CC BY
205
строительная теплофизика и энергосбережение
Повышение энергоэффективности строительства объектов недвижимости с использованием концепции «Умный дом»
Е.А. Гришнева
Одна из наиболее важных систем показателей здания — энергоэффективность.
Энергоэффективность — суммарный КПД всех энергоресурсов, которые используются для поддержания нужных условий жизни, комфорта в помещении. Энергоэффективное здание представляет собой здание, где энергоресурсы экономятся с помощью инновационных энергоэффективных технологий. Их использование целесообразно не только с технической точки зрения, но и с позиции экологии. Именно поэтому энергоэффективность в большинстве стран Европы становится уже необходимым стандартом.
Есть множество причин, из-за которых стоит серьезно задуматься над вопросами энергоэффективности здания. Для разных структур данные причины различны. К примеру, для правительства России они следующие:
• обеспечение в стране энергобезопасности;
• уменьшение загрязненности окружающей среды;
• облегчение доступа к электроэнергии, стоимость которой постоянно повышается.
Предприятиям есть смысл задуматься об энергоэффективных технологиях, по следующим причинам:
• уменьшение затрат на электроэнергию;
• повышение престижа с экологической позиции;
• уменьшение затрат на осуществление технологических процессов и на использование здания.
Для обычных граждан энергоэффективность имеет значение благодаря:
• повышению комфорта проживания в доме;
• снижению затрат на электроэнергию;
• улучшение экологической ситуации.
В России можно воплотить в жизнь многие энергоэффективные технологии. Например, среди первоочередных мероприятий при реконструкции жилого фонда можно выделить:
• утепление фасадов при применении инновационных теплоизоляционных материалов;
• установка современных систем окон, где используется принудительная вентиляция.
К другим энергоэффективным технологиям можно отнести:
• использование низкотемпературного водяного отопления на полу;
• остекление лоджии;
• использование подвижной теплоизоляции (шторы, рольставни и т.д.);
• планировка, по которой северные комнаты расположены немного выше южных;
• использование технологии «пассивного дома»;
• использование охлаждающих потолков;
• понижение потребления водопроводной воды и т.д.
Несмотря на то, что сумма всех затрат на внедрение подобных энергоэффективных технологий достаточно велика, данные затраты являются надежной и долгосрочной инвестицией и сравнительно быстро окупаются за счет экономии расходов на эксплуатацию помещения (снижение происходит на 25-30%).
Россия располагает масштабным недоиспользуемым потенциалом энергосбережения, который по способности решать проблему обеспечения экономического роста страны сопоставим с приростом производства всех первичных энергетических ресурсов.
Энергоемкость российской экономики существенно превышает в расчете по паритету покупательной способности аналогичный показатель в США, в Японии и развитых странах Европейского Союза.
Но в последствии нехватка энергии может стать существенным фактором сдерживания экономического роста страны. По оценке, до 2015 года темпы снижения энергоемкости при отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности могут резко замедлиться. Это может привести к еще более динамичному росту спроса на энергоресурсы внутри страны. Запасов нефти и газа в России достаточно, однако увеличение объемов добычи углеводородов и развитие транспортной инфраструктуры требуют значительных инвестиций.
Меры по снижению энергоемкости за период 1998-2005 г.г. оказались недостаточными для того, чтобы остановить динамичный рост спроса на энергию и мощность. Рост спроса на газ и на электроэнергию оказался выше предусмотренных «Энергетической стратегией России» значений.
Существует два пути решения возникшей проблемы:
• первый — крайне капиталоемкий путь наращивания добычи нефти и газа и строительства новых объектов электрогенерации;
строительная теплофизика и энергосбережение
• второй — существенно менее затратный, связанный с обеспечением экономического роста в стране за счет повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.
Следует отметить, что на практике необходим симбиоз первого и второго вариантов с несомненным приоритетом энергоэффективности.
