Мероприятия по повышению энергоэффективности в строительстве Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

строительная теплофизика и энергосбережение

Мероприятия по повышению энергоэффективности в строительстве

A.C. Горшков, A.A. Гладких

Под энергоэффективностью в жилищном строительстве следует понимать комплекс мероприятий, направленных на снижение потребляемой зданиями тепловой энергии, необходимой для поддержания в помещениях требуемых параметров микроклимата, при соответствующем технико-экономическом обосновании внедряемых мероприятий и обеспечении безопасности. Таким образом, понятие энергоэффективности неразрывно связано с вопросами энергосбережения. Но только в том случае, если мероприятия, направленные на снижение потребляемой зданиями энергии технически осуществимы, экономически обоснованны и безопасны.

При поверхностном подходе, данная проблема решается довольно несложным образом. Чем меньше здание теряет тепла, тем меньшее количество энергии требуется подвести зданию для восполнения тепловых потерь. В этой связи, на первый взгляд, наиболее простым и рациональным способом экономии энергии на отопление выглядит способ увеличения теплозащитных свойств ограждающих конструкций. В России с 2000-го года применительно к стенам и покрытиям требования к уровню тепловой защиты были повышены в среднем на 150^200 %, к окнам — на 20^30 %, требования к сокращению затрат энергии на вентиляцию помещений были проигнорированы. Однако, несмотря на кажущуюся простоту решения обозначенной выше проблемы, данный способ снижения энергозатрат и, как следствие, повышения энергоэффективности в принятой терминологии, имеет свои ограничения и, кроме того, не всегда оказывается эффективным с экономической точки зрения.

Во-первых, изменение тепловых потерь через 1 м2 ограждающей конструкции (О) в зависимости от приведенного сопротивления теплопередаче (К0пр) изменяется нелинейно, — по гиперболической зависимости (рис. 1). Представленная на рисунке 1 зависимость соответствует климатическим условиям города Москвы (ГСОП = 4943,4 °С • сут/год).

Из приведенного графика (рис.1) видно, что по мере увеличения приведенного сопротивления теплопередаче (К0"р) теплопотери (О) уменьшаются вначале очень быстро, затем более медленно и при некотором значении приведенного сопротивления

ч

о

m

*

5

а а> н О с о с

500 450 400 350 300 250 200 150 100 50

1- 0 2 4 6 8

Сопротивление теплопередаче (м2 °С/Вт)

Рисунок 1. График зависимости теплопотерь через 1 м2 ограждающей конструкции в зависимости от приведенного сопротивления теплопередаче.

теплопередаче (&0"р — 3 м2 • °С/Вт) теплопотери (О) убывают очень незначительно. В тоже время дальнейшее увеличение сопротивления теплопередаче (до 4,0^5,0 м2 • °С/Вт и более) существенным образом увеличит себестоимость возведения квадратного метра стеновой конструкции. И эти затраты могут превысить экономию, которая достигается в результате увеличения сопротивления теплопередаче. Это означает, что дальнейшее увеличение сопротивления теплопередаче снизит расходы на отопление, но с учетом высоких капитальных затрат на возведение стены может оказаться экономически неэффективным шагом.

О = 0,024 • ГСОП • (Р/К0пр)

Расчеты показывают, что при нынешнем уровне цен на энергоносители и стоимости строительных материалов, экономически целесообразное сопротивление теплопередаче (&ж), соответствующее минимуму приведенных затрат на возведение квадратного метра стены с учетом эксплуатационных расходов на отопление в течение безремонтного срока эксплуатации 30—50 лет, находится в диапазоне от 2 до 4 м2 • °С/Вт.

Экономически-целесообразное значение сопротивления теплопередаче (К) будет зависеть от стоимости и теплофизических характеристик материалов, из которых возводится стеновая ограждающая конструкция, типа стеновой конструкции (од-

строительная теплофизика и энергосбережение

Зависимость приведенных затрат от толщины стены при сроке эксплуатации 50 пет

> 6000

Толщина стены, м

привед. затраты — капит. вложения —•— экспл. расходы

Рисунок 2. Определение оптимальной толщины стеновой конструкции по методу приведенных затрат.

