Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

К.т.н. О.Д. Самарин, доцент кафедры ОиВ, Столичный муниципальный строительный институт

Как понятно, основная мысль технико-экономической оптимизации какого-нибудь инженерного решения и, а именно, энергосберегающих мероприятий при использовании способа совокупных дисконтированных издержек (СДЗ) [1] заключается в нахождении значения некого параметра, характеризующего степень реализации данного мероприятия, при котором величина СДЗ воспринимает малое значение для данного расчетного срока Т.

В качестве параметра может быть, к примеру, сопротивление теплопередаче огораживания, поперечник трубопровода либо воздуховода, скорость теплоносителя, габариты вентиляционной установки, температурная эффективность теплоутилизатора и т.д. Оптимизация вероятна, если при одном и том же изменении параметра серьезные издержки К растут, а эксплуатационные Э — уменьшаются либо напротив, т.е. изменяются в различных направлениях. К примеру, при повышении теплозащиты ограждающих конструкций, с одной стороны, понижаются расходы Э на термическую энергию за счет уменьшения трансмиссионных теплопотерь, а с другой — растут издержки К на теплоизоляционный материал. Аналогично при уменьшении поперечников трубопроводов либо воздуховодов сокращается их цена К из-за уменьшения массы металла, но растут издержки на электроэнергию Э для привода насосов либо вентиляторов вследствие возрастания утрат давления при движении теплоносителя. Таким макаром, технико-экономическая оптимизация представляет собой обобщение примеров, когда сравниваются только два варианта, для которых производится соотношение К1>К2, но Э1<Э2, так как сейчас идет речь о нескончаемом огромном количестве безпрерывно переходящих друг в друга сочетаний характеристик, посреди которых и необходимо избрать лучший в смысле малой величины СДЗ.

Технико-экономическая оптимизация разных частей систем теплоснабжения рассматривалась ранее в ряде работ, в том числе в [2] и [3], но все таки толщина термоизоляции теплопроводов обычно принимается, исходя из нормативных утрат теплоты от 1 п м участка [4]. Потому исследуем задачку определения хорошей толщины слоя теплоизоляционного материала δ™ по способу СДЗ. Начальные положения тут подобны случаю утепления несветопрозрачных огораживаний строения, так как и для трубопроводов повышение δ™ приводит к росту серьезных издержек на теплоизоляционный материал Кти, но сразу вызывает уменьшение теплопотерь в окружающую среду

Этот. Но, в отличие от изоляции плоской стены, сопротивление теплопередаче слоя теплоизолятора на цилиндрической трубе будет выражаться более сложным образом, потому итог станет несколько другим.

Все последующие рассуждения будем проводить для удельных величин, отнесенных к 1 п м трубопровода. Серьезные издержки на теплоизоляцию можно вычислить по последующему

тривиальному соотношению:

Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

Тут dнар и Dти — внешний поперечник трубопровода и слоя теплоизоляционного материала соответственно, м; Сти — цена теплоизоляционного материала, руб./м3.

Дополнительные годичные эксплуатационные издержки, возникающие вследствие утрат теплоты в окружающую среду, могут быть найдены по выражению:

Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

где (tw-tв)ср — средняя за отопительный период разность температур теплоносителя и воздуха в помещении либо в окружающей среде (при открытой внешней прокладке), принимаемая исходя из графика центрального высококачественного регулирования системы теплоснабжения [3]; Rw — удельное линейное сопротивление теплопередаче 1 п м трубы с термоизоляцией, м.К/Вт; zOT — длительность отопительного периода в районе строительства по данным [5], сут.; Ст — тариф на термическую энергию, руб./Гкал; 86400 — число секунд в сутках; 4,19 — удельная теплоемкость воды, кДж/(кгК) [5].

Пренебрегая сопротивлениями термообмена на внутренней и внешней поверхности трубопровода и сопротивлением теплопередаче конкретно железной стены трубы, как очень малозначительными, для сопротивления слоя изоляции имеем [6]:

Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

где λти — теплопроводимость изоляционного материала, Вт/(м.К).

В работе [7] предлагается последующая формула для СДЗ:

СДЗ=К.(1+p/100)Т+Э.[(1+p/100)Т-1].(100/p), (4) где p — норма дисконта, которая учитывает упущенную выгоду от того, что средства в размере К вложены в сбережение энергии заместо размещения под проценты в банке, %; T — расчетный срок окупаемости, лет.

В расчетах норму дисконта p можно принимать на уровне не ниже ставки рефинансирования Центрального Банка РФ. По состоянию на конец 2010 г. — начало 2011 г. она равна 7,75% годичных. Величина p связана с текущей величиной этой ставки, также с коммерческими рисками финансовложений. В [1] предлагается использовать на ближайшую перспективу значение p=10%.

Подставляем выражения для Кти и Этот (1-3) заместо К и Э в (4), находим производную d(СДЗ)/d(δTи) и приравниваем ее нулю, откуда после неких преобразований для хорошей (экономически целесообразной) толщины термоизоляции δ™.^ в безразмерном виде получаем:

Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

— приблизительная толщина слоя теплоизолятора без учета кривизны стены трубы (тут коэффициент 2,06=86400.10-4/4,19).