Суммарное энергопотребление России в 2007 г. составило порядка 990 млн. т.у.т. При доведении внедрения энергосберегающего и энергоэффективного оборудования до уровня в странах — членах ЕС, энергопотребление снизилось бы до величины 650 млн. т.у.т. Другими словами, около 35% энергии у нас теряется.
Барьеры, сдерживающие развитие энергосбережения и энергоэффективности в стране, можно разделить на четыре основные группы:
— недостаток мотивации;
— недостаток информации;
— недостаток опыта финансирования проектов;
— недостаток организации и координации.
Прежде был еще пятый барьер — недостаток
технологий. Но на сегодня такого ограничения больше не существует. Рынок предлагает широкий выбор энергоэффективного оборудования, материалов, а также консультационных услуг по вопросам энергосбережения и энергоэффективности.
Для ликвидации отмеченных барьеров прежде всего необходима государственная поддержка направления энергосбережения и энергоэффективности.
Во исполнение Указа Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 года №889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики» и поручения Правительства Российской Федерации от 18 июня 2008 года №ИШ-П9-3772, Минэнерго России разработало комплексный план мер по реализации политики энергосбережения и повышению энергоэффективности российской экономики. План включает пять основных направлений:
— разработка современной нормативно-правовой базы;
— формирование организационных структур;
— государственная поддержка и создание благоприятного инвестиционного климата;
— взаимодействие с бизнес-сообществом и финансовыми институтами на основе частно-государственного партнерства;
— информационная и образовательная поддержка мероприятий на международном, федеральном, региональном и муниципальном уровнях.
На сегодняшний день Федеральным законом регулируются отношения по энергосбережению и повышению энергетической эффективности,
и, в частности, вводятся ограничения на оборот ламп накаливания, устанавливаются требования по маркировке товаров с учетом их энергетической эффективности, по обязательному коммерческому учету энергетических ресурсов, по энергетической эффективности новых зданий (строений, сооружений), по сокращению бюджетных расходов на приобретение энергетических ресурсов, а также по содержанию общего имущества многоквартирных домов в отношении показателей энергетической эффективности. Кроме того, законом предусматривается введение для наиболее энергоемких организаций обязанности по проведению энергетических обследований, утверждение программ по энергосбережению и повышению энергетической эффективности в бюджетной сфере, введение в гражданский оборот энергосервисных контрактов, переход к долгосрочному тарифному регулированию и создание единой (межведомственной) информационно-аналитической системы по энергетической эффективности.1
Перспективные направления на 2010 год Минэнерго России:2
Реализация проекта «Инновационная энергетика», утвержденного Протоколом заседания Комиссии при Президенте Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики России, по направлениям:
— использование биомассы (низкокачественная древесина, древесные отходы, торф и др.) для локального обеспечения потребителей электрической и тепловой энергией;
— использование технологий водородной энергетики для создания источников гарантированного электроснабжения на базе возобновляемых источников энергии — энергии ветра;
— использование технологий, связанных с эффектом сверхпроводимости, для повышения надежности энергоснабжения потребителей;
— использование технологий Smart Grid (интеллектуальные сети) для оптимизации работы локальных электроэнергетических систем.
Как видно выше, одним из перспективных направлений повышения энергоэффектиновсти является использование технологий Smart Grid (интеллектуальные сети), что является составляющей системы «Умного дома».
В западных странах проблемой энергоэффективности озаботились намного ранее: была создана концепция пассивного дома, которая заключает-
1 «Автоматизация зданий» ноябрь-декабрь 2009, стр. 26.
2 Сайт Минэнерго России http://minenergo.gov.ru/activity/ energoeffektivnost / problem /
строительная теплофизика и энергосбережение
ся в улучшении качества компонентов здания (крыша, стена, окно, фундаментная плита). За рубежом начало разработок по улучшению теплозащиты эксплуатируемых зданий явилось следствием энергетического кризиса 70-х годов, и с 1976 года в большинстве зарубежных стран нормируемые величины теплозащиты конструкций увеличились в 2—3,5 раза. В настоящее время процесс этот не замер на месте: требования к используемым теплоизолирующим материалам постоянно повышаются, ужесточаются нормативы теплопроницаемости и смежных параметров отдельных строительных
„3
конструкций и сооружений в целом.
