Опыт реконструкции системы теплоснабжения сельского храма. Часть 2 Реконструкция системы отопления
9. Реконструкция системы отопления
9. 1. Выбор топлива для котельной
Одним из принципиальных вопросов, по которому принималось решение перед реконструкцией, был выбор топлива для новой котельной. Рассматривались несколько вариантов, такие как дизельное топливо, уголь, дрова, пеллеты, сжиженный углеводородный газ (СУГ), электроэнергия. При анализе вариантов учитывалась не только стоимость топлива, но и его безопасность, доступность, удобство в эксплуатации, а также оценивались капитальные затраты на строительство котельной.
Были рассмотрены также и варианты использования инновационных технологий, в том числе возобновляемых источников энергии для целей отопления.
Наиболее дешевый и удобный энергоноситель — магистральный природный газ в качестве актуальной альтернативы не рассматривался, поскольку газификация храма относится к дальней перспективе.
Сравнение вариантов используемого топлива проведено в Таблице 9. 1. 1.
Таблица 9. 1. 1. Сравнение вариантов топлива для котельной
Дизельное топливо
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 2, 76 |
| Объем технического обслуживания | Периодический осмотр, ежегодная чистка дымохода, котла, топливного фильтра |
| Обслуживающий персонал | Обходчик (1 осмотр в неделю) |
| Безопасность | Средняя |
| Доступность топлива | Распространенное |
Сжиженный углеводородный газ (СУГ)
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 2, 36 |
| Объем технического обслуживания | Периодический осмотр |
| Обслуживающий персонал | Обходчик (1 осмотр в неделю) |
| Безопасность | Низкая |
| Доступность топлива | Ограниченное количество компаний-операторов |
Уголь
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 0, 48 |
| Объем технического обслуживания | Регулярная чистка дымохода, котла, удаление и утилизация золы не реже 1 раза в неделю. Подготовка топлива |
| Обслуживающий персонал | Кочегар (регулярная загрузка, розжиг топлива, выгрузка золы) |
| Безопасность | Высокая |
| Доступность топлива | Распространенное |
Дрова
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 0, 47 |
| Объем технического обслуживания | Периодическая чистка дымохода, котла, утилизация золы не реже 1 раза в неделю. Подготовка топлива |
| Обслуживающий персонал | Кочегар (регулярная загрузка, розжиг топлива, выгрузка золы) |
| Безопасность | Высокая |
| Доступность топлива | Распространенное |
Пеллеты
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 1, 07 |
| Объем технического обслуживания | Утилизация золы не реже 1 раза в неделю |
| Обслуживающий персонал | Кочегар (еженедельная загрузка топлива в расходный бункер, розжиг котла, выгрузка золы) |
| Безопасность | Высокая |
| Доступность топлива | Ограниченное количество компаний-операторов |
Природный газ
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 0, 41 |
| Объем технического обслуживания | Периодический осмотр |
| Обслуживающий персонал | Обходчик (1 осмотр в неделю) |
| Безопасность | Средняя |
| Доступность топлива | Ограниченные возможности подключения к централизованным сетям |
Прямой электрообогрев
| Стоимость производства тепловой энергии, руб. / кВт. ч | 2, 37 |
| Объем технического обслуживания | Минимальный |
| Обслуживающий персонал | Обходчик (1 осмотр в неделю) |
| Безопасность | Высокая |
| Доступность топлива | Ограниченные возможности подключения к централизованным сетям |
Примечания:
— стоимость топлива рассчитана в ценах 2011 года
9. 1. 1. Уголь, дрова
Анализируя варианты строительства котельной (Таблица 9. 1. 1) можно сделать вывод, что наиболее экономически выгодными вариантами отопления по критерию затрат на топливо являются дрова и уголь.
Однако при рассмотрении данных альтернатив было учтено, что для их реализации потребуется строительство отдельно стоящего склада топлива с подъездными путями. Для эксплуатации котельной на твердом топливе необходимо будет содержать кочегара (в настоящее время постоянного дежурного персонала в храме нет), в обязанности которого помимо топки котла будет входить разгрузка, подготовка топлива, регулярная выгрузка золы, ее утилизация. Кроме того, котлы на твердом топливе не могут столь же эффективно регулироваться, как котлы на других видах энергоносителях, поэтому фактическое потребление топлива будет выше.
