В этой статье рассмотрена оценка энергоэффективности и определение целесообразности комплекса энергосберегающих мероприятий в двух общественных зданиях, расположенных в городе Москве (далее — Здания 1 и 2).
Наиболее полная методика оценки энергопотребления зданий, позволяющая учитывать все основные виды энергозатрат и их снижение за счет применения практически любых известных энергосберегающих мероприятий, содержится в общественном Стандарте РНТО строителей «Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки энергоэффективности зданий» [1]. Стандарт введен в действие с 1 января 2006 года постановлением расширенного заседания Бюро Совета РНТО строителей от 30 сентября 2005 года и является документом добровольного применения в соответствии с Законом РФ «О техническом регулировании» № 184-ФЗ (ЗТР), подписанным Президентом РФ 27 декабря 2002 года. Основы данной методики применительно к общественным зданиям впервые были опубликованы в работе [2]. Базисный вариант (далее — Вариант 1) представляет собой здание без дополнительных энергосберегающих мероприятий и с наружными ограждениями по требованиям [3] до внесения изменений № 3 и № 4, но с использованием в качестве расчетной температуры наиболее холодных суток обеспеченностью 0,92 по данным [4]. Это отвечает требованиям безопасности зданий в соответствии с ЗТР. Можно отметить, что сопротивления теплопередаче ограждений Здания 2 получаются практически такими же, как и у Здания 1, поскольку эти объекты относятся к одной и той же категории по уровню теплозащиты [3], и к тому же в них приняты одинаковые расчетные температуры внутреннего воздуха. Некоторое несовпадение объясняется различием коэффициентов теплотехнической однородности и погрешностями округления.
Альтернативный вариант (Вариант 2) предусматривает использование следующих энергосберегающих мероприятий: утепление несветопрозрачных наружных ограждений; замена двойного остекления на тройное; утилизация теплоты вытяжного воздуха с промежуточным теплоносителем; установка смесителей с левым расположением крана горячей воды и кранов с регулируемым напором; установка автоматических терморегуляторов у отопительных приборов, дающая возможность учесть бытовые тепловыделения и теплопоступления от солнечной радиации через окна.
Оценка энергоэффективности зданий сводится к определению их энергетической эксплуатационной характеристики. Она равна удельным суммарным затратам тепловой и электрической энергии [кВт-ч/(м2-год)], на 1 м2 отапливаемой площади здания за один отопительный период в годовом цикле эксплуатации за вычетом теплопоступлений от людей, электробытовых приборов и солнечной радиации через световые проемы.
Методика оценки энергоэффективности, предложенная в Стандарте РНТО строителей, позволяет принимать основные решения уже на стадии ТЭО проекта
Следует иметь в виду, что при определении энергетической эксплуатационной характеристики теплопоступления в первом варианте не учитываются
При этом сопротивления теплопередаче для несветопрозрачных ограждений после утепления были вычислены в соответствии с методикой [5] при отношении n = r1/r2 коэффициентов теплотехнической однородности ограждающих конструкций соответственно до и после утепления, равном 1, дополнительных единовременных затратах сверх стоимости материала утеплителя Ср = 120 руб/м2 и стоимости утеплителя Сут = 1150 руб/м3 (минераловатная плита П-125). Здесь и далее цены и тарифы приведены на середину 2006 года.
Теплопроводность теплоизоляционного материала в обоих случаях принималась равной λут = 0,042 Вт/(м-К). Необходимо отметить, что получаемые значения при этом в обоих случаях ниже, чем требуемые по табл. 1Б [3], и приблизительно соответствуют уровню табл. 1А того же источника.
Кроме того, при оценке бытовых теплопоступлений на 1 м2 отапливаемой площади в качестве источников использованы поступления теплоты от людей при нормативе 90 Вт на человека, от освещения и электроприборов, а также приводов инженерных систем с учетом фактических значений продолжительности рабочего времени, мощности оборудования и коэффициентов спроса на электроэнергию. В случае, если расчетная мощность бытовых теплопоступлений оказывается менее 10 Вт/м2, для дальнейших вычислений используется величина 10 Вт/м2. Следует, однако, иметь в виду, что при определении энергетической эксплуатационной характеристики теплопоступления в первом варианте не учитываются, так как предполагается отсутствие индивидуального автоматического регулирования теплоотдачи системы отопления.
