Технико-экономическая оценка повышения теплозащиты ограждающих конструкций в регионе

ЭКОНОМИКА

УДК 699.86

В. С. Грызлов

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОЗАЩИТЫ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ В РЕГИОНЕ

V.S. Gryzlov

FEASIBILITY STUDY OF IMPROVING HEAT-SHIELDING OF PROTECTING

CONSTRUCTIONS IN THE REGION

Дается сравнительный анализ применения теплозащитных норм при проектировании ограждающих конструкций зданий на основе принципа окупаемости технологических мероприятий за счет экономии энергоресурсов.

Энергосбережение, сопротивление теплопередаче, макроэкономические показатели, нормы теплозащиты, ограждающие конструкции, принцип окупаемости.

The paper presents comparative analysis of using heat-shielding norms in designing building protecting constructions on the basis of the principle of technological measures payback due to power resources saving.

Power resources saving, resistance to heat transfer, macroeconomic parameters, norms of heat-shielding, protecting constructions, principle of payback.

Федеральный закон РФ № 261 «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ» вводит следующие понятия (статья 2): «энергосбережение - реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг); энергетическая эффективность - характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю».

Если понимать энергетический ресурс как количество энергии, которое используется или может использоваться при осуществлении хозяйственной и иной деятельности, то прежде всего нужно определить, сколько этой энергии необходимо, чтобы обеспечивать данную деятельность. С учетом того, что сегодняшнее и на перспективу развитие хозяйственной деятельности не предусматривает снижения энергетических ресурсов,

возникает определенное противоречие между энергосбережением и энергетической эффективностью. Энергосбережение, с одной стороны, включает в себя процесс экономического стимулирования при исправлении или ликвидации неэффективных технико-технологических производств и услуг, с другой - экономические инвестиции на создание и модификацию новых производств, при неизбежном увеличении энергоресурсов на сопутствующие этим модификациям работы.

В области строительства такой парадокс хорошо иллюстрирует переход на трехслойные ограждающие конструкции, вызванный ужесточением теплотехнических норм. Следует отметить, что подобный переход предполагал, очевидно, наиболее простой путь решения проблемы энергосбережения в строительстве, но, как показал более чем десятилетний период эксплуатации зданий и сооружений, энергетической эффективности достигнуто не было, более того, попутно возникли проблемы, которые потребовали для своего решения новых энергозатрат.

Самый общий взгляд на карту мира позволяет сделать вывод, что наша страна наиболее энерго-затратна по своей территории и температурно-климатическим условиям. В России также выделяются регионы с более суровыми условиями ве-

дения хозяйственной деятельности, следовательно, удельные энергозатраты территориально различны. Поэтому при одинаковом уровне жизни среднее душевое потребление энергии в России могло быть выше, чем в других странах. Если в качестве цели ставить достижение в России столь же высокого уровня жизни, как в Норвегии или США, то, очевидно, необходимо увеличивать энергопотребление.

В качестве основных показателей, характеризующих потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), отражающих их динамику и международное сопоставление, используются данные внутреннего душевого потребления ТЭР в тоннах условного топлива (1 кг твердого или 1 м3 газообразного топлива с низшей теплотой сгорания 29 МДж/кг) или потребления на 1000 р. (1000 долл.) ВВП. Сравнительные показатели для некоторых стран приведены в табл. 1 [1]. Из табл. 1 видно, что потребление энергии в России меньше, чем в других развитых странах, а высокая энергоемкость ВВП объясняется не столько большим расходом энергии, сколько малым значением ВВП.

Таблица 1

Показатели потребления энергии для некоторых стран

Большинство специалистов в области энергообеспечения России считают, что в стране наметился дефицит энергии. Поэтому любое значимое сбережение энергии будет актуальным, если его реализация не сопровождается обратным эффектом, т. е. не будет энергозатратна. Для этого все конкретные энергосберегающие мероприятия должны быть экономически окупаемыми. В области

строительства эти мероприятия также не должны снижать долговечность зданий и сооружений.

