Экономически и экологически целесообразный уровень теплозащиты зданий Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЭКОНОМИЧЕСКИ И ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЦЕЛЕСООБРАЗНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ЗДАНИЙ

ECONOMICALLY AND ENVIROMENTALLY EFFECTIVE BUILDINGS LEVEL THERMAL SHIELDING

В статье представлены экономические и экологические аспекты теплозащиты зданий, пути повышения энергетической эффективности московского строительства в целом.

This article presents economic and environmental aspects of Buildings thermal shielding, ways to improve the energy efficiency of the Moscow construction as a whole

Одним из серьезных барьеров на пути повышения энергетической эффективности московского строительства является отсутствие общепринятой методики комплексной оценки эффективности внедрения новых энергоэффективных технологий, материалов и оборудования. Наша нормативно-техническая база рассматривает энергоэффективность зданий в отрыве от эффективности городской системы энергоснабжения и их взаимного влияния. В связи с чем, мы до сих пор пытаемся окупить энергосберегающие мероприятия только за счет потребителя (экономии энергии у населения), забывая при этом о существенном экономическом эффекте, который получает муниципальная экономика от снижения капитальных вложений в генерацию энергии на ТЭЦ, районных котельных и в ее транспортировку в тепловые и электрические сети, ТП, ЦТП и пр.. При этом складывается ситуация, при которой, зачастую, все издержки, связанные с внедрением того, или иного энергосберегающего мероприятия перекладываются на потребителя, а город получает существенный экономический эффект, не истратив средств. Если рассматривать ситуацию с точки зрения городского бюджета, то с одной стороны это неплохо. Но с другой стороны, суммарный экономический эффект для городской экономики от внедрения энергосберегающего мероприятия существенен, а экономический эффект у потребителя низкий. В этой ситуации потребитель, принимает неэффективное для города инвестиционное решение - не в пользу энергосберегающего мероприятия, и город, в конечном счете, понесет убытки.

Методика оценки эффективности энергосберегающих мероприятий.

В основу методики положено понятие суммарного чистого дисконтированного дохода ЧДД от внедрения энергосберегающих мероприятий, который может быть определен по формуле:

1 2 Г.П. Васильев , М.А. Колесова

G.P. Vasiliev1, M.A. Kolesova2

ГУП «НИИМосстрой»1, ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ»2

2

2

ЧДД = х

£ d3(t) £ dK(t) ¿=1(1 + r )t ¿=1(1 + r ) ' '

(1)

где: dЭ и dK в формуле (1) соответственно экономия эксплуатационных расходов и увеличение капитальных вложений в сравнении с базовым вариантом (вариантом без энергосбережения); t — номер шага расчетного периода.

Для единовременных капитальных вложений в «нулевой» момент времени t в показателе степени знаменателя отрицательного члена выражения (1) равно «0».

В качестве нормы дисконта (г), рекомендуется принимать ставку рефинансирования ЦБ.

Если ЧДД > 0 применение энергосберегающего мероприятия является целесообразным.

Если ЧДД < 0 применение энергосберегающего мероприятия является нецелесообразным.

Важной особенностью методики является возможность отдельного учета муниципальной и потребительской составляющих чистого дисконтированного дохода-муниципального и потребительского ЧДД.

В муниципальном ЧДД учитывается сокращение инвестиций городского бюджета в тепловые и электрические сети, их пропускную способность, в строительство новых тепло- и электрогенерирующих мощностей и связанные с этим финансовые издержки. В потребительском ЧДД учитывается снижение эксплуатационных затрат за счет экономии энергии и экономический эффект от сокращения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. На основе методики была создана компьютерная программа, с помощью которой были проведены численные эксперименты по комплексной оценке эффективности для экономики Москвы различных энергосберегающих мероприятий и технологий.

Стоимость увеличения теплозащиты наружных ограждающих конструкций

Стоимость увеличения уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций жилых зданий учитывалась как удельное удорожание себестоимости строительства 1 кв. метра площади квартир за счет повышения теплозащиты оболочки здания, определяемое по следующей формуле, $ США /м2квартир (2):

dC бэ= Су^об, (2)

где: Сух - стоимость увеличения на 1 м2огражденийград/Вт обобщенного сопротивления теплопередаче теплозащитной оболочки здания,

.•(Вт/(м2ограждений.0С)). В зависимости от типа изоляции ограждений Сух может изменяться в пределах от 5 до 30 ($США/м2квартир)^ (Вт/(м2ограждений°С).

