ФИНАНСОВОЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

УДК 62

Ю.О. Трофименко

ФИНАНСОВОЕ СРАВНЕНИЕ СИСТЕМ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

В настоящей статье сравниваются энергопотребление и стоимость центральной СКВ и сплит-систем для высотного (29-этажного) офисного здания, при этом учитываются первоначальные затраты, затраты на ремонт и обслуживание и другие.

Ключевые слова: система кондиционирования воздуха, центральная СКВ, сплит-система, сравнение.

За последние годы все больше административных зданий оборудуются автономными кондиционерами типа "сплит", а не центральными СКВ [1]. Две основные причины для этого: уменьшение первоначальных затрат (сплит-системы сравнительно дешевы) и экономия энергии. Индивидуальные установки легко оборудовать счетчиками, что позволяет всем пользователям оплачивать только собственные затраты энергии. Использование сплит-систем побуждает людей экономить энергию и, соответственно, деньги на ее оплату. Однако, известно, что обычно автономные системы менее эффективны, чем центральные [2]. Расходы по обслуживанию сплит-систем, как правило, выше, чем центральных. Таким образом, возникает необходимость провести сравнение этих систем.

В настоящей статье сравниваются энергопотребление и стоимость центральной СКВ и сплит-систем для высотного (29-этажного) офисного здания, при этом учитываются первоначальные затраты, затраты на ремонт и обслуживание и другие факторы. Площадь здания составляет 5 303 м2. Центральная СКВ с холодильной станцией обслуживает первые четыре этажа; на всех остальных этажах в конторских помещениях, а также в лифтовом вестибюле на первом этаже установлены сплит-системы.

Анализ затрат на систему за срок службы

Системы сравнивались по приведенным затратам за срок службы, включающим первоначальные затраты (проектирование, затраты на приобретение оборудования, монтаж, приемка) и эксплуатационные затраты (электроэнергия, трудозатраты и стоимость материалов на обслуживание, ремонт). Амортизация капитальных затрат на обе системы показана в табл. 1. В этом здании капитальные затраты в расчете на единицу площади кондиционируемых помещений для центральных систем существенно выше, чем для сплит-систем. Для центральных систем эта величина составляет $ 502, а для сплит-систем - $ 198.

Таблица 1

Первоначальные затраты на системы кондиционирования_

Наименование показателей Центральные СКВ (доллар) Сплит-системы (доллар)

Холодильные установки 578 550 -

Насосы 56 202 -

Оборудование для обработки воздуха 290 652 -

Вентиляторные доводчики 100 861 -

Конденсаторы - 1 163 572

Комнатные блоки - 713 158

Трубопроводы хладагента - 351 120

Система вентиляции - 320 958

Системы регулирования 48 375 103 425

Испытание и сдача в эксплуатацию 23 981 23 905

Соответствующие строительные работы 44 475 Включено в стоимость

Общие затраты 1 929 475 2 874 769

Обслуживаемая площадь 491,89 м2 1875,43 м2

Затраты на единицу обслуживаемой площади 3920,5 1547,7

© Трофименко Ю.О., 2020.

Научный руководитель: Мельников Владимир Михайлович - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.

Были проанализированы затраты на срок службы для систем различной производительности по тому и другому типу, результаты анализа представлены на рис. 1. Из графика видно, что для обоих рассматриваемых типов систем рост производительности приводит к росту затрат, однако темпы роста при этом различны. Затраты для центральных СКВ остаются более высокими, пока обслуживаемая площадь не превышает 1 180 м2. Таким образом, когда выбор систем производится только по стоимости и обслуживаемая площадь не менее 1 180 м2 (критическое значение), в рассматриваемом здании преимущество имеют центральные СКВ.

600 1000 1200 1400 1600 Площадь обслуживания, м3

Рис. 1. Затраты за срок службы для центральных СКВ и сплит-систем в зависимости от площади обслуживания при норме амортизации 7%

Однако различные нормы амортизационных отчислений и другие особенности проектных решений оказывают влияние на величину затрат и наклон графиков. Критическое значение обслуживаемой площади также изменяется. Например, влияние норм амортизационных отчислений иллюстрируется данными табл. 2. Снижение величины амортизации приводит к уменьшению "критической" площади обслуживания.

