Стратегия энергосбережения в
жилищно-коммунальном хозяйстве и социальной сфере

В. И. Ливчак, начальник отдела Энергоэффективности Мосгосэкспертизы, вице-президент НП «АВОК»

Энергосбережение – высокорентабельная отрасль хозяйствования: некоторые мероприятия позволяют получить до 30 и более процентов экономии топлива – продукта, имеющего постоянный спрос на международном рынке.

Наряду с экономией тепловой и электрической энергии мероприятия по энергосбережению одновременно повышают надежность энергоснабжения и комфортность пребывания людей в помещениях.

Во всем мире уделяется большое внимание энергосбережению, поскольку экономия энергоресурсов – это еще и снижение выбросов вредных газов в атмосферу при сжигании топлива, а соответственно и уменьшение парникового эффекта на Земле. В нашей стране также разработан Закон об энергосбережении, а Правительством Москвы периодически принимаются Программы по энергосбережению, об очередной из которых было рассказано в журнале «Энергосбережение» (2000, № 2).

Однако реализация Программы энергосбережения происходит не так успешно, как этого хотелось бы, да и планы устанавливаются не столь масштабные, как это должно быть. Так, например, в Москве на предстоящие три года ставится задача провести реконструкцию существующих жилых зданий с целью повышения теплозащиты наружных ограждений общей площадью 108 тыс. м², в то время как весь жилой фонд города составляет 188 млн. м², то есть реконструируется менее одной тысячной части жилого фонда.

Частично это объясняется недостаточностью средств, но также и незаинтересованностью большинства производителей и потребителей в экономии энергетических ресурсов. По-прежнему, как отмечалось нами на страницах этого журнала [1], конечный потребитель – жильцы или арендатор – платят не за то, что потребили, а по норме, которая для всех одинакова, и поэтому они не заинтересованы в снижении энергопотребления. Причем нормы, например, на горячее водоснабжение завышены в 1,5 раза против фактического потребления (если обеспечивается требуемый температурный режим и минимально необходимый уровень давления).

При такой системе расчетов производители и поставщики ресурсов списывают на потребителей все, что произвели, вместе с утечками и тепловыми потерями при транспортировке, и поэтому они не заинтересованы в выявлении и устранении этих потерь. В то же время существуют методики, позволяющие при частичном отсутствии приборов учета у потребителей, но при наличии их в ЦТП (а в Москве практически все ЦТП оборудованы теплосчетчиками) производить расчеты за потребленную тепловую энергию.

Сложившаяся в советское время система централизованного теплоснабжения с групповыми тепловыми пунктами (ЦТП) не отвечает современным рыночным отношениям. Все управление регулированием подачи тепла на отопление и горячее водоснабжение сконцентрировано в ЦТП, в домах – только отключающие задвижки. Но ЦТП эксплуатирует организация – перепродавец тепла. Она получает его у Теплосети «Мосэнерго» и передает организации, эксплуатирующей здания. Границей балансовой принадлежности между ними является стена дома. Очевидно, что хотя управление регулированием подачи тепла находится у организации-перепродавца, она не заинтересована в его экономии, и более того, если в домах будут стоять теплосчетчики, то она будет заинтересована продать как можно больше этого тепла, т. к. получит за него «живые» деньги.

Жители, объединенные в кондоминиумы или ЖСК, казалось бы, должны быть заинтересованы в экономии тепла, и если на вводе в дом были бы установлены теплосчетчики, то расходование тепла было бы известно, но они не могут управлять его потреблением, т. к. средства регулирования находятся в ЦТП. Поэтому при существующем положении ставить теплосчетчики на вводе в дом – это «омертвление» капитала. Такие счетчики нужны только в тех домах, где имеются средства автоматического регулирования подачи тепла. Отсюда следует, что надо отказываться от ЦТП и управление регулированием подачей тепла на отопление и горячее водоснабжение переводить в тепловой пункт каждого здания (ИТП). Одновременно такое решение приведет к сокращению потерь тепла внутриквартальными теплопроводами и к снижению расхода электроэнергии на перекачку теплоносителя. Каким при этом должно быть иерархическое построение городской системы теплоснабжения приведено в [2].

