Сколько электричества, тепла и воды потребуется комплексу
Энергетика начинается не с выбора оборудования, а с определения потребностей объекта. Пока неизвестно, сколько электричества, тепла и воды будет расходовать гостиница, невозможно обоснованно выбрать трансформатор, ГПУ, котельную, солнечные коллекторы, резервуары СУГ и очистные сооружения.
Для собственника особенно важно различать мощность и потребление энергии. Мощность показывает, сколько энергии объекту требуется в конкретный момент. Она измеряется в киловаттах и мегаваттах. Потребление показывает количество энергии за час, сутки, месяц или год и измеряется в киловатт-часах, мегаватт-часах и гигаватт-часах.
Если оборудование имеет мощность 100 кВт и работает один час, оно потребляет 100 кВт·ч. Если оно работает десять часов, потребление составляет 1 000 кВт·ч. Поэтому мощность трансформатора нельзя просто умножать на количество дней и принимать полученный результат за реальное годовое потребление.
Для рассматриваемого комплекса отдельно рассчитываются максимальные нагрузки и годовое потребление. Максимальные значения определяют размеры оборудования и сетей. Годовые объёмы определяют расходы на электричество, газ, СУГ и воду.
Границы расчётной модели
Полный комплекс включает 600 номеров общей надземной площадью до 36 000 м². Максимальная вместимость составляет 1 200 гостей. Среднегодовая загрузка для контрольной модели принимается равной 75%.
Первая очередь включает около 300 номеров общей площадью до 18 000 м² и рассчитана максимум на 600 гостей.
Расчёт охватывает гостиничные корпуса и ресторан. Некоторые обязательные и дополнительные потребители пока не имеют окончательных технологических заданий. Поэтому полученные значения являются нижней расчётной основой, а не окончательной полной нагрузкой комплекса.
Отдельно предстоит добавить собственные нужды энергоцентра, очистные сооружения, водоподготовку, бассейны, прачечную, медицинское оборудование, физкультурно-оздоровительный центр, жильё персонала, наружное освещение, зарядную инфраструктуру и другие функции.
Установленная и фактическая электрическая мощность
Для одного гостиничного номера предварительно принимается установленная мощность 5 кВт. В неё входят освещение, розетки, бытовые приборы, климатическое оборудование и другие возможные потребители.
Для 600 номеров суммарная установленная мощность составляет 3 000 кВт. Однако это не означает, что гостиница одновременно потребляет 3 МВт.
Гости не включают одновременно всё оборудование во всех номерах. Часть помещений свободна, часть приборов работает кратковременно, а максимумы разных потребителей не совпадают.
Поэтому для определения реальной нагрузки применяются коэффициенты спроса, одновременности и графики использования оборудования.
На предпроектной стадии используется укрупнённый показатель 0,2 кВт активной нагрузки на одного гостя.
При максимальной вместимости 1 200 человек электрическая нагрузка гостиничной части составляет 240 кВт.
Ресторан рассчитывается отдельно. При вместимости 250–400 мест его установленная мощность предварительно принимается в диапазоне 50–80 кВт. После учёта несовпадения максимумов с коэффициентом 0,8 расчётная нагрузка ресторана составляет 40–64 кВт.
Суммарная базовая нагрузка полного комплекса равна 240 кВт гостиничной части плюс 40–64 кВт ресторана. Получается 280–304 кВт.
При предварительном коэффициенте мощности 0,9 это соответствует полной электрической мощности около 311–338 кВА. Окончательный показатель должен учитывать реактивную мощность, пусковые токи двигателей, насосы, лифты, вентиляцию, холодильное оборудование и другие реальные потребители.
Дефицит существующей мощности
Заявленная мощность существующей трансформаторной подстанции составляет 250 кВт. Базовая нагрузка полного комплекса оценивается в 280–304 кВт.
Минимальный дефицит равен разности между потребностью и доступной мощностью. Для нижней границы он составляет 280 минус 250, то есть 30 кВт. Для верхней границы — 304 минус 250, то есть 54 кВт.
Таким образом, даже базовая гостинично-ресторанная модель превышает заявленную мощность существующей ТП на 30–54 кВт.
Фактический дефицит будет больше после добавления инженерных и оздоровительных функций. Если, например, они создадут ещё 150 кВт одновременной нагрузки, общий максимум достигнет 430–454 кВт, а дефицит относительно существующей мощности составит уже 180–204 кВт.
Приведённый пример не является прогнозом. Он показывает, почему нельзя выбирать количество ГПУ только на основании первоначального дефицита 30–54 кВт.
Сначала составляется полный перечень потребителей и определяется их одновременная работа. Только после этого становится понятно, достаточно ли одной ГПУ класса 250 кВт, потребуется ли дополнительный модуль или выгоднее увеличить мощность внешнего присоединения.