Угольная котельная применительно к храму имеет и дополнительный недостаток, связанный с неудовлетворительными экологическими и эстетическими характеристиками топлива. Дым, образующийся при сжигании угля, обладает характерным черным цветом и неприятным запахом.
И хотя данные варианты имеют ряд дополнительных плюсов, таких как безопасность котельной и доступность топлива, в конкретной ситуации им не было отдано предпочтение.
9. 1. 2. Пеллеты
Альтернативным видом твердотопливного отопления являются пеллеты (древесные гранулы). Этот вид отопления в настоящее время очень популярен в Европе, поскольку при высокой экологической чистоте сгорания данного вида топлива, процесс его подачи в топку котла может быть автоматизирован. При сгорании пеллет образуется относительно мало золы (до 1%), что облегчает техническое обслуживание. И, наконец, отопление с использованием данного вида топлива дешевле, по сравнению с дизельным или сжиженным углеводородным топливом.
Тем не менее, применительно к конкретным условиям, данное решение обладает и рядом недостатков. Необходимо строительство склада пеллет в непосредственной близи от котельной с возможностью перегрузки топлива в расходный бункер. Склад должен иметь значительный объем, поскольку пеллеты обладают малой плотностью и калорийностью, по сравнению, например, с дизельным топливом. Операции по выгрузке, перегрузке топлива в расходный бункер выполняются в ручном режиме. Котел требует регулярной очистки от золы, что связано с его остановкой и повторной растопкой. Для осуществления данных операций требуется квалифицированный сотрудник. Дополнительным минусом является сложность устройства, дороговизна и низкая распространенность пеллетных котлов в российских условиях. На рынке действует ограниченное количество торговых и сервисных организаций, занимающихся пеллетным оборудованием. Поставки комплектующих осуществляются в основном из-за рубежа. Поэтому данный вариант также не вполне подходит для реализации в храме.
9. 1. 3. СУГ (сжиженный углеводородный газ)
В рассматриваемом проекте важным критерием выбора топлива для котельной является удобство и возможность механизации процессов обращения с ним, а также минимизация объема технического обслуживания, что позволяет снизить затраты на персонал, привлекая только сотрудников храма, не имеющих высокой квалификации. Этим условиям в значительной мере соответствует дизельное топливо и СУГ.
Использование СУГ в настоящее время является популярной альтернативой магистральному газу. Данный вид топлива по эксплуатационным характеристикам практически идентичен природному газу (метану), позволяет использовать стандартные газовые котлы. Это предоставляет возможность при газификации объекта практически без дополнительных вложений перейти к использованию магистрального природного газа. Сжиженный газ доставляется на объект автомобильным транспортом и закачивается в заглубленный резервуар под высоким давлением (Рисунок 9. 1. 3. 1). Преимуществом СУГ по сравнению с магистральным природным газом является независимость потребителя от давления в газовых сетях при пиковых нагрузках (морозах). Этот вид топлива позволяет снизить издержки на отопление на 20% — 30% по сравнению с использованием дизельного топлива.
Однако и данный вариант имеет ряд существенных недостатков в конкретной ситуации. СУГ, в отличие от природного газа тяжелее воздуха, способен накапливаться в подвальных помещениях, поэтому опасность взрыва газа при утечках у него существенно выше. Резервуар с СУГ, заглубленный на территории храма, должен тщательно охраняться от посторонних лиц, а также просто от неосторожного обращения с огнем. А поскольку приход храма в настоящее время не в состоянии обеспечить надежную круглосуточную охрану, риск нежелательных инцидентов является достаточно высоким. Использование котельной на СУГ в конкретном случае имеет и еще один минус. Ее расположение строго регламентировано, подвальный и заглубленный варианты размещения не приемлемы. Устройство котельной на первом этаже храма тоже не желательно, хотя и прямо не запрещено. В случае утечки газ может скопиться в подвале и взорваться. Поэтому для использования СУГ может рассматриваться только вариант строительства отдельно стоящей котельной, что связано с существенными затратами.
Таким образом, соображения безопасности не позволили реализовать вариант котельной на СУГ, несмотря на относительно низкую стоимость энергоносителя и удобство в эксплуатации.
