CC BY
168
УДК 69:[620.9:662.6.004.18]
С. Ю. Плешков, Л. Г. Пастухова
РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ХОЛОДНОГО КЛИМАТА
Исследуется эффективность использования энергии в жилых и административных зданиях за счет применения высококачественных теплоизоляционных материалов и стеклопакетов, отвечающих стандартам энергоэффективного здания. Обосновывается необходимость энергосбережения в условиях ограниченности энергоресурсов во всем мире. Приведены результаты обследования домов первых массовых серий крупнопанельного домостроения. Рассмотрено решение проблемы герметизации здания в энергоэффективном строительстве за счет высококачественной теплоизоляции и проблемы энергосбережения в энергоэффективном строительстве за счет применения высококачественных стеклопакетов и конструктивных решений при производстве и монтаже стеклопакетов, позволяющих существенно экономить тепловую энергию в помещении. Доказывается рентабельность долгосрочных инвестиций в энергоэффективное строительство с применением энергосберегающих технологий в регионах с холодным климатом.
Ключевые слова: холодный климат, энергосбережение, энергоэффективное строительство, энергоэффективное здание, «пассивный» дом.
Введение
В условиях постоянного удорожания энергоресурсов в Российской Федерации население нашей страны до сих пор не может отказаться от психологии энергорасточительства. Большинство потребителей энергии продолжают считать её вечно доступной, дешевой и неисчерпаемой. Следует отметить, что практически во всех высокоразвитых стран, в первую очередь - европейских, Японии, Южной Кореи и др., давно осуществлен переход к энергосберегающему сознанию.
Отопление и электроснабжение жилых, промышленных и общественных зданий в РФ обходятся очень дорого. Ежегодно расходуется до 560 млн т условного топлива, что составляет примерно 35 % потребляемых в стране энергетических ресурсов. Непроизводительные потери в установках генерации, транспорта, распределения тепла, в системах освещения достигают 30 %.
Учитывая темпы мирового потребления энергии, можно смело утверждать, что уже в ХХ! в. человечество в целом и россияне в частности столкнутся с интенсивным нарастанием энергетических проблем. И именно поэтому проблема экономии топливно-энергетических ресурсов в строительной отрасли является важнейшей во второй половине ХХ - начале ХХ1 в.
Немалые резервы энергосбережения можно найти только в практическом проектировании и строительстве жилых, промышленных, административных зданий. Целью нашего исследования было привлечь внимание государственных органов власти к проблемам энергоэффективного строительства в регионах с холодным климатом и доказать рентабельность инвестиций, связанных с решением этих проблем.
Способы повышения эффективности энергосбережения при строительстве зданий в регионах с холодным климатом
Рассмотрим два фактора, от которых зависит энергосбережение в жилых, административных, производственных зданиях в условиях холодного климата: высококачественные теплоизоляционная оболочка здания и стеклопакеты.
Теплоизоляция. Самые значительные тепловые потери в зданиях происходят через наружные стеновые ограждения (42 % для 5-этажных и 49 % для 9-этажных зданий) и окна (32 и 35 % соответственно). Показатели удельного теплопотребления в зданиях, построенных на территории Российской Федерации, через несколько лет эксплуатации в 2-4 раза превышают аналогичные показатели в странах Европы с близкими климатическими условиями (табл. [1]).
Результаты обследования домов первых массовых серий крупнопанельного домостроения в Российской Федерации
Показатель Нормативная величина Величина по результатам натурного обследования
Приведенное сопротивление теплопередаче стен 3,16 0,8
Приведенное сопротивление теплопередаче окон 0,54 0,20
Проблема герметизации здания решается в энергоэффективном строительстве за счет хорошей теплоизоляции, предохраняющей объект от температурных колебаний. Если производство пенополи-стирола в России освоено довольно давно1, то новый материал неопор2, обладающий более высокими изолирующими свойствами, является эксклюзивным образцом немецкого концерна BASF3.
Качество отечественного неопора пока значительно уступает качеству неопора немецких производителей (плохая спекаемость гранул, неравномерность в размерах гранул, неравномерное вспенивание и т. п.). Напыляемый полиуретан эластопор4, отличающийся от других материалов долговечностью, лёгкостью, наименьшим коэффициентом теплопроводности и возможностью экономии пространства благодаря более тонкому слою изоляции, осваивается пока только на совместном предприятии ООО «Эластокам» ОАО «Нижнекамскнефтехим» и BASF Polyurethanes GmbH. (Германия). Один из самых высокоэффективных теплоизоляционных материалов - стиродур5 - производится пока только за пределами России. Таким образом, теплоизоляционные материалы с уникальными характеристиками в России пока либо не производятся, либо производимая продукция имеет не самое высокое качество. Но эта проблема решаема, поскольку требует от российских производителей только накопления опыта.
