Эффективная теплозащита – дань моде или экономическая необходимость?

Г. П. Васильев,  доктор техн. наук, руководитель Центра энергосбережения и эффективного использования нетрадиционных источников энергии в строительном  комплексе ГУП «НИИМосстрой», научный руководитель ГИК«ИНСОЛАР»

Наша нормативно-техническая база рассматривает энергоэффективность зданий в отрыве от эффективности городской системы энергоснабжения и их взаимного влияния. В связи с чем мы до сих пор пытаемся окупить энергосберегающие мероприятия только за счет потребителя (экономии энергии у населения), забывая при этом о существенном экономическом эффекте, который получает муниципальная экономика от снижения капитальных вложений в генерацию энергии на ТЭЦ, районных котельных и ее транспортировку в тепловые и электрические сети, ТП, ЦТП и пр.

При этом складывается ситуация, при которой зачастую все издержки, связанные с внедрением того или иного энерго-сберегающего мероприятия перекладываются на потребителя, а город получает существенный экономический эффект, не истратив ни рубля! В принципе, если рассматривать ситуацию с точки зрения городского бюджета, то это, кажется, даже и неплохо. Но, к сожалению, мы имеем дело с «искаженным пространством», поскольку очень часто суммарный экономический эффект для городской экономики от внедрения энергосберегающего мероприятия существенен, а экономический эффект у потребителя низкий. В этой ситуации потребитель, естественно, примет неэффективное для города инвестиционное решение – не в пользу энергосберегающего мероприятия, и город, в конечном счете, понесет убытки.

Учитывая эти обстоятельства, очевидно, что принятие серьезных управленческих решений по выбору стратегических направлений энерго-сбережения и применению тех или иных энергоэффективных технологий и мероприятий должно базироваться на комплексной оценке и прогнозе их влияния на энергетическую и экологическую ситуацию в городе.

Представляем методику оценки, учитывающую комплексную эффективность различных энергоэффективных технологий и мероприятий для городской экономики и потребителей.

Методика оценки эффективности энергосберегающих мероприятий

В основу методики положено понятие суммарного чистого дисконтированного дохода (ЧДД) от внедрения энергосберегающих мероприятий, который может быть определен по формуле:

(1)

где dЭ – экономия эксплуатационных расходов в сравнении с базовым вариантом (вариантом без энергосбережения);
t – номер шага расчетного периода. Для единовременных капитальных вложений в «нулевой» момент времени t в показателе степени знаменателя отрицательного члена выражения (1) равно 0;
r – норма дисконта, в качестве которой рекомендуется принимать ставку рефинансирования ЦБ;
dК – увеличение капитальных вложений в сравнении с базовым вариантом.

Если ЧДД ≥ 0, то применение энергосберегающего мероприятия является целесообразным, <0 – нецелесообразным.

Важной особенностью методики является возможность отдельного учета муниципальной и потребительской составляющих чистого дисконтированного дохода муниципального и потребительского ЧДД.

В муниципальном ЧДД учитывается сокращение инвестиций городского бюджета в тепловые и электрические сети, их пропускную способность, в строительство новых тепло- и электрогенерирующих мощностей и связанные с этим финансовые издержки.

В потребительском ЧДД учитывается снижение эксплуатационных затрат за счет экономии энергии и экономический эффект от сокращения загрязнения окружающей среды продуктами сгорания органического топлива.

На основе методики была создана компьютерная программа, позволяющая провести численные эксперименты по комплексной оценке эффективности для экономики Москвы различных энерго-сберегающих мероприятий и технологий.

Исходные данные

Стоимость увеличения теплозащиты наружных ограждающих конструкций жилых зданий учитывалась как удельное удорожание себестоимости строительства 1 м² площади квартир за счет повышения теплозащиты оболочки здания, определяемое по формуле:

(2)

где С_бэ – удельное удорожание себестоимости строительства одного квадратного метра площади квартир, долл. США/м²_{квартир};
С_ут – стоимость увеличения  на единицу (1 м²_{ограждений}·°C/Вт) обобщенного сопротивления  теплопередаче R_oб теплозащитной оболочки здания, (долл. США/м²_{квартир})·(Вт/м²_{ограждений}·°C);
R_об – обобщенное сопротивление теплопередаче теплозащитной оболочки здания, м²_{ограждений}·°C/Вт.