9. 1. 4. Дизельное топливо
По сравнению с другими вариантами дизельная котельная имеет существенные преимущества, несмотря на наиболее высокие затраты на топливо. Этот вариант отличается высокой безопасностью процесса хранения и сжигания горючего, дизельное топливо наиболее компактно, котельная хорошо автоматизируется и не требует постоянного присутствия квалифицированного персонала. Важным плюсом для условий храма является возможность размещения котельной и резервуаров с топливом в подвальном помещении. Это позволяет исключить непроизводительные тепловые потери в подводящих тепловых сетях, расход тепла для обогрева отдельно стоящего здания, не требуется площадка на территории храмового комплекса для размещения котельной.
Как в последствие показала практика, работа котла практически не была слышна во время богослужения, отсутствовал специфический запах дизельного топлива.
Размещение котельной в подвале храма не удовлетворяет условиям СНиП II-35-76 «Котельные установки», и явилось вынужденным шагом, сделанным для минимизации капитальных и эксплуатационных затрат. В дальней перспективе, при наличии средств, планируется строительство отдельно стоящей котельной в соответствии с действующими нормами и правилами.
9. 1. 5. Прямое электрическое отопление
Вариант электрического отопления (Рисунок 9. 1. 5. 1) с применением электрокотла прямого нагрева также очень удобен в эксплуатации. Система электроотопления практически не требует обслуживания, максимально безопасна. На текущий момент электрообогрев дешевле дизельного отопления. Единственным ограничением является доступная электрическая мощность. На текущий момент в храме на цели отопления может быть выделено не более 10 кВт, что недостаточно для покрытия отопительных нагрузок.
Более эффективно электроэнергия может использоваться путем применения инновационных источников теплоснабжения, таких как электрические инфракрасные обогреватели, тепловые насосы. А использование возобновляемых источников энергии практически полностью позволяет исключить потребление топливно-энергетических ресурсов органического происхождения.
9. 1. 6. Электрические инфракрасные обогреватели
Инфракрасные обогреватели (Рисунок 9. 1. 6. 1) относятся к устройствам прямого нагрева помещений. Принцип их действия основан на нагреве не воздуха, а конструкции здания, людей и предметов. Их применение целесообразно в высоких помещениях, что позволяет сэкономить до 50% электроэнергии.
Однако в конкретных условиях храма применение инфракрасных обогревателей имеет ряд недостатков. Во-первых, это размещение обогревателей непосредственно в храме на потолке или подвесных конструкциях. Такое расположение приборов закрывает некоторые элементы росписи, вносит диссонанс в архитектуру храма. Также, поскольку действие обогревателей связано с потреблением значительной электрической мощности, требуется прокладка коробов с электрическими проводами по росписи храма.
Во-вторых, при отключении электроэнергии в зимний период, что нередко случается в сельской местности, приборы перестают излучать тепло, что приводит к выстыванию храма.
В-третьих, энергосберегающий эффект инфракрасных обогревателей основан на большем прогреве нижней части здания, в которой находятся люди, по сравнению с верхней. Такой подход приемлем для складских или производственных помещений, в которых сохранности конструкции здания непридается большого значения. В храме, наоборот, роль отопления состоит не только в создании комфортных условий для прихожан, но и в сохранности здания храма, настенной росписи и утвари. Поэтому недостаточный прогрев верхней части храма (куполов, сводов) может негативно отразиться на состоянии строительных конструкций.
И, наконец, наиболее существенной проблемой применения инфракрасных обогревателей является ограничение потребляемой электрической мощности. Даже при 50% энергосберегающем эффекте, для работы обогревателей требуется 25 кВт, выделение которых в ближайшей перспективе вряд ли возможно.
9. 1. 7. Тепловые насосы
В выбранной двухтопливной системе отопления эффективность использования электроэнергии для термических нужд может быть повышена путем внедрения тепловых насосов с грунтовыми теплообменниками (Рисунок 9. 1. 7. 1).
Данная энергосберегающая технология позволяет снизить расход электроэнергии примерно в два раза. В целом данный вариант отвечает принятой концепции теплоснабжения храма в части безопасности, простоты в обслуживании, однако требует затрат на оборудование, строительство скважин на уровне 1 — 1, 5 млн. рублей, что несопоставимо с достигаемым экономическим эффектом от экономии энергоресурсов.
