ИНФОРМАЦИЯ ОТ ПРОФЕССИОНАЛОВ

Опрос

Исполнение 261-ФЗ - это:

 формальность
 шаг к повышению энергоэффективности
 планирую исполнить до конца года
 исполню, когда выпишут предписание
 мне это не знакомо
 меня это не коснётся

  

Энергосбережение

Ищем рациональное решение

О комплексном энергосбережении в общественных и многофункциональных зданиях за счет малозатратных инженерных решений.

Необходимость снижения энергопотребления зданий в условиях исчерпания запасов органического топлива и его постоянного удорожания не вызывает сомнений. Однако существенное значение имеет выбор конкретных направлений и способов энергосбережения, а также глубина реализации каждого энергосберегающего мероприятия.

Проблема энергосбережения имеет три составляющие: законодательную, методическую и техническую. Технической основой энергосбережения служит проект здания, обеспечивающий заданные теплотехнические параметры на основе аналитического моделирования, а также расчетных и измеренных значений теплофизических свойств используемых материалов и конструкций. Методическая составляющая предполагает, что известна последовательность операций, позволяющая с необходимой точностью сравнить построенный объект с проектом и сделать обоснованный вывод о степени их соответствия. И, наконец, закон должен устанавливать ответственность каждого субъекта, участвующего в проектировании, строительстве, приемке и эксплуатации зданий, за несоблюдение требований энергосбережения.

Дело в том, что с экономической точки зрения энергосбережение является не самоцелью, а лишь средством для снижения суммарных затрат на возведение и последующую эксплуатацию здания. Поэтому всегда представляет интерес вопрос о выборе оптимального сочетания инженерных решений, обеспечивающих экономически обоснованное снижение энергопотребления. Но для этого необходимо представлять себе структуру энергетического баланса здания и связанные с ней возможности изменения энергозатрат по различным составляющим баланса.

Наиболее полная методика оценки энергопотребления зданий, позволяющая учитывать все основные виды энергозатрат и их снижение за счет применения практически любых известных энергосберегающих мероприятий, содержится в общественном Стандарте РНТО строителей "Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки энергоэффективности зданий", в разработке которого автор принимал активное участие. Стандарт введен в действие с 1 января 2006 года постановлением расширенного заседания Бюро Совета РНТО строителей от 30 сентября 2005 года и является документом добровольного применения в соответствии с Законом РФ "О техническом регулировании" № 184-ФЗ (ЗТР), подписанным Президентом РФ 27 декабря 2002 года. Основы данной методики применительно к общественным и многофункциональным зданиям были опубликованы автором в 2007 году в монографии "Теплофизические и технико-экономические основы теплотехнической безопасности и энергосбережения в здании".

Концепция Стандарта соответствует современным представлениям о принципах нормирования теплозащиты и энергоэффективности зданий и сводится в основном к следующему. Прежде всего эти нормы распространяются на все виды жилых и общественных зданий, в том числе на такие наиболее часто встречающиеся при новом строительстве, как торговые, офисные, административные и многофункциональные. Кроме того, и это, пожалуй, самое главное, суммарное удельное энергопотребление здания и его снижение за счет использования энергосберегающих мероприятий не фиксируется жестко, а устанавливается по договору между заказчиком и подрядчиком. Это позволяет, оставаясь в рамках требований по безопасности в соответствии с ЗТР, применять в каждом конкретном случае наиболее оптимальное с энергетической и экономической точки зрения сочетание мер по снижению энергопотребления.

Еще одна особенность рассматриваемой концепции заключается в том, что вычисляемые суммарные энергозатраты включают энергопотребление здания не только на отопление и вентиляцию, но и на горячее водоснабжение (ГВС), а также на другие нужды (освещение, привод инженерных систем и др.). Это позволяет достигать наиболее комплексного энергосбережения за счет рационального перераспределения затрат между максимально возможным числом составляющих. При этом для применяемых величин используются в основном русские индексы, что облегчает пользование документом.

