CC BY
21ФОРМИРОВАНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ЖИЛЬЯ В ЮЖНЫХ РЕГИОНАХ
КАЗАХСТАНА
Мамедова Л.Э.1, Ешпанов А. Т.2, Самойлов К. И.3, Абилов А. Ж.4
'Мамедова Лейла Эльдаровна- бакалавр, магистрант;
2Ешпанов Алихан Тимурович- бакалавр, магистрант;
3Самойлов Константин Иванович- доктор архитектуры, профессор;
4Абилов Алексей Жаилханович- доктор архитектуры, профессор, кафедра архитектура, Казахский национальный исследовательский технический университет им. Сатпаева, г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: В данной статье анализируется исторический и современный опыт проектирования и строительства энергоэффективного жилья. В исследовании описаны основные принципы проектирования энергоэффективных зданий и освещается роль энергоэффективного жилья в Казахстане, в том числе в его южных регионах.
Ключевые слова: энергоэффективное жилье, энергосбережение, проектирование жилья.
УДК 711.7
С древних времен в Южном Казахстане и во время сезонных кочевок в юртах легкой конструкции люди жили в глинобитных домах глубоко в земле. Наряду с архитектурно-художественными решениями в строительстве зданий большое значение придавалось экономии материальных ресурсов, затрат труда и достижению теплоустойчивости жилых зданий.
Строительство и проектирование энергоэффективных зданий сейчас становится особенно актуальным по причинам:
1) энергоэффективные здания дают возможность сельским поселениям меньше зависеть от тепло- и электроцентралей, и функционировать в автономном режиме;
2) энергоэффективные здания, обеспечивая автономность загородных поселений, что позволяют градостроителям расширять границы города, что в итоге положительно сказывается на снижении перенаселенности городов;
3) энергоэффективные здания позволяют достичь не только высокого уровня автономности, но и положительно сказываются на экологичности проживания, что повышает устойчивость среды обитания.
Сегодня перед проектно-строительной отраслью Казахстана стоит ряд актуальных задач, связанных с проектированием современных зданий, отвечающих требованиям энергоэффективности и экономичности.
По оценкам Министерства Энергетики РК, среднегодовой темп роста производства электроэнергии в 20202025 году составит 3,0%. При этом потребление, по ожиданиям, будет расти на 1,9% в год и увеличится с 110,1 млрд. кВт*ч в 2020 году до 120,9 млрд. кВт*ч в 2025 году. К 2025 году, 28% всего производства электроэнергии будет приходиться на станции, введенные в эксплуатацию в промежутке с 2020 по 2025 годы, что говорит о необходимости дополнительных капитальных вложений в данную отрасль. При этом, 19% планируемых к вводу станций будут относиться к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ). [8]
В последние годы повышение энергоэффективности стало одним из национальных стратегических приоритетов Казахстана. Данная тенденция выражена через принятие ряда стратегических решений, а именно стратегии переходного периода Республики Казахстан к «зеленой» экономике», «Стратегия-2050» и такие программы, как «Нурлы жол», «100 шагов нации», «Энергосбережение-2020» и другие.
Вопросы энергоэффективности находятся в компетенции различных государственных учреждений, в частности, Комитет по промышленному развитию и промышленной безопасности, Министерства по инвестициям и развитию (энергосбережение и энергоэффективность).
Жилой сектор Казахстана является третьим крупнейшим потребителем тепло- и электроэнергии после сектора энергетики, и производственного сектора и потребляет около 11% электрической энергии и 40% отпускаемой тепловой энергии.
Более половины выбросов парниковых газов в секторе тепло- и электроснабжения жилищного фонда в Казахстане приходится на отопление помещений. По экспертным оценкам около 70% зданий имеют теплотехнические характеристики, не отвечающие современным требованиям (особенно это касается зданий постройки 1950-1980 годов), из-за чего они теряют через ограждающие конструкции до 30% и выше тепловой энергии, потребляемой для отопления.
Основная масса обследованных зданий соответствует низкому классу энергоэффективности («Е») - по СН РК 2.04-04-2011 «Тепловая защита зданий». В среднем уровень потребления тепловой энергии на обогрев зданий по обследованным домам составляет 270 кВт ч/м2 в год, что существенно выше среднеевропейских показателей -100-120 кВт ч/м2.
В этом контексте доминирующим фактором при строительстве, модернизации и эксплуатации жилья становится обеспечение минимальных теплопотерь в зданиях за счет разработки и применения эффективных планировочных и строительных решений, использования нетрадиционные источников энергии. Минимизировать данные энергопотери также можно на основе применения концепции «энергоэффективного дома».
Энергоэффективный дом - это здание, в котором низкое энергопотребление сочетается с благоприятным микроклиматом. Энергоэффективные дома могут экономить до 90% энергии, а годовая потребность в отоплении энергоэффективных домов может составлять всего 15 кВтч/м2 [2, с 162].
