«Зеленое» строительство,
как инструмент экономии первичного топлива

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

Реализация эффективной политики энергосбережения в городе невозможна без учета влияния экономии энергии в зданиях на эффективность использования первичной энергии в энергосистеме города в целом. Но как определить эту зависимость? Какие критерии следует учитывать? Предлагаем один из путей решения данной задачи.

В соответствии с постановлением¹ Правительства РФ № 18 с 1 января 2013 года вступают в силу «требования о включении нормируемого удельного суммарного расхода первичной энергии в нормируемые показатели, характеризующие годовую удельную величину расхода энергетических ресурсов в здании, строении, сооружении».

Исследования, проведенные Центром энергосбережения ГУП «НИИМосстрой» совместно с ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» и НП «АВОК» показали, что зависимость эффективности использования первичной энергии в энергосистеме города от экономии энергии в зданиях не является очевидной, но без ее учета невозможна реализация эффективной политики энергосбережения в городе.

Для проведения исследований были разработана компьютерная модель энергосистемы и жилого фонда города, позволяющая численно оценить влияние тех или иных технических решений на эффективность использования первичной энергии в энергосистеме города. Модельные расчеты показали, что темпы снижения затрат первичной энергии в энергосистеме Москвы существенно отстают от темпов экономии энергии в зданиях. При этом, как показывают расчеты, очень большое значение приобретает эффективность технологии когенерации тепловой и электрической энергии на ТЭЦ города. В связи с этим значительные преимущества получают новые, так называемые «зеленые» энергоэффективные технологии, обеспечивающие экономию первичной энергии за счет вовлечения в энергобаланс города энергии от нетрадиционных источников и вторичных энергетических ресурсов.

В результате исследований была разработана «Концепция московского “зеленого” строительства», которая может лечь в основу регионального приложения «Московский регион» к национальному стандарту «Зеленое строительство», разрабатываемому сегодня Национальным объединением строителей «НОСТРОЙ».

Рассмотрим основные положения разработанной «Концепции московского «зеленого строительства».

Основные положения концепции

• Решение проблемы энергетической и экологической эффективности, как для энергосистемы города, так и для потребителей энергии (зданий и сооружений), сегодня возможно только на основе нового подхода к рассмотрению комплекса: генерация энергии + тепловые и электрические сети + потребитель (здания и сооружения) + окружающая среда – как единой экоэнергетической системы, в которой экологические проблемы все с большей очевидностью выдвигаются на первый план.
• Концепция предполагает деление критериев «зеленого» строительства на объективные (количественные) и субъективные (качественные):
  – при оценке энергоэффективности зданий и их соответствия требованиям концепции «зеленого» строительства наибольшее внимание должно уделяться объективным (количественным) критериям, которые могут быть численно определены для рассматриваемого объекта;
  – субъективные (качественные) критерии московского «зеленого» строительства должны удовлетворять как минимум действующим федеральным и московским нормативам.
• Определяющим объективным критерием московского «зеленого» строительства является эффективность использования первичной энергии в энергосистеме города в целом. Повышение энергоэффективности зданий не может являться целевой функцией в проблеме повышения энергоэффективности городской экономики, а есть лишь один из критериев, хотя и весьма существенный.
• Целесообразный уровень энергосбережения зданий и сооружений должен, с одной стороны, удовлетворять потребителя энергоресурсов, как с точки зрения единовременных капитальных вложений в энергосберегающие и экологические мероприятия, так и с точки зрения эксплуатационных затрат, а с другой стороны, должен обеспечивать достаточные объемы производства энергии и приемлемую структуру ее себестоимости у энергопроизводящих компаний.
• Целесообразный уровень теплозащиты оболочки зданий, который устраивает потребителя, энергопроизводящие компании и город, с точки зрения экологических последствий сжигания органического топлива для окружающей среды и климата для жилых зданий, равен 3,5–4 м²·°C/Вт.
• Ранжирование по энергетической и экологической эффективности технических мероприятий применяемых в «зеленом» строительстве Москвы должно производиться по безразмерному рейтингу экоэнергетической эффективности технического решения R_ee, определяемому по формуле:
  R_ee= ∆Е_перв • 100/∆Е_кон,
  где ∆Е_перв – экономия первичной энергии в системе энергоснабжения Москвы, обеспечиваемая применением технического решения, технологии или оборудования,%;
  ∆Е_кон – экономия конечной энергии на объекте, обеспечиваемая применением технического решения, технологии или оборудования,%.

