Анализ способов повышения энергоэффективности многоквартирных и общественных зданий

метки: Повышение, Энергосбережение, Энергоэффективность, Энергетический, Эффективность, Электроэнергетика, Энергосберегающий, Технология

Для полного понимания проблем связанных с энергоэффективностью и энергосбережением начнем с понятия (определения), что же означает слово энергоэффективность ? Энергоэффективность – это комплекс организационных, экономических и технологических мер, направленных на повышение значения рационального использования энергетических ресурсов в производственной, бытовой и научно-технической сферах. Говоря более простым языком, энергоэффективность – это эффективное использование энергии, а значит сокращение коммунальных расходов. Слова энергоэффективность и энергосбережение часто упоминаются вместе. Хотя существует взаимосвязь, все же это разные вещи. Эффективность означает получение необходимого результата с использованием меньшего количества энергии. Сбережение, однако, означает потребление меньшего количества энергии или вовсе отказ от ее использования. Эффективность часто приводит к сбережению энергии, но не наоборот. Для упрощения восприятия информации далее в тексте слова энергоэффективность и энергосбережение будут использованы как синонимы.

В настоящее время энергосбережение является одной из приоритетных задач государства. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами. Известно, что большая часть энергоресурсов в стране производится из органического топлива (90 %) [ 1 ]. К ядерному топливу подорвано доверие общественности из-за риска аварий с глобальными последствиями и проблем захоронения радиоактивных отходов, крупные гидроэлектростанции нарушают экологические пропорции (затопление территорий, увлажнение климата, ущерб рыбному хозяйству и т.д.).

Возобновляемые энергоресурсы (солнечная, ветровая, геотермальная и т.д.) пока обладают ограниченными возможностями при промышленном использовании. Однако, их использование можно отнести к сравнительно экологически чистым технологиям получения энергии. Экономия энергии – это эффективное использование энергоресурсов за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, приемлемы с экологической и социальной точек зрения, не изменяют привычного образа жизни. Это определение было сформулировано на Международной энергетической конференции (МИРЭК) ООН.

В соответствии с требованиями Федерального закона от 23 ноября 2009 г. №261–ФЗ Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации [2 ], здание должно быть запроектировано и возведено таким образом, чтобы при выполнении установленных требований к внутреннему микроклимату помещений и другим условиям проживания обеспечить эффективное и экономическое расходование энергетических ресурсов при его эксплуатации. Однако любое энергосберегающее мероприятие требует затрат денежных средств, необходимых для его реализации. Так как же рационально использовать энергию и повысить уровень энергоэффективности жилого здания?

Основные направления энергосбережения

... задачами Комитета по энергоэффективности при Совете Министров Республики Беларусь являются: проведение государственной политики в сфере энергосбережения; осуществление государственного надзора за рациональным использованием топлива, электрической и тепловой энергии. Стратегической целью ...

Для того чтобы ответить на этот вопрос необходимо рассмотреть как распределяется энергопотребление здания в целом, для этого обратимся к статистике [ 3 ].

Как мы можем заметить из приведенной диаграммы, большая часть потребляемой энергии приходится на отопление, а четвертая часть всей энергии – на горячее водоснабжение. То есть другими словами, основная часть энергии тратится на подогрев воды. И это весьма логично, вы только представьте, сколько необходимо затратить угля и газа для того, чтобы отопить, к примеру, 17–ти этажное здание, в котором расположено по меньшей мере 136 квартир площадью 50–70 м ² каждая. Такие большие затраты энергии так же связаны с большими потерями тепла, т.е. пока подогретая вода достигнет верхних этажей, она уже успеет остыть на пару десятков градусов, и это только единичный пример.

Потребление тепловой энергии в России, а также энергосбережение в этой области активно регулируются многими нормативными и правовыми документами. В 2009 году целях создания экономических, правовых и организационных основ повышения энергетической эффективности, и стимулирования энергосбережения был принят Федеральный закон Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации . Действие указанного Федерального закона распространяются на деятельность, которая связана с использованием энергетических ресурсов, определяются полномочия органов власти, в первую очередь правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В законе разъяснена необходимость повышения энергетической эффективности, энергосбережения и показаны способы их осуществления.

В соответствии с принятым Федеральным законом [ 2 ] осуществляется государственное регулирование в области повышения энергоэффективности и энергосбережения. В этом законе было введено понятие «класс энергоэффективности». Класс энергоэффективности квалифицирует энергетическую эффективность оборудования во время его эксплуатации [4 ].