Компанией Сен-Гобен ISOVER разработана новая концепция энергоэффективного дома с нормой годового энергопотребления 15 кВт^ч/(м2^год) [4]. Реализация проекта обеспечивает одновременно повышение комфортности условий проживания и экономию энергетических ресурсов. На основе данной концепции уже построен и строится целый ряд зданий в Германии, Дании и других странах.
Концепция была разработана на основе результатов экспериментальных исследований эксплуатируемых зданий и методов математического моделирования процессов теплопередачи с использованием методов ИК-термографии при обследовании конструкций. В соответствии с разработанной концепцией при проектировании энергоэффективного здания соблюдаются несколько основополагающих архитектурных и строительных принципов таких как:
- адаптирование архитектурных форм здания с учетом возможного воздействия ветра;
- оптимальное расположение здания относительно солнца, обеспечивающее возможность максимального использования солнечной энергии;
- увеличение термических показателей ограждающих конструкций здания (наружных стен, покрытий, перекрытий над неотапливаемыми подвалами) до технически возможного максимального уровня;
- минимальная тепловая проводимость, имеющихся в конструкции тепловых мостов;
- обеспечение необходимой воздухоплотности конструкции здания относительно притока наружного воздуха;
- повышение термического сопротивления светопрозрачных ограждающих конструкций;
- создание системы вентиляции для подачи свежего воздуха, удаления отработанного воздуха, распределения тепла в помещении и организация регенерации тепла вентиляционного воздуха.
При использовании всех выше приведенных основ концепции энергоэффективного жилья или же здания, можно добиться результата, что минимальное потребление первичной энергии будет составлять менее 120 кВтч/м2 в год, с учетом затрат энергии на принудительную вентиляцию.
На сегодняшний день не существует единого официального международного определения энергоэффективных зданий. Каждая страна имеет свой собственный рейтинг энергоэффективности зданий. Однако в ряде европейских стран существуют следующие классификации:
- здания с низким энергопотреблением;
- здания с очень низким энергопотреблением;
- энергопроизводящие здания;
- здания с нулевым выбросом CO2.
Важным следствием снижения потребления энергии является уменьшение выбросов в атмосферу углекислого газа CO2. По приведенным в [5] оценкам, выработка 150 кВт^ч/(м2^год) требует сжигания 15 м3 природного газа или 15 л нефти, что приводит к выбросу в атмосферу до 30 кг углекислого газа. Таким образом, при таком энергопотреблении на каждый квадратный метр площади здания в атмосферу выбрасывается до 30 кг углекислого газа в год. Снижение энергопотребления здания в 10 раз приводит к соответствующему снижению выбросов СО2 в атмосферу.
Стоит отметить, что до 90% всего энергопотребления в строительной отрасли Республики Казахстан расходуется на эксплуатацию зданий, в частности жилых. Жилые здания потребляют больше всего энергии (50-55%), промышленные здания чуть меньше (35-45%) и гражданские здания до 10%. Жилые и гражданские здания имеют запасы энергосбережения около 10-15% [4, С. 5].
Энергоэффективный (энергопассивный) дом - это строение, в котором затраты, связанные с потреблением энергии, в среднем на 30% меньше, чем в обычном доме. Энергоэффективность недавнего времени можно было определить по коэффициенту сезонного использования тепловой энергии - Е.
Е <= 110 кВт*ч /м2/год - это обычный дом
Е <= 70 кВт*ч /м2/год - энергоэффективный
Е <= 15 кВт*ч /м2/год - пассивный
Хотя в Казахстане «зелёное» строительство начало развиваться позже, чем, к примеру, в России, объектов с подобными сертификатами (по системе LEED Campus Group) в жилой недвижимости ещё не было. Из 11 сертифицированных зданий «Зелёного Квартала» который находится в городе Астана, 8 жилых получили сертификат о соответствии требованиям системы LEED, и 3 коммерческих объекта бизнес-центры, которые расположены на территории жилого квартала получили сертификаты уровня LEED GOLD. Что же касается, южных регионов страны, то можно отметить слабое развитие энергоэффективного направления в строительстве и в таких крупных городах как Алматы и Шымкент. [9] Из чего вытекает явная необходимость по устранению данной проблемы, путем формирования экологически чистого городского пространства,
которое в основном строится из жилых зданий, с максимальной энергоэффективностью и минимальными выбросами отходов в окружающую среду.