Таблица 2

Критическая величина площади обслуживания для различных значений амортизации

Норма амортизации, % 0 1 2 3 4 5 6 7

Критическая площадь, м2 472 557 626 707 799 907 1 032 1 1 80

Норма амортизации, % 8 9 10 11 12 13 14

Критическая площадь, м2 1 357 1 570 1 832 2 157 2 573 3 120 3 868

Данные по стоимости оборудования были получены у различных фирм - поставщиков кондиционеров; эксплуатационные расходы определялись на основе анализа статистических данных. Основные параметры приведены в табл. 3.

Таблица 3

Исходные данные для анализа затрат на СКВ за срок службы _

Позиции Данные

А. Общие позиции

Норма ежегодной амортизации, % 4, 7 или 10

Расчетный период (лет) 20

Рост стоимости электроэнергии 2% (1990-2000)

1% (2000-2010)

Окончание таблицы 1

Позиции Данные

Стоимость электроэнергии (НК$/кВточ) 0,86

В. Сплит-системы

Первоначальные затраты на единицу площади $1 548/м2

Годовые затраты на обслуживание, на единицу площади $3,2/м2

Срок службы сплит-систем (АШКЛЕ, 1997) 10 лет

С. Центральные СКВ

Первоначальные затраты на вентиляторные доводчики, на единицу площади $205/м2

Первоначальные затраты на холодильные установки, на единицу площади $1176/м2

Первоначальные затраты на водяные насосы и трубопроводы $1561/м2

Первоначальные затраты на оборудование для обработки воздуха $591/м2

Прочие первоначальные затраты $387/м2

Стоимость обслуживания $6 000/год

Срок службы холодильных установок 20 лет

Энергопотребление

Был проведен мониторинг сравниваемых систем с целью определения годового потребления энергии. Результаты сравнения представлены на рис. 2. Потребление электрической энергии составляет соответственно 126 кВтч/м2 для центральной системы и 170 кВтч/м2 для сплит-системы. Таким образом, годовые затраты энергии для сплит-системы примерно на 35% выше. Разница более заметна в летнее время, когда тепловая нагрузка на систему больше. Повышенная энергоемкость сплит-систем объясняется более низкой эффективностью использования электроэнергии.

25

0-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

11-РА 12-9В 1-99 2-99 3-99 4-99 5-99 6-99 7-99 А -99 9-99 10-99

Месяцы

Рис. 2. График годового энергопотребления

Качество работы систем кондиционирования

Для сравнения качества работы двух систем кондиционирования воздуха проводились измерения температуры воздуха по сухому и мокрому термометрам в различных обслуживаемых помещениях. На рис. 3 показано изменение температуры в течение дня в помещениях, обслуживаемых сравниваемыми системами (при типичной для климата и времени года температуре наружного воздуха). Из графика видно, что сплит-системы обеспечивают меньшую устойчивость температуры воздуха в помещении главным образом из-за недостатков системы регулирования температуры в этих системах. Максимальный диапазон колебаний температуры составил 5,2°С. Большие колебания температуры воздуха в помещении снижают уровень комфорта и отрицательно сказываются на производительности труда служащих.

Хотя первоначальные затраты на сплит-системы кондиционирования воздуха ниже, качество их работы хуже из-за больших колебаний температуры воздуха в помещениях. Поскольку подача свежего воздуха возможна только через открытые окна, качество воздуха в помещениях также более низкое по сравнению с создаваемым центральными СКВ из-за отсутствия очистки наружного воздуха. Таким образом, с точки зрения качества работы предпочтение следует отдать центральным СКВ.

13 -I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-

рЮ 10ЭА П5А 1230 131Й |3ЬО 14.50 151й (¿10 17Ю

время

Рис. 3. Сравнение колебаний температуры в помещении

Опрос пользователей

Для выявления субъективных оценок удобства эксплуатации различных систем кондиционирования был проведен опрос пользователей этих систем. Наибольшее число жалоб относилось к колебаниям температуры и высокому удельному энергопотреблению сплит-систем. Однако, при этом большинство опрошенных все же предпочитают сплит-системы, так как их удобнее включать и выключать. Обследование показало, что 75% пользователей сплит-систем выключали кондиционеры в зимнее время для экономии энергии. Лишь половина пользователей центральных СКВ выключали зимой вентиляторные доводчики.

В результате собеседований выяснилось, что пользователи выбирают сплит-системы по причине невысокой стоимости и удобства включения-выключения, не придавая значения суммарным затратам за срок службы, показателю качества воздуха, безопасности и прочим факторам. Если бы в центральных СКВ измерение расхода энергии производилось отдельно для каждого помещения и оплата исчислялась в зависимости от этой величины, у пользователей появился бы стимул экономии энергии и, возможно, именно эти системы стали более популярными.