нородная стена, вентилируемый фасад и т.д.), а также от ее срока службы (долговечности), то есть времени, в течение которого могут быть подсчитаны все эксплуатационные расходы.

В монографии [1], а также пособии [2] представлены формулы, по которым можно оценить оптимальное значение сопротивления теплопередаче стеновой конструкции по минимуму приведенных затрат.

На рисунке 2 представлена зависимость приведенных затрат (руб/м2) от толщины стены при

предполагаемом безремонтном сроке эксплуатации 50 лет. Представленная зависимость была рассчитана для стены, возведенной из газобетонных блоков марки по плотности Р400.

Из рисунка 2 видно, что по мере увеличения толщины стеновой конструкции, и как следствие, ее сопротивления теплопередаче, эксплуатационные затраты через 1 м2 конструкции, рассчитанные на период 50 лет, уменьшаются в соответствии с законом, показанном на рисунке 1. В то же время капитальные вложения по мере увеличения толщины стены, возрастают. Как следует из графика, минимум приведенных затрат соответствует толщине стены 0,35 м, что соответствует сопротивлению теплопередаче 3,15 м2 • °С/Вт (при ХБ = 0,117 Вт/м • °С по ГОСТ 31359 [3]).

При меньшем эксплуатационном сроке минимум приведенных затрат будет соответствовать меньшей толщине стеновой конструкции, при большем — большей (рис.3). Например, при сроке эксплуатации 25 лет оптимальная толщина стены составит 0,25 м, при сроке эксплуатации 60 лет — 0,375 м. Однако при сроках эксплуатации свыше 50 лет необходимо будет учитывать также затраты на проведение капремонтов, что неизменно скажется на расчетах.

Все вышесказанное указывает на то, что при оценке экономической эффективности энергосберегающих мероприятий или внедрения энергосбе-

Рисунок 3. Оптимальная толщина стен из газобетона при различном рассматриваемом сроке эксплуатации

2010

247

3

строительная теплофизика и энергосбережение

регающих технологий необходимо учитывать их срок службы или эффективной эксплуатации. Это второе обстоятельство, на которое необходимо обращать внимание при выборе параметров теплозащиты ограждающих конструкций. Многие типы современных стеновых конструкций с более высокими показателями тепловой защиты оказываются неремонтопригодными, а применяемые в их составе материалы, — недолговечными. Затраты на проведение капитальных ремонтов недолговечных ограждающих конструкций зданий могут частично или полностью компенсировать то уменьшение эксплуатационных расходов, которое обеспечивается за счет увеличения их теплозащитных качеств. Не стоит забывать о том, что затраты на проведение ремонтов (текущих, капитальных) по сути также представляют собой затраты энергии: на производство новых материалов, добычу полезных ископаемых для их изготовления, расход топлива при их перевозке, работу машин и механизмов и т.д. В этой связи не только уровень тепловой защиты ограждающих конструкций, но и показатели их капитальности (долговечности) следует относить к критериям энергоэффективности.

В-третьих, нельзя забывать о таком важном параметре, как требуемый воздухообмен помещений, необходимый для поддержания требуемого уровня микроклимата в помещениях. При вентиляции происходит удаление взвешенных в воздухе частиц пыли, бактерий, влаги, кроме того, поддерживается уровень кислорода в необходимой для нормальной жизнедеятельности и работоспособности концентрации. В зимний, и в общем случае в любой период, в течение которого производится отопление помещений, энергия затрачивается, в том числе на подогрев вентилируемого воздуха. Затраты на вентиляцию современных зданий при составлении энергетических паспортов зданий оцениваются в 40^50 % всех затрат на отопление. При этом требуемый уровень воздухообмена необходим как в «холодных» домах, так и «теплых». Отсюда следует, что как бы мы не утепляли здание, а расходы тепла на вентиляцию, без использования специальных инженерных методов, уменьшаться от этого не будут, и чем теплее у здания будет «шуба», тем большими в относительном выражении будут затраты на вентиляцию.