Наибольшая экономия достигается в том случае, когда жилец может сам управлять своим теплопотреблением и измерять его количество, как это имеет место с электроэнергией и как это является обязательным для нового строительства с водопотреблением – в каждой квартире предусматривается установка индивидуальных электро- и водосчетчиков. С отоплением такого прямого решения не получается – у нас традиционно применяются системы водяного отопления коллективного пользования с вертикальными стояками, когда к одному стояку подключаются отопительные приборы разных квартир. Для таких систем в соответствии с московскими городскими строительными нормами МГСН 2.01-99 в новом строительстве обязательным является установка термостатов перед каждым отопительным прибором с устройством автоматизированных узлов управления в местах подключения систем отопления к тепловым сетям.

Такое решение позволяет повысить комфортность и сократить теплопотребление на отопление за счет учета теплопоступлений с солнечной радиацией и от бытовых тепловыделений – но при условии наличия на каждом отопительном приборе измерителей тепла, позволяющих жильцу платить меньше за отопление, если потребление тепла уменьшается. В действительности такие измерители не устанавливаются и ничто не мешает жильцу жить комфортно при открытой форточке, через которую «сбрасываются» все избытки тепла. Необходимо срочно прибегнуть к помощи организаций, которые, как это принято на Западе, устанавливают теплоизмерители на отопительных приборах и продают свои услуги по считыванию их показаний и обсчету теплопотребления вплоть до выписки счетов на каждую квартиру.

Другое решение – это применение квартирных горизонтальных систем отопления, исключающих прокладку стояков в комнатах и позволяющих жильцу самому по желанию менять теплопоступления в квартиру и контролировать свое теплопотребление по тепло- или водосчетчику, устанавливаемому на вводе в квартиру аналогично электросчетчику. Квартирные системы могут выполняться из гибких металлопластиковых труб и подключаться по 2-трубной схеме к стоякам, прокладываемым по лестничной клетке. Такие системы реализуются в некоторых домах по индивидуальному проекту, в типовых зданиях по-прежнему применяют вертикальные однотрубные системы отопления с постоянно действующими замыкающими участками.

Сейчас каждый строящийся жилой дом оснащается автоматизированной системой учета потребления энергоресурсов, включающей узел учета тепла, воды и электроэнергии на здание в целом и двухтарифные электросчетчики и водосчетчики холодной и горячей воды в каждой квартире, с передачей показаний по радиосигналу в районный и центральный диспетчерские пункты. К сожалению, это решение вызвало негативную реакцию фирм, производящих или поставляющих энергетические и водные ресурсы, потому что, как уже было сказано, они не заинтересованы, чтобы жильцы оплачивали только то, что сами потребили. И здесь необходимо административно-правовое решение данного вопроса.

При двухтарифных электросчетчиках становится конкурентно-способным (по сравнению с газовыми водонагревателями) использование электрических водонагревателей с баками-аккумуляторами для нагрева. Высказываются предположения об эффективности применения электрического отопления. Однако в отношении экономики использования электроотопления, как и при применении для теплоснабжения децентрализованных газовых котельных на крыше зданий или котельных, пристроенных к зданию, вместо централизованного теплоснабжения от ТЭЦ, следует иметь ввиду, что в первых двух случаях из-за перевода отопительной нагрузки на электроэнергию или газовое топливо выработка электроэнергии вынужденно будет происходить по конденсационному циклу, а не по теплофикационному, как это имеет место при централизованном теплоснабжении от ТЭЦ, и КПД выработки будет в 2–2,5 раза ниже, чем на ТЭЦ. На Западе тоже говорят о целесообразности децентрализованного энергоснабжения, но там понимают под этим децентрализованные источники совместной выработки электрической и тепловой энергии на ГТУ, ПГУ или с использованием двигателей внутреннего сгорания, что действительно является оправданным.