Сравнение по другим показателям

При выборе типа систем кондиционирования для коммерческих зданий многое принимается в расчет. Такие факторы, как комфорт, надежность, местные обычаи и др., достаточно сложно оценивать [3]. Характеристики сравниваемых систем приведены в табл. 4. Из таблицы видно, что центральные системы кондиционирования воздуха обладают преимуществами по сравнению со сплит-системами: более высокой располагаемой холодопроизводительностью, лучшей системой регулирования холодопроизводительности в соответствии с текущей нагрузкой, повышенной эффективностью, большим сроком службы и т.д.

Таблица 4

Сравнение сплит-систем и центральных СКВ_

Наименование показателя Центральные СКВ Сплит-системы

Регулирование температуры Лучшее качество регулирования Большие колебания температуры

Чистота воздуха Удовлетворительная (может быть использован любой тип фильтра) Неудовлетворительная (установлены низкоэффективные фильтры)

Подача наружного воздуха Да Нет

Уровень шума в помещении Низкий уровень по кривой замеров (широкие возможности проектирования шумоглушения) Низкий уровень по кривой замеров

Окончание таблицы 1

Наименование показателя Центральные СКВ Сплит-системы

Изменение холодопроизводи- Изменение в широком диапазоне Нет возможности изменения

тельности

Эффективность систем Высокая Низкая

Срок службы оборудования Больший Меньший

Обслуживание Низкие трудозатраты Высокие трудозатраты

Контроль задымления Нет затруднений Более сложно

Оператор системы Есть необходимость Нет необходимости

Первоначальные затраты Более высокие Более низкие

Стоимость энергопотребления Более низкая Более высокая

Помещение для оборудования Необходимо помещение для холодильных установок и приточных/вытяжных вентиляторов Помещение для оборудования не требуется

Управление Более сложно Более просто

Монтаж Более сложно Просто и быстро

Индивидуальный замер энергопотребления Сложно осуществить Нет затруднений

Возможность расширения си- Возможности ограничены Свободное расширение

стемы

Выводы

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы.

Полные первоначальные затраты на центральную СКВ составляют $ 54140/м2, а на сплит-систему -$ 21360/м2. В рассматриваемом здании первоначальные затраты для центральных СКВ в расчете на единицу площади охлаждаемых помещений существенно выше. Хотя кондиционеры типа "сплит" обходятся дешевле, качество кондиционирования воздуха при этом более низкое из-за больших колебаний температуры воздуха в помещениях.

Затраты за срок службы той и другой системы возрастают с увеличением обслуживаемой площади, но темп роста затрат при этом различен. При норме амортизации 7% критическая величина обслуживаемой площади составляет 1 180 м2. При другом значении амортизации и различиях в проекте критическая величина обслуживаемой площади может измениться.

Годовой расход энергии сплит-системами примерно на 35% больше, чем центральными СКВ; это различие особенно очевидно в летнее время.

Несмотря на то, что пользователи сплит-систем жалуются на большие колебания температуры в помещениях и значительные энергозатраты, они все же отдают предпочтение именно этим системам.

Для крупных зданий с большой зоной обслуживания рекомендуется использовать центральные системы кондиционирования, так как они в этом случае имеют преимущества по первоначальным затратам, энергосбережению, качеству воздуха в помещениях, регулированию, обслуживанию и др. Если в таких зданиях существующие сплит-системы заменить центральными, срок окупаемости затрат составит 3,9 года.

Библиографический список

1. Hawthorne C. Проектирование сплит-систем кондиционирования воздуха. - "Building services Journal", март,

1999.

2. Справочник ASHRAE. Системы ОВК и их применение. 1987, с. 1.1-1.10.

3. Справочник ASHRAE. Системы и оборудование ОВК. 1986, с. 45.1-45.6.

4. O. M. Al-Rabghi, M. H. Al-Beirutty, K. A. Fathalah. Измерение и расчет потребления электроэнергии системами кондиционирования в зависимости от площади обслуживаемых помещений. Energy conversion&Managment. 1999, 40 (14):1527-1542.

5. Справочник CIBSE. Эксплуатация и затраты на обслуживание. Раздел B18. 1986, с. 1-7.

ТРОФИМЕНКО ЮРИЙ ОЛЕГОВИЧ - магистрант, Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.