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 г. постановлением расширенного заседания Бюро Совета РНТО строителей от 30 сентября 2005 г. и является документом добровольного применения в соответствии с Законом РФ «О техническом регулировании» №184-ФЗ (ЗТР), подписанным Президентом РФ 27 декабря 2002 г. Основы данной методики применительно как к жилым, так и общественным зданиям изложены также в работе [2]. Базисный вариант (далее — Вар. 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, однако, что сопротивления теплопередаче у наружных ограждений Здания 1 получаются несколько больше, чем у Здания 2, поскольку Здание 1 относится к 1-й категории по уровню теплозащиты [3], а Здание 2 — ко второй. Альтернативный вариант (Вар. 2) предусматривает следующие энергосберегающие мероприятия: ❏ 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. 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 = 90–120 руб/м2 и стоимости утеплителя Сут = 1150 руб/м3 (минераловатная плита П-125). Здесь и далее цены и тарифы приведены на середину 2007 г. Теплопроводность теплоизоляционного материала во всех случаях принималась равной λут = 0,042 Вт/(м•К). Заметим, что получаемые значения при этом в обоих случаях в основном ниже, чем требуемые по табл. 1б [3], и примерно соответствуют уровню табл. 1а того же источника, за исключением перекрытий над техподпольем. Кроме того, при оценке бытовых теплопоступлений на 1 м2 отапливаемой площади в качестве источников использованы поступления теплоты от людей при нормативе 90 Вт/чел, 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 1-м варианте не учитываются, т.к. предполагается отсутствие индивидуального автоматического регулирования теплоотдачи системы отопления. В табл. 1 приведены результаты расчета энергетических показателей рассматриваемых зданий, а в табл. 2 — сравнительная эффективность энергосберегающих мероприятий, т.е. 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 всех зданий это распределение имеет очень сходный вид. Суммарная экономия энергии весьма значительна (50–54 %), причем на долю утепления несветопрозрачных ограждений приходится всего 10–20 %. Это соответствует заявленной разработчиками Стандарта РНТО [10] цели по снижению энергозатрат за счет комплекса энергосберегающих мероприятий не менее чем в два раза. Следует при этом отметить, что в Здании 1 из-за большой кратности воздухообмена в системе механической вентиляции снижение энергопотребления за счет теплоутилизации заметно возрастает и в относительных величинах оно выходит на первое место. Поэтому очевидно, что чем выше доля затрат на механическую вентиляцию в общем балансе здания, тем больше доводов в пользу утилизации теплоты вытяжного воздуха. Однако суммарная экономия теплоты в Здании 2 несколько выше, главным образом из-за более значительных бытовых теплопоступлений и меньшего коэффициента остекления. 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 [2]. 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. Вычисление СДЗ по вариантам в зависимости от горизонта расчета Т, т.е. 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 620 руб/Гкал по данным на 2007 г. с использованием методики, приведенной в [11] и использованной затем в [2]. При этом норма дисконта была принята равной ставке рефинансирования ЦБ РФ, действующей с середины 2006 г., 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 всего около 4,1 года, что намного меньше расчетного срока службы здания (порядка 50 лет). Практически такие же данные получаются и для Здания 2. Здесь окупаемость будет иметь место уже примерно через 3,4 года. Необходимо заметить, что вычисленный срок окупаемости для всех объектов оказывается примерно таким же, как в предыдущих исследованиях подобного рода, например [12], где получались значения порядка 3–4,7 лет, за исключением результатов, полученных по данным 2006 г. [13], где окупаемость осуществлялась несколько медленнее — в пределах семи лет. Это связано с тем обстоятельством, что рост тарифов на тепловую энергию, производимую ОАО «Мосэнерго» за период с начала 2004 до середины 2006 гг., 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 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 Вар. 2 и вычисляемые по методике [5], сохранились практически неизменными и лежащими в пределах 2,2–2,7. Кроме того, в Здании 1 из-за