Оценка стоимости увеличения уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций жилых зданий проводилась на основе данных, предоставленных ведущими производителями теплоизоляционных материалов и домостроительными комбинатами Москвы. Этим предприятиям был направлен запрос, в котором было предложено оценить стоимость перехода на новые требования к теплозащите ограждающих конструкций, установленные в [1]. Ответы на этот запрос сведены в таблицу 1.

В таблице 2 представлена средняя стоимость увеличения теплозащиты наружных непрозрачных ограждающих конструкций, полученная на основе анализа и осреднения данных предприятий из таблицы 1. При усреднении крайние значения (данные ДСК-2 и Мосстрой-31) в расчет не принимались.

Таблица 1

Сводные данные о стоимости увеличения теплозащиты непрозрачных наружных ог-_раждающих конструкций (по данным компаний)_

Органи- Тип системы Вид работ и мате- Стоимость площади ограж-

зация риалов дающей конструкции, руб./м2

Яо*=3,13 ^'=3,5 ^'=4,0

Навесной фасад с Без монтажа 1 779 1 845 1 932

подконструкциеи

из оцинкованной

стали (облицовка керамогранит) коэффициент теп-

С монтажем 2 979 3 045 3 132

_, лотехнической

о о л неоднородности (г<Г-0,72)

о о рй Изменение,% 100 103 108

Штукатурная система коэффициент теп- Без монтажа 1450 1560 1752

лотехнической С монтажем 2650 2760 2952

неоднородности -(го**-0,72)

Изменение,% 100 107 120

Штукатурно- 144,48 144,48 144,48

клеевая смесь

Штукатурная сис- Штукатурно цементная декора- 38,3 38,3 38,3

тема тивная

н % Грунтовка 10,63 10,63 10,63

ч с Плита пенополи- 150,5 180,6 225,75

о я стирольная

с Плита минерало- 150 180 225

§ ватная

¡3 Армирующая стеклосетка 55,04 55,04 55,04

Дюбель строи- 44,1 44,1 44,1

тельный

Сумма 593,05 653,15 743,3

Изменение, % 100 110 125

Мос- Пенополистерол 150 200 -

строй-31

ДЗЖБИ Изделие 7СН 2873л 26103,16 26481,85 -

БЕТИ- Наружная стено- 7 090 8 153,5 9 571,5

АР-22 вая панель руб./м3 руб./м3 руб./м3

Изменение,% 100 115 135

Организация Тип системы Вид работ и материалов Стоимость площади ограждающей конструкции, руб./м2

R0*=3,13 RQ*=3,5 Rq*=4,0

ГК ПИК ДСК-2 Система не уточнялась - Увел. на 1000руб. -

ГК ПИК ДСК-3 С применением эффективного утеплителя "Неопор" Удорожание утепления наружных стеновых панелей с помощью утеплителя "Неопор" составляет- 102 руб/м2 приведенной площади квартир

R0- приведенное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, м2*град/Вт*

**г0-коэффициент теплотехнической неоднородности

Таблица 2

Средняя стоимость увеличения теплозащиты

Средняя стоимость увеличения на 1 м2-°С/Вт приведенного сопротивления теплопередаче (руб./м2 квартир)-(Вт/м2 ограждений-°С) R0, М2-С/Вт

0,53-0,7 0,7-1,0 3,1-3,5 3,5-4,0 3,1-4,0

Наружных стен жилых зданий. - - 312 408 -

Светопрозрачных ограждающих конструкций жилых зданий 2 240 3 200 - - -

Теплозащитной оболочки здания - - 452 550 514

Оценка стоимости увеличения уровня теплозащиты светопрозрачных наружных ограждающих конструкций жилых зданий (см. таблицу 2) также производилась на основе данных, предоставленных ведущими производителями окон и домостроительными комбинатами Москвы. Оценка была организована и проведена Ассоциацией производителей окон (АПРОК). В результате оценки президентом АПРОК Спиридоновым A.B. были составлены сравнительные таблицы стоимости перехода на новые уровни теплозащиты окон, подготовленные на основании «условных заказов» к 8 крупнейшим переработчикам ПВХ-профиля 6 основных его поставщиков и усреднения полученных данных.

«Условный заказ» состоял из 400 трехстворчатых окон размером 200x120 мм (одна створка глухая, одна поворотная, одна поворотно-откидная) и 600 двустворчатых окон размером 100x120 мм (одна поворотная створка и одна поворотно-откидная). Все фирмы рассчитывали стоимость конструкций без стоимости транспортировки до объекта и монтажа.

