Экономическая оценка технических решений. Учебное пособие для практических занятий магистрантов специальностей 270800 «Строительство», магистерской пр

В качестве базы сравнения при расчетах экономического эффекта от изобретений и рационализаторских предложений во все годы их использова-

ния принимаются среднегодовые показатели заменяемой техники в году,

предшествующем началу использования изобретений или рационализатор-

ских предложений. Допускается в случае применения изобретения в ряде строительных организаций и предприятий других министерств и ведомств определять суммарный экономический эффект от его использования на осно-

вании среднего экономического эффекта на единицу продукции (работ), ис-

численного по нескольким предприятиям (организациям).

Если невозможно установить максимальное количество работ (продук-

ции), произведенных в расчетном году с применением изобретения, допуска-

ется исчисление экономического эффекта по максимальному годовому объе-

му работ (выпуску продукции).

Если изобретение или рационализаторское предложение является осно-

вой объекта техники или его основного элемента10, то экономический эф-

фект от изобретения и рационализаторского предложения рассчитывается как эффект данного объекта техники в целом.

Если изобретение или рационализаторское предложение является эле-

ментом объекта техники, обеспечивающим лишь часть эффекта, то экономи-

ческий эффект от использования изобретения или рационализаторского предложения рассчитывается:

- при возможности выделения затрат и результатов, связанных непо-

средственно с использованием изобретения или рационализаторского пред-

ложения, - как самостоятельный экономический эффект данного элемента объекта техники;

- при невозможности выделения затрат и результатов, связанных непо-

средственно с использованием изобретения или рационализаторского пред-

ложения, - как доля экономического эффекта всего объекта техники, опреде-

10 Основные элементы объектов техники определяются министерством. ведомством или по их назначению соответствующей головной организацией.

61

ляемая экспертной комиссией. Экспертная комиссия назначается руководи-

телем организации (предприятия) или вышестоящей организацией.

Определение доли экономического эффекта каждого изобретения и ра-

ционализаторского предложения при их совместном использовании в общем экономическом эффекте, получаемом от объекта техники, производится экс-

пертной комиссией, назначаемой руководителем организации или вышесто-

ящей организацией.

В случае совместного использования в объекте техники нескольких но-

вых технических решений, в том числе и рационализаторских предложений,

экономический эффект от объекта техники распределяется между ними в по-

рядке, установленном предыдущем абзацем.

Сумма экономических эффектов от совместного использования изобре-

тений и рационализаторских предложений не должна превышать экономиче-

ского эффекта, получаемого от данного объекта техники в целом. Экономи-

ческий эффект, принимаемый в расчет для выплаты авторского вознагражде-

ния за изобретения, определяется на основе фактических данных; для выпла-

ты вознаграждения за рационализаторские предложения в начале их исполь-

зования (при авансовой выплате) - на основе плановых данных, а по истече-

нии первого и второго года их использования - уточняется по фактическим данным.

Размер авторского вознаграждения за изобретения и рационализатор-

ские предложения определяется на основе годового экономического эффекта,

получаемого в результате их использования. Для определения вознагражде-

ния за изобретение экономический эффект рассчитывается в течение первых пяти календарных лет, а по рационализаторским предложениям - в течение первых двух лет с начала их использования. Если изобретение или рациона-

лизаторское предложение используется менее года, то экономический эф-

фект рассчитывается за период фактического их использования.

62

Таблица 5. 3 Сводная таблица результатов реализации планируемых мероприятий по новой технике

Тема 6. Оценка эффективности систем отопления и вентиляции зданий

Эффективность систем отопления и вентиляции зданий определяется, прежде всего, надежностью (обеспеченностью) поддержания в обслуживаемом по-

мещении требуемых параметров микроклимата и чистоты воздуха и эксплуа-

тационными энергетическими затратами.