Предложенный рейтинг экоэнергетической эффективности энергосберегающих технических решений, технологий и оборудования дает достаточно объективную картину полезности того или иного энергоэффективного технического решения, технологии и оборудования для населения и города в целом, с точки зрения их (технического решения и пр.) влияния на энергетическую эффективность городской экономики, загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического топлива, в том числе и парниковыми газами.

По предложенной классификации наивысший экоэнергетический рейтинг составляет 100 баллов. Его достигнут те решения, технологии и оборудование, которые обеспечивают равный эффект экономии энергии как для потребителя (конечная энергия), так и для городской системы энергоснабжения (первичная энергия).

Низший рейтинг (близкий к 0) будут иметь технические решения, технологии и оборудование, обеспечивающие определенный энергосберегающий эффект у потребителя, но совершенно бесполезные для городской энергосистемы и не влияющие на экономию первичной энергии и, соответственно, выбросов в атмосферу продуктов сгорания.

Для наглядности в качестве примера можно привести гипотетический случай: представим себе, что мы максимально утеплили все здания и сократили практически до нуля потребление тепловой энергии от энергосистемы города. Для потребителя это очень хорошо и выгодно. Но город будет вынужден сбрасывать «сэкономленное» тепло в атмосферу через градирни, поскольку обязан вырабатывать электрическую энергию для промышленности, метрополитена освещения улиц, жилья и т.п. В итоге общее потребление первичной энергии в городской системе уменьшится незначительно.

С помощью предлагаемого экоэнергетического рейтинга можно будет выявлять подобные ситуации, оценивать их и принимать рациональные решения.

В табл. приведены значения экоэнергетического рейтинга для некоторых энергосберегающих технических решений, технологий и оборудования, рассчитанные по уже упоминавшейся компьютерной модели энергосистемы и жилого фонда города.

Таблица 1

Техническое решение Экономия, % Рейтинг экоэнергетической эффективности технического решения, ед. конечной энергии от замещаемой нагрузки первичной энергии Рациональная ориентация здания по сторонам света 8 3,4 43,2 Использование стеклопакетов с i-покрытием 7 1,2 35,5 Использование застекленных лоджий 7 3,0 42,4 Регулирование вытяжной вентиляции в зависимости от гравитационной составляющей 15 2,3 28,7 Устройство зарадиаторных теплоотражающих экранов 2 0,11 9,4 Дополнительное секционирование входных тамбуров 3 0,51 25,3 Ликвидация «мостиков холода» в ограждающих конструкциях 15 3,21 42,8 Повышение уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций 30 6,9 46,0 Установка радиаторных термостатов 7 2,96 42,4 Квартирные контроллеры 10 4,44 44,4 Установка квартирных теплосчетчиков 25 15,81 63,2 Установка конвекторов с механическим побуждением теплосъема 7 3,0 42,4 Предварительный нагрев холодной водопроводной воды 15 1,8 12,0 Предотвращение охлаждения горячей воды в циркуляционном трубопроводе 10 1,61 16,1 Использование смесителей с автомагическими терморегуляторами 3 0,49 16,4 Рекуперация теплоты вытяжного воздуха 30 12,26 40,9 Утилизация теплоты вытяжного воздуха с помощью тепловых насосов 60 11,2 56,0

Значение экоэнергетического рейтинга здания в целом R^зд_ее определяется как средневзвешенный экоэнергетический рейтинг R_еe примененных в здании энергосберегающих технических решений, технологий и оборудования, с учетом удельного веса от вклада каждого

Оценка зданий на соответствие критериям «зеленого» строительства производится по значению так называемого s-фактора (Sustainability-factor, S_f), определяемому как:

S_f= 100 – (К_∑^{ЭТ ЗД}/К_∑^ЗД) 10,

где К_∑^{ЭТ ЗД} – сумма балов по всем критериям эталонного здания, единицы;
К_∑^ЗД – сумма балов по всем критериям оцениваемого здания, единицы.

