Энерго и ресурсосбережение - основа устойчивого развития города и территории

ВЕСТНИК 6/2011

ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ - ОСНОВА УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ГОРОДА И ТЕРРИТОРИИ

ENERGY & RESOURCE SAVING - THE BASIS FOR SUSTAINABLE DEVELOPMENT OF CITIES AND TERRITORIES

E.A. Киселева E.A. Kiselyova

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

Рассматриваются положения касающиеся принятие энергосберегающих мер в отношении существующих и строящихся зданий.

Positions concerning provisions relating to the adoption of energy-saving measures for existing and under construction buildings.

Неконтролируемое использование ископаемой энергии ведет к истощению мировых запасов ископаемых энергоносителей и увеличению концентрации загрязняющих веществ, выделяемых при сгорании ископаемого топлива. Малейшая экономия энергии, особенно в густозаселенных местах, ведет к снижению объема выброса углекислого газа и, следовательно, помогает защитить окружающую среду.

В государствах-членах ЕС идет работа по преобразованию в национальный закон Директивы по энергетическим характеристикам зданий (EPBD). Согласно Директиве величина количества энергии, предназначенной для различных нужд для обычной эксплуатации здания, должна учитывать теплоизоляцию, технические характеристики оборудования, запроектированные согласно климатическим параметрам, ориентацию по отношению к поступающей солнечной радиации, влияние окружающих зданий, собственную выработку энергии и другие факторы, включая внутренний микроклимат.

Единственная область, где можно резко снизить объемы потребляемого топлива и, как следствие, расход энергии и объемы выбросов - это строительная индустрия (существующие и вновь возводимые объекты недвижимости), для этого необходимо улучшить теплоизоляцию и установить более эффективные отопительные системы. Для снижения выбросов С02 и защиты окружающей среды в будущем нам придется обходиться намного меньшим количеством энергии для отопления, чем мы использовали до сих пор. В то время, как существующие не усовершенствованные здания старой постройки расходуют на отопление от 300 до 400 кВт*ч/м2 энергии, потребность в отопительной энергии для зданий будущего поколения составит от 20 до 40 кВт- ч/м2. Так что основная характеристика архитектуры зданий будущего - это ультранизкое и даже нулевое потребление энергии. Но эта задача не одного десятилетия, предстоит долгий путь перехода от существующих зданий к зданиям с нулевым потреблением энергии. На примере Германии

6/2Q11 мвВЕСТНИК

рассматривается возможность резкого снижения энергии здания, необходимой для отопления, за счет улучшения теплоизоляции здания и использования энергоэффективных отопительных систем.

В таблице 1 приведены основные характеристики групп зданий с различным уровнем удельного расхода энергии на отопление в год.

Таблица 1

Группы зданий с различным уровнем удельного расхода энергии на отопление _в год_

I Здания старой постройки, эксплуатируемые сегодня, в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 300 до 400 кВт- ч/м2

II Здания, соответствующие требованиям законодательства Германии по теплозащите 1982-1984 годов (действующим и сегодня), в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 150 до 200 кВт • ч/м2

III Здания с низким энергопотреблением (low-energy house (LEH), построенные с использованием современных строительных материалов, соответствующих немецким требованиям по теплозащите 1995 года), в которых удельный расход

IV Здания с ультранизким энергопотреблением (ultra-house), в которых удельный расход энергии на отопление составляет от 20 до 40 кВт • ч/м2

V Здания с нулевым расходом энергии. Здания с нулевым расходом энергии на отопление. Здания, обеспечивающие собственные энергетические потреб-

*Информация о зданиях нового поколения была представлена в журнале «АВОК», 2006, № 2, с. 36-47.

В таблице представлены пять этапов повышения энергетической эффективности зданий. Каждому этапу соответствует своя группа зданий. Благодаря быстрому развитию науки и переходу на использование новых энергоэффективных строительных конструкций и материалов, возможен переход от зданий старой постройки (группа 1) к зданиям с нулевым расходом энергии (группа 5). Проведенные в Германии исследования показывают, что в помещениях зданий старой постройки, на обогрев одного квадратного метра требуется от 300 до 400 кВт-ч/м2, а в зданиях, построенных в течение последних 20 лет, потребность в отопительной энергии снижена до 150-200 кВт-ч/м2 (группа 2). Сегодня уже эксплуатируются жилые здания, построенные с использованием новейших энергосберегающих технологий и с применением современных энергоэффективных материалов, в которых удельный расход энергии на отопление составляет около 20 кВт-ч/мг(группа

4).