Стеклопакеты. Высокая герметичность здания, достигаемая за счет применения высококачественных теплоизоляционных материалов, бессмысленна, если имеющиеся стеклопакеты не отвечают современным требованиям.
В РФ производство сертифицированных стеклопакетов, удовлетворяющих стандартам «пассивного» домостроения6, освоила только одна компания - ООО «БиТри - Коннект» (г. Москва). Однако продукция этой компании не только уступает по качеству продукции европейских производителей, но и имеет очень высокую стоимость.
Отметим, что существенно экономить тепловую энергию в помещении позволяет также ряд простых конструктивных решений при производстве и монтаже стеклопакетов, которые позволяют солнцу более интенсивно обогревать наружную часть здания, а не внутреннюю.
а б
Рис. 1. Конструкции стеклопакетов с различной площадью области для проникновения солнца:
а - 27 %; б - 41 %
На рис. 2 показан фасад здания студенческого общежития, сертифицированного по стандарту «пассивного» дома, расположенного в г. Гейдельберге, в районе Банштадт (Германия, годы строительства 2012-2014).
1 Качественный полистирол производится, например, в ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Уфаоргсинтез», ОАО « Казаньоргсинтез», ЗАО «Лукойл-нефтехим», ОАО «Московский МПЗ», ОАО «ТНХК», ОАО «ТНК-ВР» и др.
2 Например, для получения показателя теплопроводности X = 0,034 Вт/(м2 °С) необходимо использовать пе-нополистирол с объёмной плотностью 32 кг/м3 или неопор с объёмной плотностью всего 16 кг/м3.
3 В 2007 г. ЗАО «Мосстрой-31» стало первым предприятием в России, начавшим производство и продвижение на отечественном рынке инновационного утеплителя неопор®.
4 Elastopor® H успешно применяется в России для теплоизоляции промышленных и гражданских зданий и помещений, возводимых из железобетонных блоков, дерева, кирпича и других материалов. Напыляется на самые разнообразные материалы: дерево, стекло, металл, бетон, кирпич, краску. Благодаря отличным адгезионным свойствам, материал идеально прилипает как к горизонтальным, так и к вертикальным поверхностям любой формы [21.
Стиродур (Styrodur С) - выпускается в виде плит бледно-зеленого цвета из экструдированного твёрдого пенополистирола производства немецкого концерна BASF, не содержит фреонов. Характеризуется высокой прочностью на сжатие, практически не поглощает влагу. Трудновоспламеняем.
6 Согласно автору идеи «пассивный дом» («passive house») - доктору Вольфгангу Файсту, «пассивный дом - это здание, в котором тепловой комфорт может быть достигнут путём дополнительного нагрева или охлаждения небольшого количества приточного воздуха, который требуется для достижения нормируемых характеристик качества воздуха - без необходимости дополнительной рециркуляции воздуха» [3].
Здание облицовано высококачественным теплоизоляционным материалом стиродур, что позволило уменьшить толщину плит, сохранив все теплоизоляционные качества. Благодаря этому стеклопакеты максимально выдвинуты к внешней поверхности (штриховка окна из-за геометрии здания минимальна (рис. 1)). Это позволяет максимизировать приток теплоты от солнечной энергии. Кроме того, ориентация здания такова, что длительность поступления солнечной энергии, благодаря длительности светового дня, максимальна.
Рис. 2. Фасад энергоэффективного здания студенческого общежития в г. Гейдельберге (Германия)
Такие стеклопакеты позволяют в течение теплого сезона дополнительно прогревать здание. В то же время высококачественная изоляция предотвращает любое охлаждение и обеспечивает защиту от перегрева помещений внутри, что также способствует экономии энергии.
Решение всех вышеперечисленных проблем будет наиболее эффективным в том случае, если все проблемные компоненты учитываются и улучшаются последовательно.
Энергоэффективное, экономически выгодное строительство, отвечающее стандартам «пассивного» дома, безусловно, необходимо в России - стране с самым холодным климатом на планете.
Отметим следующее. В Германии, например, стоимость строительства «пассивных» домов в настоящее время практически сравнялась со стоимостью строительства обычных объектов (в некоторых случаях дополнительные расходы составляют до 10 %). В более холодном климате России, естественно, затраты на строительство возрастут примерно на 15-20 %. Эти значения подтверждены методикой расчетов, предоставленной нам специалистами проектно-консалтингового института «Luwoge consult» из г. Людвигсхафена (Германия).
С учетом прогнозного роста стоимости энергии в мире (рис. 3, где текущая цена энергии в 2012 г. принята за 9,6 цент/кВт), с привлечением заемного капитала под 12 % годовых, можно спрогнозировать окупаемость дополнительных затрат при строительстве жилых, административных объектов в стандарте «пассивного» дома через 25 лет (рис. 4, где текущая приведённая цена энергоресурсов на мировом рынке принята 9,6 цент/кВт, ежегодное повышение цен на энергоресурсы на мировом рынке принято 5 %, текущая приведённая цена энергоресурсов в России принята 3,0 цент/кВт).