Для унификации методики в зданиях с естественной и механической вентиляцией затраты на отопление учитывают только трансмиссионные теплопотери, а инфильтрационная составляющая включена в теплозатраты на вентиляцию. В этом случае в явном виде обеспечивается учет вида вентиляции (естественная или механическая) и режима ее работы в течение суток, а также энергосберегающие мероприятия типа теплоутилизации и вообще использования вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) за счет соответствующих понижающих коэффициентов. Наконец, составляемый в итоге энергетический паспорт здания содержит только основные интегральные величины, необходимые для оценки и нормирования энергопотребления здания, а именно климатические и конструктивные параметры и компоненты годовыхэнергозатрат.

Наглядную картину распределения затрат энергии на функционирование различных инженерных систем можно получить, анализируя расчеты, выполненные по методике упомянутого выше Стандарта РНТО для группы общественных и многофункциональных зданий в условиях Москвы. Главные энергетические показатели этих объектов были получены в процессе разработки дипломных проектов под руководством автора и приведены в рассмотренной выше монографии и некоторых других публикациях автора. В относительных величинах эти данные собраны в таблице 1.

Доля в энергетическом балансе
№ зданияТрансмиссионные потериПодогрев воздухагвсСуммарные теплозатратыЗатраты электроэнергии
10.3720.4910.0060.8700.130
20.4000.4490.0130.8620.138
30.4240.4760.0350.9350.065
40.4730.4040.0540.9300.070
50.5670.3850.0070.9580.042
60.4850.3510.0830.9190.081
70.3090.2510.3560.9160.084
80.5090.3210.0170.8470 153
90.5700.3300.0250.9250.075
100.4520.3850.0070.844С 156
110.5770.2950.0200.8920.108
120 3670.5540.0140.9350.065
130.5640.3120.0470.9230.077
140.4250.4160.0420.8830.117
150.2440.5640.0320.8400.160
160.5140.4440.0250.9830.017
170.3090.5740.0510.9330.067
180.3240.5790.0160.9190.081
Среднее, %43.842.14.790.69.4

Таблица 1. Энергетический баланс общественных зданий без специальных энергосберегающих мероприятий и с теплозащитой по санитарно-гигиеническим требованиям

Легко видеть, что результаты статистически устойчивы и довольно мало отличаются для объектовразличного назначения и размеров. При этом во многих случаях затраты на подогрев воздуха, в первую очередь для механической вентиляции, занимают в балансе первое место и существенно выше, чем трансмиссионные теплопотери, или, по крайней мере, сравнимы с ними. Поэтому ограничение энергосберегающих мероприятий утеплением несветопрозрачных ограждений в принципе не может дать снижения теплозатрат более чем на 20-25 %.

В таблице 2 для наглядности объединены данные по возможному относительному снижению энергопотребления по всем рассматриваемым зданиям. Предполагаются следующие инженерные решения:

