Энергосберегающие технологии вторичной застройки реконструируемых жилых кварталов

С. Н. Булгаков, академик, первый вице-президент Российской Академии Архитектуры и Строительных наук.

Социальная, экономическая и градостроительная ситуация в России на рубеже XX-XXI веков в жилищно-коммунальной сфере характеризуется острым дефицитом жилья, особенно жилья социального назначения для малообеспеченных граждан, чрезвычайно высокими ценами на жилье и эксплуатационными затратами на его содержание, неудовлетворительным состоянием значительной части жилищного фонда и объектов его инженерной инфраструктуры.

В условиях острого недостатка инвестиций большая часть объектов по-прежнему возводится по традиционным проектам из массивных и дорогостоящих конструкций. Энергетические затраты на их изготовление и транспортные затраты на перевозку достигают в общих затратах на строительно-монтажные работы более 50%. Несмотря на некоторое ужесточение норм строительной теплотехники, даже для энергоэффективных зданий по второму этапу внедрения, начиная с 2000 г., удельный расход тепловой энергии в здании в 2 раза превышает аналогичный норматив, действующий в Германии. В энергетическом балансе страны до 40% энергоресурсов расходуется на энергообеспечение жилых, общественных и промышленных зданий. По данным НИИСФ, удельные теплопотери в жилых зданиях составляют 225 Гкал/тыс. м². При этом, например, в 5-этажном жилом доме до 56% теплопотерь приходится на нагревание инфильтрующегося и вентилируемого воздуха, до 22% теплоты теряется через стены здания, около 14% - через окна, а еще 8% - через полы первого этажа и через чердаки. До 30% потерь энергоресурсов происходит в магистральных и внутриквартальных тепловых сетях.

К сожалению, до настоящего времени не разработана стратегия и новые подходы к рациональному использованию энергоресурсов. Очевидная и многократно проверенная в мировой практике хозяйствования политика экономии энергоресурсов не стала у нас определяющим направлением в сфере капитального строительства и в жилищно-коммунальной сфере.

По-прежнему разрабатываются и реализуются проекты строительства, ориентированные на минимизацию затрат на стадии возведения объектов, а не инвестиционно-строительные проекты, ориентированные на минимизацию затрат в эксплуатационный период. Больше внимания уделяется процессу строительства зданий и сооружений, нежели правильной и экономной их эксплуатации, своевременному ремонту и реконструкции. Между тем, именно в сфере эксплуатации могут быть получены наиболее масштабные результаты экономии энергоресурсов. Достаточно отметить, что ежегодные объемы нового жилищного строительства - 35-40 млн. м² составляют менее 2% эксплуатируемого жилищного фонда. И вся экономия энергоресурсов за счет ужесточения норм строительной теплотехники в сфере нового жилищного строительства в ближайшие 10 лет не составит и 5%.

Вывод из всего сказанного напрашивается сам собой: если мы хотим получить реальные и ощутимые результаты по энергосбережению, основное внимание необходимо уделять модернизации и реконструкции существующего жилищного фонда - жилых зданий и систем их энергообеспечения.

При этом энергосберегающие решения зданий включают в себя следующие мероприятия:

- тепловая защита здания: утепление стен, покрытия, потолков подвалов, замена оконных заполнений, балконных и входных дверей;

- модернизация теплового пункта с установкой приборов учета, контроля и регулирования расхода энергоносителей;

- модернизация или замена систем отопления с установкой поприборной регулировочной арматуры;

- модернизация систем вентиляции с устройством отбора и повторного использования теплоты;

- модернизация систем горячего водоснабжения с установкой счетчиков расхода воды и дискретно регулирующей запорной арматуры;

- модернизация систем электроосвещения и электроснабжения с установкой счетчиков и автоматических приборов отключения сети.

Возможности энергосбережения в зданиях повышаются при использовании нетрадиционных источников энергоснабжения: гелиоустановок, тепловых насосов, аккумуляторов тепла, теплоутилизаторов.

По внешним системам теплоснабжения существенные результаты энергосбережения могут быть получены при рациональном сочетании использования существующих источников и систем централизованного теплоснабжения и источников локального теплоснабжения, либо, при экономической целесообразности, при полной замене последними этих систем.