большого воздухообмена механической вентиляции суммарное снижение энергопотребления получилось весьма значительным, а дополнительные капитальные затраты оказались сравнительно невелики, поскольку в основном свелись к расходам именно на теплоутилизацию. В Здании 2 воздухообмен меньше, но добавляются большие бытовые тепловыделения, возможность использования которых за счет установки автоматических терморегуляторов также не влечет существенных капиталовложений. Это еще раз доказывает, что начинать реализацию энергосберегающих мероприятий следует с уменьшения той составляющей энергозатрат, которая занимает наибольшее место в общем балансе. В то же время в 2007 г. тариф на тепловую энергию увеличился сразу на 26 %, и соотношение между дополнительными капиталовложениями и экономией за счет снижения теплозатрат вернулось к уровню, характерному для предыдущих лет. Поэтому и вычисленный срок окупаемости уменьшился до первоначальных значений и вновь лежит в пределах, соответствующих малозатратным мероприятиям (до пяти лет). В перспективе, в связи с прогнозируемым опережающим ростом цен на энергоносители этот срок будет и далее сокращаться, усиливая экономическую целесообразность мероприятий по снижению энергопотребления. Следует, однако, указать, что сроки окупаемости каждого отдельно взятого мероприятия могут существенно отличаться от приведенных цифр как в мeньшую, так и в бoльшую сторону. Анализ данных, приведенных в [2], 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 затратна тепловую энергию. Это особенно очевидно при рассмотрении табл. 1, откуда ясно, что трансмиссионные теплопотери через ограждающие конструкции в среднем составляют всего около ¼ 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 [14]. Тем не менее, совсем обойтись без повышения сопротивления теплопередаче несветопрозрачных ограждений не удается, т.к. 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 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. При этом вначале 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, т.е. в пределах 5 %. Такой подход полностью соответствует положениям ЗТР, а его основные преимущества, перечисленные выше, были ранее изложены автором в работе [14]. Только в этом случае можно преодолеть несогласованность между функционированием различных инженерных систем здания и обеспечить в известных пределах взаимозаменяемость всех способов энергосбережения с минимальными затратами.
1. Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки энергоэффективности зданий. Стандарт общественной организации — РНТО строителей. — Колл. авторов под рук. Г.С. Иванова. — М.: ГУП ЦПП, 2006. 2. О.Д. Самарин. Теплофизические и технико-экономические основы теплотехнической безопасности и энергосбережения в здании. — М.: МГСУ — Тисо-принт, 2007. 3. Строительные нормы и правила. СНиП II-3–79* «Строительная теплотехника». — М.: Изд-во ГУП ЦПП, 1998. 4. Строительные нормы и правила. СНиП 23-01–99 «Строительная климатология». — М.: Изд-во ГУП ЦПП, 2000. 5. Иванов Г.С. Методика оптимизации уровня теплозащиты зданий // Стены и фасады, №1–2/2001. 6. Строительные нормы и правила. СНиП 2.08.02–89 «Общественные здания и сооружения». — М.: Изд-во ГУП ЦПП, 1999. 7. Строительные нормы и правила. СНиП 2.04.01–85 «Внутренний водопровод и канализация зданий» — М.: Изд-во ГУП ЦПП, 2000. 8. ВСН 59–88 «Электрооборудование жилых и общественных зданий». — М.: Госкомархитектура, 1988. 9. МГСН 2.01–99 «Энергосбережение в зданиях» — М.: Москомархитектура, 1999. 10. Иванов Г.С. Строительная теплофизика. Нормы проектирования ограждающих конструкций зданий, строений и сооружений. Проект стандарта НТО строителей России. (Сб. докл. 9-й конф. РНТОС, 2004). 11. Гагарин В.Г. Критерий окупаемости затрат на повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий в различных странах. (Сб. докл. 6-й конф. РНТОС, 2001). 12. Самарин О.Д., Богомолова И.А., Семенюк О.П. Эффективность энергосбережения в современных условиях // Окна и двери, №2–3/2006. 13. Самарин О.Д., Казаковцева С.А., Свиридонов К.В. О комплексной оценке энергоэффективности общественных зданий // Фасадные системы, №1/2007. 14. Лобов О.И., Ананьев А.И., Кувшинов Ю.Я. Приведение нормирования теплозащитных качеств наружных стен зданий в соответствие с федеральным законом «О техническом регулировании» // Сб. докл. конф. МГСУ-РНТОС, 2005.
