Поскольку Российская Федерация стремится к равнодоходной стоимости энергоносителей, возможно, в ближайшие четыре года на внутреннем рынке Таможенного Союза (ТС) они будут продаваться по мировым ценам. В итоге белорусское государство вынуждено будет отказаться от дотаций коммунальных услуг населению. Выход здесь один — строить энергоэффективные дома и проводить тепловую реабилитацию старых объектов.
Подробная дискуссия о мерах по тепловой реабилитации, реализуемых в европейской практике, прошла в рамках IV Международной конференции «Энергосбережение и повышение энергоэффективности. Энергоэффективность в жилом секторе: актуальные направления и практический опыт». Потребление энергии в квартире — очень важный показатель для жильца, так как именно жилец оплачивает коммунальные расходы. Каждое многоэтажное здание имеет определенный энергетический баланс.
При проектировании любой из факторов, его определяющий, должен приниматься во внимание. Сего-дня в Германии действуют определенные нормы по обеспечению параметров энергоэффективности, а также методика ее расчета. Здесь учитывается расход тепловой энергии и энергии на нагрев горячей воды и электричество, используемое для освещения мест общего пользования.
Пассивный компонент
По словам эксперта ПРООН/ГЭФ руководителя компании Initiative Wohnungswirtschaft Osteuropa (IWO) e.V. (Германия) Александра Шеллхардта, общий подход к энергоэффективности состоит в учете пассивного компонента и разработке такого проекта, который бы сделал дом пассивным. Чтобы максимально использовать энергию солнца, нужно удерживать тепло внутри здания. И когда это условие достигнуто, можно говорить об активной составляющей энергоэффективности — как отапливать здание и т.д.
С точки зрения энергоэффективности особо важна, например, герметичность здания — чтобы уменьшить потери при вентиляции, в том числе и инфильтрации. Когда герметичность недостаточна и вентиляция плохо работает, происходят потери через окна и стыки в стенах, которые постоянно растут. Важен и комфорт — жильцам не нужны сквозняки, а нужно, чтобы было тепло. И, конечно, здание должно быть вполне устойчивым.
Также нужно предотвратить появление конденсата. Когда теплый воздух проникает через стены, внутри ее возникает конденсат. В итоге могут образоваться повреждения конструкций. При устройстве вентиляции существуют различные решения. Естественная вентиляция должна использоваться максимально, особенно летом, когда не нужна рекуперация тепла. Можно применять естественные возможности воздухообмена, чтобы он охлаждал здание.
Тепловая изоляция — очень важный фактор, так как он позволяет уменьшить потери при передаче энергии. В строительстве применяется много изоляционных материалов. Чтобы не получить отрицательный эффект, нужно хорошо знать их свойства. Вопрос заключается не только в передаче тепла при разработке проекта строительства, но также и в устойчивости конструкций. Поэтому качество материалов, из которых данные компоненты изготавливаются, нужно проверять.
Необходимо учитывать и мостики холода. Их, по возможности, следует избегать. Получается, что конденсат и влага могут выступать на стенах или же на стыках и углах и приводить к большим потерям тепла. В комнате, где изоляция не соответствует требованиям времени, и установлены окна старого образца, создается асимметрия теплоизлучения, или сквозняки. В комнате происходит потеря тепла. Там, где применяется изоляция соответствующих стандартов, асимметрия не наблюдается.
У жильца появляется возможность использовать свойства материалов и в меньшей степени задействовать радиаторы в системе отопления, уменьшить диаметр труб и их протяженность, тем самым решить проблемы с распределением тепла. Некоторые параметры и характеристики передачи тепла через стены и окна также необходимо учитывать. Величины, относящиеся к пассивному дому, можно выполнить, используя те материалы, которыми строители располагают в наши дни, с учетом их стоимости.