- утепление несветопрозрачных наружных ограждений в экономически оптимальных пределах в соответствии с методикой, разработанной проф. Г. С. Ивановым и вошедшей в Стандарт РНТО; - замена двойного остекления на тройное или аналогичное ему по теплозащитным свойствам при ограничении дополнительных затрат на такую замену; - утилизация теплоты вытяжного воздуха с промежуточным теплоносителем в системах механической вентиляции как наиболее дешевое и технически простое решение, которое можно реализовать с помощью стандартного оборудования, выпускаемого отечественными предприятиями; - установка смесителей с левым расположением крана горячей воды и кранов с регулируемым напором в системах ГВС, что позволяет заметно снизить потребление горячей воды; - установка автоматических термоклапанов у отопительных приборов, дающая возможность полезного использования теплопоступлений в здание от людей, освещения, солнечной радиации и электроприборов при соответствующем сокращении подачи теплоты системой отопления.
Снижение энергопотребления, %
№ зданияТеплоизоляцияЗамена оконТеплоутилизацияУстановка термоклапановМероприятия ГВСВсего
120.007.6218.7016.000.0762.39
216.704.4516.3425.300.0862.87
321.203.1016.5013.300.1054.20
424.503.2014.9023.600.3066.50
536.401.1815.809.110.0462.53
624.602.8113.9030.000.5071.81
715.802.289.7013.922.1443.84
821.604.501 1 7027.700.1065.60
925.966.2711.4213.630.1557.43
1017.427.6615 5119.840.0460.47
1125.775.6710.2112.870.1254.64
1215.304.8525.068.720 0954.02
1326.517.3010.8114.430.2859.33
1419.903.3316.4017.330.2557.21
1510.762.7125.0022.770.1961.43
1624.056.6016.945.920.1553.66
1713.423.5924.1813.220.3054.71
1818.523.5526.5619.760.0668.45
Среднее, %21.024.4816.6517.080.2859.50

Таблица 2. Относительное снижение энергопотребления за счет используемых энергосберегающих мероприятий.

Здесь уже очевидно, что относительная энергетическая эффективность мероприятий в пределах выбранного комплекса тоже обнаруживает хорошую статистическую устойчивость. Можно показать, что средние значения при добавлении следующих объектов меняются уже очень незначительно, в пределах точности инженерного расчета. Следует только обратить внимание на то, что в зданиях 12, 15, 17 и 18 из-за большой кратности воздухообмена в рабочее время в системе механической вентиляции (от 3,0 до 6,4), связанной с наличием торговых залов, офисных помещений и бассейна, снижение энергопотребления за счет теплоутилизации заметно возрастает и в относительных величинах выходит на первое место. Поэтому очевидно, что чем выше доля затрат на механическую вентиляцию в общем балансе здания, тем больше доводов в пользу утилизации теплоты вытяжного воздуха. Наоборот, в здании 5 более заметно по сравнению с другими объектами уменьшение энергозатрат за счет усиления теплозащиты несветопрозрачных ограждений. Это связано с их большой относительной площадью и сравнительно малым остеклением. Остается только добавить, что экономия за счет мероприятий ГВС в данной серии объектов получилась незначительной из-за малого нормативного расхода горячей воды в рассмотренных общественных и многофункциональных зданиях. Однако в жилищном секторе эти мероприятия могут дать большой эффект из-за высокой доли ГВС в общем энергетическом балансе.

Для наглядности удельные капитальные затраты на 1 м2 отапливаемой площади и удельная экономия годовых расходов на тепловую энергию при существующих ценах и тарифах на материалы, оборудование и энергоносители сведены в таблицу 3. Здесь хорошо видно, что эти удельные параметры точно так же, как и относительное снижение энергопотребления, обнаруживают чрезвычайную статистическую устойчивость и поэтому пригодны для ориентировочных оценок на предварительных этапах проектирования.

ЗданияДоп. теплоизоляцияЗамена остекленияТеплоутилизацияТермоклапаныВсегоСнижение затрат на теплотуСрок окупаемости
Nруб/м2 отапливаемой площадируб/м2в годлет
1129,1521,6432,5017,07200,36110,082,3
2200,7123,8227,1960,25311,97101,204,4
3212,9432,7427,4979,39352,56113,224,3
4191,2222,5528,2945,38287,44113,843,3
5399,305,8442,3871,59519,11100,349,80
6109,0518,2615,8328,92172,0660,213,85
7167,2722,3221,1741,17251,93106,313,15
8196,2243,1822,6457,87319,91116,903,65
9282,2229,5724,1046,93382,82119,354,55
10230,3948,2323,7847,94350,34166,672,7
11275,8126,2554,5150,40406,97124,024,7
12233,7536,0476,8947,12393,80178,712,9
13296,1832,2717,8337,09383,3799,456,4
14370,5929,5636,5032,76469,4198,612,3
15348,6541,2178,3731,75499,98176,83,7
16238,622,8924,7630,47316,7276,426,0
17196,0614,3829,8325,89266,16132,852,4
18153,748,6146,9323,59232,87144,722,5
Ср.235,1026,6335,0643,09339,88118,874,05