В плане осуществления энергосбережения в эксплуатируемых зданиях, учитывая ограниченность выделяемых средств, необходимо установить приоритетность отдельных мероприятий и не следует в точности копировать решения для нового строительства.

Энергосберегающие мероприятия, связанные с повышением сопротивления теплопередаче наружных ограждений здания или с применением систем автоматического регулирования и контроля за потреблением энергетических и водных ресурсов, являются довольно затратными, они не всегда укладываются в приемлемые сроки окупаемости. И если в новом строительстве на фоне оснащения зданий такими атрибутами повышенного комфорта, как башенки, вертолетные площадки на крыше, панорамные лифты или лифты для подъема автомашины к входам в квартиры, к дверям многоэтажного дома, применение энергосберегающих мероприятий не вызывает сомнений, то в существующем жилом фонде, наверное, следует отдавать предпочтение менее затратным решениям.

С этой точки зрения интересно рассмотреть один из завершенных опытов реконструкции существующего 9-этажного 4-секционного жилого дома типовой серии 1-515, который реализован в Москве на Хабаровской ул., 24. Здесь был применен такой же подход, как и в новом строительстве. На фасадах были заменены окна на теплозащитные с низкой воздухопроницаемостью (однокамерный стеклопакет с заполнением аргоном и низкоэмиссионным покрытием внутреннего стекла), были застеклены балконы и произведено утепление стен (керамзитобетонных панелей толщиной 400 мм) 10-сантиметровым слоем минеральной ваты из базальтового волокна на синтетическом связующем, по металлическому каркасу с воздушным зазором были навешены декоративные панели «Мармарок».

Стоимость утепления стен по исполнительным сметам составило 1 900 руб./м² поверхности стены (за вычетом площади окон) или 1 250 руб./м² общей площади квартир. Это мероприятие приводит к сокращению расхода тепла на 55 кВт.ч/м² за отопительный период, или к сокращению стоимости на 13 руб./м² общей площади квартир (при стоимости 0,24 руб. за кВт.ч).

Стоимость замены окон составила 1 000 руб./м² общей площади квартир. Остекление балконов, не дающее энергетического эффекта и выполненное из архитектурных соображений, – еще 630 руб./м².

Все это говорит об очень больших затратах на реконструкцию фасадов – в условиях ограниченности средств на капитальный ремонт и при больших процентах на кредит о разумных сроках окупаемости говорить не приходится.

В связи с этим интересен пример возвращения из долгостроя 25-этажного жилого дома по Сумскому пр., корпус 1 (Москва). Строительство дома было начато до внесения изменений в строительные нормы с фасадными стенами из керамзитобетонных панелей. При достройке здания были установлены современные теплозащитные окна, выполнено утепление кровли в соответствии с требованиями норм, применено эффективное авторегулирование системы отопления, но утепление стен решили не делать, т. к. это казалось неподъемным.

Однако сопротивление теплопередаче существующих стен оказалось более чем в 1,5 раза ниже требуемого по санитарно-гигиеническим и комфортным условиям, что могло стать причиной появления конденсата на внутренней поверхности наружных стен и образования плесени. В то же время расчеты показали, что если выполнить теплоизоляцию наружных стен 3-сантиметровым слоем минваты или пенополистирола, а это не требует дорогостоящего каркаса, то приведенное сопротивление теплопередаче такой стены не только станет выше минимально допустимого, но по удельному расходу тепла на отопление за отопительный период проект здания будет соответствовать требованиям энергоэффективности московских территориальных норм МГСН 2.01-99, а ожидаемое снижение теплопотребления зданием составит 30% по сравнению с решением без утепления фасадных стен.

В то же время доходность мероприятий по тепловой изоляции зданий возрастает, если рассматривать ее не только как возможность экономии энергии, но и как решение проблем локального промерзания и сквозняков, как возможность увеличения срока службы зданий из-за обновления внешнего покрытия стен и т. д.

