Энергоэффективное здание

     1. Понятия «энергоэффективное здание»

     Обеспечение энергетической эффективности зданий является важным направлением процесса перевода экономики России на энергосберегающий путь развития. Этот процесс начался в 1990-х гг. с появлением идеологии нормирования зданий, основанной на минимизации энергетических затрат. На федеральном и региональном уровнях был создан и внедрен комплекс нормативных документов, начался переход строительного комплекса страны на новые энергоэффективные технологии. В строительной отрасли сформировалось и прочно установилось новое понятие «энергоэффективное здание». 

     Термин  «энергоэффективность» введен СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий».  

     Согласно  СНиП здания, удовлетворяющие его нормативным требованиям удельной потребности в тепловой энергии на отопление и вентиляцию, получили название «энергоэффективные здания».  

     В научной литературе также можно  встретить определение понятия  «энергоэффективное здание» как  здание с пониженными показателями энергопотребления по сравнению с их нормативными значениями. 

     В московских нормах по энергосбережению в зданиях (МГСН 2.01-99) энергетическая эффективность здания определена как свойство объекта и его инженерных систем обеспечивать заданный уровень расхода тепловой энергии для поддержания оптимальных параметров микроклимата помещений. 

     Объединив все выше перечисленное можно  сделать вывод, что энергоэффективное здание – можно определить как совокупность планировочных, конструктивных и инженерных решений которые обеспечивают высокий уровень потребительского комфорта при более низких затратах на энергоресурсы, чем нормативные». 

     2. Проблемы внедрения  энергоэффективных зданий

     На  сегодня понятно, что основные меры по энергосбережению должны быть направлены на системы в самих зданиях. Три самые энергоемкие из них — это отопление, вентиляция и кондиционирование. Потери при неграмотной инсталляции и эксплуатации этих систем приводят к тому, что до 40% денег на обслуживание здания тратится его владельцем впустую. 

     Энергоэффективность в части строительства у нас приравнивается к вопросам теплоизоляции и специальных архитектурных решений. А со стороны эксплуатации наблюдается минимум контроля действий по оптимизации теплопотерь. Эксплуатация приходит, когда здание уже готово, и со строительными конструкциями мало что можно уже сделать.  

     В условиях российской действительности реализация главного принципа энергосбережения, комплексности – невозможна, или очень трудно реализуема: даже если архитекторы и проектировщики спроектировали дом с учетом всех принципов, они часто не сохраняются из-за стремления застройщика удешевить проект. Генподрядчик на своем уровне также может переделать проект, а на самой нижней ступеньке реализации рабочие низкой квалификации просто не смогут качественно сделать свою работу. 

     Еще одна причина непопулярности технологии энергоэффективности дома заключается в том, что эффект от него виден не сразу, а по истечении времени и по мере его эксплуатации. Российский застройщик до последнего времени ориентированный на получение высокой прибыли в короткий срок, просто не заинтересован в освоении новых технологий. В которые еще нужно вложить деньги. Так что пока не измениться рынок, и на него не придут «длинные» деньги, перспектива появления долгосрочных проектов маловероятна. Наконец техническая сложность заключается в том, что а России стоимость создания энергоэффективной системы будет автоматически выше, чем в Европе из-за неразвитости стройиндустрии: любые детали или системы будут в России дороже, поскольку, их здесь не производят. 

     Если  владельцев коммерческой недвижимости не убеждают доводы соратников по рынку, то вполне убеждают выкладки бухгалтерии. И они готовы внедрять новые энергоэффективные технологии ради снижения своих издержек. Свои деньги частный сектор все-таки умеет считать. Деньги не считают лишь бюджетные организации, потому что они финансируются государством. Заставить их озаботиться экономией не может пока никто. 

     3. Энергетический аудит зданий 

     Энергетический аудит включает в себя комплекс мероприятий по определению энергоэффективности и оценке энергосбережения, по результатам которых производится сертификация объекта с присвоением ему определенного класса энергетической эффективности. 

     3.1 Суть энергетического аудита зданий  

     Энергоаудит состоящим из нескольких этапов: 

     - определение цели аудита и его процедура, установление порядка проведения работ, а также объем и периодичность измерений.

     - установка и тестирование оборудования, необходимого для измерений.

     - мониторинг объекта — регулярная запись показаний датчиков и другого измерительного оборудования в соответствии с графиком, разработанным на первом этапе.

     - интерпретация данных, полученных при мониторинге, которые выливаются в развернутый отчет, содержащий исчерпывающую информацию об энергоэффективности объекта. 

     В зависимости от инструментов, используемых аудиторами, выделяется два типа аудита. Более простой рассматривает в качестве основы для анализа фактическое энергопотребление здания в определенный промежуток времени. Этот способ не требует специального оборудования: достаточно располагать счетами за израсходованную энергию. Главным недостатком данного типа энергоаудита является то, что он не дает полного представления об энергетическом балансе здания. Например, отсутствует информация о температуре воздуха в отапливаемых помещениях. 

