Энергоэффективность и энергоэффективные технологии Л.Т. Сушкова Координатор проекта SPINE г. Владимир

Президентом РФ Д.А. Медведевым вопросы энергосбережения и повышения энергоэффективности отнесены к перечню стратегических направлений приоритетного технологического развития страны. 2

С целью обеспечения комплексного и обоснованного подхода к реализации энергосбережения и повышения энергоэффективности во всех отраслях экономики РФ в 2009 г. был принят Федеральный закон 261-ФЗ от «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» 3

Закон предусматривает: обязательность проведения энергетических обследований для подавляющего большинства предприятий, организаций и объектов с привлечением энергоаудиторских организаций, входящих в состав саморегулируемых организаций в области энергетического обследования. 4

При проведении энергетических обследований: определяется соответствие расходования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) установленным нормам, выявляются места и причины их потерь (топлива, электрической энергии, воды и тепловой энергии); разрабатывается программа энергносбережения и повышения энергетической эффективности. 5

Энергоэффективность достигается за счет использования энергии: только когда она необходима; именно столько, сколько нужно; самым эффективным образом; от альтернативных возобновляемых источников. 6

По данным, приводившимся на конференции по Зеленым зданиям, организованной в Москве компанией Carrier, 28% всего энергопотребления – это транспорт, 32% - промышленность и 40%, из которых половина приходится на климатические системы и отопления, - это здания. 7

Цифры дают ясное представление о структуре энергозатрат и источниках повышения энергоэффективности зданий. Именно по этому тема Зеленого здания так популярна на западе и находит своих сторонников у нас. 8

Об экономии энергии на Западе заботится государство. В конце прошлого года Еврокомиссия предложила обновить директиву об улучшении энергетических характеристик всех строящихся зданий. Начиная с 2010 г. все постройки в ЕС должны соответствовать второму классу энергоэффективности: их годовые энергозатраты не должны превышать 37 кВт ч/м 2. В 2015 г. нормой станет 25 кВт ч/м 2. 9

Малый расход энергии, тепла, воды – это ключевые составляющие любого энергосберегающего, или, пассивного дома. В Германии, Франции, Италии, Швейцарии, Испании, Турции, Дании и других странах реализованы сотни строительных проектов, производящих энергию на солнечных батареях, а удерживающих тепло за счет специальных материалов. 10

По данным немецкого Института жилища и окружающей среды (Passive House Institute), совершенствование теплоизоляции зданий на 70-75% снижает ежегодное электропотребление и, как следствие, объемы выбросов углекислого газа в Германии и странах с таким же климатом. Потребность пассивного здания в энергоресурсах невелика: для сертифицированных зданий расход первичной энергии на дополнительное отопление, нагрев воды и электричество не превышает 120 кВт ч/м 2 в год. 11

Зарубежные технологии энергосбережения постепенно проникают и в Россию: энергосберегающие технологии в строительной сфере применяются чаще, чем пять-семь лет назад. Но даже в относительно развитых регионах нашей страны процент энергосберегающих зданий сравнительно небольшой. В Москве, например, по данным Мосгосэкспертизы, лишь 16,7% зданий оснащены теплозащитными материалами. 12

По расчетам экспертов отдела энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы, в Москве уровень теплопотребления на отопление и горячее водоснабжение зданий без улучшенной теплозащиты составляет 360 кВт ч/м 2, а с улучшенной теплозащитой (строительство после 1999 г.) – 275 кВт ч/м 2, хотя по нормам должно быть 185 кВт ч/м 2. 13

При строительстве коммерческой недвижимости – зданий класса А – используются энергосберегающие материалы и технологии. Пример: ТРЦ «Молл Россия» в «Москва - Сити» имеет самый большой в Москве стеклянный купол – 10 тыс.кв.м. Через него все пять этажей здания в дневное время освещаются дневным светом, что позволяет сэкономить в три раза больше энергии по сравнению с обычным домом. 14

Другой пример: подземный ТРЦ «Тверская Молл» (площадь Тверская Застава) – тоже энергоэффективный. Здесь дневной свет проникает в здание через «фонари» – светопрозрачные стеновые конструкции. 15

Инжиниринговые системы управления еще один способ снижения затрат на энергию. Например, система контроля Desigo RX позволяет снизить энергопотребление зданий на 30 %. Этой системой уже оснащено более 6,5 тыс. зданий в мире, благодаря чему 2,4 млн тонн СО 2 не попало в атмосферу, а сэкономить на электричестве владельцам и арендаторам зданий удалось более 1 млрд. евро. 16