Обеспечение надежности и минимизация расходования энергии на отоп-

ление, вентиляцию и кондиционирование воздуха связаны в большинстве случаев с проведением мероприятий, требующих определенных материаль-

ных затрат. Невозможно решить оптимизационную задачу обеспечения эф-

фективности систем в отрыве от экономических факторов и реальных труд-

ностей в их увязке c инженерными задачами. Экономический фактор, приве-

денные или замыкающие затраты или срок окупаемости должны обязательно учитываться при выборе технических решений систем отопления, вентиля-

ции, кондиционирования воздуха (ОВК). Представляется, что сегодня срок окупаемости по созданию или реконструкции систем ОВК может быть около

5 лет.

Надежность является важным показателем, определяющим потребитель-

ские свойства систем ОВК. Под надежностью (безотказностью работы) си-

стемы ОВК понимается ее способность обеспечивать и поддерживать в об-

служиваемом помещении требуемые значения параметров микроклимата и чистоты воздуха в заданный период времени, а под отказом – состояние, ко-

гда значения этих показателей вышли за заданные пределы.

Надежность является вероятностной характеристикой работы систем ОВК и зависит, в основном, от выбранной производительности систем и надежности работы оборудования:

Ровк = Рпр х Роб, (6.1)

где: Ровк, Рпр, и Роб – надежность системы, надежность выбора производитель-

ности системы, надежность работы оборудования соответственно.

64

При определении надежности работы систем ОВК следует учитывать,

что практически любая система обладает временной избыточностью, т. е. со-

здаваемый ею эффект не исчезает мгновенно при прекращении работы си-

стемы. Величина временной избыточности зависит от теплоинерционных ка-

честв помещения, его объема, диапазона и интенсивности изменения нагру-

зок на систему. Сегодня практически ни один нормативно-методический до-

кумент не касается этого вопроса, хотя необходимые исследования для прак-

тических расчетов имеются. Вместе с тем на практике временная избыточ-

ность часто используется при регулировании работы систем, например при регулировании систем отопления «пропусками», использовании режима натопа, включения в работу систем вентиляции после достижения в помеще-

нии концентрации вредных веществ равных ПДК и т.п.

При выборе производительности систем основными факторами, при из-

вестных объемно-планировочных и конструктивных решениях здания, явля-

ются температура наружного воздуха, интенсивность солнечной радиации и величина технологических нагрузок, как правило, внутренних тепло- и газо-

выделений. Необоснованный количественный выбор этих факторов может привести к отказу в работе систем ОВК или неоправданному «запасу» мощ-

ности систем.

Например, принимая в качестве расчетной для систем отопления темпе-

ратуру наружного воздуха с обеспеченностью 0,92, в практике проектирова-

ния, как правило, не проверяется, какая температура воздуха будет в кон-

кретном помещении в период резкого похолодания, когда температура наружного воздуха будет ниже расчетной. Расчет отопительной нагрузки в жилых домах сегодня в соответствии со СНиП 2.04.05-91* проводится с уче-

том внутренних тепловыделений, величину которых предписывается прини-

мать не менее 10 Вт на 1 м2 пола жилых помещений и кухонь.

Оценка вероятного значения температуры внутреннего воздуха в квар-

тирах жилых домов постройки после 1998 года показывает, что для зданий выше 6 этажей в диапазоне значений расчетной температуры наружного воз-

65

духа -25…-30 °C температура внутреннего воздуха (при отсутствии тепловы-

делений и являющейся массовой сегодня нерегулируемой системе вентиля-

ции) снизится до 12–13 °C, что вряд ли можно считать приемлемым.

Надежность работы оборудования систем ОВК определяется его каче-

ством, основным показателем которого может являться наработка на отказ.

Учет временной избыточности систем при выборе оборудования и схемного решения позволяет установить вероятность возможных отказов в работе обо-

рудования, установить регламенты его обслуживания и ремонта, предусмот-

реть на основе объективных расчетов необходимость резервирования или дублирования систем и их элементов. СНиП 2.04.05-91* содержит ряд указа-

ний о необходимости резервирования систем, но, как правило, они не имеют объективного обоснования.