Немаловажную роль в энеросбережении играет развитие так называемого «интеллектуального» здания, где основными функциями являются эффективное использование энергопотребления, комфортность и безопасность в здании.
Концепция энергосберегающего дома хоть и с заметным запозданием, но находит признание и в России. До недавнего времени дешевизна энергоносителей в нашей стране не позволяла ощутить максимальный экономический эффект от использования современных теплосберегающих материалов и соответствующих инженерных решений. Наблюдался такой парадокс: стоимость строительства в России ниже уровня мировых цен всего на 20—30%, а стоимость энергоресурсов отличалась в 6—7 раз. Но поскольку Россия взяла курс на построение эффективной экономики и вхождение в мировое сообщество, баланс цен на энергоносители начал восстанавливаться стремительными темпами. Только за два последних года цены на электроэнергию выросли на 45,8%, а на газ — на 63,5%.4
В связи с этим вопрос строительства энергоэффективных зданий в России становится одним из ключевых, а проблема рационального использования энергоресурсов приобретает все большее значение. Особенно остро эта проблема встает в коммунальном хозяйстве, которое потребляет до 20% электрической и 45% тепловой энергии, производимой в стране. На единицу жилой площади в России расходуется в 2—3 раза больше энергии, чем в странах Европы (в Г ермании в настоящее время расход теплоэнергии на отопление составляет 80 кВт ч/м2, а в Швейцарии
— 55 кВт ч/м2) и не столько из-за более сурового климата, сколько благодаря существенно меньшей жесткости строительных стандартов и нормативов.
Многие российские компании (как строящие, так
3 Интернет-портал «Костар», 2010 год http://www.kostar.ru/press/ /e-dom.html
4 Интернет-портал «Костар», 2010 год http://www.kostar.ru/press/ /e-dom.html
и эксплуатирующие здания) уже пришли к пониманию проблемы теплопотерь и осознанию необходимости применения новейших энергосберегающих решений с привлечением современных теплозащитных материалов, многослойных стеновых конструкций, энергосберегающей сантехники и инженерного оборудования.
В России идея снижения затрат на энергопотребление (электроэнергию и отопление) витает в воздухе, но на сегодняшний день не существует коплексного подхода к решению этой проблемы. Путем интеграции и слияния технологий интеллектуальных и пассивных домов можно добиться снижения затрат на энергопотребление в несколько раз, улучшить комфортность, экологичность, одним словом, повысить напорядок уровень жилья, при этом существенно улучшить энергоэффетивность объектов недвижимости.
В отчете ООН 2007 года об изменении климата выражена озабоченность нерациональным использованием энергоресурсов и, как следствие, увеличением выбросов СО2 в атмосферу, загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением. Это приводит к таянию льдов, увеличению количества ураганов и наводнений, гибели лесов и посевов.
В настоящее время потребляются самые разные виды энергии. Европейское сообщество поставило перед собой задачу, название которой состоит из одних двадцаток: 2020 «20 20 20». Это означает, что к 2020 году надо достичь следующих целей:
• на 20% уменьшить потребление энергии по сравнению с 1990 г.
• на 20% уменьшить выделение парниковых газов по сравнению с 1990 г.
• достичь потребления энергии от возобновляемых источников в размере 20% от общего энергопотребления.
Потребление энергии в Европе распределяется следующим образом:
— транспорт — 28%;
— промышленность — 31%;
— здания — 41%.
Основное потребление происходит в зданиях. Из этого объема 85% тратится на обогрев или охлаждение помещений, а 15% на освещение. Мы хотим начать меньше потреблять энергии и меньше загрязнять атмосферу выбросами СО2, но при этом продолжать жить и работать в условиях не менее комфортных, чем сейчас. Как быть? Пригодны ли наши здания для решения такой задачи? Существуют ли технологии, позволяющие значительно увеличить энергоэффективность зданий без ухудшения комфорта в помещениях?