При размещении условного заказа не рассматривалось использование новых поколений ПВХ-профилей, которые обеспечивают более простую возможность достижения сопротивления теплопередаче 1,0 м2-°С/Вт. Все три варианта могут быть предложены любой «средней» (по сегодняшним критериям) фирмой на существующем оборудовании без привлечения новых технологий. При проведении численных экспериментов использовалась средняя удельная стоимость увеличения обобщенного со-

противления теплопередаче теплозащитной оболочки жилых зданий в Москве (см. таблицу 2). При определении обобщенного сопротивления теплопередаче теплозащитной оболочки жилых зданий средний коэффициент остекления был принят равным 20%. При проведении расчетов разница между приведенным сопротивлением теплопередаче стен и обобщенным приведенным сопротивлением теплопередаче теплозащитной оболочки в целом принималась равной 1,50 м2-°С/Вт.

При проведении численных экспериментов рассматривался гипотетический новый жилой район Москвы, состоящий из 4000 жилых домов общей площадью 28 млн.м2. Это ориентировочно объем нового строительства в Москве за период 20112020 годов.

В таблице 3 представлены исходные данные, общие для всех численных экспериментов. В качестве нормы дисконта г принята ожидаемая средняя за расчетный период (30 лет) учетная ставка Центробанка РФ, равная 6%.

Таблица 3

Исходные данные численных экспериментов

Показатель Значение

Количество жилых домов в рассматриваемом районе, шт. 4 000

Общая площадь квартир, тыс. м2 28 000

Площадь оболочки одного дома, м2 7 000

Удельные капитальные вложения в 1 кВт, долл. США: • электрической мощности ТЭЦ • тепловой мощности • ТЭЦ пропускной способности электрических сетей • пропускной способности тепловых сетей • пропускной способности газовых сетей 3 000 400 200 700 10

Себестоимость строительства жилых домов, долл. США/м2 1 000

Тариф на тепловую энергию, включая дотацию городского бюджета, долл. США/кВт ч 0,06

Тариф на электрическую энергию, долл. США/кВтч 0,10

Существенным фактором, влияющим на экономическую эффективность внедрения энергосберегающих мероприятий, является стоимость энергоресурсов. На основе анализа изменения тарифов на энергоресурсы, отпускаемые населению в Москве за период с 01 января 2001 года по 1 января 2011 года без учета дотаций из городского бюджета (таблица 4), при проведении экспериментов рассматривались темпы роста тарифов на энергоресурсы в размере 5 и 7,5% в год. Цифра 7,5% представляется более обоснованной, хотя, скорее всего, весьма оптимистичной. В действительности, учитывая вступление России в ВТО, рост мировых цен на энергоносители, ожидаемое снижение доли атомной энергетики в энергобалансе развитых стран (после землетрясения в Японии) реальные темпы роста тарифов, скорее всего, будут значительно выше.

Таблица 4

Изменение тарифов на энергоресурсы, отпускаемые в Москве населению за период 2001-2011г.г.

Дата Электроэнергия, коп/кВтч Отопление, руб/м2 общей площади Горячее водоснабжение, руб/чел Холодное водоснабжение, руб/чел Газ, руб/ч ел Вывоз мусора, руб/че л

Газовые плиты Электрические плиты

1 января 2001 года 50 35 2,10 38,20 29,90 3,70 -

1 января 2005 года 153 108 6,70 123,80 133,0 9,90 18,40

1 января 2011 года 380 266 21,2 500 350 33,9 -

Ниже представлены результаты численных экспериментов. Необходимо напомнить, что для всех 5 экспериментов расчетный период составляет 30 лет. Определялась структура суммарного экономического эффекта от внедрения энергосберегающих мероприятий и технологий:

■ в эксперименте 1 - без учета экологического ущерба от сжигания топлива и изменения тарифов на энергоресурсы;

■ в эксперименте 2- с учетом экологического ущерба от сжигания топлива и без учета изменения тарифов на энергоресурсы;

■ в эксперименте 3 - без учета экологического ущерба от сжигания топлива и с учетом изменения тарифов на энергоресурсы в размере 5 % в год;

■ в эксперименте 4-с учетом экологического ущерба от сжигания топлива и с учетом изменения тарифов на энергоресурсы в размере 5 % в год

■ в эксперименте 5 - без учета экологического ущерба от сжигания топлива и с учетом изменения тарифов на энергоресурсы в размере 7,5 % в год.