Показатели надежности некоторых систем представлены в таблице*.

В современных условиях конкурентного рынка инвестору при выборе расчетных условий, схем и оборудования систем следует требовать от под-

рядчика обоснование предлагаемых решений с точки зрения эксплуатацион-

ной эффективности в сочетании с ценой.

Временная избыточность системы отопления, т.е. время, за которое должна быть восстановлена ее работоспособность, составит 4–8 часов. За этот период времени температура внутреннего воздуха не снизится ниже до-

пустимых значений.

В последнее время энергосбережение (рациональное использование энергетических ресурсов) стало одной из ключевых проблем специальности,

и было бы неверным не согласиться с такой постановкой вопроса. Сегодня ее решения, как правило, направлены на повышение теплозащиты ограждаю-

щих конструкций и эффективности теплоснабжения. Эти вопросы действи-

тельно актуальны, должны обеспечить устранение неоправданных потерь энергии, вызванных, как правило, изношенностью основных фондов и бесхо-

зяйственностью. Здесь необъятное поле проблем – организационных, адми-

нистративно-правовых, финансовых; меньше инженерных.

66

Вместе с тем, по-видимому, ключевыми вопросами в деле эффективного использования энергии являются проблемы потребляющих систем – отопле-

ния, вентиляции и кондиционирования воздуха. Здесь имеются широкие воз-

можности для разработки рациональных схем и технических решений си-

стем, обеспечивающих устранение или минимизацию зон, участков, помеще-

ний и зданий в целом с избыточным, во времени и пространстве, нагревом,

охлаждением и вентилированием. На наш взгляд, именно это направление наиболее перспективно.

Минимально необходимый расход энергии на отопление и вентиляцию помещений будет иметь место в том случае, когда в любой момент времени в заданной точке или зоне помещения подача тепла и свежего воздуха соответ-

ствует минимально необходимым значениям, обеспечивающим с заданной надежностью потребительские свойства систем, т. е. требуемые параметры микроклимата и чистоту воздуха.

Проектирование и строительство энергоэффективных систем ОВК поз-

воляют сократить эксплуатационные энергозатраты от 30 до 75 % без сниже-

ния уровня их комфортности и функциональности.

Обеспечение потребительских свойств и энергоэффективности систем ОВК связано с анализом процессов формирования, поддержания и управле-

ния воздушно-тепловым режимом (ВТР) помещений и здания в целом при изменяющихся в течение периода эксплуатации условиях.

ВТР является одной из основных характеристик помещений и зданий как среды обитания человека и условий нормального функционирования технологического процесса.

Под ВТР подразумевается совокупность полей параметров, характери-

зующих воздушно-тепловой микроклимат помещений: температуру воздуха

(t) и окружающих поверхностей (t), концентрацию содержащихся в воздухе примесей, включая пыль и влагу (С, j), скорость движения воздуха (V), ион-

ный состав (i).

67

Теория ВТР в ее сегодняшнем виде была создана трудами отечествен-

ных ученых и инженеров [10-16].

Проектирование ВТР, способов его стабилизации, управления и оптими-

зации является основным инструментом для разработки технических реше-

ний систем ОВК.

«Идеальный» ВТР соответствует положению, когда в каждый момент времени в каждой точке помещения баланс тепла (холода) и воздуха (приме-

сей) обеспечивает требуемые параметры воздушно-теплового микроклимата. «Оптимальному» ВТР будут соответствовать технические решения, при которых при обязательном соблюдении требуемых параметров воздушно-

теплового микроклимата в обслуживаемой (рабочей) зоне ВТР-помещение будет минимально отличаться от «идеального». Степень приближения «оп-

тимального» ВТР к «идеальному», помимо знаний и искусства проектиров-

щика, определяется экономическими факторами.