Рис. 3. Прогноз роста глобальной стоимости энергии по данным Статистического комитета ООН и Международного валютного фонда
Рис. 4. Динамика возврата заемных средств при долгосрочных инвестициях с учетом дополнительного инвестирования, евро; 1 - при использовании земного капитала; 2 - без использования заемных средств.
Прогнозируемая прибыль за счет энергосбережения, %; 3 - при использовании заемного капитала; 4 - без использования заемных средств
Строительство за счет собственных ресурсов окупится уже через 10 лет (рис. 4). Решающую роль будет играть цена на энергоресурсы.
Следует отметить, что для достижения этой цели необходим целый ряд стимулов со стороны государства, как на высшем, так и на региональном уровнях.
Заключение
По результатам исследования можно сделать следующие выводы.
1. В настоящее время в России нет существенных правительственных стимулов, таких как гранты или субсидированные ссуды. Однако эта проблема решаема, если сделать верный акцент на строительстве объектов, экономически выгодном не только с точки зрения сбережения заканчивающихся природных ресурсов, но и с точки зрения создания комфортного во всех смыслах жилья для граждан России.
2. России необходимы политические решения на высшем государственном и региональном уровнях, стимулирующие энергоэффективное строительство с целью обеспечения энергетической безопасности страны.
3. Долгосрочные инвестиции в энергоэффективное строительство в регионах с холодным климатом с применением энергосберегающих технологий рентабельны.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Энергосбережение в ЖКХ: учеб.-практ. пособие / под ред. Л. В. Примака, Л. Н. Чернышова. М.: Академический Проект; Альма Матер, 2011. 622 с.
2. Решения Basf в области теплоизоляции // URL: http://www.newchemistry.ru/blog.php7category =blog&id_company=28&n_id=8319&page=31 (дата обращения: 15.04.2015).
3. Feist W. Erfahrungen objektiv: Messergebnisse aus bewohnten Passivhäusern // Tagungsband zur 4 Passivhaus Tagung. Passivhaus Dienstleistung GmbH., Darmstadt, 2000.
Статья поступила в редакцию 29.04.2015
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Плешков Сергей Юрьевич - Россия, 620002, Екатеринбург; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; канд. экон. наук, доцент; доцент кафедры «Гидравлика»; psj-5@yandex.ru.
Пастухова Лилия Германовна - Россия, 620002, Екатеринбург; Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина; канд. техн. наук; доцент кафедры «Гидравлика»; lilian63@bk.ru.
S. Yu. Pleshkov, L. G. Pastukhova
SOLUTION OF THE ISSUES OF ENERGY SAVING IN CONDITIONS OF COLD CLIMATE
Abstract. The efficiency of energy use in the residential and office buildings through the application of high quality heat-insulating materials and glass units that meet the standards of energy efficient buildings is considered. The necessity of energy conservation in the conditions of limited energy resources all over the world is justified. The results of the survey of the houses of the first mass series of concrete panel construction are given. The solution to the problem of sealing buildings in energy efficient construction through high quality insulation is considered. The solution to the problem of energy conservation in energy efficient construction due to the use of high quality glass units and design solutions in the production and installation of glass units, allowing a considerable saving of thermal energy in the building is also examined. The profitability of long-term investments in energy efficient construction with application of energy saving technologies in the regions of cold climate is proved.
Key words: cold climate, energy saving, energy efficient construction, energy efficient building, "passive" house.
1. Energosberezhenie v ZhKKh [Energy saving in public utilities sector]. Pod redaktsiei L. V. Primaka, L. N. Chernyshova. Moscow, Akademicheskii Proekt; Al'ma Mater Publ., 2011. 622 p.
2. Resheniia Vasf v oblasti teploizoliatsii [Basf approach to heat insulation]. Availablle at: http://www. newchemistry.ru/blog.php?category=blog&id_company=28&n_id=8319&page=31 (accessed: 15.04.2015).
3. Feist W. Erfahrungen objektiv: Messergebnisse aus bewohnten Passivhäusern. Tagungsband zur 4 Passivhaus Tagung. Passivhaus Dienstleistung GmbH., Darmstadt, 2000.
Pleshkov Sergey Jurevich - Russia, 620002, Ekaterinburg; Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Candidate of Economics, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department "Hydraulics"; psj-5@yandex.ru.
Pastukhova Liliya Germanovna - Russia, 620002, Ekaterinburg; Ural Federal University named after the first President of Russia B. N. Yeltsin; Candidate of Technical Sciences; Assistant Professor of the Department "Hydraulics"; lilian63@bk.ru.
REFERENCES
The article submitted to the editors 29.04.2015
INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