Подтверждением данного утверждения является следующий пример. В 2005 году сотрудниками ОАО «СПбЗНИиПИ» и ООО «НТЦ «Технологии XXI века» проводилось комплексное обследование здания в историческом центре города, в котором после реконструкции сопротивление теплопередаче было увеличено до 5 м2 • °С/Вт. При этом никаких

инженерных решений по оптимизации затрат энергии на отопление, например, автоматическое регулирование параметров теплоносителя по температуре воздуха в помещениях, не производилось. В результате в здании зимой регулярно происходил перетоп. Для уменьшения последствий перетопа, сотрудники, работающие в здании, также регулярно в течение всего отопительного периода по приходу на работу открывали окна, и в прямом смысле слова, отапливали улицу вокруг здания.

Таким образом, становится понятным, что рациональным и экономически целесообразным способом повышения энергоэффективности является только сочетание различных конструктивных и инженерных мероприятий, например увеличение теплозащитных свойств ограждающих конструкций (при условии, что срок эффективной эксплуатации внедряемых материалов, технологий и конструкций превышает период их окупаемости) при одновременном использовании современных инженерных энергосберегающих методов и технологий.

Однако, как показывает практика, и этих мер может оказаться недостаточно. Связано это в первую очередь с тем, что во многих случаях фактические и расчетные параметры энергоэффективности могут существенно отличаются друг от друга. В расчетах закладываются одни значения теплотехнических параметров (например, приведенного сопротивления теплопередаче), а на практике с учетом качества строительно-монтажных работ, получаются совершенно другими. Кроме того, в проектах часто не учитывается теплотехническая неоднородность стеновых конструкций. В результате собственники жилых помещений вынуждены использовать для обогрева дополнительные источники энергии (электронагреватели, масляные радиаторы, теп-ловентиляторы и т.д.), дополнительно потребляя при этом энергию на отопление.

Для повышения степени соответствия расчетных и фактических затрат энергии на отопление зданий необходим контроль за энергопотреблением, достигаемый за счет совокупного выполнения следующих условий:

— обязательная установка во всех зданиях приборов учета всех видов энергии;

— наличие комплексной методики учета и контроля за потребляемой зданием энергии;

— разработка норм потребления зданиями энергии.

Что касается последнего условия из представленного перечня условий, то наиболее рациональным способом их установления, является потребительский подход к оценке уровня теплозащиты (показатель «в» требований тепловой защиты зданий

строительная теплофизика и энергосбережение

по СНиП 23-02-2003 [4]). К сожалению, в практике проектирования, чаще применяется предписывающий подход, а именно установление заданных численных значений сопротивления теплопередаче (показатель «а» требований по СНиП 23-02-2003 [4]).

Преимуществом потребительского подхода является более гибкий выбор материалов для ограждающих конструкций и инженерных методов для реализации требуемых параметров энергопотребления (удельных затрат энергии с квадратного метра площади или с кубического метра строительного объема здания). Кроме того, данный подход при наличии комплексной методики контроля и учета затрат энергии на отопление позволяет сравнивать расчетные и фактические параметры энергопотребления зданий, а после апробации и отработки системы контроля и учета, регулировать нормы потребления в сторону их постепенного снижения, например, один раз в пять лет.

Для реального уменьшения затрат энергии на отопление зданий необходимо:

1. разработать и установить нормативы энергопотребления в рамках потребительского подхода к уровню теплозащиты зданий;

2. для утепления зданий применять долговечные, проверенные климатическими условиями района строительства, материалы;

3. более интенсивно и эффективно использовать инженерные методы и способы повышения энергоэффективности (например, системы приточно-при-нудительной вентиляции и рекуперации);

4. применять проверенные на практике архитектурные методы повышения энергоэффективности (например, уменьшение коэффициентов компактности зданий);

5. разработать эффективную методику комплексного учета и контроля энергии, расходуемой на отопление здания;

6. по мере внедрения и апробации системы контроля и учета потребляемой зданиями энергии, при условии соответствия расчетных и фактических параметров энергопотребления, постепенно, с заданной регулярностью, снижать нормативы энергопотребления.