В зависимости от типа изоляции ограждений С_ут может изменяться в пределах от 5 до 30 (долл. США/м²_{квартир})·(Вт/(м²_{ограждений}·°C).

Оценка стоимости увеличения уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций жилых зданий проводилась на основе данных, предоставленных ведущими производителями теплоизоляционных материалов и домостроительными комбинатами Москвы. Этим предприятиям был направлен запрос, в котором было предложено оценить стоимость перехода на новые требования к теплозащите ограждающих конструкций, установленные в [1]. Ответы на этот запрос сведены в табл. 1.

Таблица 1 (подробнее) Сводные данные о стоимости увеличения теплозащиты непрозрачных наружных ограждающих конструкций (по данным компаний)

В табл. 2 представлена средняя стоимость увеличения теплозащиты наружных непрозрачных ограждающих конструкций, полученная на основе анализа и осреднения данных из табл. 1. При усреднении крайние значения (данные ДСК‑2 и Мосстрой‑31) в расчет не принимались.

Таблица 2 (подробнее) Средняя стоимость увеличения теплозащиты

Оценка стоимости увеличения уровня теплозащиты светопрозрачных наружных ограждающих конструкций жилых зданий (табл. 2) также производилась на основе данных, предоставленных ведущими производителями окон и домостроительными комбинатами Москвы. Оценка была организована и проведена Ассоциацией производителей окон (АПРОК). В результате оценки президентом АПРОК А. В. Спиридоновым были составлены сравнительные таблицы стоимости перехода на новые уровни теплозащиты окон, подготовленные на основании «условных заказов» к 8 крупнейшим переработчикам ПВХ-профиля 6 основных его поставщиков и усреднения полученных данных.

«Условный заказ» состоял из 400 трехстворчатых окон размером 200х120 мм (одна створка глухая, одна поворотная, одна поворотно-откидная) и 600 двустворчатых окон размером 100х120 мм (одна поворотная створка и одна поворотно-откидная).

Все фирмы рассчитывали стоимость конструкций без стоимости транспортировки до объекта и монтажа. Всем было предложено посчитать три варианта остекления условного заказа:

• стандартный вариант (трехкамерный ПВХ-профиль, двухкамерный стеклопакет с обычными стеклами), в соответствии с расчетами, сопротивление теплопередаче данного варианта составляет 0,52–0,54 м²·°C/Вт;
• улучшенный вариант (обычный пятикамерный ПВХ-профиль, двухкамерный стеклопакет с одним И‑стеклом, обе камеры заполнены аргоном), сопротивление теплопередаче 0,68–0,72 м²·°C/Вт;
• оптимальный вариант (обычный пятикамерный ПВХ-профиль, двухкамерный стеклопакет с двумя И‑стеклами, обе камеры заполнены смесью аргон/криптон), сопротивление теплопередаче 0,99–1,04 м²·°C/Вт.

При размещении условного заказа не рассматривалось использование новых поколений ПВХ-профилей, которые обеспечивают более простую возможность достижения сопротивления теплопередаче 1,0 м²·°C/Вт.

Все три варианта могут быть предложены любой «средней» (по сегодняшним критериям) фирмой на существующем оборудовании без привлечения новых технологий.

При проведении численных экспериментов использовалась средняя удельная стоимость увеличения обобщенного сопротивления теплопередаче теплозащитной оболочки жилых зданий в Москве (табл. 2). При определении обобщенного сопротивления теплопередаче теплозащитной оболочки жилых зданий средний коэффициент остекления был принят равным 20 %. При проведении расчетов разница между приведенным сопротивлением теплопередаче стен и обобщенным приведенным сопротивлением теплопередаче теплозащитной оболочки в целом принималась равной 1,50 м²·°C/Вт. При проведении численных экспериментов площадь квартир принималась примерно равной площади наружных ограждающих конструкций жилого дома.