Главными задачами при проектировании жилья, адаптированного к местным климатическим условиям, в нашем случае в континентальном климате южного Казахстана, это- мероприятия по применению солнечной энергии в жилых зданиях, подбору идеальной формы и ориентации здания, использование различных объемно-планировочных решений и поиску путей нормализовать микроклимат в жилье в южных регионах Казахстана. В Алматинской области отмечается низкий уровень экологического загрязнения. Однако, на экологию значительно влияет г. Алматы, как один из основных источников техногенного загрязнения воздушного бассейна и деградации сельхозплощадей в прилегающих регионах.
Алматы является самым густонаселенным городом Казахстана (2 млн человек) с большим числом автомашин и интенсивным транспортным движением, что неизбежно осложняет экологическую ситуацию. В Алматы ежедневно въезжают более 250 тысяч иногородних машин, а всего в городе зарегистрировано около 600 тысяч машин (одна машина на 2-3 человека), выбросы от которых оцениваются в более чем 200 тыс.тонн загрязняющих веществ в год, что составляет около 300 кг на 1-го жителя. [9] Существенно загрязняют атмосферу выхлопные газы автотранспорта, в которых содержатся не только оксиды азота, оксид углерода, но и формальдегид, хлор и бен(а)пирен. Плохое экологическое состояние города Алматы, ставит в приоритет применение энергоэффективных технологий и решений в строительстве жилья и общественных зданий.
Д. И. Марков в своих трудах отметил основные принципы проектирования энергоэффективного жилого дома [1], которые можно применить и на южных регионах Казахстана. Это:
1) выбор энергосберегающей формы здания и его правильная ориентация по отношению к солнцу;
2) высокая энергоэффективность ограждающих конструкций дома;
3) эффективная теплоизоляция дома, проектирование без «мостов холода»;
4) применение энергоэффективных конструктивных элементов и инженерных систем (стены, удерживающие тепло, грунтовой теплообменник, система отопления, вентиляции, кондиционирования, подачи холодной и горячей воды и т.д.);
5) применение механической приточно-вытяжной вентиляции для обеспечения нормального воздухообмена;
6) пассивное использование солнечной энергии (системы солнечного отопления, применение термической массы, использование «парникового» эффекта зимнего сада для отопления дома);
7) эффективная система контроля над инженерными системами (тепловые счетчики и термостатические вентили, счетчики горячей воды и т.д.);
8) применение «системы умного дома», для регулирования расходов электроэнергии, водоснабжения и отопления;
9) применение инженерных систем использования и преобразования энергии возобновляемых источников (тепловые насосы, солнечные коллекторы, фотоэлектрические установки, ветровые генераторы);
10) правильное планирование участка дома с применением энергоэффективных решений (правильное использование рельефа участка для сбора дождевых вод, эффективное зонирование участка, организация участка в гармонии с природной местностью и др.).
Заключение
Снижение энергопотребления жилых секторов в Казахстане может быть возможно только при условии строгого контроля и регулирования поступления и расхода энергии в зданиях. Потребление энергии должно контролироваться на государственном уровне; необходимо учитывать следующие условия энергоэффективного проектирования - это экологические проблемы, оптимизацию энергопотребления, микроклимат в зданиях, управление отходами и внедрение инновационных материалов в строительство. Главными задачами перед проектированием энергоэффективного жилья для архитекторов является: разработка оптимальной формы и ориентации здания, проектирование функциональной внутренней конфигурации; учет естественной вентиляции, а также конкретных климатических условий места строительства. Также необходимо учитывать, что схемы адаптации энергоэффективных технологий всегда могут обновляться и модернизироваться под новые требования.
Список литературы
1. Марков Д.И. Особенности формирования энергоэффективных жилых зданий средней этажности / Д.И.
Марков // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века, 2012. № 5. С. 29-33.
2. Закон Республики Казахстан «Об энергосбережении и повышении энергоэффективности». Астана. 2012. Электронный ресурс. Режим доступа: Шр8://а&1е!7ап.к7/гшМос8/21200000541\ (дата обращения: 28.11.2022).
3. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания. - М.: АВОК-ПРЕСС, 2003. -
162 с.
4. Табунщиков Ю.А. Энергоэффективное здание как критерий мастерства архитектора и инженера // АВОК.
2001. №2. С.8-11.
5. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М. Научные основы проектирования энергоэффективных зданий // АВОК. 1998. №1. С. 5-10.
6. Ч. Лина, Т.П. Билюшова. Современные энергоэффективные здания//Строительство и архитектура, 2016. С. 80.
7. Воронин А.В. Опыт стран Евросоюза в области технического нормирования тепловой защиты зданий и сооружений // Технологии строительства. 2007. № 4.
8. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://halykgm.kz/uploads/common/files/LUAr8SRM.pdf / (дата обращения: 28.11.2022).
9. Салимбаева Р.А. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОЯСА ВДОЛЬ НОВОГО ШЕЛКОВОГО ПУТИ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12-6. С. 1105-1108.