С экономической точки зрения основным критерием приемлемости технического решения является необходимое условие окупаемости, которое в общем виде для оценочных расчетов выражается неравенством

ДК  р < ДЭ,

где ДК - единовременные затраты на техническое решение; р - годовая процентная ставка за банковский кредит; ДЭ - годовая прибыль, получаемая за счет реализации технического решения.

Если неравенство (1) не выполняется, то реализация технического решения при постоянных во времени ДЭ ир никогда не окупится.

При реализации технических решений по повышению теплозащиты в качестве единицы изде-1 2

лия принимают 1 м ограждающих конструкций, а неравенство (1) принимает вид

ДКр < 0,024  ГСОП

где ГСОП - градусо-сутки отопительного периода; Дк - снижение коэффициента теплопередачи при дополнительном утеплении ограждения; Ст -цена тепловой энергии.

Из (1) и (2) следует выражение для расчета макроэкономического критерия окупаемости повышения теплозащиты ограждающих конструкций здания:

-

В неравенстве (3) ш (предельное значение удельных единовременных затрат) является макроэкономическим параметром и определяет предел технико-экономических возможностей повышения теплозащиты ограждающих конструкций в регионе. Таким образом, для каждого региона существует свое ограничение на повышение теплозащиты ограждающих конструкций.

Для г. Череповца

ш = [0,024  5798  0,92] / 0,18 = = 711,2 (р.  °С) / Вт (в 2010 г. средняя цена тепловой энергии принята

Страна ВВП на душу населения, тыс. долл. /чел. Потребление энергии на душу населения, т. у. т. / чел. Энергоемкость ВВП, т. у. т. / тыс. долл.

Франция 21,6 6,4 0,296

Израиль 12,7 4,4 0,346

Финляндия 23,7 8,9 0,376

США 22,6 12,4 0,549

Индия 0,6 0,25 0,417

Болгария 2,0 3,9 1,95

Россия 4,0 6,2 1,55

равной 0,92 р. / (кВт • ч), годовая процентная ставка за банковский кредит - 0,18 доли ед.), что примерно равно 23,7 долл. США. Для сравнения в 2007 г. этот показатель составлял: $16,7 -в г. Москве; $16,1 - в г. Санкт-Петербурге; $22,7 -в г. Новосибирске; $36,1 - в г. Норильске.

Согласно [2], ю можно выразить как

ю > Сут X (R0) '

где Сут - стоимость утеплителя; X - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала; Я0 - сопротивление теплопередаче конструкции.

Неравенство (4) устанавливает связь трех характеристик: материала (Сут X), конструкции (Л0) и региона (ю). Если известны две из них, то можно получить ограничение на третью. Например, предельное значение сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, которое может быть достигнуто при использовании заданного теплоизоляционного материала при условии, что затраты на этот материал окупятся за счет экономии энергии на отопление, определяется неравенством

Ro <

/ Сут l,

а максимально допустимая цена теплоизоляционного материала, при которой затраты на утепление ограждающей конструкции до заданного уровня теплозащиты могут окупиться за счет экономии тепловой энергии, рассчитывается согласно неравенству

Сут < ю / X (Л0)2.

Результаты оценки Сут для разных значений Я0 и видов теплоизоляционных материалов (X) приведены в табл. 2.

Естественным ограничением повышения теплозащиты ограждающих конструкций являются температурно-климатические условия района строительства. В соответствии с этими условиями устанавливаются санитарно-гигиенические требования по расчету сопротивления теплопередаче стен зданий. СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий» определяет санитарно-

гигиенические и комфортные условия микроклимата путем нормирования температурного перепада (Д?0) между температурой внутреннего воздуха = 20 - 22 °С) и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции (тп), при этом данная температура должна быть выше температуры точки росы, что исключит выпадение конденсата на внутренней поверхности наружных стен. Для жилых, лечебно-профилактических, детских и школьных зданий значение Д?0 установлено не более 4 °С. Данное условие является определяющим для расчета допустимого значения приведенного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций по санитарно-гигиенической норме:

Ro > n(tint - text) / Л?0 O-int,

где text - расчетная температура наружного воздуха в холодный период года (для г. Череповца -32 °С); aint - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций.