В здании на Хабаровской ул. была выполнена также полная замена системы отопления с установкой термостатов на отопительных приборах и устройством автоматического управления подачи тепла на вводе в здание, что по стоимости составило 650 руб./м² общей площади квартир. В то же время, если ограничиться только организацией пофасадного авторегулирования отопления, то затраты были бы 90 руб./м².

Причем жилые здания, построенные в 1960–1980 годах по типовым проектам, – это, как правило, бесчердачные здания с посекционными вертикально-однотрубными системами отопления, с нижней разводкой подающей и обратной магистралей и П-образными стояками. Поэтому все переключения, необходимые для объединения пофасадных веток секционных систем, делаются только в подвале, исключаются сварочные и другие монтажные работы в квартирах, необходимые при врезках термостатов. Следует только в нескольких комнатах установить датчики температуры внутреннего воздуха для управления регулятором отопления.

В середине 1990-х годов в рамках программы энергосбережения в Москве нами были выполнены сопоставительные испытания системы отопления с пофасадным авторегулированием, осуществленной в двух секциях 14-этажного жилого дома, и системы отопления с термостатами (без теплоизмерителей, но с ограничением открытия) и центральным авторегулированием температуры теплоносителя в зависимости от температуры наружного воздуха – в другой секции того же дома. Экономия тепла за отопительный период в обоих случаях оказалась примерно одинаковой и составила около 15% годового теплопотребления, хотя квартиры с пофасадным регулированием пришлось перетапливать из-за жалоб одного из жильцов на низкую температуру отопительных приборов, в то время как температура воздуха была в норме – в этом недостаток принудительного регулирования подачи тепла.

Пофасадное авторегулирование позволяет одновременно сокращать теплоотдачу отопительных приборов и стояков системы отопления вплоть до полного отключения при необходимости. Таким образом, остаточная теплоотдача в таких системах отсутствует, а в системах отопления с термостатами при их закрытии теплоотдача стояков остается. Опыт автора данной статьи в осуществлении пофасаднорегулируемой системы в 1980-х годах на ряде зданий в Москве показал, что при наружной температуре -5–7°C система отопления освещенного солнцем фасада выключается полностью не только на период освещения этого фасада солнцем, но, как минимум, на такое же время и после за счет отдачи тепла, саккумулированного мебелью и внутренними ограждениями.

Поэтому при реконструкции, особенно муниципальных зданий, можно ограничиваться только пофасадным авторегулированием системы отопления, не устанавливая термостаты на отопительных приборах. В секционных системах с нижним и верхним розливом трубопроводов пофасадное разделение делается путем устройства перемычек в подвале и на чердаке, при этом главный стояк одной секции используется для «питания» одной пофасадной системы, а стояк другой секции – для системы противоположного фасада.

В домах с теплым чердаком, выполняющим роль сборной камеры вытяжного воздуха, который удаляется потом на улицу через единую на секцию шахту (именно такие дома стали сооружаться в России по типовым проектам после бесчердачных зданий), облегчается установка датчиков температуры внутреннего воздуха. Аналогом этой температуры может быть температура воздуха в сборных каналах вытяжной вентиляции из кухонь квартир, ориентированных на данный фасад. Подтверждение такой возможности было экспериментально доказано на ряде объектов и принято в качестве типового решения для центрального авторегулирования подачи тепла на отопление с коррекцией по температуре внутреннего воздуха в ЦТП.

В зданиях социальной сферы энергоэффективность авторегулирования подачи тепла на отопление еще выше. Так, если в помещениях не предусматривается механическая приточная вентиляция, то система отопления должна рассчитываться на нагрев требуемого для вентиляции наружного воздуха в объеме не менее однократного обмена в час. Но такой воздухообмен необходим только в рабочее время, а в нерабочее он будет определяться только воздухопроницаемостью закрытых окон и естественным напором. Из-за этого в помещениях, оборудованных системой водяного отопления без термостатов, будет наблюдаться перегрев, который мог бы быть снят наряду с другими теплоизбытками, если бы были установлены термостаты.