На основании полученных результатов построены графические зависимости суммарного чистого дисконтированного дохода от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий (рисунок 1) и муниципального и потребительского ЧДД от приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий (рисунок 2). Красной линией на графиках отмечены значения приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен зданий, при которых чистые дисконтированные доходы максимальны.

Рис. 1. Зависимость суммарного чистого дисконтированного дохода ЧДД от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий

160

140

120

:юо

<

Б

80

60

40

20

—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—Г" Муниципальный дисконтированный доход Потребительский дисконтированный доход

Ппр, м3.°С/Вт

3,1 3,3 3,5 3,7 3,9 4,1 4,3 4,5 4,7 4,9 5,1 5,3 5,5 5,7 5,9 6,1

Рис. 2. Зависимость муниципального и потребительского чистых дисконтированных доходов ЧДД от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий

Результаты экспериментов.

Эксперимент 1.

Представленные на рисунках 1 и 2 зависимости наглядно иллюстрируют сложившуюся ситуацию в области энергосбережения. При действующих тарифах на энергоресурсы и отсутствии учета экологической составляющей в суммарном экономическом эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий существенную часть эффекта получает городская экономика. При этом все оплачивает потребитель. При действующих требованиях к теплозащите ограждающих конструкций (наружных стен жилых зданий) на 1 руб. потребительского дохода город получает 50 копеек (рис. 2). При увеличении уровня теплозащиты наружных стен и, соответственно, увеличении капитальных вложений потребительский дисконтированный доход резко уменьшается, а муниципальный увеличивается. Кроме того, при значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен выше 4 м2-°С/Вт доход потребителя падает, а муниципальная доходность существенно растет. Таким образом, можно сделать вывод, что при отсутствии учета экологической составляющей в энергосбережении и неизменности тарифов на энергоресурсы переход на новые нормативы теплозащиты ограждающих конструкций жилых домов, установленные [1], обеспечивает равную доходность городскому хозяйству и потребителю (в нашем случае москвичам). С 1 января 2016 года на 1 рубль дохода потребителя от повышения теплозащиты жилых домов городское хозяйство будет получать 75 копеек чистого дисконтированного дохода.

Эксперимент 2.

При действующих тарифах на энергоресурсы и учете экологической составляющей в суммарном экономическом эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий (100 долл. США за сжигание 1 условного топлива), как и в эксперименте 1, существенную часть эффекта получает городская экономика (рис. 1 и 2). При увеличении уровня теплозащиты наружных стен сверх 4,3 м2 оС/Вт и, соответственно, увеличении капитальных вложений потребительский дисконтированный доход начинает падать, а муниципальный - увеличиваться. При значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен выше 5,8 м2-°С/Вт доходы потребителя и города равны.

Эксперимент 3.

Если на рассматриваемом временном горизонте 30 лет не учитывать экологический ущерб от сжигания топлива, но учитывать ежегодный рост тарифов на энергоресурсы в размере 5%, то в суммарном эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий значительно повышается доля потребительского эффекта. При этом максимальный дисконтированный доход у потребителя наблюдается при значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен больше 5,1 м2-°С/Вт. Муниципальный чистый дисконтированный доход в этом эксперименте на интересующем нас интервале Я 3,5-4,5 м2-°С/Вт составляет около 30 коп. на 1 руб. потребительского дохода.

Эксперимент 4.

При учете экологического ущерба от сжигания топлива (100 долл. США за сжигание 1 т у.т.) и ежегодного роста тарифов на энергоресурсы в размере 5% в суммарном эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий значительно повышается доля потребительского эффекта. При этом максимальный дисконтированный доход у потребителя смещается в сторону увеличения и наблюдается при значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен больше 5,5 м2-°С/Вт. Муниципальный чистый дисконтированный доход в этом эксперименте на интересующем нас интервале Я 3,54,5 м2-°С/Вт составляет около 20-25 коп. на 1 руб. потребительского дохода.

Эксперимент 5.

Не учитываем экологический ущерб от сжигания топлива, но принимаем во внимание ежегодный рост тарифов на энергоресурсы в размере 7,5% на рассматриваемом

временном горизонте 30 лет (этот темп роста тарифов на энергоресурсы представляется наиболее вероятным и подтверждается предшествующими темпами роста за 20012011 годы). Представленные зависимости (рис. 1, 2) показывают, что при условиях эксперимента 5 доля потребительского эффекта в суммарном эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий значительно возрастает. При этом максимальный суммарный чистый дисконтированный доход наблюдается при значении приведенного сопротивления теплопередаче стен больше 6,0 м2-°С/Вт. При значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен 3,5-4,0 м2-°С/Вт муниципальный чистый дисконтированный доход составляет около 20 коп. на 1 руб. потребительского дохода.