Следующий вопрос связан со строительной составляющей. Внешняя поверхность здания должна быть оптимизирована, так как эффект воздействия солнечного тепла нужно использовать по максимуму. Чтобы это обеспечить, необходимо провести исследование помещения и максимально привлекать солнечное тепло, но при этом избегать перегрева помещения. Важно отметить, что помещения должны максимально освещаться дневным светом.
При использовании солнечного света необходимо помнить о затемнении, чтобы не достигать перегрева. При затемнении можно использовать фотоэлектрические элементы и иные технические решения. Важный момент при проектировании пассивного дома — накопление стенами тепла. Они выступают в качестве буферов, и их можно использовать ночью для охлаждения.
Активный компонент
Существует много решений для систем отопления и теплоснабжения. Например, система отопления, работающая при помощи паллет. Сегодня их использование в Германии заметно увеличивается, в том числе в целях отопления многоэтажных домов. У отопительного оборудования, работающего на паллетах, отмечается высокий КПД. Единственная проблема заключается в необходимости специального помещения для хранения паллет. Все остальное происходит в автоматическом режиме. Еще один вариант — это комбинированное потребление тепла и электроэнергии, электрификация и когенерация.
«Мы в своем офисе нередко рекомендуем использовать блочные ТЭЦ, — говорит Александр Шеллхард. — Это небольшие генераторы мощностью от 4,5 киловатт до одного мегаватта, которые генерируют электричество и тепло. Тепловая энергия используется для обеспечения базовой нагрузки, а электричество применяется как вспомогательная энергия. Если сохраняется остаток энергии, то ее можно отдавать в общую сеть». Также важно активное использование солнечной энергии при помощи фотоэлектрического компонента — при величине солнечной инсоляции от 100 до 130 кВт⋅ч на квадратный метр в год. Главная проблема в том, что до сих пор применение фотоэлектрических элементов — это достаточно дорогостоящая технология. Оборудование для него можно использовать для затемнения на фасаде. В Германии распространено сочетание «солнечная энергия–горячая вода».
Технология, которая в последнее время приобрела особую популярность, — это применение тепловых насосов. Это оборудование позволяет использовать энергию воздуха, земли, воды, сточных вод и т.д. Но при эксплуатации теплового насоса необходимо учитывать тот факт, что для его работы требуется потребление электричества. Нелишне сказать, что существуют разные типы насосов в зависимости от источника поступления энергии. Наибольшее распространение в настоящий момент получили тепловые насосы с электрическим приводом. Они широко распространены в Германии.
Оптимальность решения
При проектировании многоэтажного дома необходимо рассматривать разные решения, ведь не каждое из них может оказаться верным при одновременном использовании нескольких технологий. Например, при получении солнечной энергии, возможно, не будет достаточной сферы для ее применения. Использование геотермальной энергии связано с тем, что мы используем энергию для обеспечения пиковых нагрузок, что в конечном итоге делать нецелесообразно.
Следующее направление затрагивает проблему эксплуатация теплоэлектроцентралей (ТЭЦ). Дело в том, что теплоэлектроцентрали функционируют круглогодично, а солнечные агрегаты применяются только по мере необходимости. По этой причине эффективность первых в результате оказывается ниже расчетных показателей. В Германии весьма распространена рекуперация тепла. Используются системы, позволяющие утилизировать тепло воздуха (в системах вентиляции) и сточных вод.
Вторые системы применяются не так массово, как хотелось бы. Рекуперация является важным фактором снижения вентиляционных потерь. Вполне логично летом вентиляционную систему с рекуперацией не эксплуатировать, а использовать естественную вентиляцию во избежание потребления электричества в системе. Если возможно, в доме необходимо использовать систему поверхностного отопления, которая эффективна, но дорога.
Снабжаются такие системы теплоносителем с меньшими температурами, нежели традиционные отопительные системы. К тому же их можно использовать для генерирования энергии, необходимой для работы тепловых насосов. Одним из наиболее важных моментов в новых и уже построенных зданиях является выбор и эксплуатация трубопроводов. Очень часто в новых постройках можно увидеть такую картину: для регулирования расходов энергии в помещениях применяются специальные клапаны, которые жилец может использовать для установки нужного уровня температуры.
