среды. Наиболее распространены двигатели в защищенном, закрытом и взрывонепроницаемом исполнениях. Защищенные двигатели предназначаются для работы в сухих, не пыльных помещениях. Закрытые двигатели устанавливаются в помещениях с повышенной влажностью, с атмосферой, загрязненной пылью с металлическими включениями, испарениями керосина или масла.

 

15.3 Мероприятия по обеспечению электробезопасности в помещении бассейнов

 

15.3.1 Защитное заземление

Защитным заземлением называется преднамеренное электрическое соединение с землей или ее эквивалентом металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением вследствие замыкания на корпус и по другим причинам (индуктивное влияние, вынос потенциала) и т.д.

Замыкание на корпус или точнее электрическое замыкание на корпус - это случайное электрическое соединение токоведущей части с металлическими нетоковедущими частями электроустановки. Замыкание на корпус может стать результатом, например: случайного касания токоведущей части корпуса машины, поврежденная изоляция, падение провода, находящегося под напряжением, на указанные металлические нетоковедущие части и т.п.

Задача защитного заземления - устранение опасности поражения током в случае прикосновения к корпусу и другим нетоковедущим металлическим частям электроустановки, оказавшимся под напряжением.

Область применения защитного заземления - трехфазные сети до 1000 В с

изолированной нейтралью и выше 1000 В любым режимом нейтрали. Защитное заземление следует отличать от так называемого рабочего заземления - преднамеренного электрического соединения с землей отдельных точек электрической сети (например, нейтральной точки, фазного провода и т.п.), необходимого для надлежащей работы установки в нормальных или аварийных условиях. Рабочее заземление осуществляется непосредственно или через специальные аппараты - пробивные предохранители, разрядники, резисторы и т.п.

 

15.3.2 Правила установки заземления

Заземления устанавливаются на токоведущей части непосредственно после проверки отсутствия напряжения. Переносное заземление сначала присоединяется к заземляющему устройству, а затем, после проверки отсутствия напряжения, устанавливается на токоведущие части. Переносное заземление снимается в обратной последовательности; сначала с токоведущих частей, а потом отсоединяется от заземляющего устройства.

Закрепляются зажимы переносных заземлений этой же штангой или непосредственно руками в диэлектрических перчатках. Запрещается использовать для заземления проводники, не предназначенные для этой цели, а также производить присоединение заземлений путем их скрутки. Допускается, в тех случаях, когда сечение жил кабеля не позволяет применить переносные заземления, у электродвигателей до 1000В необходимо заземлять кабельную линию медным проводником сечением не менее сечения жилы кабеля либо соединять между собой жилы кабеля и изолировать их. Такое заземление или соединение жил кабеля учитывается в оперативной документации наравне с переносным заземлением.

 

15.3.3 Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников

Присоединение заземляющих и нулевых защитных проводников к заземлителям, заземляющему контуру к заземляющим конструкциям выполняется сваркой, а к корпусам аппаратов, МАШИН и опор ВЛ - сваркой или надежным болтовым соединением.

Каждая часть электроустановки, подлежащая заземлению или занулению, присоединяется к сети заземления или зануления с помощью отдельного проводника. Последовательное включение в заземляющий или нулевой защитный проводник заземляемых или зануляемых частей электроустановки запрещается. Заземляющие и нулевые защитные проводники должны иметь покрытие, предохраняющее от коррозии.

Использование электрозащитных средств

К электрозащитным средствам относятся:

-      изолирующие штанги всех видов (оперативные, измерительные, для наложения заземления);

-      изолирующие и электроизмерительные клещи;

-      указатели напряжения всех видов и классов напряжений (с газоразрядной лампой, бесконтактные, импульсного типа, с лампой накаливания и др.);

-      бесконтактные сигнализаторы наличия напряжения;

-      изолированный инструмент;

-      диэлектрические перчатки, боты и галоши, ковры, изолирующие подставки;

-      защитные ограждения (щиты, ширмы, изолирующие накладки, колпаки);

-      переносные заземления;

-      устройства и приспособления для обеспечения безопасности труда при приведении испытаний в измерении в электроустановках (указатели напряжения для проверки совпадения фаз, устройства для прокола кабеля, устройство для определения разности напряжения в транзите, указатели повреждения кабелей и т.п.).

-      плакаты и знаки безопасности;

-      прочие средства защиты, изолирующие устройства и приспособления для ремонтных работ под напряжением 110 кВ и выше, а также в электросетях до 1000 В (полимерные и гибкие изоляторы; изолирующие лестницы, канаты, вставки телескопических вышек и подъемников; штанги для переноса и выравнивания потенциала; гибкие изолирующие покрытия и накладки и т.п.).

Основным электрозащитным средством называется изолирующее электрозащитное средство, изоляция которого длительно выдерживает рабочее напряжение электроустановки и которое позволяет работать на токоведущих частях, находящихся под напряжением. Основные электрозащитные средства изготавливаются из изоляционных материалов (фарфор, эбонит, гетинакс, древесно-слоистые пластики и т.п.). Материалы, поглощающие влагу (бакелит, дерево и др.) должны быть покрыты влагостойким лаком и иметь гладкую поверхность без трещин, отслоений и царапин.