Таблица 1 – Классы энергоэффектисности зданий

Классы энергоэффективности зданий	Величина отклонения расчётного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии от нормативного, %	Мероприятия, рекомендуемые органам администраций субъектов РФ
А+ Очень высокий	ниже 60	Экономическое стимулирование
А	от 45 до 59,9
B++ Высокий	от 35 до 44,9	Экономическое стимулирование в зависимости от года строительства
B+	от 25 до 34,9
B	от 10 до 24,9
C Нормальный	от +5 до 9,9	—
D Пониженный	от 5,1 до +50	Желательна модернизация здания после 2020 года
E Низкий	более +50	Необходимо немедленное утепление здания

Перед тем как принимать какие-либо меры по повышению энергоэффективности дома, помимо оценки класса энергоэффективности необходима оценка состояния здания в целом. Что это значит?

Надзорные органы определяют класс энергоэффективности многоквартирного жилого дома, а застройщик и собственник дома размещают указатель класса энергоэффективности на фасаде дома. Собственники зданий, строений, сооружений обязаны в течении всего срока их эксплуатации не только обеспечивать установленные показатели энергоэффективности, но и проводить мероприятия по их повышению. Это так же является обязанностью, лица, ответственного за содержание жилого дома. Один раз в пять лет показатели энергоэффективности должны пересматриваться в направлении улучшения. Если дом крепкий и имеет небольшой процент износа, то имеет смысл работа по повышению энергоэффективности дома. Затраты по повышению энергоэффективности окупятся. Если дом находится в предаварийном состоянии, то лучше обойтись малыми затратами на поддержание комфорта и обеспечение учета энергоресурсов. Учет в любом случае быстро окупится. В составе требований к управлению энергоэффективностью зданий, строений, сооружений: показатели энергоэффективности для объекта в целом; показатели энергоэффективности для архитектурно–планировочных решений; показатели энергоэффективности для элементов объекта и конструкций, а так же материалов и технологий, применяемых при капремонте.

Состав мероприятий по повышению энергоэффективности [ 5 ]:

Повышение теплового сопротивления ограждающих конструкций

• облицовка наружных стен, технического этажа, кровли, перекрытий над подвалом теплоизоляционными плитами – снижение теплопотерь до 40%;
• устранение мостиков холода в стенах и в примыканиях оконных переплетов (эффект 2–3%);
• устройство в ограждениях/фасадах прослоек, вентилируемых отводимым из помещений воздухом;
• применение теплозащитных штукатурок;
• уменьшение площади остекления до нормативных значений;
• остекление балконов и лоджий (эффект 10–12%);
• замена/применение современных окон с многокамерными стеклопакетами и переплетами с повышенным тепловым сопротивлением;
• применение окон с отводом воздуха из помещения через межстекольное пространство (эффект 4–5%);
• установка проветривателей и применение микровентиляции;
• применение теплоотражающих/солнцезащитных стекол в окнах и при остеклении лоджий и балконов;
• остекление фасадов для аккумулирования солнечного излучения (эффект от 7 до 40%);
• применение наружного остекления имеющего различные характеристики накопления тепла летом и зимой;
• установка дополнительных тамбуров при входных дверях подъездов и в квартирах;
• регулярное информирование жителей о состоянии теплозащиты здания и мерах по экономии тепла.

Повышение энергоэффективности системы отопления

• замена чугунных радиаторов на более эффективные алюминиевые;
• установка термостатов и регуляторов температуры на радиаторы;
• применение систем поквартирного учета тепла (теплосчетчики, индикаторы тепла, температуры);
• реализация мероприятий по расчету за тепло по количеству установленных секций и месту расположения отопителей;
• установка теплоотражающих экранов за радиаторами отопления (эффект 1–3%);
• применение регулируемого отпуска тепла (по времени суток, по погодным условиям, по температуре в помещениях);
• применение контроллеров в управлении работой теплопункта;
• применение поквартирных контроллеров отпуска тепла;
• сезонная промывка отопительной системы;
• установка фильтров сетевой воды на входе и выходе отопительной системы;
• дополнительное отопление через отбор тепла от теплых стоков;
• дополнительное отопление при отборе тепла грунта в подвальном помещении;
• дополнительное отопление за счет отбора излишнего тепла воздуха в подвальном помещении и в вытяжной вентиляции (возможное использование для подогрева притока и воздушного отопления мест общего использования и входных тамбуров);
• дополнительное отопление и подогрев воды при применении солнечных коллекторов и тепловых аккумуляторов;
• использование неметаллических трубопроводов;
• теплоизоляция труб в подвальном помещении дома;
• переход при ремонте к схеме индивидуального поквартирного отопления;
• регулярное информирование жителей о состоянии системы отопления, потерях и нерациональном расходовании тепла и мерах по повышению эффективности работы системы отопления.