9. 1. 8. Возобновляемые источники энергии
Использование возобновляемых источников энергии, таких как ветроэнергетические установки и солнечные коллекторы, в целях теплоснабжения в России пока относится преимущественно к области демонстрационных проектов.
Это объясняется высокой стоимостью установок (несколько тысяч долларов за 1 кВт установленной мощности), а также неравномерным характером их действия.
В условиях храма такой источник может эксплуатироваться только совместно с другой энергоустановкой, например, дизельной или электрической котельной, поскольку и ветроэнергетическая, и фотоэлектронная системы не всегда могут отпускать тепло (зависит от наличия солнца, ветра).
Другим существенным недостатком данных видов энергоисточников являются их габариты. И ветроэнергетическая установка, и солнечные батареи, по архитектурным соображениям не могут быть вписаны в структуру храмового комплекса.
Дополнительной проблемой является охрана дорогостоящего оборудования.
9. 2. Сравнение капитальных затрат на строительство котельной
При выборе типа котельной, помимо затрат на топливо и эксплуатационных характеристик, в расчет были принят объемы строительных работ и затраты на оборудование.
Варианты котельной на угле, дровах и пеллетах рассматривались только в контексте строительства отдельно стоящей котельной для того, чтобы избежать загрузку топлива и выгрузку золы через помещение храма. Котельная на СУГ по соображениям, приведенным выше, также рассматривалась в варианте отдельно стоящего здания.
Для строительства отдельно стоящей котельной в соответствии с планом размещения зданий и сооружений храмового комплекса могла быть выделена площадка на расстоянии 40 м от здания храма. Для прокладки теплотрассы от котельной до храма рассматривалось использование современных полимерных трубопроводов типа Изопрофлекс. Ориентировочный диаметр теплотрассы —2Dy50.
Дополнительно, для устройства котельной на СУГ в объем затрат входит покупка и монтаж резервуара на сжиженном газе.
Минимальный объем работ мог быть обеспечен только для варианта дизельной котельной при установке котлов и резервуаров с топливом в подвальном помещении.
Ниже приведены ориентировочные капитальные затраты на устройство котельной на различных видах топлива (Рисунок 9. 2. 1 и Таблица 9. 2. 1)
Таблица 9. 2. 1. Оценка капитальных затрат на строительство котельной, тыс. руб.
| № п/п | Топливо | Здание котельной[1] | Топливная инфраструктура[2] | Теплотрасса[3] | Тепломеханическое оборудование | ИТОГО: |
| 1 | Дизельное топливо | 70 | 50 | 0 | 200 | 320 |
| 2 | Сжиженный углеводородный газ (СУГ) | 400 | 300 | 150 | 150 | 1000 |
| 3 | Уголь | 400 | 100 | 150 | 200 | 850 |
| 4 | Дрова | 400 | 150 | 150 | 200 | 900 |
| 5 | Пеллеты | 400 | 150 | 150 | 300 | 1000 |
Таким образом, вариант дизельной котельной, устроенной в подвальном помещении храма, оказался существенно привлекательней по критерию капитальных затрат.
[1]В стоимость здания для дизельной котельной включена отделка существующего подвального помещения, для других вариантов котельной —строительство нового капитального здания.
[2]В стоимость топливной инфраструктуры для дизельной котельной включены пластиковые емкости для дизельного топлива, для СУГ — заглубленный газгольдер, для угля, дров, пеллет — пристроенный к котельной топливный склад с подъездными путями.
[3] В стоимость теплотрассы включена стоимость полимерного трубопровода, фитингов, монтажа, земляных работ, благоустройства территории. Устройство траншеи под теплотрассу предполагалось ручным методом.
9. 3. Выбор варианта
По рассмотрению заказчиком альтернатив, был выбран вариант котельной с двумя котлами: электрическим и дизельным, которые можно было разместить в подвале храма, минимизировав капитальные затраты и тепловые потери. Устройство такой котельной не предъявляет существенных требований к обслуживающему персоналу, позволяя ограничить его функции еженедельным обходом без привлечения высококвалифицированных специалистов. Использование двухтопливного режима котельной позволяет достичь высокой надежности теплоснабжения, поддерживая температурный режим в храме при авариях в сетях электроснабжения.