Результаты, представленные в таблице 1, были подтверждены не только математическими расчетами с применением вычислительной техники, но и фактическими замерами, проведенными внутри многих существующих зданий: расход энергии на отопление измерялся в жилых зданиях в течение как минимум двух

В общих чертах можно сказать, что путь перехода от зданий группы 1, с удельным расходом энергии на отопление 300-400 кВт-ч/мг, к изданиям группы 3, с низким энергопотреблением (LEH), расходующих на отопление от 40 до 80 кВт-ч/м2, четко обозначен -для снижения энергопотребления зданий достаточно учесть следующие элементы, перечисленные в порядке их значимости:

- высокоэффективная теплоизоляция зданий;

- современные «интеллектуальные» отопительные установки и системы регулировки отопления, соответствующие высокому уровню теплоизоляции с высоким КПД;

- большие стеклянные поверхности (окна) для пассивного использования солнечной

ВЕСТНИК МГСУ

6/2011

энергии, установленные, преимущественно, с южной стороны здания;

- рекуперация тепла в системах вентиляции, регулируемых пользователем;

- положительное отношение жильцов к зданиям с низким энергопотреблением. Выбирая режим проветривания и температуру помещения, потребитель значительным образом влияет на тепловой баланс здания и, тем самым, на потребление энергии на отопление. Поэтому проекты современных энергоэффективных зданий должны предусматривать тесное взаимодействие с жильцами, иначе возможно либо снижение уровня комфорта, либо увеличение потребления энергии.

Эффективность каждого отдельно взятого элемента можно увидеть непосредственно из теплового баланса здания. Так, на рис. 2 приведен пример теплового баланса здания группы в сравнении с тепловым балансом здания группы 4. В левой колонке показаны тепловые потери, а в правой - теплопоступления. Разница (не закрашенная область) показывает расход энергии на отопление Н, который можно снизить с 400 кВт-ч/м2, затрачиваемых в настоящее время в зданиях старой постройки, до 40 кВт-ч/м2(здания с ультранизким энергопотреблением), т. е. расход энергии на отопление уменьшается в 10 раз. Такие балансы можно составлять без особых усилий. Каждая отдельная составляющая

баланса (V, Т, Б, показано на рис.

I, Я, Н) просто должна быть графически сложена с остальными, как это 1.

Здание старой постройки

щтшттшщк

Здание с низким энергол отребл ением

560

490

а f 400

3 со

« 8 320

11

«Й 340

15

3 5 1КП

80

0

Теплопоггери, , Те плопоступлвния

____

V- 1 -3 — | Расход

д изо л я ц и и . энергии на отопление

т—

Теплопотери Теп лопосту пгачии

V — — Б — 1 Расход

т — 1 — Я Энергии на ~~^ ^"©топление

V - теопопотери за счет вентиляции;

Т - тепло л отерп через наружные ограждающие конструкции; Б - теплопоступления с солнечной радиацией: I - бытовые теплопоступления; И - утилизация тепла вентиляционного воздуха; Н - расход энергии на отопление

Рис. 1. Годовой тепловой баланс здания старой постройки и здания с улътранизким

энергопотреблением

Если в зданиях старой постройки применять современную высокоэффективную теплоизоляцию, не используя другие возможности снижения энергопотребления, то можно сэкономить существенное количество энергии, величина которой обозначена на рис. 1 как А изоляции. Таким образом, очень важным элементом является теплоизоляция наружных стен здания. Конструкция окон также оказывает существенное влияние на тепло-

6/2011 мвВЕСТНИК

вую эффективность здания как за счет теплопотерь, так и за счет инфильтрации. Отметим, что оптимизация формы, размеров и конструкции заполнений светопроемов позволяет обеспечить дополнительную экономию энергии за счет использования естественного освещения.

Итак, из рис. 1 можно сделать следующие выводы:

- повысив эффективность тепловой изоляции наружных ограждающих конструкций здания, можно существенно снизить коэффициент теплопередачи Т, таким образом сэкономить огромное количество энергии;

- потери тепловой энергии при вентиляции V практически не изменяются, т.к. зданию любой группы (см. таблицу) необходима хорошая вентиляция как в гигиенических целях, так и, что еще важнее, для предотвращения проблем с конденсацией влаги и развитием плесени;

- количество дополнительной тепловой энергии, полученной за счет солнечной энергии S, в здании группы 4 останется приблизительно на том же уровне, что и в здании старой постройки;

- величина энергии бытовых теплопоступлений I останется приблизительно такой же, как и сейчас, т. к. количество бытовых электрических приборов в жилых помещениях в будущем возможно и увеличится, но и эффективность бытовой техники постоянно повышается. Таким образом, при большем количестве электрических приборов величина теплопоступления от них останется приблизительно такой же.