При этом прежде всего имеется в виду использование локальных котельных установок контейнерного типа, устанавливаемых на крышах или вблизи отапливаемых зданий, а также поквартирных мини-котельных установок. При этом примерно на 1/4 повышается коэффициент полезного действия современных автоматизированных котельных против существующих котлоагрегатов на ТЭЦ или районных котельных, устраняется до 30% потерь теплоты при транспортировке в теплотрассах, снижается на 1/3 расход топлива за счет автоматического регулирования режима работы котлов и систем отопления.

Совокупность энергосберегающих мероприятий собственно по зданиям, по системам и источникам теплоснабжения позволяет сократить эксплуатационные расходы тепловой энергии в 2 и более раз при сохранении всех необходимых параметров тепловой комфортности жилища. В расчете на 1 млн. м² жилья в средней полосе России может быть сэкономлено до 25-30 тыс. т условного топлива в год.

Реализация комплекса энергосберегающих мероприятий в полной мере может быть осуществлена при системном подходе к модернизации и реконструкции существующего жилого фонда. Максимально возможные результаты могут быть получены, если в качестве объекта реконструкции рассматривается не отдельное здание, а комплекс жилых домов вместе с объектами социальной и инженерной инфраструктуры.

Концепция комплексной реконструкции кварталов жилой застройки разработана автором в 1995-1996 гг. В основе концепции лежит комплексный градостроительный подход к решению проблемы. Его суть в том, что в качестве объекта реконструкции принимается квартал или микрорайон жилой застройки. Выбор направлений и содержания реконструкции жилого фонда не выше 5-этажной застройки проводится на основе учета градостроительной ситуации, физического состояния зданий, социальной потребности в жилье и ценности участка застройки. При этом на передний план выдвигается не жилой дом с определенным уровнем физического и морального износа, а застройка квартала, микрорайона и градостроительная ситуация в целом.

При этом решаются три задачи: преобразование кварталов и микрорайонов по современным законам градостроительного искусства с уплотнением жилой застройки; улучшение условий проживания населения с повышением уровня комфортности квартир и развитием сети и мощностей объектов инфраструктуры; создание энергоэффективных зон жилой застройки.

Одновременное решение этих трех задач практически приводит к разработке и осуществлению проектов вторичной застройки существующих жилых кварталов, концепция и основные принципы которой разработаны и опубликованы автором в 1996-1997 гг.

В основу концепции вторичной жилой застройки застроенных территорий положены следующие принципы:

- комплексность вторичной застройки кварталов и микрорайонов объектами жилья, социально-бытового, торгового и производственного назначения, а также объектами инженерной инфраструктуры, включая стоянки и гаражи для автомобилей;

- самоокупаемость и экономическая рентабельность проектов вторичной жилой застройки кварталов и микрорайонов с исключением затрат на снос домов первых массовых серий и на освоение новых территорий под жилищное строительство;

- архитектурно-градостроительная совместимость с окружающей, в том числе исторической, застройкой;

- социальная привлекательность проектов вторичной жилой застройки для жителей существующей застройки, переселяющихся в пределах того же квартала в более комфортные квартиры, и для новых жителей, приобретающих квартиры, создаваемые при уплотнении застройки;

- максимальная сохранность и использование существующих жилых зданий, сооружений, объектов инфраструктуры и наращивание их площадей, числа квартир, объема услуг и мощностей систем инженерного обеспечения с целью сокращения стоимости готовой строительной продукции вторичной застройки;

- повышение надежности и сопряженности жизненного цикла существующих конструкций, зданий и сооружений с вновь возводимыми при вторичной застройке;

- энергоэкономичность отдельных объектов и кварталов вторичной застройки;

- достаточный состав и количество объектов социальной инфраструктуры и рабочих мест в сфере бытового обслуживания и предпринимательской деятельности для граждан с ограниченными возможностями трудоустройства, проживающих в данном квартале;

- экологическая безопасность и защищенность от экстремальных природных и техногенных воздействий.

Реализация изложенных принципов осуществима при непременном условии комплексного рассмотрения и взаимосогласованного решения градостроительных, архитектурных, конструктивных, организационно-технологических, социальных, экономических и экологических аспектов проблемы вторичной жилой застройки застроенных территорий.