Главным отличием СНиП 23-02-2003 от СниП II-3-79* «Строительная теплотехника» является возможность использования потребительского подхода к нормированию тепловой защиты, при котором устанавливается предельное значение удельного энергопотребления здания в целом. Основное преимущество такого подхода состоит в том, что он позволяет достигать проектировщику и заказчику одного и того же уровня энергопотребления различными способами за счет выбора наиболее предпочтительных в каждом конкретном случае энергосберегающих мероприятий.

Однако СНиП 23-02-2003 вызвал много споров среди специалистов, в первую очередь из-за от-

Таблица 2

Результаты оценки максимально допустимых цен теплоизоляционного материала по условиям окупаемости в г. Череповце

R0, м2•°С/Вт Максимально допустимая цена теплоизоляционного материала, р./м3, при расчетном коэффициенте теплопроводности X, Вт /

0,05 0,07 0,10 0,12 0,15 0,20 0,30

1,5 6321,7 4515,5 3160,9 2634,1 2107,3 1580,4 1053,6

2,0 3556,0 2540,0 1778,0 1481,7 1185,3 889,1 592,7

2,5 2275,8 1625,6 1137,9 948,3 758,6 568,9 379,3

3,0 1580,4 1128,9 790,2 658,5 526,8 395,1 263,4

3,5 1161,1 829,4 580,6 483,8 387,1 290,3 193,5

сутствия физико-технических обоснований более чем 2-3-кратного увеличения нормируемых значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций относительно санитарно-гигиенических норм. Поэтому были введены в действие отраслевые и территориальные нормы (СТО 17532043-001-2005 «Нормы теплотехнического проектирования ограждающих конструкций и оценки энергоэффективности зданий», СТО 00044807-001-2006 «Теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий», ТСН 23-3502004 Вологодской области «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий» и др.), которые разработаны в соответствии с требованиями статей 12 и 17 Федерального закона № 184-ФЗ «О техническом регулировании».

При сравнении нормативных требований этих документов возникает вопрос: какое из приведенных значений принимать при проектировании ограждающих конструкций (табл. 3)?

Формальное повышение теплозащитных свойств несветопрозрачных ограждений (табл. 3, графа 6) (как будто бы на основании технико-экономических расчетов, а на деле - из желания снизить теплозатраты на отопление директивным порядком на 40 %) привело к ориентации только на одно из возможных энергосберегающих мероприятий. На практике это не позволило добиться заявленного эффекта, в то же время несоответствие возможностей строительной индустрии вызвало сложную и многозатратную процедуру по переоснастке домостроительных комбинатов на выпуск трехслойных панелей с эффективным утеплителем. Однако наблюдения показали, что у данных ограждений низкая теплотехническая однородность и в них неэффективно используются теплоизоляционные материалы, очень дорогие, поскольку основная часть подобных материалов ввозится из-за рубежа или производится на предприятиях, которыми владеют иностранцы [3].

Таблица 3

Значения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкции, рекомендуемые действующими нормативными документами

Здания и помещения ГСОП, °С-сут ¿ш, °С ^ех-, °С Санитарно- гигиенические нормы, по (6), м2 • °С / Вт СНиП 23-02-2003, м2 • °С/Вт СТО 17532043001-2005, м2 • °С / Вт СТО 00044807001-2006, м2 • °С / Вт ТСН 23-350-2004, м2 • °С / Вт

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Жилые, лечебно-профилактические, детские, школьные 5798 21 -32 1,523 3,429 К0 = 1,510 Коэк = 2,823* 1,875** 2,60***

* Лоэк - экономически целесообразное сопротивление теплопередаче; "продолжительность эксплуатации наружных стен до первого капитального ремонта 50 лет; *** минимально допустимое сопротивление теплопередаче по условию ЕтШ = КГ  0,63.

Нормирование сопротивления теплопередаче стены по санитарно-гигиеническим требованиям (табл. 3, графа 5) может быть обеспечено только при строжайшем соблюдении технологии изготовления и монтажа конструкций. Как показывает практика, даже небольшие просчеты в конструктивном решении стены и ошибки, допущенные при монтаже ограждающих конструкций во время строительства, ведут к понижению температуры на внутренней поверхности стены ниже минимально допустимой и к возможному появлению конденсата.