Условно можно разделить ВТР на естественный (пассивный) и искус-

ственный (активный). Пассивный ВТР формируется как результат взаимо-

действия здания (формы, ограждающих конструкций) с наружным климатом;

активный ВТР формируется как результат взаимодействия пассивного ВТР и систем обеспечения внутреннего воздушно-теплового микроклимата – си-

стем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.

Существенную, а часто определяющую в промышленных зданиях роль в формировании ВТР оказывает технологический процесс, который должен рассматриваться как фактор пассивного ВТР, если отсутствует возможность влияния на его характеристики, или активного ВТР, если такая возможность предусмотрена.

Знание закономерностей формирования и управления ВТР зданий поз-

воляет решить ряд задач, в т. ч. социальных, в части формирования здоровой среды обитания; технологических, в части формирования необходимых условий функционирования технологического процесса; экономических, в

части рационального расходования ресурсов, прежде всего, энергетических.

68

Рациональная область применения для большинства схем современных систем ОВК может быть определена с помощью анализа ВТР, в частности для перемешивающей и вытесняющей вентиляции, воздушного, лучистого и комбинированного отопления и охлаждения помещений, локального отопле-

ния и охлаждения и т. п.

Таблица 6.1. Показатели надежности систем отопления и вентиляции

Наименование системы

Система воздушного отопления с нагруженным резервным отопительным агрегатом

то же с ненагруженным резервным отопительным агрегатом

то же с ненагруженным резервным вентилятором

Система вытяжной механической вентиляции

то же с резервным вентилятором

** Данная таблица, соответствуют оборудованию, производимому в

СССР и времени работы системы в течение года.

Следует отметить, что большинство подобных решений известно. К ним в первую очередь следует отнести регулируемые системы отопления и вен-

тиляции жилых зданий, комбинированные системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха общественных зданий, газоиспользующие си-

стемы отопления и вентиляции промышленных зданий, эффективные систе-

мы местных отсосов с очисткой удаляемого воздуха, утилизацию тепла уда-

ляемого воздуха и т. п.

Основными факторами при формировании полей параметров в помеще-

нии являются источники и стоки теплоты и массы: нагретые и охлажденные поверхности (ограждения, технологическое оборудование), отверстия в ограждениях и оборудовании (окна, фонари, ворота, загрузочные люки), си-

стемы ОВК (нагревательные приборы, приточные и вытяжные отверстия).

69

Взаимодействие источников и стоков и индуцируемых ими воздушных и тепловых потоков определяет их распространение (циркуляцию) в помеще-

нии и формирование полей параметров.

Как правило, распределение параметров в помещении достаточно не-

равномерно, что объясняется естественными закономерностями.

Поля параметров в помещении могут быть полностью описаны с помо-

щью методов гидродинамики. Уравнения движения, энергии и неразрывно-

сти в сочетании с начальными и граничными условиями позволяют сформу-

лировать физико-математическую постановку задачи о распределении тем-

пературы, скорости и концентрации веществ в воздухе и на поверхностях в помещении. Для решения уравнений необходимо выявить условия их замы-

кания, которые применительно к турбулентному режиму течения в помеще-

нии требуют опытного установления характеристик турбулентности. В

настоящее время нет общих методов выявления этих характеристик, хотя применение численных методов (CFD-модель) получило в последние годы большую популярность. С другой стороны, принятые в инженерной практике грубые осреднения, когда поле параметров заменяется одним осредненным значением (например, температура или влажность в помещении), не удовле-

творяют практику.

В последнее время получили распространение промежуточные способы описания и расчета распределения параметров в помещении, основанные на методе позонных тепловых балансов.

Суть метода состоит в разделении помещения на отдельные зоны, внут-

ри которых значение параметров принимается постоянным (одномерная мо-

дель) либо изменяющимся по выбранной закономерности, или для описания поля используются приближенные зависимости потенциального течения (ме-

тод склейки), либо пограничного слоя.

В общем случае число зон и соответствующее число уравнений баланса может быть достаточно велико.

70