Казалось бы, после внедрения в практику проектирования и строительства всех этих мероприятий, обозначенную в статье проблему точно можно считать решенной. Да, объекты строительства будут потреблять меньше энергии. Но нельзя забывать еще и о том, что помимо потребителей энергии есть еще и ее производители, а также компании, которые транспортируют энергоносители, обслуживают энергоустановки и, в конечном итоге, есть компании, которые эту энергию продают ко-

нечному потребителю. В этих условиях может сложиться ситуация, при которой уменьшение энергопотребления (жилыми и общественными зданиями, производством и т.д.) скажется на снижении товарооборота всей этой цепочки компаний и, как следствие, их доходности. Как известно, одним из способов восстановления доходности является увеличение тарифов. Т.о. могут сложиться условия, при которых потребители будут экономить на энергии, а платить меньше от этого не станут. В конечном итоге тарифы в нашей стране достигнут общеевропейского уровня, а при низкой эффективности работы этих компаний и превысят его. Конечно, представленный выше сценарий является несколько упрощенным, но вероятность его реализации присутствует. Косвенным подтверждением подобного развития событий является хотя бы тот факт, что в нашей стране тарифы на энергоносители растут постоянно, вне зависимости от направления тренда стоимости нефти, увеличения теплозащитных свойств ограждающих конструкций и т.д.

Безусловно, при условии выполнения всех перечисленных выше инженерных мероприятий, количество затрачиваемой потребителями энергии будет уменьшаться, но насколько это будет выгодно потребителю неизвестно. С целью недопущения реализации данного прогноза необходимо принимать меры по увеличению энергоэффективности оборудования и устройств в самих генерирующих компаниях, уменьшению потерь энергии при транспортировке теплоносителя конечному потребителю, жесткому регулированию и контролю со стороны государства тарифов на тепловую энергию.

Литература

1. Богословский В.Н. Строительная теплофизика (теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). учебник для вузов. 3-е изд. // СПб.: Изд-во «АВОК-Северо-Запад»., 2006. — 400 с.

2. Рекомендации по применению стеновых мелких блоков из ячеистых бетонов// ЦНИИСК им. А.В. Кучеренко. М., 1987. — 98 с.

3. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.

4. СНиП 23-02-2003. Тепловая защита зданий.

Мероприятия по повышению энергоэффективности в строительстве

Под энергоэффективностью в жилищном строительстве следует понимать комплекс мероприятий, направленных на снижение потребляемой

3 2010 249

строительная теплофизика и энергосбережение

зданиями тепловой энергии, необходимой для поддержания в помещениях требуемых параметров микроклимата, при соответствующем технико-экономическом обосновании внедряемых мероприятий и обеспечении безопасности. Таким образом, понятие энергоэффективности неразрывно связано с вопросами энергосбережения. Но только в том случае, если мероприятия, направленные на снижение потребляемой зданиями энергии технически осуществимы, экономически обоснованны и безопасны.

Measures for energy efficiency in construction

by A.Gorshkov, A.Gladkikh Energy efficiency in residential construction is a set of measures aimed at decreased amount of energy

spent on maintaining required microclimate parameters indoors while studiyng feasibility of measures being introduced and ensuring safety. Thereby energy efficiency conception is inseparably linked with energy saving. But that is only true if steps taken to decrease the amounts of energy consumed are feasible technologically, substantiated economically and safe.

Ключевые слова: энергоэффективность, энергосбережение, экономически-целесообразное значение сопротивления теплопередаче, ограждающая конструкция, приведенные затраты.

Key words: energy efficiency, energy saving, economically reasonable heat-transfer resistance value, building envelope, reduced costs.