Энергосбережение в строительстве

Энергосбережение  в строительстве

Введение

С каждым годом  проблема энергосбережения  становится актуальней. Ограниченность энергетических ресурсов, дороговизна энергии, плохое влияние на окружающую среду, которое связано с ее производством, — эти факторы наводят на мысль, что лучше сокращать потребление энергии, чем повышать ее производство.

Одним из наиболее активных потребителей энергии является строительный комплекс. Опыт показывает, что возможностей для развития энергосберегающих технологий в строительстве существует множество.

Известно, что  здания, возведенные за последние 30 лет, характеризуются низкой энергоэффективностью. Большие потери тепла происходят через конструкции ограждений, имеющие низкие показатели сопротивления теплопередаче.

Одним из важных направлений в экономии энергетических ресурсов при эксплуатации зданий являются совершенствование и разработка объемно-планировочных решений. Существуют расчетные данные, позволяющие сократить энергопотребление при использовании таких домов в два раза. Проводятся исследования по строительству жилых многоквартирных домов с расширенным корпусом.

Энергосберегающей технологией в области строительства  является также разработка конструктивных эффективных решений наружных стен зданий. На предприятиях стоит выпускать  трехслойные ограждающие конструкции, а также разрабатывать многослойные конструкции из штучных материалов.

Во всем мире уже давно ведется поиск путей  уменьшения энергопотребления за счет его рационального использования. Одним из самых активных потребителей энергии в нашей стране является строительный комплекс. Как показывает опыт, возможностей экономии энергии в данной сфере великое множество. Одна из наиболее действенных - энергосберегающие технологии в строительстве.

Таким образом, целью данной работы является рассмотреть  современное состояние и возможности дальнейшего развития применения энергосберегающих технологий в строительстве.

Основными вопросами, которые рассматриваются в представленной работе, являются:

- мировой опыт применения энергосберегающих технологий в строительстве;

- основные пути повышения энергоэффективности жилых зданий;

- основные направления применения энергосберегающих технологий в строительном комплексе.

1. Мировой опыт энергосбережения  в строительстве

Вопросы, связанные энергосбережением в строительстве, стали активно разрабатываться во всем мире начиная с семидесятых годов двадцатого века в рамках общей линии на экономию энергоресурсов и появившейся концепции "устойчивого развития". Энергоэффективные здания как новое направление в экспериментальном строительстве появились после мирового энергетического кризиса , имевшего место в 1974 году. Они стали ответом на критику специалистов Международной энергетической конференции (МИРЭК) ООН в том, что современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности. В этом же докладе специалистов МИРЭК была сформулирована главная идея экономии энергии: энергоресурсы могут быть использованы более эффективно, если меры, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения, т. е. использованы с минимумом изменений привычного образа жизни [1].

Проект первого  энергоэффективного здания начал осуществляться в 1972 году в Манчестере (штат Нью-Хэмпшир, США) архитекторами Николасом Исааком и Эндрю Исааком. Второе здание, которое было запроектировано и построено как энергоэффективное, - это здание EKONO-house в г. Отаниеми, Финляндия. В обоих зданиях было предусмотрено использование тепла солнечной радиации и возможностей компьютерной техники для управления инженерным оборудованием. Первая тенденция продолжает успешно развиваться, в том числе даже в такой северной стране, как Финляндия - например, в экспериментальном строительстве жилого района VIIKKI в Хельсинки, - а вторая тенденция выросла в крупное направление в инженерии зданий, получившее название "Интеллектуальные здания". За годы, последовавшие после энергетического кризиса середины семидесятых годов, западным странам удалось не только стабилизировать, но и существенно снизить рост энергопотребления в строительстве. Раньше других новые энергосберегающие строительные нормы и стандарты были приняты на государственном уровне в скандинавских странах: в 1977 году - в Дании (Danish BR77 standard) и в 1980 году - в Швеции (SBN-80, Svensk Bygg Norm). В результате к 1988 году Швеция снизила ежегодное потребление тепла в жилых зданиях на 28 ТВтч из 50 ТВт·ч в 1978-м, а Дания уже к 1985 году потребляла на 28% меньше тепловой энергии на отопление жилья по сравнению с 1972 годом. Датские и шведские энергостандарты в строительстве до сих пор остаются одними из самых жестких в мире: так, шведский SBN-80 даже в начале ХХI века по уровню своих требований превышал нормы других европейских стран.