В результате выполненных технико-экономических расчетов установлено, что существенный вклад в стоимость увеличения теплозащитных качеств оболочки жилых домов вносят светопрозрачные ограждающие конструкции. Стоимость увеличения теплозащитных качеств окон практически соизмерима со стоимостью увеличения теплозащиты наружных стен.

При проведении численных экспериментов рассматривался гипотетический новый жилой район Москвы, состоящий из 4 000 жилых домов общей площадью 28 млн м². Это ориентировочно объем нового строительства в Москве за период 2011–2020 годов.

В табл. 3 представлены исходные данные, общие для всех численных экспериментов. В качестве нормы дисконта r принята ожидаемая средняя за расчетный период учетная ставка Центробанка РФ, равная 6 %. Расчетный период – 30 лет.

Таблица 3 Исходные данные численных экспериментов

Показатель Значение Количество жилых домов в рассматриваемом районе, шт. 4 000 Общая площадь квартир, тыс. м2 28 000 Площадь оболочки одного дома, м2 7 000 Удельные капитальные вложения в 1 кВт, долл. США: электрической мощности ТЭЦ тепловой мощности ТЭЦ пропускной способности электрических сетей пропускной способности тепловых сетей пропускной способности газовых сетей 3 000 400 200 700 10 Себестоимость строительства жилых домов, долл. США/м2 1 000 Тариф на тепловую энергию, включая дотацию городского бюджета, долл. США/кВт·ч 0,06 Тариф на электрическую энергию, долл. США/кВт·ч 0,10

Существенным фактором, влияющим на экономическую эффективность внедрения энерго-сберегающих мероприятий, является стоимость энергоресурсов. На основе анализа изменения тарифов на энергоресурсы, отпускаемые населению в Москве за период с 01 января 2001 года по 1 января 2011 года без учета дотаций из городского бюджета (табл. 4), при проведении экспериментов рассматривались темпы роста тарифов на энергоресурсы в размере 5 и 7,5 % в год. Цифра 7,5 % представляется более обоснованной, хотя, скорее всего, весьма оптимистичной. В действительности, учитывая вступление России в ВТО, рост мировых цен на энергоносители, ожидаемое снижение доли атомной энергетики в энергобалансе развитых стран (после землетрясения в Японии) реальные темпы роста тарифов, скорее всего, будут значительно выше.

Таблица 4 (подробнее) Изменение тарифов на энергоресурсы, отпускаемые в Москве населению, за 2001–2011 годы

Результаты численных экспериментов

Напоминаем, что для всех 5 экспериментов расчетный период составляет 30 лет. Определялась структура суммарного экономического эффекта от внедрения энергосберегающих мероприятий и технологий:

• в эксперименте 1 – без учета экологического ущерба от сжигания топлива и изменения тарифов  на энергоресурсы;
• в эксперименте 2 – с учетом экологического ущерба от сжигания топлива и без учета изменения тарифов на энергоресурсы;
• в эксперименте 3 – без учета экологического ущерба от сжигания топлива и с учетом  изменения тарифов  на энергоресурсы в размере 5 % в год;
• в эксперименте 4 – с учетом экологического ущерба от сжигания топлива и с учетом  изменения тарифов  на энергоресурсы в размере 5 % в год;
• в эксперименте 5 – без  учета экологического ущерба от сжигания топлива и с учетом  изменения тарифов на энергоресурсы в размере 7,5 % в год.

На основании полученных результатов построены графические зависимости суммарного чистого дисконтированного дохода от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий (рис. 1) и муниципального и потребительского ЧДД от приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий (рис. 2). Красной линией на графиках отмечены значения приведенного сопротивления теплопередаче наружных стен зданий, при которых чистые дисконтированные доходы максимальны.