В общем виде концепция вторичной жилой застройки застроенных территорий кварталов и микрорайонов домами первых массовых серий, основанная на изложенных принципах, предопределяет новый стратегический этап в развитии жилищного строительства в городах России, рассчитанный на 20-30 лет. Основным его содержанием должны стать следующие мероприятия:

- организация строительства нового жилья и реконструкции существующей жилой застройки в рамках единого процесса, совмещенного во времени и пространстве;

- ликвидация в сфере городской застройки безликих кварталов и дискомфортных малометражных квартир посредством включения их в новые архитектурно-строительные системы и полного поглощения вновь создаваемой сферой застройки;

- обеспечение прироста площадей жилья и количества квартир в городах в основном за счет вторичной застройки территорий без расширения границ городов и обустройства отдаленных территорий объектами инфраструктуры;

- продление жизненного цикла домов, подлежащих реконструкции, до сроков, сопоставимых со вновь возводимыми домами;

- комплексное решение проблемы крупномасштабного энергосбережения при эксплуатации жилого фонда посредством возведения теплоэффективных ограждающих конструкций энергоэкономичных ширококорпусных домов, регулируемых систем отопления и использования, как правило, автоматизированных автономных котельных вместо централизованного теплоснабжения от тепловых сетей;

- максимальное сохранение и использование объектов социальной и инженерной инфраструктуры с развитием состава, числа и мощностей ее объектов до уровня требований современных нормативов;

- комплексное решение социальных проблем, включая сохранение для всех жителей кварталов вторичной застройки привычных для них мест проживания, переоборудование малометражных квартир в комфортные полнометражные, создание условий для надомной трудовой деятельности и достаточного количества рабочих мест и стоянок автомобилей внутри квартала, расширение внутриквартальной сети объектов социальной инфраструктуры, снижение затрат на оплату коммунальных услуг, прежде всего, за тепловую энергию, создание более благоприятных условий использования внутриквартальных территорий, освобождаемых от автомобилей и перманентно ремонтируемых теплотрасс;

- снижение стоимости строительства нового и реконструкции существующего жилья за счет вторичного бесплатного вовлечения в инвестиционные ресурсы уже использованных ранее (неэффективно) земельных участков с объектами инженерной инфраструктуры, исключения затрат на освоение территорий под новое жилищное строительство, перехода к массовому строительству энерго- и ресурсоэкономичных ширококорпусных жилых домов в монолитном и сборно-монолитном исполнении.

Проектные предложения по осуществлению вторичной жилой застройки застроенных территорий состоят, прежде всего, в разработке проекта "жилого дома вторичной застройки" (см. "Решение о выдаче патента" от 3.11.97 по заявке 96117019/03(023293) и проекта вторичной застройки квартала с использованием домов вторичной застройки и других известных приемов уплотнения жилой застройки с комплексом решений по развитию инженерных сетей и других объектов инфраструктуры.

При разработке проектов вторичной застройки жилых кварталов особое внимание уделяется проблемам крупномасштабного энергосбережения при эксплуатации жилого фонда.

Сокращение энергозатрат достигается путем осуществления при строительстве и реконструкции зданий комплекса энергосберегающих мероприятий, ориентированных на действие в течение всего жизненного цикла зданий.

Среди них ведущее место занимают мероприятия по уменьшению удельных тепловых потерь зданий за счет применения новых объемно-планировочных решений. Известно, что удельные тепловые потери зданий зависят от отношения площади наружных ограждений к объему или площади отапливаемых помещений. В ширококорпусных домах высотой 9-12 этажей это отношение примерно на 40% меньше, чем в 5-этажных домах старой застройки.

Вторым по значению комплексом энергосберегающих мер является переход при строительстве новых и реконструкции существующих зданий на новые виды многослойных наружных ограждающих конструкций, приведенное сопротивление теплопередаче которых соответствует требованиям и действующим нормативам.

Третий комплекс энергосберегающих мер связан с модернизацией систем отопления и теплового оборудования.

Неэкономичные в эксплуатации однотрубные вертикальные системы отопления должны уступить место системам с горизонтальным поквартирным распределением теплоносителя от стояков, установленных в лестничных клетках. Это позволяет наиболее простым и надежным методом организовать поквартирный учет потребляемой тепловой энергии и индивидуальное автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов. В результате обеспечивается сокращение потребления тепла на 15-20%.

Эффективной мерой энергосбережения является установка в каждой квартире приборов учета потребления холодной и горячей воды. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, это позволяет снизить расход воды на одного жителя до 40%.

Дополнительная экономия тепла в размере 8-15% в жилых зданиях и до 30-40% в общественных достигается путем реконструкции тепловых пунктов в зданиях и оснащения их современным технологическим оборудованием и средствами автоматизации, осуществляющими автоматическое регулирование температуры воды в зависимости от температуры наружного воздуха и изменения температуры теплоносителя по заданной программе: для жилых зданий в ночные часы, а для общественных - в нерабочее время.