     Более целостную картину позволяет  получить энергетический аудит здания с использованием измерительных  приборов и датчиков. Помимо данных о фактическом энергопотреблении, метод дает возможность узнать температуру воздуха в помещениях и снаружи, сведения о солнечной радиации и многое другое, что позволяет значительно повысить эффективность энергоаудита. 

     Использование при энергоаудите большого количества датчиков и измерительных приборов удорожает процесс и делает его более трудоемким, поэтому в последнее время все большее распространение получает тепловизионная съемка. Применение тепловизора, который улавливает тепловое излучение с точностью до 0,1 °С, позволяет в сжатые сроки определить теплотехнические характеристики ограждающих конструкций здания и определить места теплопотерь. Это дает возможность оценить   теплоэффективность наружных ограждении, разработать рекомендации по устранению проблемных участков и снижению тепловых потерь. 

     3.2 Энергоаудит в России 

     Несмотря  на то что правовые основы энергоаудита были заложены несколько лет назад, в настоящий момент энергетическое обследование с использованием приборов не получило широкого распространения. Причины:

     - отсутствие механизмов государственного стимулирования,

     - нехватка квалифицированных специалистов, современного оборудования и технологий,

     - отсутствие системы контроля качества аудиторских услуг,

     - незаинтересованность в проведении энергоаудита конечных потребителей.

     Пока  это позволяет застройщикам не соблюдать существующие нормы и стандарты энергоэффективности. Наряду с этим необходимо отметить, что потребность в энергетическом аудите зданий в России растет с каждым годом, а вместе с ним увеличивается и число организаций, предлагающих такие услуги. По прогнозам экспертов, через несколько лет энергоаудит с использованием измерительных приборов станет необходимым для вновь строящихся и реконструируемых зданий. 

     3.3 Результаты энергоаудита 

     Опыт  стран Европы показывает, что существенно повысить энергоэффективность строящихся и существующих зданий и получить высокую оценку по результатам энергетического аудита позволяет использование современных материалов, оборудования и технологий. В число решений, способствующих энергосбережению, входит эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций здания. 

     Как показывает опыт европейских стран, внедрение энергетического аудита, в особенности тепловизионной съемки, позволяет выявить типичные ошибки в проектировании и строительстве тепловой защиты, а также снизить фактическое энергопотребление вновь строящихся и реконструируемых зданий при соблюдении рекомендаций аудиторов. Несмотря на то, что в нашей стране энергоаудит только набирает обороты, в ближайшие годы он может стать одним из основных механизмов стимулирования застройщиков и собственников жилья к применению энергоэффективных технологий, мощным фактором, способствующим реализации потенциала энергосбережения отечественного ЖКХ. 

     4. Тепловизионное обследование зданий как метод энергоаудита 

     В рамках энергоаудита зданий большое значение имеет работа по инструментальному обследованию зданий, которая позволяет собрать достоверную информацию о фактической энергоэффективности ограждающих конструкций зданий и сооружений. Основным прибором обследований такого рода является тепловизор.  

     Тепловизионное  обследование ограждающих конструкций зданий проводится по ГОСТ 26629-85 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций»  

     Цели  тепловизионного обследования зданий:

     - выявление скрытых дефектов теплоизоляции ограждающих конструкций

     - определение теплопотерь здания  и проверка соответствия теплоизоляции нормативам,

     - составление энергетического паспорта  здания по данным отчета тепловизионного обследования. 

     Тепловизионный  контроль качества теплозащиты зданий зарекомендовал себя как один из основных способов контроля состояния ограждающих конструкций ввиду удобства, оперативности и наглядности методик тепловизионного обследования. Метод позволяет выявить нарушения теплозащитных ограждающих конструкций, возникшие в результате:

     - нарушения технологии изготовления строительных материалов;

     - ошибок и нарушений при строительстве зданий;

     - неправильного режима эксплуатации;

     - естественного старения материалов под воздействием погодных условий. 

     Сегодня в строительстве применяется  множество новых теплоизоляционных материалов. Их использование привело к снижению теплопотерь зданий. Но это одновременно означает, что относительно небольшие дефекты теплоизоляции могут иметь существенные последствия. 

     Практика  показывает, что дефекты теплоизоляции  здания могут привести к увеличению теплопотерь на 30-40% относительно ожидаемых значений. Тепловизионный контроль расхода энергии до и после восстановления теплоизоляции зданий, по данным тепловизионного обследования, также подтверждает эти результаты. По самым осторожным оценкам, эффективная тепловизионная диагностика здания обеспечивает снижение энергопотребления приблизительно на 15-30%.  

     5. Пример расчета теплопотерь в связи с дефектами ограждающих конструкций здания 

       Пример. Кирпичное жилой здание, толщина  стен 79 см на значительной части стен здания имеются трещины глубиной до 60 см.

