Развитие светопрозрачных конструкций в контексте современной истории энергосбережения

А. В. Спиридонов, канд. техн. наук, зав. лабораторией «Энергосберегающие технологии в строительстве» НИИ строительной физики РААСН, президент Ассоциации АПРОК, лауреат Премии Правительства РФ

И. Л. Шубин, канд. техн. наук, профессор, директор НИИ строительной физики РААСН, лауреат Премии Правительства РФ

Первый этап (1973–1991 годы)

Оглядываясь назад, видим, что основные усилия, направленные на экономию энергии, развитые государства предпринимают в периоды резкого роста цен на углеводородное сырье. Поэтому начало первого этапа энергосбережения связано с арабо-израильским конфликтом¹, нефтяным эмбарго, резким ростом цен на нефть и газ.

В большинстве развитых государств были приняты решения о разработке специальных программ экономии энергии, выделении громадных бюджетных средств на проведение научно-исследовательских и конструкторских разработок по использованию нетрадиционных источников энергии, снижению энергопотребления в различных отраслях промышленности и разработке законодательных инициатив, направленных на снижение потребления энергетических ресурсов.

К сожалению, большинство работ, начатых в те годы, показали недостаточную эффективность и длительную (иногда просто запредельную) окупаемость. И поскольку цены на нефть стали быстро снижаться, щедрое поначалу финансирование к середине 1980 х годов было значительно сокращено.

Основные результаты первого этапа:

• многочисленные разработки энергетических законодательств, систем поощрений, субсидий, льгот и штрафов;
• разработка целостной идеологии экономии энергии: для успешного решения проблем энергосбережения необходим комплексный подход к нему;
• создание крупных исследовательских центров в Европе и США, а также очень динамичных и мобильных команд специалистов. Например, в знаменитой лаборатории Lawrence Berkeley National Laboratory² (LBNL) был организован отдел по энергосбережению в строительстве.

Именно LBNL и некоторые европейские специалисты причастны к, пожалуй, единственному прорывному достижению 1970–1980 х годов в оконной отрасли – разработке промышленного производства магнетронного нанесения теплоотражающих покрытий на большеформатные листовые стекла, которые станут в 1990 е годы основным и необходимым элементом энергосберегающих светопрозрачных конструкций.

Стоит упомянуть инициативу правительств скандинавских стран, за счет государства заменявших в квартирах граждан старые, неэффективные окна на новые – со стеклопакетами и отдельным стеклом. Этот способ снижения энергетических затрат в зданиях в дальнейшем будет применяться во многих странах.

Второй этап (1991–2003 годы)

В 1991 году стартовал³ новый энергетический кризис, и начался второй этап энергосбережения.

Этот период отмечен значительно более интересными результатами с точки зрения внедрения новых энергосберегающих технологий. Стали активно внедряться тепловые насосы, ветрогенераторы, солнечные элементы, были построены первые энергоэффективные («пассивные») здания, впервые массово начали заниматься санацией зданий старой постройки с целью доведения их до современных требований по энергосбережению.

Первый энергосберегающий закон

В 1992 году в США был принят первый в истории комплексный документ Energy Act 1992, в котором были сформулированы основные проблемы в энергосбережении и направления их решения. Он стал определяющим для развития новых технологий в области энергосбережения и использования альтернативных и нетрадиционных источников энергии на более чем десятилетний период.

В 1995 году аналогичный шаг был сделан в Германии. Помимо задач, поставленных Energy Act 1992, в немецком документе решалась проблема энергопотребления множества зданий, расположенных в восточной части страны и построенных по советским проектам («хрущевки»). Так, в соответствии с немецким федеральным законом по энергосбережению было установлено, что:

• существующие здания в течение семи лет должны быть доведены до установленного уровня энергозатрат или снесены в случае невозможности или нецелесообразности реконструкции;
• новые здания должны возводиться с удельным расходом энергии на отопление не выше 100 кВт•ч/м²/год, остальные затраты были ограничены уровнем 60 кВт•ч/м²/год;
• невыполнение закона наказывалось увеличением коммунальных платежей, огромными штрафами и т. п., другими словами, владение таким зданием становилось финансово обременительным.

В России в 1996 году был принят первый Федеральный закон «Об энергосбережении» (№ 28 ФЗ), который, к сожалению, так и не заработал.

Достижения второго этапа энергосбережения

В это время началась реализация большинства проектов «пассивных» зданий и поселков, окончательно сформировалось понимание необходимости комплексной оценки зданий и эффективности энергосберегающих технологий.