Значительным источником энергосбережения могут стать модернизированные системы вентиляции. В системах вентиляции общественных зданий (магазинов, кафе, офисов и т.д.), расположенных на территории жилого квартала, а возможно и в жилых зданиях, целесообразно предусматривать утилизацию теплоты вытяжного воздуха путем установки различного вида теплообменников (пластинчатых, рекуператоров, вращающихся теплообменных аппаратов регенеративного принципа действия, тепловых труб, воздушных калориферов), функционирующих самостоятельно или в комплексе с кондиционерами или тепловыми насосами.

С учетом сокращения удельных затрат энергоресурсов при вторичной застройке застроенных территорий и общей тенденции увеличения жилой площади, приходящейся на 1 чел., общий расход тепловой энергии на отопление, горячее водоснабжение и вентиляцию зданий может сохраняться на прежнем уровне, в связи с чем в ряде случаев может не потребоваться сооружение дополнительных источников теплоснабжения и прокладка новых тепловых сетей. Но, как правило, при уплотнении застройки в 2-3 раза непременно возникает необходимость в наращивании мощностей существующих источников централизованного теплоснабжения или в устройстве локальных (автономных) систем теплоснабжения.

В условиях длительной эксплуатации централизованных систем теплоснабжения с высокой степенью износа трубопроводов существенным снижением первоначального качества термоизоляционных материалов даже при высокой проектной эффективности централизованных систем теплоснабжения в реконструируемых жилых кварталах применение автономных систем теплоснабжения жилых кварталов вторичной застройки в большинстве случаев не имеет альтернативы. При разработке проекта и бизнес-плана вторичной застройки любого квартала выбор системы теплоснабжения (централизованной, автономной либо смешанной) требует проведения соответствующего технико-экономического анализа с целью определения оптимального варианта.

Экономическое сопоставление использования централизованной или автономной систем теплоснабжения в различных реальных условиях может показать целесообразность использования любой из них. Но, как правило, в существующем состоянии централизованные системы оказываются менее рентабельными по сравнению с современными автоматизированными автономными системами.

В отличие от расходов тепловой энергии, величина которых при вторичной жилой застройке застроенных территорий может при одновременном осуществлении комплекса энергосберегающих мероприятий возрастать или сохраняться на прежнем уровне, размер электропотребления вторично застроенных территорий неизбежно увеличится.

Значительный рост электропотребления обусловлен заменой в жилых кварталах газовых плит на электроплиты, существенным увеличением насыщения квартир различным современным электрооборудованием и бытовой техникой: посудомоечными и стиральными машинами, микроволновыми печами, бытовыми электроводоподогревателями, отопительными приборами, бытовыми кондиционерами и пр.

Резко увеличится электропотребление в связи со строительством объектов социальной инфраструктуры, оснащаемых большим количеством оборудования и приборов, работающих от электросети.

В связи с вышеизложенным можно сказать, что расширение и реконструкция систем электроснабжения районов вторичной застройки в любом случае представляется необходимой.

Решение этой проблемы может осуществляться традиционными способами:

- увеличением мощности трансформаторных подстанций или строительством дополнительных подстанций;

- заменой существующей кабельной сети на большие сечения или прокладкой кабелей к вновь возводимым объектам.

В ряде случаев более целесообразными и экономичными могут оказаться нетрадиционные решения, например, создание в районах вторичной жилой застройки собственных источников электроснабжения:

- установкой блочных мини-ТЭЦ в контейнерном исполнении на базе газового двигателя и котла-утилизатора;

- преобразованием квартальной водогрейной котельной в мини-ТЭЦ путем установки предвключенной газовой турбины перед котлом.

Таким образом, вторичная жилая застройка застроенных территорий требует комплексного рассмотрения вопросов развития и реконструкции всей инженерной инфраструктуры.

Решение такой задачи для каждого конкретного района должно базироваться на результатах натурных обследований, принимаемых градостроительных решениях по вторичной застройке жилого квартала (микрорайона) и технико-экономическом сопоставлении эффективности перечисленных выше способов развития и реконструкции инженерных систем, выполняемых на стадии предпроектных и проектных разработок с учетом местных условий.

При комплексном подходе к решению проблемы вторичной жилой застройки реконструированные жилые кварталы и микрорайоны в каждом городе превратятся в энергоэкономичные зоны.