Значения параметров в графах 7-9 близки к потребительским: сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций К должно быть не менее требуемого сопротивления теплопередаче К0, определяемого по формуле (6) из условий санитарно-гигиенической безопасности людей, и не более экономически целесообразного сопротивления теплопередаче Л™, которое рассчитывается для ограждающих конструкций с дополнительным слоем теплоизоляции, обладающим термическим сопротивлением АКк, и определяется по формуле

RK = Ro + ARK = mo Ro

где т0 = Я™ / Я0 - экономически оптимальный коэффициент повышения уровня теплозащиты утепляемых ограждающих конструкций при наращивании толщины дополнительного слоя теплоизоляции в т раз по отношению к принятому базисному аналогу, значение т0 рекомендовано в пределах 1^2,2.

Согласно (7), для графы 7 (табл. 3) т0 = 1,23, для графы 8 т0 = 1,42, что в принципе создает гарантируемый запас соблюдения сопротивления теплопередаче по обеспечению санитарно-гигиенической безопасности от возможных технологических нарушений. Параметры т0 и Дк [см. формулу (3)] имеют одинаковый физический смысл.

Если за базовый аналог принять значение предельного сопротивления теплопередаче для г. Череповца с учетом требований, отвечающих санитарно-гигиеническим нормам, то значение коэффициента теплопередачи составит ксг = 0,732 Вт/(м2 • °С); для реализации требований ТСН 23350-2004 значение кт = 0,495 Вт/(м2 • °С), снижение коэффициента теплопередачи равно - Дк = 0,237 Вт/(м2 • °С). Естественно, что цена данной модификации ограждающей конструкции из условия ее окупаемости не должна превышать ранее полученного значения: ДК < (- Дк) ю = 0,237 • 711,2 = 168,5 р./м2. Но будет ли этого достаточно для обеспечения требований ТСН 23-350-2004?

Для указанного повышения теплозащиты наружных ограждений требуется слой теплоизоляции: не менее 0,1 м экструдированного пено полистирола или не менее 0,15 м минераловатных плит. При средней цене теплоизоляционных мате-

риалов 2,5-3,5 тыс. р./м стоимость дополнительного слоя теплоизоляции равна 250-350 р./м2, что явно больше ДК. Кроме того, появляются дополнительные затраты на другие конструктивные элементы и на работу.

Таким образом, заложенное в ТСН 23-350-2004 условие повышения теплозащиты ограждающих конструкций с экономической точки зрения не оправдано, поскольку вложенные на теплоизоляцию средства не окупятся. Учитывая сложившиеся цены теплоизоляционных материалов на региональном рынке, экономически обоснованное приведенное сопротивление теплопередаче наружных стен должно определяться в пределах 1,7 -2,2 м2 • °С/Вт (см. табл. 2).

Приведенная приблизительная оценка окупаемости теплозащиты наружных ограждений позволяет сделать вывод о необходимости поиска дополнительных технологических резервов и более тщательного обоснования региональных теплозащитных норм проектирования с учетом не только трансмиссионных теплопотерь, но и всего комплекса вопросов энергосбережения по нормированию удельных показателей расхода тепловой энергии на отопление зданий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Бушуев, В.В. Энергоэффективность как направление новой энергетической политики России / В.В. Бушуев // Энергосбережение. - 1999. - № 4. - С. 32-35.

2. Гагарин, В.Г. Экономический анализ повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий /

B.Г. Гагарин // Строительные материалы. - 2008. - № 8. -

C. 41-47.

3. Самарин, О.Д. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность / О.Д. Самарин. - М.: Изд-во АСВ, 2009. - 296 с.

Грызлов Владимир Сергеевич - доктор технических наук, профессор кафедры строительных технологий и экспертизы недвижимости Инженерно-экономического института Череповецкого государственного университета. Тел.: 8-921-723-24-68; е-mail: gryvs@mail.ru

Gryzlov, Vladimir Sergeevich - Doctor of Science (Technology), Professor, Department of Building Technologies and Real Estate Expertise? Institute of Engineering and Economics, Cherepovets State University. Tel.: 8-921-723-24-68; е-mail: gryvs@mail.ru