Первая очередь
Для первой очереди гостиничная нагрузка при максимальном размещении 600 гостей предварительно составляет 120 кВт.
Ресторан на 125–200 мест имеет установленную мощность около 25–40 кВт. После применения коэффициента несовпадения максимумов его расчётная нагрузка составляет 20–32 кВт.
Базовая нагрузка первой очереди равна 120 плюс 20–32 кВт, то есть 140–152 кВт.
При коэффициенте мощности 0,9 полная мощность составляет приблизительно 156–169 кВА.
Заявленная мощность ТП 250 кВт покрывает эту базовую нагрузку и оставляет резерв 98–110 кВт. Но этот резерв нельзя заранее считать достаточным.
На первой очереди может сразу строиться часть общей инфраструктуры полного комплекса: кухня, энергоцентр, котельная, очистные сооружения, водоподготовка и общественное ядро. Их нагрузка уменьшит доступный резерв и может создать дефицит уже до строительства второго корпуса.
Годовое электропотребление
Для контрольной проверки полного комплекса используется сценарный коэффициент использования максимальной мощности 0,55.
Нижняя граница рассчитывается умножением 280 кВт на 8 760 часов в году и на коэффициент 0,55. Результат составляет около 1,349 ГВт·ч.
Верхняя граница рассчитывается аналогично: 304 кВт умножаются на 8 760 часов и на 0,55. Результат составляет около 1,465 ГВт·ч.
Предварительное годовое электропотребление базовых функций полного комплекса принимается в диапазоне 1,35–1,46 ГВт·ч.
Для первой очереди аналогичный расчёт даёт 0,675–0,732 ГВт·ч в год.
Эти значения должны быть уточнены почасовой моделью. В ней отдельно учитываются дневная и ночная нагрузки, сезонность, загрузка гостиницы, кухня, вентиляция, насосы, наружное освещение, оздоровительные функции и собственные нужды энергоцентра.
Почасовой график необходим не только для оплаты электроэнергии. Он определяет режим работы ГПУ. Если базовая ночная нагрузка окажется небольшой, генератор мощностью 250 кВт не сможет круглосуточно работать с полной загрузкой.
Отопление
До разработки архитектурных конструкций для отопления используются два укрупнённых сценария: 55 и 70 Вт тепловой мощности на 1 м² отапливаемой площади.
При площади 36 000 м² нижняя граница отопительной нагрузки составляет 36 000 умножить на 55 Вт, то есть 1 980 кВт, или 1,98 МВт.
Верхняя граница составляет 36 000 умножить на 70 Вт, то есть 2 520 кВт, или 2,52 МВт.
Это пиковая мощность для расчётной зимней температуры. Она не действует постоянно в течение всего отопительного сезона.
Для годовой проверки временно приняты внутренняя температура плюс 22 °C, расчётная наружная температура минус 36 °C, средняя температура отопительного периода минус 8 °C и продолжительность отопительного периода 228 суток.
При этих исходных данных годовая полезная потребность в тепле на отопление составляет приблизительно 5,60–7,13 ГВт·ч.
Окончательный результат будет зависеть от теплоизоляции стен, кровли и пола, площади остекления, характеристик окон, герметичности, ориентации зданий и фактической температуры наружного воздуха.
Чем лучше здание сохраняет тепло, тем меньше котлов, топлива, солнечных коллекторов и распределительного оборудования потребуется собственнику. Поэтому затраты на ограждающие конструкции следует сравнивать с сокращением капитальных и эксплуатационных расходов энергетической системы.
Приточная вентиляция
Гостиница не может рассчитываться только по теплопотерям через стены и окна. Значительное количество энергии расходуется на нагрев наружного воздуха.
Для предварительной модели принимается 90 м³ наружного воздуха в час на один номер. Для 600 номеров расход составляет 54 000 м³/ч.
При предварительной эффективности рекуперации 50% тепловая нагрузка вентиляции номерного фонда составляет около 524,6 кВт. Ресторан и кухня добавляют ещё приблизительно 120–140 кВт.
Суммарная дневная вентиляционная нагрузка оценивается в 644,6–664,6 кВт. В ночном режиме нагрузка номерного фонда предварительно снижается до 262,3 кВт.
Годовое полезное теплопотребление приточной вентиляции составляет ориентировочно 1,37–1,41 ГВт·ч.
Эти показатели должны быть заменены технологическим расчётом. Реальная нагрузка зависит от количества воздуха, режима работы помещений, рекуперации, влажности, вытяжки кухни, бассейнов, медицинской части и требований к качеству внутреннего воздуха.