В оконной отрасли на этом этапе достигнуты следующие результаты:

• современные светопрозрачные конструкции стали необходимым атрибутом при строительстве и реконструкции;
• практически во всех развитых странах (за исключением государств с жарким климатом, например Испании и Италии) окна из ПВХ-профиля со стеклопакетами стали преобладающей на рынке продукцией, особенно из ПВХ-профилей, в которых свинцовые добавки были заменены на более экологически безопасные;
• современные оконные технологии пришли и утвердились в России и Китае, а к 2003 году по объему производства светопрозрачных конструкций Китай вышел на первую, а Россия – на третью позицию в мире. Справедливости ради отметим, что об энергосберегающих свойствах значительной части оконной продукции, выпускаемой в этих странах, можно спорить;
• многие страны мира пережили настоящий бум в строительстве высотных зданий, фасадные конструкции которых стали оборудовать (и это оказалось экономически оправдано) светопрозрачными панелями с энергосберегающим стеклом;
• вернулись и начали активно развиваться проекты зданий с максимальным использованием естественного освещения и активной солнцезащиты – это позволяет снизить нагрузки на системы отопления и кондиционирования воздуха;
• активизировались попытки совмещения фасадных конструкций зданий с солнечными элементами для выработки дополнительной энергии, используемой в дальнейшем для внутреннего и внешнего электроснабжения;
• в зданиях различного назначения при их оборудовании современными, как правило, герметичными окнами были практически решены проблемы вентиляции помещений.

Третий этап (2003–2007 годы)

Начало этого этапа связано не только с политикой⁴, но и с осознанием того, что климат планеты серьезно меняется и глобальному потеплению способствует деятельность человека и неконтролируемый выброс двуокиси углерода.

В этот период началось массовое производство новых материалов, позволяющих более эффективно использовать различные возобновляемые виды энергии. В частности, производство тонкопленочных солнечных элементов, коэффициент полезного действия которых на сегодняшний день выше традиционных кремниевых, а стоимость существенно ниже, предопределило «взрывной» характер роста применения фотоэлектрических систем, в том числе в оконной и фасадной индустрии.

Законодательное стимулирование энергосбережения

В апреле 2004 года юридически заработал подписанный в декабре 1997 года Киотский протокол, сыгравший важную роль в дальнейших шагах Европейского союза⁵ по энергосбережению.

Помимо этого был разработан консолидированный документ 27 стран Евросоюза, известный под условным названием «Программа 20–20–20», который был принят европейским Парламентом 17 декабря 2008 года, правда, реально начал действовать с 2009 года.

В 2004 году Конгресс США, провозгласив выполнение основных положений Energy Act 1992, принял новый, еще более амбициозный документ – Energy Act 2004, а также разработал так называемые «Дорожные карты» (Road Map) для различных отраслей промышленности: документы, определяющие краткосрочные и среднесрочные конкретные цели энергосбережения.

Достижения

В странах Европейского союза и в США энергосбережение становится основой экономики и поддерживается большинством граждан, несмотря на то, что некоторые новые технологии все еще намного дороже традиционных.

Оконные фирмы также не остались в стороне от мировых тенденций (main stream). Начиная с 2005 года, большинство ведущих фирм все чаще используют энергосберегающие технологии в своей традиционной продукции, например солнечные элементы в качестве жалюзи или межэтажных заполнений, и представляют осуществленные проекты новых зданий с минимальным или нулевым расходом энергии на их эксплуатацию.

Разработаны новые, более жесткие меры наказания для тех, кто не поддерживает усилия государств по переходу на более экологичные виды топлива и всемерную экономию энергии. Развиваются и программы субсидирования потребителей.

Четвертый этап (2008 год – настоящее время)

Начало этому периоду положил финансовый кризис, негативно сказавшийся на экономиках практически всех стран. Особенно сильно он отразился на финансовой сфере и строительной отрасли.

В большинстве развитых стран, учитывая кризис 1930 х годов, выжили фирмы, которые вывели на рынок новинки, иногда более дорогие, чем у конкурентов, но с лучшими потребительскими характеристиками. В России все затратные проекты энергосбережения в этот период были приостановлены, а компании перешли на выпуск более дешевой и менее качественной продукции. Это в полной мере коснулось российской оконной отрасли.

Энергосберегающие программы

В Европе активно начала работать «Программа 20–20–20», основные цели которой – снижение по сравнению с 1990 годом на 20 % энергопотребления и выбросов двуокиси углерода и увеличение до 20 % доли использования возобновляемых источников энергии в общем энергетическом балансе.

«Программа 20–20–20» является началом воплощения в жизнь амбициозных планов, провозглашенных странами ЕС, целью которых является сокращение до 2050 года выбросов в атмосферу парниковых газов на 85–90 % по сравнению с 1990 годом с учетом того, что к решению этой проблемы подключатся все индустриальные страны.