Сегодня существуют тщательно разработанные
строительная теплофизика и энергосбережение
и проверенные на практике стандарты энергоэффективности для зданий различных конструкций. Разработаны стандарты и для систем автоматизации. Технологии, способные резко сократить потребление тепловой и электрической энергии существуют. Остается начать их использовать.
Новые здания должны строиться исключительно в соответствии с ориентированными на будущее стандартами минимально допустимого расхода энергии. Они должны быть оборудованы системами автоматизации, выполняющими специальные функции энергосбережения.
Принятие разнообразных краткосрочных мер может способствовать повышению энергоэффективности в существующих зданиях. Например:
• улучшение изоляции воздуховодов и трубопроводов.
• снижение потерь за счет большой теплоотдачи зданий:
• замена окон;
• изоляция стен и крыш.
• оборудование приточно-вытяжной вентиляции установками рекуперации теплого воздуха.
• модернизация систем автоматизации и оснащение их энергосберегающими приборами и средствами.
• перенос температурных уставок в граничные зоны комфортных уровней.
• и т. д.
В отличие от конструктивных мер, автоматизация зданий — менее трудоемкое и гораздо более дешевое средство улучшения энергоэффективности. Система автоматизации — это мозг здания. Он интегрирует информацию обо всех инженерных системах. Он управляет системами отопления и охлаждения, вентиляции и кондиционирования, электроснабжения и освещения. Поэтому именно мозг здания должен быть наделен функциями контроля над использованием энергоресурсов. Эти функции позволяют снизить энергопотребление здания на 30%.
Комфорт в помещениях очень важен. Однако его необходимо поддерживать максимально возможным экономичным способом. Система автоматизации должна обеспечить минимально необходимое потребление энергии и расход средств на эксплуатацию без снижения комфортных условий в здании. Такие функции, как мониторинг энергопотребления, анализ энергопотребления и оптимизация энергопотребления, должны стать неотъемлемой частью системы автоматизации интеллектуального здания.
Система автоматизации должна подбираться индивидуально для каждого здания и осуществлять процесс максимально возможного повышения энер-
гоэффективности. При этом владельцы зданий должны получать:
• снижение затрат на энергию и обслуживание;
• постоянные комфортные условия в помещениях;
• повышение надежности и эффективности технического оборудования;
• продление срока службы технического оборудования;
• повышение компетентности обслуживающего персонала;
• облегчение работы обслуживающего персонала;
• ослабление негативного влияния на окружающую среду.
Автоматизация зданий — важный инструмент в борьбе с нерациональным использованием энергоресурсов, загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением.5
В течение многих лет компании производители, которые занимают лидирующее положение в отрасли, вступили в защиту обьединенного и «инте-лектуального» подхода к эксплуатации и управлению системами автоматизации зданий.
Причины, которые оправдали такой подход, достаточно хорошо известны: использование IT-технологий в большинстве систем управления, повсеместное распространение IP-протокола и сетевых технологий, уменьшение капитальных и экслутаци-онных затрат, централизация управления обьемами недвижимости и связь между социальным устойчивым развитием и информационными технологиями. Последние явление является частью наиболее современной технологии, которую Томас Фридман охарактеризовал как одно из подтверждений обье-динения информационных технологий (IT) и энергетических технологий (ET, Energy Tehnology). Журнал «Economist» использует для этого другой тер-мин-«Energy Internet».