Таблица 3. Удельные капитальные затраты на осуществление энергосберегающих мероприятий и годовое снижение затрат на тепловую энергию

Наибольший интерес все же представляет экономическая эффективность всего комплекса принятых решений по энергосбережению. В рыночных условиях ее оценку наиболее целесообразно вести по величине совокупных дисконтированных затрат (СДЗ), связанных с дополнительными капиталовложениями и уровнем годовых эксплуатационных издержек с учетом изменения цен и тарифов на энергоносители, а также рисков капиталовложений. Для корректности оценки по рекомендации проф. В.Г.Гагарина следует считать, что приобретение и установка дополнительного оборудования осуществляются за счет заемных средств, а для упрощения вычислений относить СДЗ к концу расчетного периода. В этом случае удается четко выявить критерий экономической целесообразности, который сводится к превышению годовой экономии расходов на тепловую энергию над годовым процентом за кредит или, если капиталовложения осуществляются из собственных средств, над упущенной прибылью, которую можно были бы получить, если вместо затрат на энергосбережение соответствующую сумму положить в банк.

В последней колонке таблицы 3 приведен расчетный срок окупаемости использованного комплекса инженерных решений при расчете по СДЗ. Очевидно, что этот срок весьма невелик и лежит в пределах от 2 до 5 лет, что действительно характеризует данный комплекс как малозатратный. Исключение составляют здания 5 и 16, где из-за большой относительной площади несветопрозрачных ограждений и незначительного остекления велика доля дополнительной теплоизоляции и ограничены возможности по использованию теплоты от солнечной радиации, а также здание 13, где из-за малой кратности воздухообмена затруднено энергосбережение за счет утилизации теплоты вытяжного воздуха.

Как показывают таблицы 2 и 3, повышение сопротивления теплопередаче несветопрозрачных ограждений является наиболее дорогостоящим мероприятием и не слишком энергоэффективным. Дополнительные капитальные затраты на теплоизоляцию составляют до 60-70% от общих расходов на реализацию принятого комплекса инженерных решений, а относительное снижение энергопотребления находится в пределах всего 20-25 процентов. Но совсем без этого обойтись не удается, т. к. остальные способы энергосбережения, как правило, не обеспечивают желательного суммарного снижения энергопотребления - не менее чем в 2 раза по сравнению с базовым вариантом.Однако такое повышение должно быть в разумных пределах и лишь после исчерпания энергосберегающего потенциала других возможных мероприятий. В среднем целесообразное усиление теплозащиты может составлять примерно 2-2,5 раза по сравнению с санитарно-гигиеническими требованиями, а не 3-3,5, как было указано в Изменениях № 3 и 4 к СНиП II-3-79* "Строительная теплотехника" и позднее сохранено в новом СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий".

При этом вначале устанавливаются общие параметры проекта, и в первую очередь распределение энергозатрат по всем основным статьям расходов с учетом всех применяемых энергосберегающих мероприятий, и вычисляется расчетный срок окупаемости принятых решений в целом. При последующей детальной разработке отдельных разделов проекта (теплозащита, отопление, вентиляция, ГВС и т. д.) эти параметры должны выдерживаться с достаточной для инженерных расчетов точностью, т. е. порядка 5%. Только в этом случае можно преодолеть несогласованность между функционированием различных инженерных систем здания и обеспечить в известных пределах взаимозаменяемость всех способов энергосбережения с минимальными затратами.

О.Д. Самарин, доцент, к.т.н. (МГСУ)


Возврат к списку