В табл. 1 приведены результаты расчета энергетических показателей рассматриваемых зданий, а в табл. 2 сведены данные по сравнительной эффективности энергосберегающих мероприятий, то есть абсолютное и относительное снижение энергопотребления. Необходимые справочные данные по температурам внутреннего воздуха, кратности воздухообмена в рабочее время, расходу горячей воды и потреблению электроэнергии приняты по [6-9].
Как видно из полученных результатов, вклад каждого мероприятия в относительное снижение энергопотребления различен, но для обоих зданий это распределение имеет довольно сходный вид. Суммарная экономия энергии значительна и мало отличается для обоих зданий (54-59 %), причем на долю утепления несветопрозрачных ограждений приходится не слишком много, всего 2427 %. Это соответствует заявленной разработчиками Стандарта РНТО [10] цели по снижению энергозатрат за счет комплекса энергосберегающих мероприятий не менее чем в два раза. Следует отметить, что в Здании 2 из-за большей кратности воздухообмена в системе механической вентиляции снижение энергопотребления за счет теплоутилизации возрастает. Поэтому очевидно, что чем выше доля затрат на механическую вентиляцию в общем балансе здания, тем больше доводов в пользу утилизации теплоты вытяжного воздуха.
Кроме того, существенный резерв имеется благодаря значительной доле затрат электроэнергии, составляющей в соответствии с табл. 1 примерно 10-20 % в энергетическом балансе здания. Заметим, что речь идет о технологических расходах на освещение, привод инженерных систем, бытовые электроприборы, оргтехнику и другое подобное оборудование. Уменьшить их мы практически не можем, поскольку эти затраты связаны с функциональным назначением здания и безопасностью его эксплуатации и опять-таки являются обязательными с точки зрения ЗТР. Но мы можем и должны утилизировать теплоту, в которую полностью переходит эта энергия, и использовать ее, например, для отопления здания, с соответствующим снижением потребления на эти нужды тепловой энергии от внешнего источника [11]. Для этого приборы системы отопления должны быть оборудованы автоматическими терморегуляторами.
Наибольший интерес, однако, представляет экономическая эффективность всего комплекса принятых решений по энергосбережению. В условиях рыночной экономики ее оценку наиболее целесообразно вести по величине совокупных дисконтированных затрат (СДЗ), связанных с дополнительными капиталовложениями и уровнем годовых эксплуатационных издержек с учетом изменения цен и тарифов на энергоносители, а также рисков капиталовложений.
Суммарная экономия энергии значительна и мало отличается для обоих зданий (54-59 %), причем на долю утепления несветопрозрачных ограждений приходится всего 24-27 %
Вычисление СДЗ по вариантам в зависимости от горизонта расчета Т, то есть промежутка времени с момента ввода здания в эксплуатацию, производилось с учетом действующих цен на материалы и оборудование, в том числе упомянутых выше при оценке требуемой теплозащиты ограждений, и стоимости тепловой энергии, отпускаемой ОАО «Мосэнерго», равной 490 руб/Гкал по данным на вторую половину 2006 года с использованием методики, приведенной в [12]. При этом норма дисконта была принята равной ставке рефинансирования ЦБ РФ, действующей с середины 2006 года, или 11,5 % годовых. Результаты расчетов для Здания 1 приведены на рис. 1. Легко видеть, что ожидаемый срок окупаемости всего использованного комплекса энергосберегающих мероприятий даже с учетом дисконтирования затрат составляет примерно 6,5 лет, что намного меньше расчетного срока службы здания (не менее 25 лет). Качественно такие же данные получаются и для Здания 2. Здесь окупаемость будет даже несколько быстрее — за шесть лет.
Необходимо, правда, заметить, что вычисленный срок окупаемости для Здания 1 оказывается несколько выше, чем в предыдущих исследованиях подобного рода, например [13], где получались значения в пределах 2,7-4,7 лет.
