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

1. Энергоэффективность и энергоэффективные технологии Л.Т. Сушкова Координатор проекта SPINE г. Владимир19-20. 12. 2010

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

3. 3 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 23.11.2009 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»

4. 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

5. 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

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

7. 7 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.

8. 8 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.

9. 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/м2. В 2015 г. нормой станет 25 кВтч/м2. 9

10. 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

11. 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/м2 в год. 11

12. 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

13. По расчетам экспертов отдела энергоэффективности строительства Мосгосэкспертизы, в Москве уровень теплопотребления на отопление и горячее водоснабжение зданий без улучшенной теплозащиты составляет 360 кВтч/м2, а с улучшенной теплозащитой (строительство после 1999 г.) – 275 кВтч/м2, хотя по нормам должно быть 185 кВтч/м2. 13

14. 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

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

16. 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 СО2 не попало в атмосферу, а сэкономить на электричестве владельцам и арендаторам зданий удалось более 1 млрд. евро. 16

17. 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

18. 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

19. 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

20. 20 Стандарт EN15232 определяет 4 различных класса (A, B, C, D) для систем автоматизации зданий:

21. 21 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.

22. 22 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;

23. 23 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.

24. 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 • Охранная сигнализация • Контроль доступа • Видеонаблюдение • Пожарная сигнализация • Автоматическое пожаротушение • Освещение • Дымоудаление 24

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

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

27. Белоруссия При строительстве экспериментального объекта отработаны технические решения по уменьшению уровня затрат тепловой энергии до 30 кВтч/м2 в год без изменения существующих планировочных решений зданий серии 111-90 МАПИД и модернизации технологического оборудования на предприятии. 27

28. 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

29. Белоруссия Научно-практические результаты: • окна нового поколения с сопротивлением теплопередаче R=1,2м2град/Вт, разработанные специалистами института на основе композитного профиля (дерево-пенополиуретан-дерево) и 2-камерного стеклопакета с двумя низкоэмиссионными стеклами и аргоновым заполнением; 29

30. 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

31. Белоруссия Научно-практические результаты: • стеновые панели с увеличенным сопротивлением теплопередаче в среднем от 3,2м2град/Вт до 5,2м2град/Вт; 31

32. 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

33. 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

34. Внедрение комплексной системы автоматизации диспетчеризации позволит достичь максимального эффекта экономии при строительстве (реконструкции): 34

35. при эксплуатации: 35

36. 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

37. 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

38. «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

39. 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

40. 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

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

42. 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

43. 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

44. Пример отечественных реализованных проектов: Самая крупная в Алтайском крае действующая коллекторная установка (площадь коллекторного поля - 70 м2 ) 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

45. 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

46. 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

47. 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

48. Ветрогенератор с номинальной мощностью 300 Вт стоит в России 20000 руб., 1 кВт – 40000 руб. К ветряку и электрогенератору с контроллером, потребуетя еще и гелевый аккумулятор емкостью 120 Ач, стоимость которого составляет около 20000 руб. Итого при выходном напряжении 12 В стоимость комплекта оборудования будет около 48000 руб. Для подачи в нагрузку переменного тока с напряжением 220 В потребуется инвертор стоимостью около 10000 руб. 48

49. Для сравнения, солнечная батарея мощностью 0,3 кВт с контроллером стоит около 45000 руб., 1 кВт – около 150000 руб. Расходы на аккумулятор и инвертер будут теми же. Вывод: Ветряк значительно превосходит по вандалоустойчивости солнечные батареи. 49

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