Знаменательно, что именно на этом этапе в борьбу за повышение энергетической эффективности вступила Россия. Вот некоторые федеральные документы, которые должны обеспечить снижение энергозатрат на 40 % к 2020 году:

• Федеральный закон от 23 ноября 2009 года № 261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности»;
• Федеральный закон от 28 сентября 2010 года № 184 «О техническом регулировании» (в той редакции, где введено понятие об энергетической безопасности);
• Федеральный закон от 30 декабря 2009 года № 384 «Технический Регламент "О безопасности зданий и сооружений"»;
• Федеральный закон от 22 июля 2008 года № 123 «Технический Регламент “О требованиях пожарной безопасности”»;
• Приказ Минрегиона РФ № 262 от 28 мая 2010 года «О требованиях энергоэффективности зданий, строений и сооружений»⁶;
• Постановление Правительства РФ от 25 января 2011 года № 18 «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения классов энергетической эффективности многоквартирных домов».

Особенности этапа

• В глобальный процесс борьбы за энерго-сбережение и повышение энергетической эффективности своих экономик включились такие гиганты, как Россия и Китай. Именно в Китае в последние годы проектируется и строится большинство зданий с использованием новейших достижений в области энергосбережения и производится больше всего солнечных элементов последнего поколения.
• Стали рассматриваться и законодательные ограничения на применение в различных отраслях промышленности традиционных источников энергии.
• В оконной отрасли активизировалась работа по повышению требований к светопрозрачным конструкциям.
• В соответствии с введенными в действие с октября 2009 года немецкими нормами EnEV 2009 коэффициент теплопередачи светопрозрачных конструкций должен быть не более 1,3 Вт/м²•°С (сопротивление теплопередаче – не менее 0,769 м²•°С/Вт). Был разработан и проект следующей редакции этих норм EnEV 2012, в соответствии с которыми коэффициент теплопередачи светопрозрачных конструкций с 1 января 2012 года должен быть не более 0,8–0,9 Вт/м²•°С (сопротивление теплопередаче не менее 1,11–1,25 м²•°С/Вт). В большинстве других стран Евросоюза также принимаются нормативные требования, направленные на повышение теплотехнических характеристик светопрозрачных конструкций.

Все ведущие европейские производители профиля (Profine, Rehau, VEKA, SCHUECO и др.) уже разработали эффективные оконные системы, позволяющие обеспечить новые требования к энергосбережению. Эти профили уже появились в России.

Кстати, в ряде европейских стран разработаны и планы по замене старых оконных конструкций на новые, более эффективные. Это обеспечивает на ближайшие годы интересной работой производителей светопрозрачных конструкций.

Подобные программы существуют во многих странах и, как правило, поддерживаются государством. Так, например, в США владельцам частных односемейных домов государство предоставляет налоговые льготы до 1 500 долл., если они меняют старые окна на новые, превышающие установленные для данного региона теплотехнические требования.

В России в 2010 году было образовано Федеральное агентство по энергосбережению в составе Министерства энергетики РФ, которое должно координировать все работы, связанные с энерго-сбережением и экономией энергии в стране.

Директивным порядком созданы региональные программы энергосбережения. Однако они недостаточно проработаны и не достигают уровня энергосберегающих документов, разработанных в странах Европейского Союза и США. На общероссийском фоне можно выделить московские энергосберегающие программы, отличающиеся более тщательной подготовкой. Например, для Москвы законодательно уже установлены достаточно высокие значения сопротивления теплопередаче светопрозрачных конструкций:

• с 1 октября 2010 года не менее 0,8 м²•°С/Вт;
• с 1 января 2015 года не менее 1,0 м²•°С/Вт;
• с 1 января 2020 года не менее 1,1 м²•°С/Вт.

Но пока эти требования не выполняются, хотя большинство серьезных оконных фирм способны производить продукцию с такими энергетическими показателями.

Накоплен огромный мировой опыт в области создания и внедрения энергосберегающих требований. Россия, несмотря на существенное отставание в этих вопросах, еще может догнать лидеров. Но для этого следует внимательно изучать достижения и методы других стран, способствующие повышению энергоэффективности. И большую роль здесь могут сыграть профессиональные объединения при поддержке государственных структур.

Статья печатается с сокращениями. Полная версия на сайте www.tybet.ru в разделе «Публикации»

¹ Конфликт известен под названием «война Судного дня».

² Организатором был Артур Розенфельд (Arthur Rosenfeld), который совсем недавно был удостоен Международной премии «Глобальная энергия».

³ После начала операции США против Ирака под названием «Буря в пустыне».

⁴ Военная операция США в Ираке и Афганистане и, как следствие, увеличение стоимости углеводородов.

⁵ Киотский протокол до сих пор не ратифицирован США, Китаем и некоторыми другими странами.

⁶ К сожалению, приказ не был согласован Министерством юстиции РФ, в связи с чем 21 марта 2011 года на сайте Министерства регионального развития появился новый проект приказа, где требования к светопрозрачным конструкциям были значительно снижены.Сегодня данный документ находится в процессе утверждения Минюстом как приказ Минрегиона РФ № 224.