Сегодня появляется все большее количество исследований, относящимся к «интелектуальным» системам, реально используемых в таких областях, как: управление освещением, обнаружение и диагностика неисправностей (FDD), которые свидетельствуют о наличии реальной прибыли по инвестициям и возможности ее получения в течение достаточно привлекательного периода окупаемости. Например, технология «Power over Ethernet» (PoE) обеспечивает множество преимуществ, однако, для владельца здания наиболее важным преимуществом является снижение капитальных затрат, т.к. требуется мешь-шее количество электрических розеток что в свою
5 Интеpнет-pеcypc компании «Siemens» http://www.sbt.siemens.ru/ /products/HVP/EE/
строительная теплофизика и энергосбережение
очередь снижает затраты на кабель и работы по проводке сети электропитания.
Так же уменьшаются эксплутационные расходы, поскольку повышается эффективноть использования энергии и снижаются затраты, связаные с перемещением, добавлением и заменой оборудования (MAC, move, add and change). Возникает взаимная экономия по эксплуатационным расходам и расходам на технологическое оборудование.
Методы снижения рисков должны ограничивать воздействие требований со стороны правительства, а также вносить свой вклад в эксплуатационную эффективность и оптимальное использование ресурсов.
С каждым годом организаций, предлагающих услуги по автоматизации квартир становится все больше. Рынок «умных» домов растет так же стремительно, как и требования заказчиков к своему жилью. Люди начинают постепенно понимать, что «умный» дом вполне доступен по-стоимости и может решать практически любые задачи. Огромным плюсом систем домашней автоматизации является то, что их алгоритм работы можно модернизировать в соответствии с постепенно появляющимися пожеланиями заказчика, не затрагивая технические устройства — изменение алгоритма производится программистом в считанные минуты, а следовательно «умный» дом будет всегда отвечать требованиям жильцов.
До недавнего времени основными способами управления «умным» домом являлись сенсорные панели, настенные комнатные выключатели и пульты дистанционного управления. С развитием мобильных технологий и повышением доступности интернета, получила распространение возможность дистанционного управления системами дома. Любую информацию об «умном» доме можно получить даже с помощью мобильного телефона, зайдя на интернет сайт и введя пароль доступа. Конечно, более удобным способом удаленного управления является использование специального программного обеспечения, устанавливаемого на персональные компьютеры. Программы, позволяющие управлять «умным» домом, можно установить на рабочем компьютере в офисе, на ноутбук с которым осуществляются поездки в командировки или на отдых.
Наверняка каждый сталкивался с ситуацией, когда приехав на работу начинал сомневаться: включил ли сигнализацию, закрыл дверь, выключил плиту и утюг. Все подобные сомнения можно рассеять заглянув в программу управления Вашим домом. При необходимости, несколькими щелчками мыши можно выключить забытый в прихожей свет или покормить рыбок в аквариуме.
Наиболее популярными в мире системами «умного дома» являются продукты компаний ABB, GIRA,
SIEMENS и CLIPSAL. Они достаточно широко представлены и в России. Своей популярностью эти системы обязаны широкому функционалу, быстрой адаптации для работы с самым разным оборудованием (кондиционерами, котлами, увлажнителями, ионизаторами и т.п.), относительной простоте монтажа и обслуживания. Также на рынке существуют две хорошо известные в России и Европе системы домашней автоматизации Г руппы LEGRAND — это My Home от BTicino (Италия) и In One by Legrand (Франция). Система My Home, как и системы от ABB, GIRA, SIEMENS и CLIPSAL, является шинной (шина — единая оптоволоконная сеть передачи данных). У подобных систем нет главного управляющего центра. Они работают по следующему принципу: все устройства «умного дома» объединены кабелем — двухпроводной слаботочной линией, по которой передаются огромные потоки информации. А вот система In One by Legrand существенно от них отличается. В отличие от шинных систем, In One by Legrand передает информацию в системе «умный дом» от устройства к устройству по каналу PLC (обычная электропроводка, которая есть в каждой квартире), либо по радиоканалу или по инфракрасному каналу. Чтобы установить в доме In One, не нужно тянуть отдельный кабель. В остальном принцип работы и шинной, и радиошинной систем одинаков: сенсоры (датчики и термостаты), посылают телеграммы на так называемые исполнительные устройства (контроллеры), которые, в свою очередь, могут включать или выключать, например, кондиционер или обогревательную систему или управлять режимами их работы.