Российские строительные компании также используют системы контроля потребления тепла и электричества в зданиях. Пример. Специалисты Capital Group при строительстве МФК «Город столиц» установили систему free cooling: автоматическое регулирование теплоотдачи отопительных приборов с помощью термостатов, подачи тепла на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение. Если в помещении в течении 5 минут нет людей или машин, часть светильников автоматически выключается. Если в течении следующих 5 минут движения по- прежнему не наблюдается, освещение выключается полностью, кроме ламп аварийных выходов. 17

Безусловно, использование теплоизоляционных материалов, энергосберегающих технологий требует дополнительных расходов. По словам экспертов, на энергоффективные технологии выделяется 2-4% здания. В МФК «Город столиц» дополнительные затраты на теплоизоляцию составили порядка 1% от стоимости проекта, на стеклоалюминивые конструкции для фасада – 1-2%, на дополнительные энергосберегающие системы – 0,5-1%. Арендные ставки в зданиях такого класса будут на 50% выше, чем в обычных, но арендатору не придется переплачивать за коммунальные услуги. 18

Современное здание представляет собой сложную систему инженерных и телекоммуникационных систем (отопление, кондиционирование, вентиляция, охранно- пожарная сигнализация, электроснабжение, электроосвещение, телефония и т.д.). Автоматизированные системы управления призваны создать эффективные условия эксплуатации здания, обеспечить техническую и информационную безопасность, учет и ресурсосбережение, благоприятную экологическую обстановку. 19

Стандарт EN15232 определяет 4 различных класса (A, B, C, D) для систем автоматизации зданий: КлассЭнергоэффективность A Соответствует высоким энергетическим характеристикам B Соответствует повышенным энергетическим характеристикам C Соответствует стандарту (используется для сравнения) D Соответствует неэффективным энергетическим характеристикам (в новых зданиях применятся не должны) 20

В качестве примера можно привести наличие функций индивидуального комнатного регулирования в офисном здании: D – централизованное автоматическое регулирование комнатной температуры или без него; C – индивидуальное регулирование комнатной температуры без коммуникации; B – индивидуальное регулирование комнатной температуры с коммуникацией между контроллерами и центральной станцией; A – индивидуальное регулирование комнатной температуры, интегрированное, учитывающее потребность. 21

Для каждого из 4-х классов систем автоматизации во всех жилых и нежилых зданиях точно определенно следующее: структурированный список приборов, средств и систем автоматики и их функций управления, влияющих на энергетические характеристики зданий; метод определения минимальных требований к автоматическим функциям в различных классах зданий; 22

детальный метод эффективного воздействия этих автоматических функций на энергетические характеристики зданий; упрощенный метод предварительного подсчета и оценки влияния этих функций на энергетические характеристики типовых зданий. 23

Комплексная система автоматизации здания Система жизнеобеспечения и HVAC Система пожарной безопасности Охранная система Система строительного мониторинга Система учета ресурсов Отопление Вентиляция Кондиционирование Водоснабжение Электроснабжение Освещение Транспорт Отопление Вентиляция Кондиционирование Водоснабжение Электроснабжение Освещение Транспорт Охранная сигнализация Контроль доступа Видеонаблюдение Охранная сигнализация Контроль доступа Видеонаблюдение Пожарная сигнализация Автоматическое пожаротушение Освещение Дымоудаление Пожарная сигнализация Автоматическое пожаротушение Освещение Дымоудаление 24

Строительство энергоэффективных домов в более суровом климате России (по сравнению с Европой) имеет свою особенность – требуется более мощная теплоизоляции ограждающих конструкций. 25

Существенным элементом здания как энергетической системы является автоматизированная система управления микроклиматом в квартирах и диспетчеризации данных. 26

Белоруссия При строительстве экспериментального объекта отработаны технические решения по уменьшению уровня затрат тепловой энергии до 30 кВт ч/м 2 в год без изменения существующих планировочных решений зданий серии МАПИД и модернизации технологического оборудования на предприятии. 27

Белоруссия Научно-практические результаты: новый принцип вентиляции жилых помещений на основе квартирных систем принудительной приточно-вытяжной вентиляции с механическим побуждением и рекуперацией тепла вентиляционных выбросов с эффективностью возврата тепла более 85%; 28