Экономия воды (горячей и холодной)

• установка общедомовых счетчиков горячей и холодной воды;
• установка квартирных счетчиков расхода воды;
• установка счетчиков расхода воды в помещениях, имеющих обособленное потребление;
• установка стабилизаторов давления (понижение давление и выравнивание давления по этажам);
• теплоизоляция трубопроводов ГВС (подающего и циркуляционого);
• подогрев подаваемой холодной воды (от теплового насоса, от обратной сетевой воды и т.д);
• установка экономичных душевых сеток;
• установка в квартирах клавишных кранов и смесителей;
• установка шаровых кранов в точках коллективного водоразбора;
• установка двухсекционных раковин;
• установка двухрежимных смывных бачков;
• использование смесителей с автоматическим регулированием температуры воды;
• регулярное информирование жителей о состоянии расхода воды и мерах по его сокращению.

Экономия электрической энергии

• замена ламп накаливания в подъездах на люминесцентные энергосберегающие светильники;
• применение систем микропроцессорного управления частнорегулируемыми приводами электродвигателей лифтов;
• замена применяемых люминесцентных уличных светильников на светодиодные светильники;
• применение фотоакустических реле для управляемого включения источников света в подвалах, технических этажах и подъездах домов;
• установка компенсаторов реактивной мощности;
• применение энергоэффективных циркуляционных насосов, частотнорегулируемых приводов;
• пропаганда применения энергоэффективной бытовой техники класса А+, А++;
• использование солнечных батарей для освещения здания;
• регулярное информирование жителей о состоянии электропотребления, способах экономии электрической энергии, мерах по сокращению потребления электрической энергии на обслуживание общедомового имущества.

Экономия газа

• применение энергоэффективных газовых горелок в топочных устройствах блок котельных;
• применение систем климат-контроля для управления газовыми горелками в блок котельных;
• применение систем климат-контроля для управления газовыми горелками в квартирных системах отопления;
• применение программируемого отопления в квартирах;
• использование в быту энергоэффективных газовых плит с керамическими инфракрасными (ИК) излучателями и программным управлением;
• пропаганда применения газовых горелок с открытым пламенем в экономичном режиме.

В настоящее время все эти меры по повышению энергоэффективности учитываются еще только на этапе планирования и проектирования многоквартирного жилого дома. Современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности формирования их теплового режима, а проектировщики не умеют оптимизировать потоки тепла и массы в ограждениях и зданий.

Целью отечественного проекта энергоэффективного здания было создание, испытание и последующее внедрение в жилищное строительство города новейших технологий и оборудования, обеспечивающих, как минимум, двукратное снижение энергозатрат на эксплуатацию жилого фонда. Для реализации проекта была выбрана типовая серия жилых домов 111–355.МО, которая наиболее полно отвечает требованиям энергоэффективности с точки зрения архитектурных и объемно-планировочных решений [ 3 ]. Проект этой серии разработан 53–м Центральным проектным институтом Министерства обороны России и согласован в установленном порядке для массового строительства на территории Российской Федерации. Конкретный проект Энергоэффективный жилой дом в микрорайоне Никулино–2 был реализован в 1998–2002 гг. Энергообеспечение здания осуществляется, как от внешних источников тепловой и электрической энергии, так и от внутренних – тепловых насосов, использующих тепло грунта и тепло удаляемого вентиляционного воздуха.

В настоящее время технологии, использующие тепловые насосы, применяются практически во всех развитых странах мира. Низкопотенциальным источником тепловой энергии для испарителей тепловых насосов служит грунт поверхностных слоев Земли и тепло удаляемого вентиляционного воздуха.

Все проекты застроек, зданий и сооружений, проходят обязательную экспертизу на стадии утверждения технического задания на строительство и на стадии технико–экономического обоснования или проекта. Основные задачи экспертизы – проверка соответствия проекта нормативным требованиям, способствование внедрению современных прогрессивных решений и снижение сметной стоимости строительства объектов, особенно городского заказа. Московские городские нормы Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепло–, водо–, электроснабжению рекомендуют использовать наиболее прогрессивный потребительский подход в выборе теплозащиты зданий, когда нормируется удельный расход тепла на отопление здания за отопительный период. Это стимулирует проектировщиков не только повышать теплозащиту наружных ограждений здания, но и применять более эффективные системы регулирования подачи тепла на отопление, энергосберегающие технологии и оптимальные объемно–планировочные решения зданий.