Что касается горячего водоснабжения, то в системе ГВС необходимо изолировать трубы. При этом очень важно минимизировать объемный поток теплоносителя, проходящий через трубопроводы. В системах освещения необходимо применять не только энергосберегающие лампы, но и датчик, реагирующий на присутствие жильцов в коридорах, на лестницах и в др. помещениях.
И, наконец, последнее важное звено — осуществление мониторинга энергоэффективности здания. Каждое здание можно сравнить с автомобилем. Например, в Германии автомобиль должен проходит техосмотр и проверку после производства, а затем раз в два года. Аналогичные требования должны предъявляться и к эксплуатации дома.
Меры без тепловых потерь
Тема предотвращения энергопотерь и возможности использования возобновляемых источников энергии в зданиях на конференции прозвучала из уст руководителя архитектурного бюро Auraplan Роуз Шарновски (Германия). По ее словам, важно учесть конструктивные особенности здания для обеспечения его оптимальных теплотехнических характеристик. Это касается не только отдельно взятого окна или теплоизоляционного слоя.
Чем более оптимально решение, тем лучше. Но оптимальный подход не будет иметь успеха, если не выявить и не устранить дефекты. Важна не только теория, но и ее реализация на практике. Повреждение структурных компонентов здания может привести к существенным теплопотерям. Каким образом происходит некачественное строительство, и какие шаги необходимо предпринимать на этапе проектирования и планирования, чтобы этого избежать?
Чтобы показать взаимоотношения между этапами строительного процесса, можно попытаться отследить наиболее важные моменты принятия решений, которые отразятся на энергорисунке здания. Можно сосредоточить усилия на рекуперации тепла и принимать существенные меры по энергоэффективности уже на этапе строительства объекта. Это касается как вновь возводимых, так и уже существующих построек.
Определенный ряд решений можно принять уже по отношению к завершенному проекту либо когда проектирование еще не началось. Чтобы начать процесс проектирования и строительства, в целом необходимо задуматься об общих целях устойчивости и энергоэффективности здания. Все начинается с определения концепции. Далее следует подготовительная работа, анализ и детальное планирование.
Здесь нужно обратить внимание на ключевые контрольные отметки, которые важны для обеспечения энергоэффективности, а именно: цели энергетической концепции и влияние на архитектурное решение. Это все должно гарантировать перенос теории на практику. Важно создавать полезные процессы вместо того, чтобы пытаться анализировать негативные последствия. Такие концепции можно реализовывать в отношении зданий, которые сами выступают в качестве источника энергии, а не являются только лишь ее потребителями.
Производство энергии в таких домах должно быть оптимизировано путем реализации разумных решений и возобновляемых источников энергии. На ранних этапах проектирования встает вопрос о снабжении здания энергией и теплом. Этот подход является наиболее оптимальным, учитывая правовые особенности. В наши дни существует множество вариантов применения возобновляемых источников энергии. Это биомасса и энергия ветра, энергия солнца, геотермальные источники и т.д.
Но на практике выясняется, что было бы полезнее и важнее следовать энергетической стратегии комбинирования производства энергии с производством тепловой энергии при обустройстве мест проживания. Проблема в том, что на практике существуют некоторые проблемы с возобновляемыми источниками энергии, поскольку они не всегда доступны там, где прежде всего востребованы.
На одном из объектов наблюдается ситуация, характерная для Гамбурга: производство энергии во время солнечных дней увеличивается в середине дня и сокращается в темное время суток, что недостаточно для производства электричества, поэтому нужно подключаться к общей сети. В этом случае требуется постоянное подключение к сети для компенсации возникающих проблем. В Гамбурге была разработана стратегия по децентрализации генерации электроэнергии.