Белоруссия Научно-практические результаты: окна нового поколения с сопротивлением теплопередаче R=1,2м 2 град/Вт, разработанные специалистами института на основе композитного профиля (дерево- пенополиуретан-дерево) и 2-камерного стеклопакета с двумя низкоэмиссионными стеклами и аргоновым заполнением; 29

Белоруссия Научно-практические результаты: неоднородное по контуру здания утепление оболочки, снизившее разницу в потреблении тепловой энергии для квартир, расположенных в различных частях здания, включая торцы и верхние этажи; 30

Белоруссия Научно-практические результаты: стеновые панели с увеличенным сопротивлением теплопередаче в среднем от 3,2м 2 град/Вт до 5,2м 2 град/Вт; 31

Белоруссия Научно-практические результаты: система отопления с горизонтальной разводкой, позволившая создать автономную автоматизированную систему регулирования режимами отопления и воздухообмена с автоматическим климат-контролем в каждой квартире и поквартирным учетом тепла; 32

Белоруссия Научно-практические результаты: система автоматического контроля работы квартирных блоков управления, обеспечивающая регистрацию параметров микроклимата, режимов работы вентиляторов и подачи тепла, а также аварийные ситуации в работе индивидуальных блоков. 33

Внедрение комплексной системы автоматизации диспетчеризации позволит достичь максимального эффекта экономии при строительстве (реконструкции): Оптимальные алгоритмы интеграцииЭкономический эффект Объем монтажа за счет интеграции однотипных подрядов 5% Объем инсталляций за счет исключения дублированных систем 10% Снижение рисков интеграции10% Количество субподрядчиков на стройкедо 30% Снижение времени и стоимости процедур согласования, сертификации и разрешений до 20% + Использование оборудования с открытыми протоколами, при его интеграции в общую диспетчерскую систему не потребует закупки дополнительных устройств (шлюзов) 34

при эксплуатации: Оптимальные алгоритмы управленияЭкономический эффект Микроклиматом (параметры окружающей среды в комнатах в зависимости от времени года и суток, реальных условий вне здания, наличия и количества людей) 8-12% Освещением и электроснабжением в здании в зависимости от наличия людей в помещениях 3-5% Автоматизация диспетчерской службы, мониторинг и маршрутизация тревог уменьшают расходы на службу эксплуатации примерно в 3,5 раза Экономия расходов на содержание здания до 20% + Уменьшение затрат на страхование объекта; Предотвращение аварий и нештатных ситуаций, способных нанести урон имуществу; Правильно спроектированное и оснащенное здание сохранит свою инвестиционную стоимость намного дольше, чем здание, не отвечающее требованиям завтрашнего дня 35

Существующие здания Принятие разнообразных краткосрочных мер может способствовать повышению энергоэффективности в существующих зданиях. Например: снижение потерь за счет большой теплоотдачи зданий: замена окон; изоляция стен и крыш; 36

Оборудование приточно-вытяжной вентиляции установками рекуперации теплового воздуха. Улучшение изоляции воздуховодов и трубопроводов. Модернизация систем автоматизации и оснащение их энергосберегающими приборами и средствами. Перенос температурных установок в граничные зоны комфортных уровней. 37

«Здание – это живой организм, и все составляющие его элементы должны быть жестко увязаны между собой… Для обеспечения безопасности людей перед началом проектирования необходимо создать концепцию функционирования здания, в том числе в разделе инженерных систем, систем связи и сигнализации. Отсюда 3 стадии проектирования: концепция, проект и рабочая документация» 38

По данным ряда крупных зарубежных консалтинговых компаний, использование систем автоматизации, стоимость которых составляет в среднем 4% от затрат на постройку здания, позволяет существенно снизить эксплуатационные расходы. Достигаемая при этом экономия на весь жизненный цикл объекта ( в среднем 50 лет) может превысить стоимость строительсва. 39

Идея Зеленого здания состоит в снижении выбросов в окружающую среду и снижении внешнего энергоснабжения, которое в идеале должно стремиться к нулю, т.е. все выделяемое тепло и другие ресурсы должны утилизироваться и идти на нужды самого здания. 40

При этом широко используются ВИЭ, такие, как солнечная, причем как для прямого получения электроэнергии, так и для подогрева воды. 41