Это связано с тем обстоятельством, что рост тарифов на тепловую энергию, производимую ОАО «Мосэнерго», за период с начала 2004-го до середины 2006-го годов оказался менее заметным (в среднем около 6 %), чем на оборудование и материалы. Удорожание же последних в целом соответствовало общей инфляции в РФ и составило примерно 30-35 %. Но почти такое же увеличение стоимости имело место и для и строительных работ по устройству дополнительной теплоизоляции.
Поэтому повышающие коэффициенты к сопротивлению теплопередаче несветопрозрачных ограждений, используемые в Варианте 2 и вычисляемые по методике [5], сохранились практически неизменными и лежащими в пределах 2,25-2,9. Тем не менее, в Здании 2 из-за большего воздухообмена механической вентиляции суммарное снижение энергопотребления получилось весьма значительным, хотя и несколько меньшим, чем в Здании 1, из-за менее выраженных бытовых теплопоступлений, но дополнительные капитальные затраты оказались сравнительно невелики, поскольку в основном свелись к расходам именно на теплоутилизацию. Это еще раз доказывает, что начинать реализацию энергосберегающих мероприятий следует с уменьшения той составляющей энергозатрат, которая занимает наибольшее место в общем балансе.
Следует, однако, указать, что сроки окупаемости каждого отдельно взятого мероприятия могут существенно отличаться от приведенных цифр как в меньшую, так и в большую сторону. Анализ данных, приведенных в работе [14], показывает, что наименее затратным является устройство утилизации теплоты в системах вентиляции и автоматизация системы отопления.
Что же касается утепления стен, покрытий и перекрытий, можно показать, что при учете дисконтирования затрат и действующей ставке рефинансирования данное мероприятие само по себе экономически неоправданно, поскольку годовой процент за кредит, взятый на его реализацию, будет больше, чем ожидаемая годовая экономия затрат на тепловую энергию.
Это особенно очевидно при рассмотрении табл. 1, откуда ясно, что трансмиссионные теплопотери через ограждающие конструкции в среднем составляют всего около 1/4 от суммарных энергозатрат на функционирование здания. Поэтому при попытке существенного повышения теплозащиты таких ограждений, помимо колоссальных капитальных затрат, доля трансмиссионных теплопотерь в общем энергопотреблении еще больше снизится, а баланс приобретет еще более искаженный вид. Об этом неоднократно упоминалось в литературе, в том числе в последнее время [15].
Сначала устанавливаются общие параметры проекта, особенно распределение энергозатрат по всем основным статьям расходов с учетом всех мероприятий, и вычисляется расчетный срок окупаемости принятых решений в целом
Тем не менее, совсем обойтись без повышения сопротивления теплопередаче несветопрозрачных ограждений не удается, так как остальные способы энергосбережения, как правило, не обеспечивают желательного для нас суммарного снижения энергопотребления — не менее чем в два раза по сравнению с базовым вариантом. Но такое повышение должно осуществляться в разумных пределах [5] и после того, как исчерпан энергосберегающий потенциал других возможных мероприятий.
Поэтому только комплексный подход к энергосбережению способен успешно решить проблему дефицита энергоресурсов, оставаясь в рамках экономически эффективных решений.
Методика оценки энергоэффективности, предложенная в Стандарте РНТО строителей, позволяет принимать такие решения уже на стадии ТЭО проекта. Сначала устанавливаются общие параметры проекта, и в первую очередь распределение энергозатрат по всем основным статьям расходов с учетом всех применяемых энергосберегающих мероприятий, и вычисляется расчетный срок окупаемости принятых решений в целом. При последующей детальной разработке отдельных разделов проекта (теплозащита, отопление, вентиляция, горячее водоснабжение и т.д.) эти параметры должны выдерживаться с достаточной для инженерных расчетов точностью, то есть в пределах 5 %. Такой подход полностью соответствует положениям ЗТР, а его основные преимущества, перечисленные выше, были ранее изложены автором в работе [14]. Только так можно успешно преодолеть несогласованность между функционированием различных инженерных систем здания и обеспечить в известных пределах взаимозаменяемость всех способов энергосбережения с минимальными затратами.