Эксперимент 1

Представленные на рис. 1 и 2 зависимости наглядно иллюстрируют сложившуюся ситуацию в области энергосбережения. При действующих тарифах на энергоресурсы и отсутствии учета экологической составляющей в суммарном экономическом эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий существенную часть эффекта получает городская экономика. При этом все оплачивает потребитель! При действующих требованиях к теплозащите ограждающих конструкций (наружных стен жилых зданий) на 1 руб. потребительского дохода город получает 50 коп. (рис. 2). При увеличении уровня теплозащиты наружных стен и, соответственно, увеличении капитальных вложений потребительский дисконтированный доход резко уменьшается, а муниципальный увеличивается. Кроме того, при значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен выше 4 м²·°C/Вт доход потребителя падает, а муниципальная доходность существенно растет.

Таким образом, можно сделать вывод, что при отсутствии учета экологической составляющей в энергосбережении и неизменности тарифов на энергоресурсы переход на новые нормативы теплозащиты ограждающих конструкций жилых домов, установленные [1], обеспечивает равную доходность городскому хозяйству и потребителю – в нашем случае москвичам. А с 1 января 2016 года на 1 руб. дохода потребителя от повышения теплозащиты жилых домов городское хозяйство будет получать 75 коп. чистого дисконтированного дохода.

Эксперимент 2

При действующих тарифах на энергоресурсы и учете экологической составляющей в суммарном экономическом эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий (100 долл. США за сжигание 1 т у. т.), как и в эксперименте 1, существенную часть эффекта получает городская экономика (рис. 1 и 2). При увеличении уровня теплозащиты наружных стен сверх 4,3 м²·°C/Вт и, соответственно, увеличении капитальных вложений потребительский дисконтированный доход начинает падать, а муниципальный – увеличиваться. При значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен выше 5,8 м²·°C/Вт доходы потребителя и города равны.

Эксперимент 3

Если на рассматриваемом временном горизонте 30 лет не учитывать экологический ущерб от сжигания топлива, но учитывать ежегодный рост тарифов на энергоресурсы в размере 5 %, то в суммарном эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий значительно повышается доля потребительского эффекта. При этом максимальный дисконтированный доход у потребителя наблюдается при значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен больше 5,1 м²·°C/Вт. Муниципальный чистый дисконтированный доход в этом эксперименте на интересующем нас интервале R_пр, равном 3,5–4,5 м²·°C/Вт составляет около 30 коп. на 1 руб. потребительского дохода.

Эксперимент 4

При учете экологического ущерба от сжигания топлива (100 долл. США за сжигание 1 т у. т.) и ежегодного роста тарифов на энергоресурсы в размере 5 % в суммарном эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий значительно повышается доля потребительского эффекта. При этом максимальный дисконтированный доход у потребителя смещается в сторону увеличения и наблюдается при значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен больше 5,5 м²·°C/Вт. Муниципальный чистый дисконтированный доход в этом эксперименте на интересующем нас интервале R_пр, равном 3,5–4,5 м²·°C/Вт составляет около 20–25 коп. на 1 руб. потребительского дохода.

Эксперимент 5

Не учитываем экологический ущерб от сжигания топлива, но принимаем во внимание ежегодный рост тарифов на энергоресурсы в размере 7,5 % на рассматриваемом временном горизонте 30 лет (этот темп роста тарифов на энергоресурсы представляется наиболее вероятным и подтверждается предшествующими темпами роста за 2001–2011 годы).

Представленные зависимости (рис. 1, 2) показывают, что при условиях эксперимента 5 доля потребительского эффекта в суммарном эффекте от внедрения энергосберегающих мероприятий значительно возрастает. При этом максимальный суммарный чистый дисконтированный доход наблюдается при значении приведенного сопротивления теплопередаче стен больше 6,0 м²·°C/Вт. При значениях приведенного сопротивления теплопередаче стен 3,5–4,0 м²·°C/Вт муниципальный чистый дисконтированный доход составляет около 20 коп. на 1 руб. потребительского дохода.