Важным моментом является изменение привычек и отношения жильцов к вопросам энергосбережения. В настоящее время при строительстве новых домов необходимо составлять энергетический баланс здания, учитывающий теплопотери и тепло от дополнительных источников энергии.

В Германии существуют жилые здания, способные обеспечивать свои собственные энергетические потребности. У этих зданий высокоэффективная теплоизоляция стен, окон и крыши.

Например, в одном из таких зданий потребность в электроэнергии покрывается за счет фотогальванических элементов, установленных на крыше. Более того, на крыше установлены солнечные коллекторы, способные нагревать, особенно в летнее время, хорошо изолированный водяной бак объемом около 10 м3. Водяной бак является системой аккумуляции сезонной энергии, и позволяет использовать в зимнее время часть солнечной энергии, накопленной летом.

Решающим значением для любой национальной экономики и экологического успеха в области сбережения энергии, затрачиваемой на отопление, является принятие адекватных энергосберегающих мер не только в отношении новых строящихся зданий, но и уже существующих зданий старой постройки. Повышение энергетической эффективности существующих зданий должно неукоснительно выполняться параллельно с модернизацией их конструктивных элементов. Очевидно, что создание в XXI веке городов с нулевыми выбросами возможно только в случае энергетической модернизации большого количества зданий старой постройки. Этого невозможно добиться за несколько лет, но такая задача должна быть поставлена и поэтапно выполняться.

Постоянное повышение цен на энергию и зависимость от поставщиков энергии смогли продвинуть проблему энергообеспечения в сознание широких кругов населения. При этом возникает понимание того, что защита климата и настойчивая политика в области энергетики являются основными направлениями деятельности государства. Необходимость эффективного использования энергии ставит задачи, которые могут быть решены с применением всех существующих методов и способов.

ВЕСТНИК 6/2011

Сегодня примерно от 30 до 40 % общей потребности в первичной энергии РФ приходится на строительный сектор. Энергия необходима главным образом для обогрева зданий и приготовления горячей воды. Тем временем многие страны осознали потребности времени и необходимость в более энергоэффективных конструкциях зданий.

Изучение современных технологий в строительстве показало, что энерго- и ресурсосбережение является основополагающим звеном, влияющим на выбор того или иного архитектурного и строительного решения в новых проектах.

Решающим значением для экономики муниципального городского хозяйства и экологического успеха в области сбережения энергии, затрачиваемой на водоснабжение и отопление, является принятие адекватных энергосберегающих мер не только в отношении новых строящихся зданий, но и уже существующих зданий старой постройки. Повышение энергетической эффективности существующих зданий должно неукоснительно выполняться параллельно с модернизацией их конструктивных элементов.

Литература

1.Бабакин В.И. Переустройство жилищного фонда. - М.: Стройиздат, 1989 г.;

2.Грабовый К.П., Чернышев Л.Н., Грабовый П.Г., Лукманова И.Г. и др. Энергосбережение в жилищной и коммунальной сфере. Рекомендовано Учебно-методич. объединением Мин. Обр. РФ по спец. «Экспертиза и управление недвижимостью» Москва, Екатеринбург, 2008 г.;

3.Грабовый П.Г. и др. Экономика недвижимости. Учебник для вузов. - Смоленск: Смолин-Плюс: М.: АСВ, 1999 - 567 с;

4.Грабовый К.П. О модернизации объектов жилищно-коммунальной инфраструктуры городов с целью повышения энергосбережения (с учетом зарубежного опыта) Международный научно-технический журнал Недвижимость. Экономика/Управление №3-4. Москва, 2009 г.

Literature:

1. Babakin V.I. Redevelopment Housing Fund. - Moscow: Stroyizdat, 1989;

2. Graboviy K.P., L.N. Chernyshov, Graboviy P.G., I.G. Lukmanova and other, Energy saving in the housing and communal services. Recommended Training and methodical. union Min. Arr. RF spec. "Appraisal and Property Management", Moscow, Yekaterinburg, 2008;

3. Graboviy P.G. Real Estate Economics, and others. Textbook for universities. - Smolensk Smolin Plus: MM: DIA, 1999 - 567 s;

4. Graboviy K.P. On the modernization of housing and communal infrastructure of cities to improve energy efficiency (taking into account foreign experience) International Scientific Journal of Real Estate. Economics / Management № 3-4. Moscow, 2009.

Ключевые слова: энергоресурсосбережение, инновационные разработки, энергоаудит, энергосберегающие технологии, нанотехнологии, энергоэффективностъ

Keywords: energy resources saving, innovation, energy audit, energy-saving technology, nanotech-nology, energy efficiency

Статъя представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»