       Таблица

       Сопротивление теплопередаче материалов 

       Расчет  теплопотерь 

       Схема угловой комнаты на 1-ом этаже

       Характеристики комнаты:

• размеры и площадь - 5 м х 3,2 м (16 м²)
• высота потолка - 2,75 м
• материал и толщина наружных стен – кирпичная стена толщиной 79 см.
• количество окон – 2 (1 х 1,6 м),

       Рассчитаем площадь стен комнаты

1. Площадь наружных стен без учет окон (S_стен): (5+3,2)х2,7-2х1х1,6 = 18,94 м².

       Вычислим потери тепла Q стенами комнаты

       Q = ΔT х R;

       При толщине стены в 3 кирпича теплопотери  на 1м² стены составят ΔT х R = 26,4 °C / 0,592 м²×°C ⁄ Вт = 44,6 Вт/м², где

       ΔT = Т_вн - Т_сн  = 26,4°С, Т_вн= 18°С, Т_сн = -8,4°С, Средняя температура наружного воздуха в течении отопительного сезона согласно,  табл. 1 СНиП 230-01-99 “Строительная климатология”.

       То  общие теплопотери составят

       Q_стен = 18,94 х 44,6 = 845 Вт,

       В рассматриваемом примере наружные стены здания имеют дефекты, трещины  кирпичной кладки. Глубина трещин составляет до 60 - 65 см. По оценке данные трещины занимают площадь приблизительно равную 5% от общей площади наружных стен.

       Так как глубина трещин составляет 60 - 65 см при общей толщине стены 79см, следовательно на 5% площади  наружных стен эффективная толщина  стен с точки зрения теплозащиты  составляет 19-15 см.

       Вычислим  дополнительные потери тепла стенами  комнаты в связи с наличием на них трещин.

       Площадь стен занятая трещинами S_{стен =} = 18,94 м²х 5% = 0,947 м².

       При толщине стены в 1 кирпич теплопотери  на 1м² стены составят:

       Q₁ = ΔT / R₁ = 26,4 °C / 0,086 м²×°C ⁄ Вт = 307 Вт/м².

       Вместо:

       Q₂ = ΔT / R₂ = 26,4 °C / 0,592 м²×°C ⁄ Вт = 44,6 Вт/м².

       То  дополнительные теплопотери на поврежденных участках стен составят:

       Q_стен1 = Q₁ – Q₂  = 249,3 Вт,

       Определим увеличение теплопотерь:

       ΔQ = ( Q_стен + Q_стен1) / Q_стен = (845 + 249) / 845 = 129,9%

       Из- за дефектов рост теплопотерь составил 29,9%

       Общая площадь поверхности стен дома составляет S_ст = 265,8 м²,

       Следовательно количество тепла теряемое домом  через стены составит:

       Q_ст = S_ст/S_стен х Q_стен = 265,8/18,94 х 845 = 11867 Вт

       Рассчитаем  дополнительные потери тепла стенами  из-за наличия дефектов:

       Q_ст1= Q_ст х 7,3% = 11867 Вт х 29,9% = 3550  Вт

       Переведем значение теплопотерь в килокалории:

       1 ватт равен 1/1,163 = 0,860 ккал в  час.

       Дополнительные  теплопотери в ккал*час составят:

       3550 Ватт / 1.163 = 3052 ккал в час 

       Отопительный  сезон 7 месяцев или 5124 часа

       За  отопительный сезон 3052 ккал * 5124 часов = 15,6 Гкал.

       За  один месяц 15,6/7 = 2,23 Гкал  

     6. Перспективы развития энергоэффективности 

     Развитию  энергоэффективного строительства до недавнего времени препятствовали низкая стоимость газа и электроэнергии, что позволяло как владельцам частных домов, так и собственникам крупных обьектов не обращать внимання на эффективность отопления.  

     Вместе  с тем в последние годы на внутреннем рынке наблюдается весьма опасная тенденция роста потребления энергоресурсов и увеличенние экспортных обязательств, при не назначитеотном росте их добыче. Что свою очередь может привести к их существенному удорожанию и даже их дефициту.  

     Как следствие является быстрый рост цен на энергоресурсы и электроэнергию. Этот рост уже заметен: за прошедшее десятилетие электроэнергия подорожала в 4,5 раза, энергоресурсы - более чем в 7 раз. 

     В условиях энергодефицита возрастут как официальные, так и реальные затраты на подключение к газовым и электросетям. Некоторые альтернативные варианты энергоснабжения сопоставимы по уровню капитальных затрат с технологическим присоединением к сетям. 

     При современном уровне тарифов сроки  окупаемости затрат на внедрение  знергосберегающих решений пока ве-лики и составляют около 20 лет. Но надо учитывать, что цены на энергоносители постоянно растут и тарифы даже для населення неуклонно поднимаются. Исходя из прогнозов роста цен и ожидаемой динамики повышения тарифов наиболее вероятно прогнозировать срок окупаемости дополнительных затрат в течение 7 - 10 лет.

     Для России пока проблемой остается осознание  того, экономия энергии – не просто мода, а насущная необходимость выживания.