Cтратегия включала в себя: регулирование тепла посредством объединения выработки тепловой и электрической энергии; структурированность в качестве виртуальной электростанции; интеллектуальная система управления (Smart Grid), Гамбургский университет разработал подобную систему CC4E. Такая децентрализованная система предполагает, что электричество будет поступать в сеть тогда, когда это необходимо.
Поставщик электроэнергии возводит небольшую станцию в жилом секторе и удаленно регулирует подачу электричества. Тепло, которое генерируется, накапливается в аккумуляторах от электричества. Если его полностью использовать, то оператору будет необходимо заново запускать систему. Также в качестве примера можно привести работы, которые выполнились по замене четырех отдельных систем отопления с помощью небольшой электростанции.
Дело в том, что на объекте произошел пожар, повлекший значительный ущерб. Потребовалось продумать вопрос реабилитации и замены техоборудования и перехода на наиболее эффективную систему отопления. Вернемся к вопросу о форме зданий. В настоящий момент решается задача сокращения энергопотребления. Была проведена работа по выяснению того, какая форма зданий лучше всего подходит, чтобы аккумулировать и не терять энергию.
Рассматривались разные варианты, в том числе и применение солнечной батареи. Здесь может быть технический баланс, причем с использованием различных форм. Получается, чем больше покрытие поверхности солнечными коллекторами, и чем больше здание похоже на конверт, тем лучше. Но в этом есть и минусы. Компактные здания лучше при больших инвестициях, которые быстрее возвращаются.
Парадигма «зависимость от формы» может быть разной, но нужно учитывать зависимость от экономической задачи. Некоторые формы, которые пока редко применяются в Германии, возможно, в будущем станут популярны, например, такие, где большая площадь поверхности здания используется для поглощения энергии (сегментированные формы со многими углами).
Принципы проектирования
При предварительном конструировании здания нужно соблюдать энергетически важные принципы проектирования. Новые принципы позволяют строить здание, где энергопотребление приближается к нулю. И такое строительство возможно практически во всех климатических зонах. Конечно, нужно учитывать параметры климата при разработке так называемого компактного плана с центральным отоплением с использованием рециркуляционного теплообменника.
При этом вентиляция в здании может быть естественной, но обязательно контролируемой. Далее нужно учитывать развитие традиционных принципов проектирования с учетом местных особенностей. В качестве примеров можно привести несколько проектов, которые свидетельствуют о том, как используются местные особенности. К таковым относятся термореабилитация здания в Швейцарии, здания необычной формы в Германии, реконструкция и приспособление некоторых зданий под жилые.
К слову, одна из сельхозпостроек прошла реконструкцию и в настоящее время запитывается энергией при помощи биомассы. Теперь в ней живут люди. Нужно сказать, что в ходе подготовки архитектурного проекта рассматриваются такие вопросы, как вентиляция, освещение и отопление, и основные принципы в принятии решений дальше по проекту при использовании так называемых пассивных стратегий. К таковым относится использование повторного тепла, рекуперация в случае невозможности использования активных подходов.
В целях энергосбережения в течение светового дня можно применять энергосберегающие технологии и максимально использовать дневной свет. Также можно предусмотреть на стадии архитектурного проекта, как та или иная форма влияет на энергопотребление, сделать макет, в том числе учесть и то, что касается отопления и кондиционирования. Например, в одном из зданий в немецкодатской провинции замысел архитектора предусматривал максимально использование дневного свет.
Для этого пришлось специально изменить форму здания. Какие еще используются подходы? Понятно, что все концепции практически бесполезны, если четко не спланировать их реализацию и не проводить соответствующий мониторинг. Только при этих условиях данные проекты по-настоящему работают. Необходимо подчеркнуть необходимость в заинтересованности всех сторон — начиная от проектных и строительных организаций и заканчивая надзорными органами.