Рисунок 1. Зависимость суммарного чистого дисконтированного дохода ЧДД от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий Rпр

Рисунок 2. Зависимость муниципального и потребительского чистых дисконтированных доходов ЧДД от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций жилых зданий Rпр

Анализ результатов экспериментов

Результаты численных экспериментов достаточно наглядно подтверждают существенное различие между потребительской и муниципальной эффективностью энергосбережения в городском хозяйстве Москвы. Городское хозяйство получает не только экологический эффект за счет снижения уровня загрязнения окружающей среды в городе, но и экономический – значительную экономию инвестиций и капитальных вложений в создание и реконструкцию новых энергогенерирующих мощностей, в реконструкцию или усиление подводящих электрических и тепловых сетей и т. п. (до 20–60 коп. и более на 1 руб. эффекта у потребителя энергоресурсов).

Необходимо отметить, что при существующей (вернее практически отсутствующей) системе стимулирования энергосбережения, все расходы при внедрении энергосберегающих мероприятий и технологий в конечном счете оплачивает потребитель.

В связи с этим представляется справедливым создание в Москве системы стимулирования энергосбережения, по крайней мере, пропорционально распределяющей между городом и потребителем энергоресурсов не только доходы от энергосбережения, но и связанные с ними финансовые издержки.

Также важно подтверждение необходимости повышения уровня теплозащиты жилых зданий в Москве. Результаты численных экспериментов показали, что для городской экономики в целом наиболее эффективным является уровень теплозащиты жилых зданий, соответствующий приведенному сопротивлению теплопередаче наружных непрозрачных (стен) ограждающих конструкций в диапазоне 3,5–4,5 м²·°C/Вт. При этом увеличение стоимости энергоресурсов вызовет соответствующее смещение этих значений в большую сторону.

Важно заметить, что увеличение уровня теплозащиты жилых зданий не должно сопровождаться значительными изменениями структуры их удельного энергопотребления. На рис. 3 представлен сценарий развития событий при реализации требований [1] к энергетической эффективности жилых зданий в Москве при незначительном изменении доли трансмиссионных потерь тепловой энергии q_tr в суммарном годовом удельном энергопотреблении жилого дома q_sum.

Представленный сценарий (рис. 3) предполагает, что экономия энергии за счет повышения энергоэффективности инженерных систем жилых домов будет двукратно превышать экономию энергии за счет увеличения теплозащиты ограждающих конструкций. Красная вертикальная линия на рис. 3 соответствует действующему сегодня для жилых домов в Москве нормативному значению приведенного сопротивления теплопередаче непрозрачных наружных ограждающих конструкций, а зеленая – нормативному значению, вводимому в Москве с 1 января 2016 года. Как видно, реализация предложенного сценария практически не скажется на структуре удельного энергопотребления жилых домов, доля трансмиссионных потерь тепловой энергии в суммарном годовом удельном энергопотреблении жилого дома останется в пределах 25–30 %.

Рисунок 3 (подробнее)   Зависимость доли трансмиссионных теплопотерь и суммарного удельного энергопотребления жилого дома от изменения приведенного сопротивления теплопередаче наружных непрозрачных ограждающих конструкций

Литература

1. Постановление Правительства Москвы от 05 октября 2010 года № 900‑ПП «О повышении энергетической эффективности жилых, социальных и общественно-деловых зданий в городе Москве и внесении изменений в постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536‑ПП».
2. Дмитриев А. Н., Табунщиков Ю. А., Ковалев И. Н.,
   Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. М., 2005.
3. Васильев Г. П. Экономически целесообразный уровень теплозащиты зданий//Энергосбережение. 2002. № 5.
4. Постановление Правительства Москвы от 28 октября 2008 года № 1012‑ПП «О Городской целевой программе "Энергосбережение в городе Москве на 2009–2011 гг. и на перспективу до 2020 года"».
5. Постановление Правительства Москвы от 9 июня 2009 года № 536‑ПП «О Городской программе "Энерго-сберегающее домостроение в городе Москве на 2010–2014 гг. и на перспективу до 2020 года"».