Анализ этих 2-ух формул указывает, что лучший уровень термоизоляции трубопровода при иных равных критериях тем выше, чем дороже термическая энергия. В то же время цена теплоизоляционного материала оказывает оборотное воздействие — в сторону понижения Rem-. Это довольно разумеется, если учитывать, что Ст оказывает влияние на значение Этот, а Сти — соответственно на Кти. Климатические характеристики тоже имеют значение для термоизоляции, но достаточно слабенькое: в этом случае величина δ-,-и пропорциональна только Dd5. В конце концов, чем больше норма дисконта, тем δ™ должна быть ниже, и конкретно поэтому, что в данном случае растет риск дополнительных финансовложений и уменьшаются гарантии их следующего возврата. Дополнительно только отметим, что в формулу по определению δи не заходит в очевидном виде внешний поперечник трубы, но это тоже довольно понятно, и конкретно поэтому, что соотношение для δτи не учитывает кривизну слоя термоизоляции.

Таковой учет осуществляется формулой (5), и можно показать, что при иных равных критериях δти.опт<δ′ти, и разница тем заметнее, чем выше отношение Dти/dнар. По другому говоря, термоизоляция на цилиндрической стене работает эффективнее, чем на плоской, а δ™ - это предельная наибольшая толщина изоляции при dna^». Это следует из выражения для Rw, откуда оказывается, что тепловое сопротивление слоя материала с одной и той же величиной δ™ будет всегда больше на круглой трубе, чем на плоской конструкции.

Но уравнение (5) значительно нелинейно, потому для его решения относительно величины δ™.опт следовало бы пользоваться способами поочередных приближений. Все же, для инженерных расчетов можно ограничиться последующей зависимостью, которая, как указывает приведенный ниже пример расчета, имеет достаточную точность и в то же время является очень обычный: δти.опт=δ′ти.K, где K — поправочный коэффициент.

Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

Тут δотн=δ′ти/dнар , — относительная приблизительная толщина изоляции. Данное выражение справедливо в границах приблизительно до δоτн<0,7.

В качестве примера для термоизоляции из пенополиуретана плотностью 60 кг/м3, теплопроводимостью λ™=0,041 Вт/(м.К) по характеристикам «Б» [8] (при использовании предлагаемой методики спецам рекомендуется воспользоваться надлежащими нормативными документами и техническими критериями на термическую изоляцию разных типов — прим. авт.) и ценой Сти=3000 руб./м3 по среднерыночным ценам 2010 г., при средней разности температур (tw-tв )ср=60 ОС, считая внешний поперечник трубопровода dнар=0,3 м, также принимая zOT=214 сут. по данным [5] и Ст=1290,81 руб./Гкал (тариф ОАО «МОЭК» для нежилых потребителей в ценах 2010 г.), для Т=5 лет получаем δ™=0,132 м.

Тогда δоτн=0,44, Κ=0,767; δти.опт=0,101, м — значение, полностью соответственное применяемым в практике проектирования теплосетей [3].

Проверяем выполнение равенства (5):

0,5(1+2.0,101/0,3).ln(1+2.0,101/0,3)= =0,431=0,132/0,3=0,44.

Таким макаром, погрешность составляет всего около 2%.

При случайных значениях δотн поправку Κ можно найти по графику на рисунке (сплошная линия).

Технико-экономическая оптимизация термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения

Для сопоставления на рисунке пунктиром показана зависимость (6), откуда видно, что расхождение вправду не превосходит 2% и заранее меньше, чем ошибка, возникающая вследствие пренебрежения остальными факторами, влияющими на итог расчета.

Таким макаром, мы получили методику технико-экономической оптимизации толщины термоизоляции трубопроводов систем теплоснабжения, учитывающую текущие значения цен и тарифов на материалы и энергоэлементы, также уровень инфляции и рисков финансовложений. Методика довольно ординарна и применима для использования в инженерной практике и учебном процессе.

Литература

1. Дмитриев А.Н., Табунщиков Ю.А., Ковалев И.Н., Шилкин

2. Н.В. Управление по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. — М.: АВОК-ПРЕСС, 2005. — 120 с.

3. Богуславский Л.Д., Симонова А.А., Митин М.Ф. Экономика теплогазоснабжения и вентиляции. — М.: Стройиз- дат, — 1988. 351 с.

4. Ионин А.А. и др. Теплоснабжение. — М.: Стройиздат, 1982. — 336 с.

5. СНиП41-02-2003 «Тепловые сети». — М.: ГУПЦПП, 2004.

6. СНиП 23-01-99* «Строительная климатология». — М.: ГУП ЦПП, 2004.

7. Теория тепломассообмена / Под ред. А.И. Леонтьева. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1997. — 684 с.

8. Гагарин В.Г. Способы экономического анализа увеличения уровня теплозащиты ограждающих конструкций построек. Часть 1 //АВОК, 2009. № 1. С. 10-16.

9. СП 23-101-2004 «Проектирование термический защиты зданий». — М.: ГУП ЦПП, 2004.

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru