CC BY
53
шнЕРШшРЕтурсшсБЕШШЕтитшэнЕРШяэФФЕШшватишЬ 13
УДК 697, 51-74, 004.942
Экспресс-энергоаудит зданий на основе динамической имитационной модели
Г. Я. Волов,
ОДО «Энерговент», г. Минск, директор, кандидат технических наук
В. И. Зуев,
Технологический институт «ВЕМО», Москва, заведующий лабораторией
Д. В. Сенновский,
Технологический институт «ВЕМО», Москва, заместитель генерального директора
Т. Е. Троицкий-Марков,
Технологический институт «ВЕМО», Москва, председатель совета директоров
Практика энергетических обследований жилищного фонда, применяемая сегодня, имеет ряд недостатков, препятствующих объективному и достоверному определению уровня энергоэффективности многоквартирных домов и построению реалистичного прогноза технического и экономического эффекта от мероприятий по энергосбережению. Из-за низкой обоснованности возникают значительные проблемы при их реализации. Описываемая в статье инновационная технология проведения экспресс-энергоаудита с использованием имитационного моделирования жизненного цикла здания предотвращает возникновение таких проблем, делая результаты энергоаудита объективными, достоверными, прозрачными, воспроизводимыми, а сам энергоаудит менее трудоёмким и по-настоящему востребованным при энергоэффективной модернизации жилья.
Ключевые слова: энергосбережение, энергетический профиль, жилищный фонд, энергопотребление, энергосервис, энергоаудит, энергетический паспорт здания.
В конструкциях и инженерных системах зданий заключено более половины потенциала энергосбережения. Однако внимание специалистов привлекает не только возможность значительной экономии, но и необходимость обеспечения комфортных и безопасных условий труда и быта.
Здание является достаточно сложным объектом, на функционирование которого одновременно влияет большое количество меняющихся со временем внутренних и внешних факторов. Поэтому для решения вопросов по улучшению эксплуатации, снижению энергозатрат, оптимизации микроклимата требуются достаточно сложные, трудоёмкие и дорогостоящие процедуры энергоаудита. Наибольшие трудности возникают в случае обследования жилых многоквартирных домов. Среди характерных проблем энергоаудита жилищного фонда можно выделить:
- большое количество объектов, нуждающихся в обследовании;
- неудовлетворительное техническое состояние и отсутствие достоверных сведений о фактическом физическом износе;
- отсутствие проектной и исполнительной документации, приводящее к существенной нехватке надёжной и непротиворечивой информации о характеристиках и режимах эксплуатации здания и систем;
- низкое качество, а порой и отсутствие учётных данных о потреблении энергоресурсов;
- затруднённость натурных проверок из-за отсутствия доступа в большинство квартир и в другие помещения и части единого комплекса, отделённые границами эксплуатационной ответственности;
- несанкционированные и несогласованные изменения в инженерном оборудовании квартир;
- низкую культуру использования, технического обслуживания и эксплуатации оборудования и конструкций здания;
- приблизительные сведения о фактической численности жильцов.
Рассмотрим именно этот сложный для энергоаудита случай - обследование многоквартирных домов (МКД).
Сегодня в России накоплен достаточно большой опыт энергетических обследований жилищного фонда в рамках исполнения законодательства об энергосбережении [1]. Однако, по оценкам специалистов, подавляющее большинство энергоаудитов выполняется заведомо поверхностно, формально. Энергетические обследования, способные решить отмеченные выше проблемы, единичны. Практически каждый углублённый энергоаудит превращается в долгосрочное научно-экспериментальное исследование, которое в итоге все равно вынуждено основываться на приблизительных данных и строить на них оценочные предположения об ожидаемом эффекте. Из-за этого качество технико-экономических обоснований невелико.
В числе недостатков применяемой практики энергетического аудита можно выделить:
- случайный, бессистемный характер применения энергоаудита в жилищно-бытовом секторе и практическую невостребованность рекомендаций;
- неоптимальность (избыточность или недостаточность) плана обследования и, как следствие, удорожание обследования, недостижение поставленной цели;
- неполноту и противоречивость собранных данных и результатов инструментального обследования;
- сильное влияние человеческого фактора, а отсюда и необъективность результатов всего энергоаудита;
- отсутствие единого механизма представления и анализа полученных сведений, характерных именно для жилищного фонда (нет единства в описании энергетической системы здания, в формах энергетических паспортов, в проверке данных на объективность и адекватность, в методиках выполнения измерений и расчётов, формулирования выводов, оценки технических предложений и показателей энергетической эффективности) и, как следствие, невоспроизводимость результатов при их внешней проверке и невозможность использовать результаты энергоаудита на аналогичных объектах;
- высокую трудоёмкость выполнения описательной и аналитической части.
Нельзя также забывать, что любое радикальное повышение энергоэффективности (для выяснения возможности которого и проводится энергоаудит) связано ли оно с изменениями в конструкции или в управлении функционированием чаще всего ведёт к значительному усложнению как самого объекта, так и его эксплуатации: необходимость принудительной вентиляции вместо естественной, надстройки двигателей частотно-регулируемыми приводами, установки систем мониторинга, автоматического регулирования и диспетчеризации. Попытки внести какие-либо упрощения зачастую приводят к возрастанию экономических, технических, экологических и даже социальных рисков.
В условиях указанной тенденции к усложнению традиционный инструментарий аналитической обработки результатов обследования, основанный на простых аналитических зависимостях, уже не может удовлетворить требованиям достоверности, объективности, реалистичности, комплексности и, тем более, точности. В настоящей статье предлагается подход к проведению энергоаудита МКД, развиваемый Технологическим институтом «ВЕМО» более десяти лет [2, 3] на основе практического объединения комплекса технологий натурного обследования и модельного вычислительного эксперимента. В творческом содружестве с ОДО «Энерговент» на основе универсальной динамической модели многоквартирного дома были созданы проверенные более чем на 120 объектах методика экспресс-энергоаудита жилых зданий и программный продукт «Модель-МКД» [4].
Основные цели энергоаудита здания:
1) получение объективных данных о параметрах функционирования и характеристиках здания и его систем жизнеобеспечения, объёме используемых энергетических ресурсов;
2) проверка эксплуатационной надёжности и безопасности (оценка тепловлажностного состояния наружных ограждающих конструкций и режимов работы систем отопления и вентиляции в процессе эксплуатации);
3) определение обобщённой оценки энергетической эффективности здания и отдельных его систем, в том числе потенциала энергосбережения и повышения энергоэффективности;
4) разработка технически и экономически обоснованных решений, связанных с повышением энергоэффективности и эксплуатационной безопасности здания.
В достижении поставленных целей с учётом требований объективности, достоверности, реалистичности, комплексности и точности необходимо представить здание как целостную систему, увязывающую воедино все основные компоненты, инженерные системы и влияющие факторы. Такая система (физико-математическое описание здания) становится работоспособной только при получении объективных данных. При попытке внести в неё ошибочные сведения сразу обнаруживается противоречивость и потеря целостности, что позволяет воспрепятствовать переносу ошибок во все последующие выводы и результаты.
Наиболее адекватно такая система математически описывается динамической имитационной моделью здания, для построения которой может быть применено различное программное обеспечение. В нашем случае использованы «МодЭн 3.23» (программный комплекс динамического имитационного моделирования энергосистем) и «МодЭн-калькуля-тор» [5, 6].
Универсальная модель многоквартирного дома содержит около 80 тыс. уравнений, но пользователь видит не их, а параметры и результаты функционирования объекта. Системы уравнений описывают:
- взаимодействие всех основных наружных ограждающих конструкций МКД с окружающей и внутренней средой (нестационарные уравнения теплопроводности);
- теплоинерционные свойства внутреннего объёма МКД (балансовые уравнения сохранения энергии);
- режимы работы водяной системы отопления, узлов автоматики и регулирования (теплогидравли-ческие уравнения);
- блок расчёта температурно-влажностного режима ограждающих конструкций (на основе [7]);
- динамику процессов воздухообмена, горячего водоснабжения и электропотребления, а также прочие внутренние теплопоступления, характерные для МКД, и теплопоступления от солнечной радиации (инсоляция) и их изменения в сезонном суточном цикле;
шнЕРашРЕтурсшшБЕШШЕтитшэнЕРШшвФФЕшаштиТа 15
- динамику экономической эффективности мероприятий, прогнозируемого потока инвестиций, изменения энергозатрат и прочих текущих затрат при эксплуатации здания за время его жизненного цикла.
До недавнего времени применение динамического моделирования сдерживалось сложностью процесса создания модели для каждой конкретной задачи. Однако в случае универсальной модели задача её математического описания и создания с пользователя снимается. На долю его остается лишь настройка модели на параметры конкретного здания, что доступно любому инженеру и специалисту, имеющему рядовую профессиональную подготовку и квалификацию в области энергоаудита.
Ранее, чтобы провести вычислительный эксперимент с прогнозом энергопотребления, приходилось пройти не менее пяти стандартных этапов, таких как построение математической модели (составление математических уравнений, описывающих объект); выбор численных методов расчёта (построение дискретной модели, аппроксимирующей исходную математическую задачу, построение разностной схемы, разработка вычислительного алгоритма и т. д.); создание программы, реализующей вычислительный алгоритм; проведение расчётов и обработка полученной информации; анализ результатов расчётов.
Теперь в программе «Модель-МКД» все три начальных этапа, которые могли представлять определённую сложность для энергоаудитора, уже пройдены разработчиками (реализованы в программном модуле). Остаётся настроить универсальную модель на режимы и параметры обследованного объекта и получить в результате показатели энергоэффективности, потенциал энергосбережения, энергетический паспорт, план инвестиций и пр. Программный продукт «Модель-МКД» легко настраивается вводом исходных данных о здании, его системах и оборудовании, жильцах, климатических условиях и т. п. непосредственно в программу или через импорт из шаблона Excel. В процессе настройки можно проверить и оценить качество исходных данных, скорректировать ранее заложенные стандартные уставки, а при необходимости и исправить введенные данные.
Обязательным этапом практической работы с моделью является оценка ее адекватности реальному дому. Главным критерием адекватности модели МКД (при рассмотрении здания как системы) служит близость модельного потребления тепловой энергии к результатам измерений на вводе в систему отопления. На адекватно настроенной модели можно проверить и оценить, как отразятся на функционировании дома и его экономике те или иные мероприятия по повышению энергоэффективности. И выбрать наиболее эффективные.
Такая технология позволяет снизить общую трудоёмкость проведения энергетического обследования, включая натурные обследования и измерения, не более 5 дней (при наличии хорошей системы учёта энергоресурсов) на единичный дом или даже группу из 5-10 однотипных домов и делает энергоаудит объективным, достоверным, прозрачным,
воспроизводимым по результатам и по-настоящему востребованным.
Основными функциями программы «Модель-МКД» являются:
- хранение и архивирование характеристик МКД и его инженерных систем (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, освещение и т. д.);
- формирование динамической модели конкретного МКД;
- оценка эксплуатационных параметров режимов функционирования и характеристик систем и конструкций;
- оценка энергоэффективности здания и инженерных систем;
- ведение базы нормативов и технических решений по повышению безопасности и энергоэффективности МКД;
- внедрение технических решений в модель МКД для оценки их эффекта;
- вывод энергетического паспорта, отчётов об энергопотреблении, состоянии систем и конструкций, отчёта по доходам и инвестициям при введении новых технических решений и др. на разных стадиях жизненного цикла здания.
В вычислительном эксперименте на модели МКД получаем возможность контролировать в динамике при фактических и других заданных эксплуатационных условиях различные физические, санитарно-гигиенические, технические и экономические параметры здания как целой системы, так и отдельных его инженерных систем (табл. 1).
При работе с программой «Модель-МКД» можно выделить три стандартных этапа:
1. Анализ и оценка существующего состояния:
- заполнение стандартных форм исходных данных;
- проведение расчёта по базовому периоду с проверкой модели на адекватность;
- анализ показателей энергоэффективности, надёжности и безопасности за базовый (отчётный) период.
2. Анализ и оценка возможностей улучшения (задание и проверка на модели мероприятий по энергосбережению):
- настройка модели на внедрение последовательности технических решений по энергосбережению;
- проведение прогнозного расчёта с анализом результатов внедрения;
- выбор наиболее экономически выгодной последовательности мероприятий.
3. Создание отчёта-заключения.
Хотя основными этапами процесс использования программы «Модель-МКД» мало чем отличается от привычной последовательности энергоаудита, однако с точки зрения характера работы имеет принци-
Таблица 1
Параметры, контролируемые в вычислительном эксперименте в программе «Модель-МКД»
Физические Санитарно-гигиенические Технические Экономические
Температура, влажность материала, парциальное давление водяных паров в толще конструкции Температура воздуха и кратность воздухообмена в помещении. Выпадение конденсата на внутренней поверхности ограждающих конструкций Тепловые нагрузки. Градусо-сутки. Приведенный коэффициент теплопередачи. Теплопотери. Теплопоступления. Расход приточного воздуха. Температура теплоносителя. Избыточное увлажнение конструкций. Коэффициент использования оборудования Энергопотребление. Удельный расход тепловой энергии. Класс энергоэффективности здания. Коэффициент энергоэффективности системы. Инвестиции. Текущие затраты. Амортизационные отчисления. Доход. Чистый дисконтированный доход. Срок окупаемости
Диаграммы текущего состояния и осциллографы
Объёмная влажность. Давление водяных паров. Температура в толще Температура в помещении. Выпадение конденсата Температура в узле смешения. Состояние запорной арматуры. Переувлажнение материала стен Адекватность. Чистый доход (NPV)
Отчёты по результатам моделирования
Тепловой баланс. Состояние материала конструкций Микроклимат помещений Тепловые нагрузки Отчёт проверки на адекватность. Сводный отчёт о результатах. Энергетический паспорт. Инвестиции. Доходы
пиальное отличие. В процессе расчёта динамики модели по заданному периоду времени программа моделирует и показывает на графиках, диаграммах и отчётах все изменения, происходящие в здании и его системах. Благодаря этому сразу можно обнаружить неправильную работу отдельных систем. Параллельно в динамике оперативно обновляются значения всех показателей и накапливаются «счётчики». Пользователь в процессе работы может менять настройки модели и следить за реакцией объекта. В любой момент можно остановить счёт для анализа ситуации и оперативно получить через отчёты и графики картину текущего состояния и истории, которая привела к исследуемой ситуации.
Проверка настроек физико-математической модели на адекватность в программе реализуется путём сравнения показания приборов учёта на объекте с результатами модельного динамического расчёта (рис. 1).
Невязка (отклонение результатов модельного расчёта от результатов измерения фактического потребления) должна быть небольшой. Сегодня она не нормируется, но может быть принята на уровне приборной погрешности, например, 4 % для теплосчётчика. Если значение невязки велико (например, больше 4 %), это свидетельствует о наличии существенных расхождений исходных данных с фактическим состоянием здания и инженерных систем, их характеристиками или параметрами и режимами эксплуатации и требует необходимости уточнений.
По результатам адекватного расчёта за базовый год можно сформировать итоговые отчёты о состоянии здания на текущий момент, например, энергетический паспорт. В паспорте приведены все основные нормируемые (теплотехнические) показатели жилого дома, а также оценка класса энергоэффективности исходя из действующих нормативов (программа позволяет проводить оценку класса энергоэффективности по норма-
Рис. 1. Отчёт и диаграмма проверки на адекватность
шнЕРШшРЕтурсшсБЕШШЕтишшэнЕРШяэФФЕшаштиТа 17
+а Вт: | Отчет: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЗДАНИЯ -=М
!Параметр Размерное.. Значение А (
I Энергетический паспорт ло трансформаций
(...)
65 35. Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания кДж/(м2+°С,,. И1,764534
66 36. Нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление мания кДж/(м2*°С.. 70
67 37. Класс энергетической эффективности 1«!
,< 1 ¿1
Рис. 2. Энергетический паспорт здания (существующее состояние)
тивам, установленным для того региона и страны, в которых расположен объект). На рис. 2 представлен энергопаспорт здания по форме СНиП 23-02-2003 [8].
В приведённом примере расчётный удельный расход тепловой энергии де-факто составлял 141,8 кДж/(м2-°С-сут.), что соответствует классу энергетической эффективности здания «Е» (низший) [9]. Одновременно с оценкой энергоэффективности расчёт на адекватной модели здания, выполненный за базовый год, позволяет сформировать также сведения об энергопотреблении, диаграммы динамики микроклимата в жилых помещениях и тепловлаж-ностного режима стен и др.
Для оценки эксплуатационного уровня энергоэффективности МКД могут быть использованы следующие индикаторы:
- индикатор уровня наладки системы отопления (ИНО). Относительное отклонение фактической тепловой нагрузки на отопление от её расчётной величины (определённой по теплопотерям согласно правилам проектирования). Значение ИНО большее 0,1 означает повышенный расход тепловой энергии на отопление (10 % и более), причиной которого может быть «перетоп» или нерационально высокий воздухообмен (в частности, открытые форточки и окна). Если ИНО меньше -0,3, то можно утверждать, что МКД характеризуется ухудшенным комфортом помещений, обусловленным «недотопом» или недостатком воздухообмена;
- коэффициент уровня воздухообмена (КУВ). Это величина отношения фактического и нормативного объёмов воздухообмена. Показывает степень избыточности (больше 1,2) или недостаточности (меньше 0,6) воздухообмена помещений.
Практика энергоаудитов показала, что около 40 % обследованных нами МКД имеют коэффициент КУВ менее 0,6, то есть недостаточный воздухообмен. Для более 40 % зданий индикатор ИНО показал повышенный расход тепла. Как правило, это свойство утеплённых зданий без работающих термостатических клапанов регулирования. Само по себе наличие термостатов при отсутствии налаженного автоматизированного теплового пункта на вводе в МКД не гарантирует от перерасхода тепла. Все обследованные нами здания с установленными термостатами на приборах отопления, но без авто-
регулирования на тепловом вводе оказались энергорасточительными.
Ухудшенный комфорт более характерен для неутеплённых зданий. Установленные в них жильцами новые герметичные окна со стеклопакетами существенно снижают потребление тепла, однако при этом сильно сокращают воздухообмен. Таких проблемных домов с пониженным ИНО среди неутеплённых зданий оказалось около 45 %. Среди утеплённых зданий таких домов гораздо меньше - около 15 %.
Таким образом, в результате выполнения первого этапа работы на модели достигаются сразу три первые цели проведения энергоаудита, отмеченные ранее: получены объективные данные, проверена эксплуатационная безопасность, определены энергетическая эффективность и потенциал энергосбережения по отношению к нормативно установленному уровню энергоэффективности. Если задача энергоаудита состояла только в этом (например, при присвоении зданию класса энергоэффективности), то работу в целом можно считать выполненной. Однако, как правило, от энергоаудитора требуется дать обоснованные рекомендации, поэтому необходимо продолжить работу с моделью, а именно трансформировать модель здания, то есть внедрить в модель такие технические решения, которые приводят к повышению энергоэффективности. Каждое отдельное техническое решение (мероприятие) называется трансформацией.
Через серию трансформаций, соответствующих реализации современных передовых энергосберегающих решений, программа «Модель-МКД» формирует модель эталонного состояния энергетической системы обследованного здания. Это позволяет при оценке потенциала энергосбережения перейти от обобщённых нормативов и среднестатистических аналогов к принципиально новой базе сравнения - индивидуальному эталону энергоэффективности.
В результате сопоставления фактического и эталонного состояний энергетической системы определяется модернизационный потенциал энергосбережения для обследуемого дома. Эталонным состоянием энергетической системы здания признается такое состояние, которое по составу системы и параметрам её функционирования отвечает современным требованиям энергоэффективности и современному уровню развития техники и технологий.
Для создания обоснованного плана реализации мероприятий программа «Модель-МКД» располагает следующими инструментами:
- база мероприятий с характеристиками их особенностей (схема мероприятия, материал, оборудование, нормируемые параметры и свойства), цены (удельные коэффициенты для слагаемых формулы цены мероприятия) и эффекта (удельные коэффициенты для слагаемых формулы экономии, если для данного мероприятия нет описания динамики в модели);
- база нормативов (с указанием документов-источников), к достижению которых может быть направлено мероприятие;
- база материалов с теплофизическими характеристиками и параметрами влагопереноса;
- база оборудования с техническими характеристиками;
- база климатических условий;
- блок задания календарного плана внедрения мероприятий;
- блок переключателей режима расчёта инвестиций (автоматически/вручную) по мероприятиям;
- блок индивидуального задания размера инвестиций по мероприятиям (при необходимости);
- блок задания экономических параметров (тарифы, нормы амортизации, дополнительной заработной платы и затрат на текущий ремонт, норма дисконта, доля частных инвестиций и т. п.).
При выборе базовых мероприятий для модели главное внимание было уделено наиболее проблемным, то есть требующим обоснования инвестиций. При этом предполагается, что режимные мероприя-
тия должны осуществляться совместно с соответствующей модернизацией. Поэтому, если в названии мероприятия значится установка, то необходимо понимать, что она должна производиться вместе с последующей наладкой. Кроме того, программа позволяет вводить в модель и любые другие мероприятия, в том числе беззатратные.
Задача энергоаудитора - из имеющейся в программе базы прогрессивных энергосберегающих мероприятий сформировать проект повышения энергоэффективности, который описывает комплексное воздействие на энергетическую систему здания, последовательно приводящее энергетическую систему здания к её эталонному состоянию (включая весь комплекс показателей энергоэффективности, рассчитанных для такого состояния).
Пользователь должен указать желаемую последовательность трансформаций (годы внедрения технических решений) и некоторые их технические и экономические параметры, если они отличаются от уже заложенных в базе типовых мероприятий программы (рис. 3).
Объёмы инвестиций в отдельные решения по трансформации модели могут быть определены программой автоматически с учётом формулы и коэффициентов, заданных в базе для определенного мероприятия. На рис. 4 показан пример задания констант расчёта инвестиций в базе «Модель-МКД» применительно к техническим решениям по утеплению фасада (трансформация 3 на рис. 3).
Отметим, что и последовательность, и состав, и параметры трансформаций не только можно, но и
■¿в Вт: ¡Отчет: ТРАНСФОРМАЦИИ
Имя | Пня трансформации Система Год внедрения
1 Трансформация,! _АИТП Установка »тсмтюнкваякуо И1Ч Автоматизация 14ТП 3014
2 Трансформация 2 Заягнаокон Замена огам на спкмпаквты Падстш 2030
3 Трансформация ^З^Стены Утепление стен Термогннегь ТГУ с «галлополиерсм 2017
4 Трлнсфорнация,4_Кровля Утепление покрытия Плиты тмватные сни!у 2016
S Тр)«формция_5.УТе_1 Установка утнжзатсеов теплоты вытяжного всздум Централизованная утилизация теплоты ееитвыбросов 2018
ь ТрансФормациа_6_Терм«таты установка термостатов на прибора! отоплето Термостат со встроеиим детдом 3014
7 Трансформация 7Латчжи движения Пампы накаливания Установка дат^ов движежя и г^исутствия Лалъ мзкап^ания 2014
8 Трансформация S Peryjttpoeartie 40 Установка регулируемого числа оборотов поеьсителыы: Система водосиаб*е»« 2030
Трансформация_9_Рег улчрмание напоров ГЭС Регулирование напоров иды во встрянем шлеме Система горячего водоснабжетя 2014
10 Трансформация 10 ДОты установка безредуктормой лебедки Систена листов 2030
11 Трансформзиия_1 ] движе^ия_Т>01м*1сцемт№1е ланпь. Установка дагчков движаия и присутствия ТЪомиисцеитные лаппы 2014
Рис. 3. Настройка трансформаций модели (последовательности энергосберегающих мероприятий)
Ni Материал отражений (Безразмерная величина) |Материал основног| АО (Безразме| |А1 (безразмерная в|
1 Напыление пенополиуретана пенополиуретан 142,5 370
2 Термопанель пенополиуретан пенополиуретан 3000 125
3 Термопанель пенополистирол пенополистирол 2466,7 1612 310
4 Мокрый фасаа 90,7
Вентилируемый Фасад с керамогранитом 2006 230.4
lj 1 Термопанель ППУ с металлополимером 398 177
Рис. 4. Константы расчёта инвестиций в базе программы
нужно менять, чтобы при разных вариантах повышения энергоэффективности выбрать тот, который приносит оптимальные экономические результаты.
Определив трансформации и их последовательность (в одном из вариантов), задаём новый период счёта, например, на срок внедрения всех трансформаций (или другой срок по усмотрению энергоаудитора). И снова запускаем программу на счёт, наблюдая за происходящими изменениями состояния здания и эффектом. В частности во время расчёта можно проследить за температурно-влажностным состоянием в толще ограждающих стеновых конструкций.
Результаты трансформации отражаются в энергопаспорте объекта (рис. 5).
Из рисунка видно, что расчётный удельный расход тепловой энергии по итогам трансформаций, запланированных нами на 2014-2018 годы, снизился до 42,6 кДж/(м2-°С• сут.), и класс энергетической эффективности здания достиг уровня «В+» (повышенный) [9].
В основе установления класса энергоэффективности лежит отклонение фактического или расчётного значения удельного расхода тепловой энергии на отопление здания от нормируемого значения, устанавливаемого требованиями энергетической эффек-
тивности. Если этот показатель больше 0,05, то энергоэффективность МКД пониженная, если же меньше -0,1 - повышенная.
Однако пониженный класс энергоэффективности здания ничего не говорит о том, можно ли его повысить. Поэтому для практических целей энергосбережения «Модель-МКД» предлагает другой показатель - коэффициент энергоэффективности. Этот показатель [10] по сути отражает потенциал энергосбережения, достигаемый путём экономически оправданной энергетической модернизации здания в целом или какой-либо из его инженерных систем (теплоснабжение, горячее водоснабжение, общедомовое освещение, силовое оборудование).
Коэффициент энергетической эффективности здания равен отношению объёма годового потребления энергии системами МКД после достижения эталонного состояния (реализации всех мероприятий современной «лучшей практики» по энергосбережению) к величине фактического потребления энергии в базовом году (до начала процесса реализации потенциала энергосбережения), приведённой к нормируемым условиям. Этот критерий показывает, насколько фактическое состояние МКД далеко или близко к лучшей (эталонной)
......... т-
«а вин: I Отчет. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ЗДАНИЯ А
Параметр Размерное... Значение Значение .Л
1 №9 Энергетическ™ пэспорт^до трэ»:фор"аи>м Знергетичмхт паспорт псспе транс^срнац
7 i Алпн~ ЧЛЛнНЯ (...) ' 1 1
65 35. Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания кДж/(м2"С... 141,784534 12,626998
ББ 36. Нормируемый удельнь« расход тепловой энергии на отопление здания КДжД«2"С... 70 70
67 37. Класс энергетической эффективности Е В+ V
<
Рис. 5. Энергетический паспорт здания (после трансформаций)
дэ *Э | Отчет: Сводный отчет по результатам трансформаций
Параметр Раз.« Значение Значение Значение
1 Коэффициент эффектиености_0топление_Вентиляция Коэффициент эФфективности_Г8С Коэффициент эФфективности_электр,,,
2 Систена Отопление и вентиляция Горячее водоснабжеже Места общего польэоеатя_электрика
3 Год1 2013 2013 2013
4 Годовой расход энергии 1 МВт'ч 3517,1867 1038,8767 328,4124
5 Гол 2 2014 2014 2014
6 Годовой расход энергия 2 Мвт'ч 3040,0576 1471,1029 96,8855
7 Год 3 2015 2015 2015
S Годоеой расход энергии 3 МВт*ч 3041.9608 1471,1029 96,8855
9 Год 4 2016 2016 2016
10 Годовой расход энергии 4 МВт'ч 2971,302 1475,4272 97,151
!1 Год 5 2017 2017 2017
12 Годовой расход знерг™ 5 М8г*ч 1158,5773 1471,1029 96,8855
13 Год 6 2018 2018 2018
14 Годовой расход энергии 6 М8т*ч 1068,5764 1471,1029 96,8855
15 Год 7 2019 2019 2019
16 Годовой расход энергт 7 МВт*ч 1066,502 1471,1029 96,8855
17 Коэффициент эффективности 1 10,3006 .......................................................................................................... 0,3 0,295
18 Коэффициент эффективности 2 0,4436 1 1
19 Коэффщиент эффективности 3 0,443 1 1
20 Коэффшнент Эффективности 4 0,463 0,9976 0,9991
Z1 Коэффициент эффективности 5 0,974 1 1
22 Коэффициент эффективности 6 0,9994 1 1
23 Коэффициент эффективности 7 1 1 1
< Я
Рис. 6. Сводный отчёт по результатам трансформаций
щ м а ки а англ рМШ а и а ЕЖ м; i И ми га; i м a ws5 s g м м м i i В ;.шша
практике энергосбережения с учётом особенностей данного МКД. Чем ближе значение показателя к единице, тем ближе состояние системы к состоянию эталона энергоэффективности.
Значение этого критерия, в отличие от класса энергоэффективности, не зависит от каких-либо директив, но связано с пониманием современной «лучшей практики» по энергосбережению. Поэтому при изменении состава мероприятий «лучшей практики» могут понадобиться обновленные вариантные расчёты эталона, в результате чего может измениться и значение коэффициента энергоэффективности.
На рис. 6 приведён сводный отчёт по результатам трансформаций.
В строке 17 отчёта приведены коэффициенты энергоэффективности, определённые при прогнозном расчёте модели. Как видим, коэффициент энергетической эффективности системы отопления здания (третья колонка отчёта) очень низкий, на уровне 0,3. Это означает, что за счёт реализации спланированных мероприятий ожидается сокращение энергопотребления этой системой на (1 - 0,3) • 100 = 70 %.
Экономическая обоснованность технических решений определяется по критерию чистого дисконтированного дохода (NPV), отражающего совокупный доход от экономии на платежах за энергоресурсы за срок жизни проекта. Программа позволяет рассчитать такой критерий (рис. 7).
Помимо NPV в состав экономических критериев входят срок окупаемости и индекс рентабельности инвестиций. На основе экономических критериев варианты проектов повышения энергоэффективности МКД могут быть ранжированы по степени их инвестиционной привлекательности для энергосервиса и государственного финансирования.
В результате выбора наиболее экономически выгодного (целесообразного) варианта повышения энергоэффективности здания достигается конечная цель проведения энергоаудита: объективно обоснованный как технически, так и экономически, адекватный конкретному зданию проект программы энергосберегающей модернизации (санации) МКД с отчётными материалами, обосновывающими и подтверждающими энергетическую и экономическую эффективность проекта.
В традиционной методологии энергоаудита разработка энергетического паспорта и технического отчёта, как отмечалось ранее, является достаточно трудоёмкой и ответственной стадией работ. В случае с динамической моделью все отчёты, включая энер-
гетический паспорт, формируются в динамике непосредственно в процессе модельного расчёта. Таким образом, на выходе этапа «Анализ и оценка возможностей улучшения» мы уже имеем в наличии полный комплект отчётов с оценкой текущего (базового) состояния, с оценкой эталонного состояния и с оценкой эффекта от перевода объекта из текущего состояния в эталонный. Все эти отчёты могут быть или распечатаны непосредственно из программы «Модель-МКД» (этим процесс документирования может завершиться), или экспортированы в Excel для дальнейшего использования и обработки.
В комплект программы «Модель-МКД» входит также заключение об энергоэффективности МКД в Excel-формате, которое в обобщённой форме предоставляет всю актуальную информацию, необходимую для контрольных органов, эксплуатирующих организаций, управляющих компаний, собственников и инвесторов.
Содержание заключения приведено в табл. 2.
Для визуализации текущего состояния и достигаемых результатов заключение об энергоэффективности МКД содержит два листа, графически иллюстрирующих энергетический профиль здания (уровень энергоэффективности и структура энергопотребления) по фактическому состоянию и после реализации потенциала энергосбережения (рис. 8 а, 8 б).
Предложенная технология экспресс-энергоаудита и программный комплекс в полной мере решают все основные проблемы достоверности и объективности оценки потенциала энергосбережения и энергопаспортизации многоквартирных домов, обеспечивают практическую ценность результатов энергоаудита как для индивидуальных собственников, так и для энергоменеджмента ТСЖ и управляющих компаний, для энергетического сервиса, администраций муниципальных образований и других заинтересованных лиц. Освоение и применение указанной технологии динамического моделирования не требуют специальной техники и приборов, сокращают затраты на проведение энергообследований и повышают качество их результатов.
Представленный универсальный подход использования динамической модели многоквартирного дома в энергоаудите, а также программный комплекс «Модель-МКД» позволяют обеспечить объективность, достоверность и воспроизводимость результатов энергоаудита практически любого дома и могут стать одним из основных инструментов как собствен-
Г № Вид: Отчет: ОТЧЕТ по доходам j J
Параметр Размерность Значение Л
1 NPV-чистый дисконтированный доход тыс.руб 1134,0962
2 Простой срок окупаемости с 4,248295
Рис. 7. Расчёт экономических критериев
шнЕРШшРЕтурсшсБЕШШЕтиЕшшэншвшяэФФЕШшвютишь 21
Таблица 2 Содержание заключения об энергоэффективности МКД
№ п/п Данные
1 Лицензионно-разрешительная документация лаборатории, выдавшей заключение
2 Сведения о проведенном обследовании и его результатах, включая выводы о выполнении требований энергетической эффективности
3 Технические требования, обеспечивающие достижение показателей, характеризующих выполнение требований энергетической эффективности
4 Класс энергетической эффективности и энергозатраты здания (энергетический профиль) в базовом году
5 Класс энергетической эффективности и энергозатраты здания (энергетический профиль) после реализации потенциала энергосбережения
6 Показатели энергетической эффективности здания до и после реализации потенциала энергосбережения
7 Энергетический паспорт здания по фактическому состоянию и после санации
8 Рекомендуемый порядок реализации энергосберегающих мероприятий с оценкой объемов инвестиций для включения в программу санации
9 Экономическое обоснование и показатели окупаемости инвестиций в программу санации без участия государственных субсидий
10 Экономическое обоснование и показатели окупаемости инвестиций в программу санации с долей государственных субсидий 50 %
11 Экономическое обоснование и показатели окупаемости инвестиций в программу санации с долей государственных субсидий 70 %
12 Динамика энергопотребления и изменение тепловых нагрузок здания при реализации программы санации здания. Потенциал энергосбережения
13 Показатели адекватности физико-математической модели энергопотребления здания
14 Исходные данные энергоаудита, принятые для моделирования энергопотребления
15 Данные визуально-измерительного контроля
16 Расширенные рекомендации к программе энергосбережения и повышения энергоэффективности
Рис. 8 а. Класс энергетической эффективности и энергозатраты МКД по фактическому состоянию здания
Рис. 8 б. Класс энергетической эффективности и энергозатраты МКД после реализации лучшей практики энергосбережения
э. иЬюа мига рМШ имамжм; is м ию; МИИ ;.шша
но энергетических обследований, так и проверки качества их проведения, а также мониторинга и оценки результатов реализации проектов повышения энергоэффективности.
Программа позволяет обеспечить сопоставимость условий на всех стадиях осуществления проекта повышения энергоэффективности, а также выделить и оценить вклад энергетического сервиса и других частных инвестиций в происходящие изменения энергопотребления, что важно
для обоснования платежей по реализуемым энергосервисным контрактам. Разработанный метод может с успехом применяться не только при энергоаудите зданий в процессе их эксплуатации и принятии решения о капитальном ремонте, но и на стадии проектирования для анализа энергоэффективности проектируемых (реконструируемых) домов, а также на стадии приёмки в эксплуатацию для проверки качества реализации принятых проектных решений.
Литература
1. Закон РФ от 21.07.2007 № 185-ФЗ «О Фонде содействия реформированию жилищно-коммунального хозяйства».
2. Методика экспресс-аудита энергоресурсопотребления эксплуатируемых жилых домов и зданий бюджетных учреждений. НДЭМ 01.03.2000. Методика-1-2008, ДепТЭХ Москвы.
3. Методика диагностики и энергетических обследований наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом. Свидетельство аттестации МВИ ФГУ Ростест-Москва № 02/442-2002 (основной вариант) и № 09/442-2001 (летний вариант).
4. Программа динамического моделирования функционирования многоквартирного дома (рус. МОДЕЛЬ-МКД, англ. MODEL-AB). Свидетельство государственной регистрации № 2014610876 от 17.01.2014.
5. [Электронный ресурс] Код доступа: www.energovent.com/demo/files/presentation/B13.ppsx.
6. [Электронный ресурс] Код доступа: www.energovent.com/ru/section.php?id=6.
7. Руководство по расчёту влажностного режима ограждающих конструкций здания. НИИСФ. - М.: Стройиздат, 1984.
8. СНиП 23.02.2003. Тепловая защита зданий.
9. Приказ Минрегионразвития РФ от 8.04.2011 № 161 «Об утверждении Правил определения классов энергетической эффективности многоквартирных домов и Требований к указателю класса энергетической эффективности многоквартирного дома, размещаемого на фасаде многоквартирного дома».
10. Волов Г. Я., Дмитриев Г. М. Об одном критерии оценки энергоэффективности здания / / Энергия и менеджмент. - 2012. - № 5 (68). - С. 30-32.
Express energy audit on the basis of dynamic modeling G. Ya. Volov,
Energovent, director, Ph.D. V. I. Zuev,
WEMO Institute, head of laboratory D. V. Sennovsky,
WEMO Institute, deputy general director
T. E. Troitsky-Markov, WEMO Institute, Board chairman
Modern energy audit practice has many disadvantages that restrict clear energy efficiency leveling of houses and realistic forecasting of a bargain from energy-efficient measures. Low validity of these measures causes multiple issues. This paper describes the new express energy audit technology with imitation modeling of a house lifecycle. This prevents the mentioned issues and makes energy audit data clear and trustworthy. The process of the energy audit becomes easier and really useful during residential housing modernization.
Keywords: energy-economy, energy profile, residential housing, energy consumption, energy service, energy audit, building energy passport.