В последнее время на рынке появились системы отечественного производства. Самая известная из них на сегодняшний день — радиошинная интеллектуальная система дистанционного управления объектом GLASIS. Сильной стороной российских систем, несомненно, является относительно низкая цена технических решений. Однако, как отмечают эксперты, отечественные аналоги «умного дома» уступают зарубежным по функциональным возможностям, качеству и надежности оборудования, удобству его монтажа и эксплуатации, общей эстетике внешнего вида продукции.
На рынке недвижимости процессы интеллектуализации носят более осмысленный характер. Так как «умные системы» окупаются пока только в масштабе целого здания, в России наблюдается перекос в сторону оснащения электроникой коммерческой недвижимости. На ее долю приходится около 80% продаж «умных систем». По оценкам специалистов, внедрение систем «интеллектуального здания» в настоящее время в среднем обходится
строительная теплофизика и энергосбережение
в 10% от стоимости всех инженерных систем нового объекта. Эти затраты могут окупиться через два—три года.
Оснащение отдельной квартиры окупится вряд ли. При средней стоимости $150—200 за квадратный метр «умный дом» может обойтись владельцу в суммы с многими нулями. Все зависит от потребностей и возможностей заказчика.
Однако ситуация может в скором времени измениться. Из-за конкуренции на рынке застройщики сами будут активнее внедрять интеллектуальные системы на стадии строительства жилых домов.
Концепция «умного дома» интересна и перспективна. На данный момент большое количество компаний, в том числе в России, предлагают свои услуги. Сама технология реализуется относительно дешево (беспроводно или с использованием существующих силовых кабелей), а вот настройка такой системы, особенно если она управляется программно с компьютера, — вещь достаточно сложная для обывателя, как и любые новые технологии, к которым люди долго привыкают, и обойдется не так уж и дешево ее владельцам. Кроме того, наличие ряда таких решений необходимо учитывать при разработке дизайна помещений. Идеальное место применения таких технологий — частные дома и коттеджи, а также крупные офисы. Тем не менее, хочется верить, что система «умного дома» в будущем будет также необходима как пульт от телевизора, решая проблемы энергопотребления, комфорта и безопасности, экологии в целом.
Литература
1. «Автоматизация зданий» ноябрь-декабрь 2009, стр. 26.
2. Сайт Минэнерго России http:// minenergo.gov.ru/activity/energoeffektivnost/ /problem/
3. Интернет-портал «Костар», 2010 год http:// www.kostar.ru/press/e-dom.html
4 Интернет-ресурс компании «Siemens» http: / / www.sbt.siemens.ru/products/HVP/EE/
Повышение энергоэффективности строительства объектов недвижимости с использованием концепции «Умный дом»
В статье рассматривается концепция «Умный дом» с целью повышения энергоэффектиности здания применительно к российским условиям.
При использовании разработанных стандартов для систем автоматизации, возможно резко сократить потребление тепловой и электрической энергии. В отличие от конструктивных мер, автоматизация зданий — менее трудоемкое и гораздо более дешевое средство улучшения энергоэффективности.
Increase of power efficiency in real estate objects construction with implementation of «Smart Home» concept by E.A. Grishneva
In article the concept is considered «Smart Home» for the purpose of increase of power efficiency in real estate objects construction with reference to the Russian conditions. At use of the developed standards for automation systems, probably sharply to reduce consumption of thermal and electric energy. Unlike constructive measures, automation of buildings - less labour-consuming and much cheaper means of improvement of power efficiency.
Ключевые слова: энергоэффетивность, энергопотребление, «умный дом», «интеллектуальный дом», энергобезопасность, интеллектуальные сети, энергоносители, контроллер автоматизации.
Key words: power efficient, power consumption, low-power, Smart Home, Intelligent Home, Smart Grid, sensor, energy carrier, automation controller, controller, device control.