 

15.4 Поражающее действие тока на организм человека

Биологическое действие электрического тока на организм человека, оказывающегося под напряжением, проявляется в судорожном сокращении различных групп мышц, в том числе мышц, осуществляющих дыхательное движение грудной клетки и регулирующих работу сердца. Наибольшую опасность представляет нарушение сердечной деятельности вследствие возникновения фибрилляции сердца, которое характеризуется разновременным несогласованным сокращением отдельных волокон сердечной мышцы, приводящим к нарушению ритмичного сокращения сердца или даже к его параличу.

Вид поражения человека электрическим током, при котором нарушается дыхание и не пульсирует сердце, носит название электрического удара. Степень физиологического воздействия электрического тока в основном определяется его родом и величиной, длительностью протекания и зависит от пути тока через тело человека и индивидуальных свойств человека. Наиболее вероятный путь рука-рука, рука-нога, нога-нога. Кроме того, поражение может произойти и без непосредственного прохождения тока через тело человека в результате ожогов, вызванных открытой электрической дугой.

В отношении величины "допустимого" или "безопасного" напряжения все еще нет установившейся точки зрения, так как электрическое сопротивление человека изменяется в широких пределах в зависимости от конкретных условий. Поэтому различные страны регламентируют свои нормы. Например, во Франции принято 24 В для переменного и 50 В для постоянного тока. Наша практика в зависимости от окружающих условий принимает за допустимое напряжение до 50 В переменного тока.

Однако и эти напряжения не могут рассматриваться как обеспечивающие полную безопасность. Так, например, в литературе описаны случаи смертельного поражения человека напряжением 12 В и ниже. Опасной величиной тока, протекающего через тело человека, следует считать 10 мА, смертельной - 100 мА. Кроме величины тока, на последствия от электрического удара влияет время нахождения человека под электротоком, частота тока и индивидуальные свойства человека.

15.4.1 Оказание первой помощи пострадавшему от электрического тока

Меры первой помощи зависят от состояния, в котором находится пострадавший. Для определения этого состояния необходимо немедленно провести, следующие мероприятия (время не более 1 мин.):

-      уложить пострадавшего на спину на твердую поверхность;

-      проверить наличие у пострадавшего дыхания (определяется по подъему грудной клетки);

-      проверить наличие у пострадавшего пульса;

-      выяснить состояние зрачка (узкий или широкий). Широкий зрачок указывает на резкое ухудшение кровоснабжения мозга.

Во всех случаях поражения электрическим током вызов врача является обязательным независимо от состояния пострадавшего. В случае отсутствия возможности быстро вызвать врача необходимо срочно доставить пострадавшего в лечебное учреждение, обеспечить для этого необходимые транспортные средства или носилки.

При поражении электрическим током пострадавший может находиться в сознании или в бессознательном состоянии. Если пострадавший находится в сознании, то его следует уложить в удобное положение и до прибытия врача обеспечить ему полный покой. Если же пострадавший находится в бессознательном состоянии, то следует немедленно расстегнуть одежду, создать приток свежего духа, давать нюхать нашатырный спирт, обрызгивать его водой и делать искусственное дыхание.

Заключение

В данной дипломной работе были рассмотрены особенности энергоснабжения административного здания на примере спорткомплекса СГАУ. Было проведено энергообследование, при котором составлены схемы инженерных сетей здания, определено годовое потребления энергии объектом, а также рассчитан потенциал энергосбережения.

Для количественной оценки годовой потребности спорткомплекса в энергоносителях был произведен расчет необходимого количества тепловой и электрической энергии для работы оборудования, освещения, систем, отопления, вентиляции, горячего и холодного водоснабжения. По полученным результатам были предложены два проекта внедрения автономного энергоснабжения.

Каждый из проектов был рассмотрен с экономической и технической точки зрения. В результате их технико-экономического анализа, а также оценки конкурентоспособности, в здании спорткомплекса СГАУ предпочтительнее внедрить проект автономного энергоснабжения на основе ГПУ-ТЭЦ.

Список использованных источников

1.       Энергоэффективность в России: скрытый резерв. Отчёт группы экспертов Всемирного банка [Электронный ресурс] / <#"903443.files/image129.gif">

Рисунок А.1 - Зависимость температуры сетевой воды от температуры наружного воздуха

Приложение Б - Тепловизионная съёмка спорткомплекса

Рисунок Б.1 - Тепловизионная съёмка крыши зала бассейна

Рисунок Б.2 - Тепловизионная съёмка игрового зала

Рисунок Б.3 - Тепловизионная съёмка решётки вытяжной вентиляции бассейна

Рисунок Б.4 - Тепловизионная съёмка решётки вытяжной вентиляции бассейна

Рисунок Б.5 - Тепловизионная съёмка фундамента здания спорткомплекса

Рисунок Б.6 - Тепловизионная съёмка остекления зала бассейна

Приложение В - Схемы первого и второго проекта автономного энергоснабжения

Рисунок В.1 - Схема первого проекта автономного энергоснабжения СГАУ

Рисунок В.2 - Схема второго проекта автономного энергоснабжения СГАУ