Находят применение и, так называемые, системы пассивного солнечного отопления. Они способны эффективно использовать солнечное излучение для снижения потребности в энергии и нужд отопления. Панели с прозрачной изоляцией на стенах южных фасадов зданий позволяют получать приток тепла вовнутрь помещений даже в зимние месяцы. 42

Такие системы могут замещать 30-40% отопительной нагрузки совместно с другими мероприятиями по энергосбережению, снижая в разы потребность в тепловой энергии, необходимой для отопления зданий. 43

Пример отечественных реализованных проектов: Самая крупная в Алтайском крае действующая коллекторная установка (площадь коллекторного поля - 70 м 2 ) обеспечивает нагрев горячей воды в системе горячего водоснабжения гостиницы «Барнаул» с мая по сентябрь. Двухлетний опыт ее эксплуатации показал, что потребление горячего водоснабжения сократилось в два раза. 44

Во многих странах для освещения улиц и даже магистралей применяются светильники на солнечных батареях. В России дело пока не пошло дальше декоративного освещения. Одна из причин – в нашем климате, с малым количеством солнечных дней в году. 45

Выход: совместное использование энергии солнца и ветра. Для этого на мачту светильника, кроме солнечной батареи, устанавливается и ветрогенератор. При хорошей погоде большую часть энергии дает солнце, при плохой - воздушные потоки. Мало того, ветры дуют не только днем, но и ночью, что позволяет практически круглосуточно заряжать аккумулятор. 46

Мощность ветрогенератора, определяется скоростью ветра, а также площадью ометания (т.е. площадью геометрической фигуры, которую «рисуют» вращающиеся лопасти ветроколеса). В установившемся режиме мощность ветрогенератора не зависит от количества лопастей. 47

Ветрогенератор с номинальной мощностью 300 Вт стоит в России руб., 1 кВт – руб. К ветряку и электрогенератору с контроллером, потребуетя еще и гелевый аккумулятор емкостью 120 Ач, стоимость которого составляет около руб. Итого при выходном напряжении 12 В стоимость комплекта оборудования будет около руб. Для подачи в нагрузку переменного тока с напряжением 220 В потребуется инвертор стоимостью около руб. 48

Для сравнения, солнечная батарея мощностью 0,3 кВт с контроллером стоит около руб., 1 кВт – около руб. Расходы на аккумулятор и инвертер будут теми же. Вывод: Ветряк значительно превосходит по вандалоустойчивости солнечные батареи. 49

Поэтому основной упор должен делаться на ветряк, а солнечные батареи должны обеспечивать минимальную мощность для подзарядки аккумулятора в период длительного штиля. 50

Выработанная и накопленная электроэенргия поступает на светодиодный светильник. В установке используется светильник Elgo Adquen OH, специально предназначенный для работы с альтернативными источниками энергии. 51

Выпускается 4 модели, различающиеся мощностью светильника: Sunwind Вт, Sunwind Вт, Sunwind Вт, Sunwind Вт. Световой поток лежит в пределах от 1200 лм до 7200 лм, в зависимости от модификации. Аппаратура способна работать в диапазоне температур от -30 до +40 С. 52

Возможность установки светильника с питанием от ветряка и солнечной батареи зависит от следующих факторов: распределение скоростей ветра, уровня солнечной радиации и продолжительности освещения в ночное время. 53

Максимальное время работы светильника в разных городах России, часов в сутки Город Средн яя скоро сть ветра зимой, м/с Солнечн ая радиаци я за январь, кВтч Рекоменду емое освещение в январе, ч Макс. время для Sunwind 10, ч Макс. время для Sunwind 20, ч Макс. время для Sunwind 30, ч Макс. время для Sunwin d 40, ч Москва420, Кашира5,720, Петрозаводск3,616, Сочи3,

Для использования в большинстве регионов России, кроме крайнего севера, подойдет установка Elgo Sunwind 10. Ее возможностей достаточно, например, для освещения части территории перед домом. 55

Президент России Д. А. Медведев: «Считаю, что базовым принципом в этой работе должен стать комплексный подход – контроль, координация, инициатива органов государственного управления, развитие партнерских отношений с общественностью. Следует налаживать междисциплинарные, межведомственные отношения по сохранению культурного наследия, использовать все доступные ресурсы и структуры, которые ведают вопросами градостроительства и архитектуры, экономики, экологии, транспорта, имущественного комплекса, юридических служб. 56

Спасибо за внимание! 57