Если в здании все помещения не оборудованы механической вентиляцией, то следует применять центральное авторегулирование подачи тепла на отопление по графику в зависимости от изменения наружной температуры с коррекцией этого графика при отклонении внутренней температуры помещений от заданного значения. При этом возможно осуществление ночного снижения подачи тепла, но оно потребует запаса в поверхности нагрева отопительных приборов для восстановления температуры воздуха на комфортном уровне перед началом рабочего дня.

В зданиях, оснащенных приточной механической вентиляцией, компенсировать ночной недогрев можно было бы перегревом приточного воздуха, что требует меньших затрат по сравнению с переоборудованием водяной системы отопления. Значительная экономия тепла достигается введением периодического режима работы систем воздушного отопления, совмещенного с приточной вентиляцией, которые применяются в типовых проектах школьных зданий и торговых залах магазинов. Выключение таких систем в нерабочее время позволяет исключить излишний расход тепла на нагрев наружного воздуха до температуры воздуха в помещении (перегрев этого воздуха компенсирует имеющиеся теплопотери здания через наружные ограждения).

Таблица (подробнее)

В качестве примера приводится таблица сопоставления фактического теплопотребления ряда школ последней типовой серии V-92, определенного по приборам учета тепла и выставляемого к оплате согласно заключенного с теплоснабжающей организацией договора. Школы работали в периодическом режиме эксплуатации: отключение систем приточной вентиляции и воздушного отопления после окончания рабочего дня, включение системы воздушного отопления за 2 часа до начала занятий в режиме натопа, после чего переключение системы в режим вентиляции и включение приточной вентиляционной системы. В нерабочие дни и иногда в ночные часы при снижении внутренней температуры ниже заданной – включение системы воздушного отопления до восстановления этой температуры. Система водяного отопления работает в постоянном режиме.

Как видно из таблицы, среднегодовое фактическое теплопотребление школ корреспондируется между собой и вместе с другими школами составляет 1 410 Гкал на одну школу, что в сравнении с режимом постоянной эксплуатации обеспечило экономию 2 222–1 410=812 Гкал, или 812х100/2 222=36,5%. По сравнению с выставляемыми счетами по договору фактическое теплопотребление ниже в 2,8 раза, оставаясь по удельной энергоемкости довольно высоким – 233 кВт.ч/м² общей площади за год, а отдельно на отопление и вентиляцию – 185 кВт.ч/м² (строительство школ выполнено до повышения требований СНиП по теплозащите зданий).

В отчете [3], из которого заимствована приведенная таблица, приведены аналогичные сопоставления по школам других серий (65-425/1, V-76 и V-79), подтверждающие сделанные выводы: фактическое теплопотребление ниже более чем в 2 раза выставляемой оплаты по договору, а удельная энергоемкость, соответственно, составила 350, 290 и 280 кВт.ч/м².

Выше были рассмотрены решения по энергосбережению при теплоснабжении зданий массового строительства в условиях ограниченного финансирования. Поэтому не затронуты перспективные вопросы использования утилизации тепла и возобновляемых источников энергии, которые требуют больших единовременных капиталовложений.

Рамки данной статьи не позволили осветить такие важные вопросы, как энергетическая паспортизация зданий и выполнение тепловых испытаний с целью выявления соответствия фактического теплопотребления расчетным показателям и установления первоочередных мероприятий по энергосбережению.

Литература

1. Ливчак В. И. Предложения по изменению системы расчетов за тепловую энергию. – «АВОК», № 1, 1998.

2. Ливчак В. И. Энергосбережение в системе централизованного теплоснабжения на новом этапе развития. – «Энергосбережение», № 2, 2000.

3. Отчет Московского агентства по энергосбережению «Проведение энергоаудита школьных зданий, сооруженных по типовым проектам МНИИТЭП, разработка программы энергосбережения в школах», № 1, 1998.