Горячее водоснабжение
Для максимальной вместимости 1 200 гостей принимается суточный расход всей воды 230 литров на человека, из которых 120 литров приходится на горячую воду.
Гостиничный номерной фонд при полной загрузке потребляет 276 м³ всей воды в сутки, включая 144 м³ горячей воды.
Максимальный часовой расход горячей воды принимается равным 10,2 литра на одного гостя. Для 1 200 человек это составляет 12,24 м³/ч.
При нагреве воды с 5 до 65 °C расчётная тепловая мощность достигает приблизительно 854 кВт.
При среднегодовой загрузке 75% в комплексе одновременно проживают около 900 гостей. Среднесуточный расход горячей воды номерного фонда составляет 108 м³, а годовой — около 39 420 м³.
Полезное тепло, необходимое для годового нагрева этого объёма воды с 5 до 65 °C, составляет около 2,75 ГВт·ч.
Ресторан добавляет ещё 0,196–0,313 МВт пиковой тепловой нагрузки и приблизительно 0,24–0,75 ГВт·ч годового потребления.
Эти значения требуют проверки после определения количества блюд, продолжительности работы ресторана, оборудования кухни, посудомоечных машин и потока внешних посетителей.
Сводная тепловая нагрузка
Максимальная полезная тепловая нагрузка базовых функций складывается из отопления, приточной вентиляции, горячего водоснабжения номерного фонда и ресторана.
Для нижней границы суммируются 1,98 МВт отопления, 0,645 МВт вентиляции, 0,854 МВт горячего водоснабжения номеров и 0,196 МВт ресторана. Получается около 3,67 МВт.
Для верхней границы суммируются 2,52 МВт отопления, 0,665 МВт вентиляции, 0,854 МВт номерного ГВС и 0,313 МВт ресторана. Получается около 4,35 МВт.
Годовая полезная потребность базовых функций составляет 9,96–12,04 ГВт·ч.
В неё входят 5,60–7,13 ГВт·ч отопления, 1,37–1,41 ГВт·ч вентиляции, 2,75 ГВт·ч горячего водоснабжения номерного фонда и 0,24–0,75 ГВт·ч ресторанного ГВС.
Бассейны, прачечная, медицинские процедуры, тепловые потери сетей и собственные нужды инженерного оборудования здесь пока не учтены.
Для первой очереди максимальная полезная тепловая нагрузка предварительно составляет 1,84–2,18 МВт. Годовое потребление первой очереди необходимо рассчитать отдельно после определения фактической площади первого корпуса и доли общей инфраструктуры.
Контрольная установленная мощность котельной принимается не менее 5,01 МВт для полного комплекса и 2,51 МВт для первой очереди. Но окончательная модульная конфигурация должна дополнительно обеспечивать работу после остановки крупнейшего котла.
Водоснабжение
Номерной фонд полного комплекса при максимальном размещении потребляет 276 м³ воды в сутки.
Предварительный суточный расход ресторана составляет 43,56–139,39 м³. Большой диапазон связан с разной вместимостью и продолжительностью работы.
Суммарный максимальный расход базовых потребителей составляет 319,56–415,39 м³ в сутки. Из него 156,34–183,49 м³ приходится на горячую воду и 163,22–231,90 м³ — на холодную.
При загрузке 75% годовое водопотребление оценивается в 87 480–113 714 м³.
Для первой очереди максимальный расход составляет 159,78–207,70 м³ воды в сутки, включая 78,17–91,75 м³ горячей воды.
К этим показателям необходимо добавить бассейны, прачечную, медицинские процедуры, полив, промывку фильтров, персонал и другие технологические нужды.
Расход воды непосредственно определяет производительность водозабора, водоподготовки и очистных сооружений. Если скважина не обеспечивает расчётный максимум, потребуются дополнительные источники, накопительные ёмкости или ограничение одновременного потребления.
Что показывают расчёты собственнику
Существующая ТП может обеспечить базовую нагрузку первой очереди, но недостаточна для полного комплекса. После добавления всей обязательной инфраструктуры дефицит может появиться уже на первом этапе.
Тепловая нагрузка значительно превышает электрическую. Полный комплекс требует до 4,35 МВт полезного тепла ещё до включения бассейнов и других дополнительных функций.
Солнечные коллекторы и когенерация могут покрыть часть годового потребления, но не устраняют необходимость резервно-пиковой котельной.
Потребление горячей воды формирует крупную круглогодичную нагрузку. Это делает гостиницу подходящим объектом для использования солнечного и когенерационного тепла.
Наличие скважины и трансформаторной подстанции является преимуществом участка, но их фактические возможности необходимо подтвердить до утверждения архитектуры и закупки оборудования.