Во второй половине 80-х годов совместными усилиями шведа Бу Адамсона (Университет Лунда) и немецкого архитектора Вольфганга Фейста (Institut fr Wohnen und Umwelt) были заложены основы нового энергосберегающего подхода в жилищном строительстве - концепция так называемого пассивного дома (Passivhaus). "Пассивные дома" изначально проектировались их разработчиками специально для климатических условий Центральной Европы и, согласно базовой идее, должны были использовать для отопления преимущественно лишь внутренние тепловые ресурсы, иметь минимальный энергообмен с окружающей средой (за счет высококачественной теплоизоляции) и максимально утилизировать тепло всех выбросов. В соответствии с этой концепцией в 1991 году в немецком Дармштадте был построен первый экспериментальный прототип Passivhaus (четырех квартирный жилой дом, возведенный из силикатного кирпича с наружным утеплением слоем пенополистирола толщиной 40 см).

Начиная с 1996 года (после того как разработчиками данной концепции были окончательно доведены дологического завершения основные проектно-конструкторские решения и создана специальная рабочая группа по экономичным "пассивным домам") возведение "пассивных" зданий перешло из штучной в серийную стадию. Уже к 1999 году в Германии было построено около 300 таких домов, к концу 2000-го их было более 1000, а по имеющимся данным на начало 2007 года их число превысило 7000.

Если в самом начале строительства энергоэффективных зданий, вплоть до начала 90-х годов, основной интерес представляло изучение мероприятий по экономии энергии, то уже в середине 90-х годов центр тяжести переносится на изучение проблемы эффективности использования энергии и приоритет отдается тем энергосберегающим решениям, которые одновременно способствуют повышению качества микроклимата. Логическим завершением этапов развития энергоэффективных зданий стала практика строительства Sustainable building. Такие здания сочетают три взаимосвязанных понятия: комфортный микроклимат помещений, максимальное использование энергии природы, оптимизированные энергетические элементы здания как единого целого.

В развитых странах  разработаны и постоянно совершенствуются методики сертификации новых и существующих зданий с точки зрения энергоэффективности. В ЕС первый закон такого рода - Директива 93/76/ЕС по ограничению выделений двуокиси углерода путем улучшения энергетической эффективности SAVE (СЭЙФ) - был принят в 1993 году. Он предусматривал следующие меры:

• разработка энергетических паспортов зданий;
• определение фактических энергетических расходов на отопление, кондиционирование воздуха и горячее водоснабжение зданий;
• эффективная теплоизоляция вновь возводимых зданий;
• регулярный осмотр и контроль отопительных котлов (мощностью более 15 кВт);
• регулярный анализ статей расхода энергии и повышение эффективности использования энергии;
• субсидирование на государственном уровне трети расходов, направленных на экономию энергии [2].

Новый закон по энергетической эффективности зданий - Директива 2002/91/ЕС - был принят в декабре 2002 года и вступил в силу в январе 2003 года. Этот закон устанавливает общие принципы по энергоэффективности зданий для государств - членов ЕС. Согласно закону, энергоэффективность здания - это фактически потребленное или рассчитанное количество энергии, предназначенное для различных нужд, связанных с обычным использованием здания, включающее среди прочих отопление, нагрев горячей воды, охлаждение, вентиляцию и освещение. Это количество энергии должно выражаться одним или несколькими численными показателями, которые учитывают теплоизоляцию, технические характеристики оборудования, заданные согласно климатическим параметрам, ориентации по отношению к поступающей солнечной радиации, влиянию окружающих зданий, собственную выработку энергии и другие факторы, включая внутренний микроклимат, влияющие на потребность в энергии. Все существующие здания площадью свыше 1000 кв. м в случае их основной реконструкции должны быть доведены до минимальных требований по энергоэффективности, устанавливаемых государствами - членами ЕС. Законом усиливается роль сертификата энергоэффективности зданий. Сертификат энергоэффективности здания должен включать контрольные величины, имеющиеся в существующих утвержденных стандартах в странах - членах ЕС и обеспечивающие возможность потребителю сравнить и оценить энергоэффективность здания. Сертификат должен быть дополнен рекомендациями по экономически выгодным решениям энергоэффективности.

Согласно используемой в странах ЕС методике, жилые дома с точки зрения энергосбережения разделяют на обычный дом (потребление энергоресурсов - 400 кВтч в год на 1 кв. м), дом с низким энергопотреблением (менее 70 кВтч), "пассивный" (не более 15 кВтч) и "активный дом". Термин "пассивный дом" означает, что этот дом должен излучать как можно меньше тепла и обеспечивать комфортную температуру в помещениях как зимой, так и летом. Достигается эта цель с помощью теплоизоляции, обеспечивающей "эффект термоса", закрытой системы отопления и рекуперативной вентиляции. Соответственно, в таких домах расходуется почти на 80% меньше энергии, чем, например, в новых зданиях, спроектированных в соответствии с немецкими термоизоляционными стандартами 1995 года (German Thermal Insulation Ordinance-1995). Идеалом является возможность обогрева дома только за счет человеческого тепла. Сегодня Passivhaus считается ведущим мировым стандартом с точки зрения энергоэффективности (помимо основного немецкого варианта схожие требования содержатся и в другом популярном строительном стандарте низкого энергопотребления - канадском R-2000).