Правительство Москвы каждые 5 лет должно заново утверждать характеристики эталонного здания, отвечающего требованиям энергетической и экологической эффективности для данного периода времени. Для зданий, соответствующих эталону, s-фактор равен 90, а для зданий существенно недотягивающих до эталонных характеристик – гораздо ниже. Социальное жилье, по-видимому, должно иметь s-фактор не менее 80.

По этой же схеме должны оцениваться здания и в других регионах, но эталонное здание в каждом регионе будет свое. Регион также должен утверждать эталонное здание раз в пять лет и, соответственно, в этом эталоне должны найти отражение те технологии, решения и оборудование, которые наиболее эффективны в регионе по объективным и субъективным критериям «зеленого» строительства, включая экономические.

Важным является то, что при определении s-фактора рейтинга эталонное здание помещается в климатические условия, аналогичные тем, в которых находится оцениваемый дом. Это позволит сравнивать дома в различных климатических районах. Возможно, этот вариант рейтинга может быть интересным и для других регионов России.

Важнейшим свойством разработанной «Концепции московского “зеленого” строительства» является ее направленность на оптимизацию системы энергоснабжения Московского региона.

Московский регион включает два субъекта федерации: город Москву и Московскую область. Принципы энергоснабжения Москвы и Московской области существенно различаются. Основу энергоснабжения Москвы составляют крупные теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), работающие в основном на природном газе и обеспечивающие совместное производство электрической и тепловой энергии (когенерацию). Частично, примерно на 25%, тепловые нагрузки в городе покрываются за счет котельных.

В Московской области в основном принята раздельная система энергоснабжения: теплоснабжение обеспечивается от котельных, а электроснабжение – от электрических сетей ОАО «Мосэнерго». Такая система, принятая в большинстве муниципальных и городских образований области, является крайне не эффективной. Поскольку экологически «грязная» технология выработки электрической энергии реализуется на территории города, а экологически «чистый» продукт – электрическая энергия поставляется в область. При этом тепловая энергия, сопутствующая выработке электроэнергии для области зачастую, особенно летом, сбрасывается через градирни, а в области в то же самое время для нужд горячего водоснабжения в районных и индивидуальных котельных дополнительно сжигается первичное топливо. Только в некоторых районах Московской области, примыкающих к МКАД, и в городах, расположенных вблизи ТЭЦ, электрические и тепловые нагрузки покрываются по эффективной когенерационной схеме энергоснабжения.

Низкая надежность раздельной схемы энергоснабжения потребителей Московской области привела к массовым нарушениям тепло- и электроснабжения населения и экономики области в зимний период 2010/2011 года. Таким образом, требуется существенная модернизация системы энергоснабжения Московской области, в том числе с использованием малой распределенной энергетики и возобновляемых источников энергии. Особую актуальность разработка новой схемы энергоснабжения Московской области приобретает с присоединением к Москве новых территорий.

Концепция предусматривает оценку экономической эффективности предлагаемых проектов зданий с учетом экологической составляющей в прогнозируемых на кратко- и среднесрочную перспективу ценах на энергоресурсы. Экологическая составляющая должна учитываться при разработке и утверждении ТЭО и стадии «проект» новых, реконструируемых и капитально ремонтируемых строительных объектов. Для начала может быть установлена экологическая составляющая в прогнозируемых на кратко- и среднесрочную перспективу ценах на энергоресурсы, полученные при сжигании органического топлива на территории города. Для Москвы в размере до 2–4 руб. за 1 кВт·ч.

Таким образом, широкое внедрение в городе технологий, оборудования и технических решений «зеленого» строительства позволит существенно снизить потребление первичной энергии в системе энергоснабжения и, как результат, способствовать достижению установленной государством цели повышения энергоэффективности экономики на 40% к 2020 году по сравнению с 2007 годом. 

 

¹ 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 класса энергетической эффективности многоквартирных домов» (вместе с Правилами).