Анализ результатов экспериментов.

Результаты численных экспериментов достаточно наглядно подтверждают существенное различие между потребительской и муниципальной эффективностью энергосбережения в городском хозяйстве Москвы. Городское хозяйство получает не только экологический эффект за счет снижения уровня загрязнения окружающей среды в городе, но и экономический - значительную экономию инвестиций и капитальных вложений в создание и реконструкцию новых энергогенерирующих мощностей, в реконструкцию или усиление подводящих электрических и тепловых сетей и т. п. (до 20-60 коп. и более на 1 руб. эффекта у потребителя энергоресурсов).

Также важно подтверждение необходимости повышения уровня теплозащиты жилых зданий в Москве. Результаты численных экспериментов показали, что для городской экономики в целом наиболее эффективным является уровень теплозащиты жилых зданий, соответствующий приведенному сопротивлению теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций в диапазоне 3,5-4,5 м2-°С/Вт. При этом увеличение стоимости энергоресурсов вызовет соответствующее смещение этих значений в большую сторону.

250 230 210 190 170 150 130 110 90 70 50

1 II II II II II 1 II II суммарное годовое удельное энергопотребление жилого дсма — доля трансмиссионных потерь тепловой энергии в

ч,

■°С/ Вт

3,0 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2

50

45

40

35 #

30 (О

25 ,

20

15

10

Рис. 3. Зависимость доли трансмиссионных теплопотерь и суммарного удельного энергопотребления жилого дома от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных ограждающих конструкций

На рисунке 3 представленный сценарий предполагает, что экономия энергии за счет повышения энергоэффективности инженерных систем жилых домов будет двукратно превышать экономию энергии за счет увеличения теплозащиты ограждающих конструкций. Красная вертикальная линия (см. рис. 3) соответствует действующему сегодня для жилых домов в Москве нормативному значению приведенного сопротивления теплопередаче непрозрачных наружных ограждающих конструкций, а зеленая - нормативному значению, вводимому в Москве с 1 января 2016 года. Как видно, реализация предложенного сценария практически не скажется на структуре удельного энергопотребления жилых домов, доля трансмиссионных потерь тепловой энергии в суммарном годовом удельном энергопотреблении жилого дома останется в пределах 25-30%.

Литература

1. Постановление Правительства Москвы от 05 октября 2010 года № 900-ПП «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в городе Москве и внесении изменений в постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536-ПП».

2. Дмитриев А.Н., Табунщиков Ю.А., Ковалев И.Н., Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. М„ 2005.

3. Васильев Г. П. Экономически целесообразный уровень теплозащиты зданий //Энергосбережение. 2002. №5.

4. Постановление Правительства Москвы от 28 октября 2008 года № 1012-ПП «О Городской целевой программе "Энергосбережение в городе Москве на 2009-2011 гг. и на перспективу до 2020 года"».

5. Постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536-ПП «О Городской программе "Энергосберегающее домостроение в городе Москве на 2010-2014 гг. и на перспективу до 2020 года"

Literature

1. Moscow Government Decree on October 5, 2010 № 900-PP "On the energy efficiency of residential, social, public and business buildings in Moscow and the amendments to the Decree of the Government of Moscow dated June 9, 2009 № 536-PP."

2. Dmitriev AN, Tabunschikov YA Kovalev, IN, NV Shilkin Guidelines for estimating the economic efficiency of investments in energy saving measures. M, 2005.

3. Vasiliev GP economically viable level of thermal protection of buildings / / Energy. 2002. Number 5.

4. Moscow Government Decree of 28 October 2008 № 1012-PP "On the Town target program" Energy in Moscow in 2009-2011 and up to 2020 '. "

5. Moscow Government Decree dated June 9, 2009 № 536-PP "On the Town program," Energy-efficient housing construction in Moscow in 2010-2014 and till 2020 "

Ключевые слова: энергоэффективностъ, теплозащита, экологический ущерб, энергоснабжение, ограждающие конструкции, энергосбережение

Key words: energy efficiency, thermal shielding, ecological damage, supply of energy,enclosing structures, energy saving

119192 Москва, ул. Винницкая, д. 8, (499)739-30-78 E-mail автора: [email protected]

Рецензент: Профессор кафедры прикладной математики и информатики ФГБОУ ВПО МГСУ,

д.ф-м.н Bapanaee В.Н.