Своевременное устранение дефектов и управление использования на практике зданий требует определенной подготовки лиц, которые могли бы правильно пользоваться всеми этими энергоэффективными системами. Только благодаря этому проекты можно называть удачными.
P.S. Представитель Минского союза предпринимателей Константин Коломиец отмечает: «Один из первых декретов, который подписал канцлер Германии Гельмут Коль во время объединения Восточной и Западной Германии, был декрет о существенном повышении энергоэффективности жилого фонда в бывшей ГДР. Богатая ФРГ не могла содержать бедную и энергозатратную ГДР, поэтому были созданы специальные инструменты и финансовые механизмы, чтобы стимулировать применение энергоэффективных мероприятий. Банк ЕБРР давно работает над этим проектом в рамках частно-государственного партнерства в Беларуси, но этот проект в нашей стране пока не принят, и неизвестно, будет ли принят. Но, кроме этого, существуют механизмы, которые не требуют специальных вливаний. В развитых странах существует механизм освобождения налога на недвижимость при эксплуатации энергоэффективных зданий. Зачем государству субсидировать коммунальные платежи и выделять средства из бюджета, если проще освободить жильцов от налогов на недвижимость? В Беларуси государство готово субсидировать коммунальные платежи. В их структуре стоимость энергоносителей составляет 60–80 процентов. А может, эти деньги целесообразнее перенаправить для погашения ставки по кредитам для тех, кто захочет строить энергоэффективный дом?».
Деньги у государства есть, но проблема в том, что они сегодня тратятся не эффективно, считает г-н Коломиец. Также существуют механизмы стимулирования предприятий. К сожалению, по словам эксперта, сегодня в Беларуси применительно к жилищному сектору не выполняется закон «Об энергосбережении». Ведь статья 5 этого закона гласит, что должны разрабатываться финансовые инструменты и механизмы для стимулирования внедрения мер энергоэффективности, но эти инструменты и механизмы на сегодня, к сожалению, в стране так и не появились.
Может быть, это дело ближайшего будущего?
Указ об энергосбережении ENEV ’2009
Применяется в отношении отапливаемых и охлаждаемых зданий или частей зданий с qi ≥ 12 °C. Указ предусматривает минимальные потребности в энергии для новых зданий, модернизации, реконструкции существующих, их совершенствование и расширение, минимальные потребности в энергии для отопления, охлаждения, вентиляции, кондиционирования воздуха и подогрева воды, осмотр систем кондиционирования воздуха с точки зрения энергопотребления, энергетические паспорта для зданий (существующих и новых), обеспечение исполнения и контроль за нарушениями.
ПАССИВНЫЙ ДОМ
Добровольный строительный стандарт, требования: тепловая энергия ≤ 15 кВт⋅ч/(м2) или тепловая нагрузка ≤ 10 Вт/м2; энергия охлаждения ≤ 15 кВт⋅ч/(м2) + 0,3 Вт/(м2⋅К) × Сч (Сч — степень сухости) или холодильная нагрузка ≤ 10 Вт/м2; энергия охлаждения ≤ 4 кВт⋅ч/(м2⋅К) + 2 × 0,3 Вт/(м2⋅К) × Сч — 75 кВт⋅ч/(м2⋅К) и энергия охлаждения ≤ 45 кВт⋅ч/(м2⋅К) × 0,3 Вт/(м2⋅К) × Сч; первичная энергия (в том числе электроэнергия дома) ≤ 120 кВт⋅ч/(м2⋅К); герметичность n50 ≤ 0,6 ч–1.
ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Энергетически важные принципы проектирования: компактный план с центральным отоплением; использование наполнителя циркуляционного теплообменника; большие окна для использования пассивной солнечной энергии в зимний период; ветрозащитные приспособления; мобильные козырьки от солнца; естественная, но контролируемая вентиляция; затененная область на открытом воздухе; легкая конструкция с большим пространством; развитие местных традиционных принципов проектирования.