Все системы отопления оборудуются термостатами на отопительных приборах. Как правило, в местах подключения систем отопления к тепловым сетям устанавливаются автоматизированные узлы управления. Каждый калорифер и водонагреватель горячей воды имеют автоматическое регулирование подачи тепла, а калориферы – и защиту от замерзания; водопроводные сети – регулирование давления воды на минимально необходимом уровне, для чего в квартирах устанавливаются квартирные регуляторы давления. В высоких зданиях проводится еще и зонирование систем по высоте, в низких зданиях устанавливаются регуляторы давления на вводе для гашения избыточного напора. Обязательным является оборудование каждого ввода в здание и субабонента приборами учета тепла на отопление и вентиляцию, водосчетчиками учета холодной и горячей воды. Все домовые и квартирные приборы учета тепла и воды, так же как и электросчетчики, подключаются к интегральной автоматической системе управления энергосбережением (ИАСУЭ) для автоматической передачи данных в объединенные диспетчерские пункты и расчетные центры для выписки счетов на оплату за потребленные ресурсы [ 6 ].

Повышение теплозащитных свойств стеновых конструкций остается одной из основных задач при создании энергоэффективных зданий. Можно выделить различные способы повышения сопротивления теплопередаче современных стеновых ограждений. Среди них: увеличение толщины однородных стеновых конструкций, увеличение толщины теплоизоляции в составе многослойной ограждающей конструкции, снижение насыпной плотности заполнителей, используемых для изготовления стеновых блоков и панелей.

На Рис.2 представлена зависимость уровня сохранения тепла в доме от толщины теплоизоляции наружных стен [ 3 ]. Главными достоинствами утепления ограждающих стеновых конструкций методом напыления пенополиуретана (ППУ) является [7 ]:

• небольшой вес теплоизоляции;
• отсутствие швов (щелей);
• отсутствие мостиков холода;
• большой срок эксплуатации (до 50 лет);
• сроки выполнения работ в 10-15 раз быстрее.

Основным условием сохранения теплозащитных свойств теплоизоляционных материалов является его сухое состояние. Это объясняется значительным увеличением коэффициента теплопроводности материала при его увлажнении. Так, например, при увлажнении только на 1% керамзитобетона его коэффициент теплопроводности увеличивается на 20%. Стена, впитавшая влагу, теряет свои теплозащитные свойства до 80%. Следствием этого является: повышенное энергопотребление здания; промерзание конструкций и появление на её внутренней поверхности чёрной плесени с отслоением отделочных материалов. Физическое старение ограждающих конструкций зданий сопровождается повреждением поверхностных слоёв. Атмосферные осадки, проникая в тело стены из бетона или кирпича, замерзая, увеличиваются в объёме и разрушают их поверхностный слой. Этот процесс имеет необратимый характер во времени. Одновременно физическое старение сопровождается химическим. Вода по капиллярной системе материала переносит агрессивные реагенты, обильно содержащиеся в городских «кислотных дождях», внутрь ограждающей конструкции и вызывают коррозионное разрушение бетона и кирпича.

Выводы

В заключении хотелось бы добавить, что уменьшение энергопотребления позволяет одновременно улучшить физическое состояние воздушной атмосферы. Выбросы газов от сжигания органических и неорганических источников тепла вызывает парниковый эффект в атмосфере Земли, в результате которого в последнее время наблюдается повышенное количество природных потрясений. Стремительный прирост парниковых газов во многом зависит от теплопотребления зданий. По оценкам учёных на их образование расходуется до половины генерируемой энергии. По расчётам специалистов Международного энергетического агентства (МЭА) ввод энергосберегающих технологий может привести к сокращению этих выбросов до 45% [7 ].

Перечень ссылок

1. Аверьянов В.К., Подолян Л.А., Тютюнников А.И., Зарецкий Р.Ю. Энергоэффективный дом. Первые результаты эксплуатации и предложения по совершенствованию систем. Информ. бюлл. Теплоэнергоэффективные технологии № 3, 2002.
2. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. № 261–ФЗ Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации (с изменениями от 8 мая, 27 июля 2010 г., 11, 18 июля, 3, 6, 7, 12 декабря 2011 г.).

3. Презентации лекций Расчет и проектирование энергоэффективных зданий М.С. Сергеев, А.Г. Гоньшаков – Владимир, 2013 – 45 с.
4. Магистерская диссертация Применение современных технологий с целью повышения энергетической эффективности бизнес–центра Фландрия Плаза Д.Н. Ефремник – Санкт-Петербург, 2016 – 75 с.
5. Учебное пособие Методы повышения энергоэффективности зданий М.В. Попова, Т.Н. Яшкова – Владимир, 2014. – 111 с.
6. Ливчак В. И. Экспертиза энергоэффективности строительства зданий, журн. АВОК № 7, 2003 .
7. Фадеева Г. Д. Повышение энергоэффективности жилого фонда за счёт малозатратных технологий (на примере г.Пензы) [Текст] / Г. Д. Фадеева, К. С. Паршина, Е. В. Родина // Молодой ученый. – 2013. – № 6. – С. 156–158.