Еще в конце 90-х годов ЕС профинансировал  специальную программу "Гефеос", в рамках которой в 2000-2001 годах  было осуществлено строительство пилотных объектов - "пассивных" мало- и многоэтажных зданий и целых жилых поселков в пяти странах Западной Европы. Всего в Германии имеется 6000 таких домов. Сегодня подобные дома строятся в Швеции, Австрии, Финляндии, Швейцарии. В 2003 году первый такой дом был построен и в Северной Америке, в г. Урбана (штат Иллинойс, США). По сравнению с обычным "пассивному дому" требуется на 90% меньше энергии для обогрева, хотя стоит он на 10-25% дороже обычного дома. Впрочем, с учетом цен на энергоресурсы в Европе (а расходы по обогреву жилищ в Германии уже сейчас составляют 20% всех расходов по найму квартиры) экономический эффект, получаемый за счет снижения эксплуатационных расходов, в течение семи-десяти лет окупает увеличение размеров капитальных затрат.

Безусловно, возведение таких энергоэффективных зданий, как "пассивные дома", требует весьма существенных дополнительных затрат по сравнению с обычными зданиями. Однако, по оценкам идеологов Passivhaus, за полтора десятилетия, прошедших с момента ввода в строй в 1991 году первого "пассивного дома", эти сверхиздержки удалось резко сократить: если на начальном этапе для "высокоэффективного энергооснащения" зданий в среднем требовалось дополнительно вложить порядка 50 тыс. евро, то сегодня они составляют от 6 тыс. до 15 тыс. евро (в зависимости от размеров дома: чем больше дом, тем меньше средние дополнительные расходы). Пожалуй, к настоящему времени единственной серьезной проблемой, так и не решенной проектировщиками "пассивных домов" немецкого образца, остается их достаточно жесткая привязка к климатическим условиям Центральной Европы: как показывают техрасчеты, при строительстве таких домов в районах, расположенных выше 60° северной широты (например, в Северной Скандинавии), отмеченные выше дополнительные издержки очень существенно возрастают.

Что касается "активного  дома", то он представляет собой следующий  этап развития "пассивного дома", который в принципе может сам  обеспечивать себя электроэнергией  и горячей водой. Типичным оснащением активного дома в последнее время становится солнечный коллектор для нагрева воды, солнечная электростанция на его крыше и тепловой насос, преобразующий низко потенциальное тепло земли или бытовых стоков в горячую воду. То есть настоящий "активный дом" функционирует еще и в качестве электростанции.

2. Пути повышения энергоэффективности жилых зданий

Новейшие энергосберегающие  технологии в строительстве помимо экономии финансовых ресурсов, открывают  и принципиально новые возможности  для снижения выбросов в атмосферу  вредных веществ, которые образуются при обогреве и охлаждении зданий.  Актуальность внедрения современных энергосберегающих технологий, по сути,  сопоставима с непосредственным производством энергии. Энергосберегающие технологии представляют собой более выгодный и экологически грамотный способ обеспечения растущего с каждым годом спроса на энергоносители [3].

Энергосбережение  сейчас становится одним из основных приоритетов в деятельности любой  компании. Эффект от внедрения данных технологий затрагивает не только строительные организации, но и конечного владельца дома, офисного здания или торгового центра. Инвесторы, участвуя в подобных энергосберегающих проектах,  получают возможность по настоящему выгодных инвестиций.

Потенциал энергосбережения в России составляет около 400 тонн условного  топлива в год, что эквивалентно примерно 40% всего энергопотребления страны. В экономическом  исчислении это миллиарды рублей экономии, а в экологическом плане это сотни миллионов тонн вредных веществ, которые не попадут в атмосферу.

Таким образом, энергосберегающие технологии дают возможность решить сразу несколько задач: 

• экономия энергоресурсов
• решение части проблем ЖКХ
• увеличение рентабельности бизнеса
• уменьшение нагрузки на окружающую среду

России в  вопросах использования энергосберегающих  технологий действительно есть куда развиваться. Энергозатраты многих российских строительных предприятий примерно в два раза превышают аналогичные показатели в развитых странах [4]. Это существенно увеличивает себестоимость российских возводимых зданий и сооружений и серьезно влияет на их конкурентоспособность на большинстве мировых рынков.