|
| |
|
Главная -> Экология
Научные основы проектированияэнергоэффективных зданий. Переработка и вывоз строительного мусораВасилийСтепаненко, ЭСКО Экологические Системы Введение 1.Запорожская область- краткийобзор 2. Общая оценка развитияэнергосбережения в регионе Запорожскойобласти за период 1991-1999 гг. 3. Рынок услуг в сфереэнергосбережения - оценка состояния 4. Перспективы развития рынка услугв сфере энергоэффективности Запорожскойобласти на 2001-2004 гг. Настоящие материалыподготовлены энергосервисной компанией Экологические Системы по просьбеМеждународного центра энергоэффективныхтехнологий (Украина) и Альянса посбережению энергии (США) для семинара вКрыму 25.06-01.07.2000 г. В материалахпредставлена точка зрения компании нанастоящее и будущее развития рынкаэнергоэффективности в регионе Запорожскойобласти, основанная на семилетнем опытеработы. Предлагаютсяретроспективный анализ (1991-2000 гг.) иперспективный анализ (2001-2004 гг.) состояниярынка энергоэффективности региона. Целесообразно было быдифференцировать материалы предлагаемогоанализа по наиболее энергоемким секторам:промышленности, энергетики и коммунальногохозяйства, но эта задача выходит за рамкинастоящего доклада. Чтобы создать базусравнения, прилагается перевод раздела Какработать с энергосервисной компанией из Справочника энергоменеджера ,выпущенного Энергетической Комиссиейштата Калифорния, США 1. Запорожская область - краткийобзор Регион Запорожскойобласти - юго-восточная часть Украины сплощадью 27.2. тыс. км2, что составляет4.5% от всей территории Украины. Населениесоставляет более 2100 тыс. человек (свыше 4% отнаселения Украины), трудоспособноенаселение около 700000 человек. Запорожская областьвысоко урбанизирована, свыше 75% населенияживет в городах, около 50% - в г. Запорожье,средний возраст - 36 лет. ВВП региона в 2.3 разапревосходит усредненный национальныйуровень, доля промышленного комплекса (машиностроение,металлургия, электроэнергетика) составляетбольшую часть ВВП ( 50%), сфераобслуживания - 32%. В Запорожской областипроизводится более 30% электроэнергииУкраины, собственное потреблениесоставляет 18%. Область является донором (однимиз немногих) для бюджета Украины. Регион является однимиз самых энергозатратных в Украине.Наиболее энергоемкая часть - металлургия (износосновных фондов превосходит 60-70%). Для региона характерензначительный рост доли энергозатрат вбюджете региона и городов (от 10-15% в 1990 г. до50-60% в 1999 г.). Задолженность заэнергоносители растет; так, например,задолженность предприятий тепловых сетей г.Запорожье за газ превышает годовой бюджетгорода. В то же время задолженность бюджета,населения и промышленности перед тепловымисетями за отпущенное тепло выше долга в 1.43раза. Сточки зрения рынка энергоэффективностирегион Запорожской области является однимиз наиболее привлекательных в Украине и вотносительном, и в абсолютном исчислениях.Так, например, снижение энергозатрат порегиону в целом на 30% позволяет получитьгодовую экономию средств свыше 300 млн.$.Общий потенциал снижения энергозатрат вбазовых сферах хозяйствования составляет80% от существующего уровня потребленияэнергоресурсов. Достижение этой целипотребует около 8-12 млрд. $ инвестиций (реновация85% основных фондов в базовых сфераххозяйствования региона). Запорожская областьявляется одним из самых экологическипроблематичных регионов Украины. К примеру,выбросы парниковых газов на территорииобласти составляют около 15% от общегообъема выбросов по Украине в целом. Очевидно, чтоэнергетический кризис и его последствияболее тяжело влияют на жизнеобеспечение иуровень жизни людей в регионе Запорожскойобласти по сравнению с другими регионамиУкраины. Может быть, поэтому вЗапорожье наиболее активно по сравнению сдругими регионами Украины развиваетсяпротиводействие энергетическому кризису -от властных структур региона имуниципалитетов до предпринимательскогосообщества и политических партий. 2.Общаяоценка развития энергосбережения в регионе Запорожскойобласти за период 1991-1999 гг. Первые попыткиорганизованного противодействияэнергетическому кризису в регионедатируются 1991-1993 гг. МуниципалитетыЗапорожья и Днепропетровска (Головко иПустовойтенко) предложили премьер-министруУкраины Кучме проект Национальнойпрограммы энергосбережения Украины, аруководители промышленных предприятийэтих городов создали Ассоциацию ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ . В этот декларативный период начинают создаваться первые частныекомпании, сделавшие энергосбережение своимосновным бизнесом. Общество начинаетосознавать растущую энергетическуюзависимость всех базовых сферхозяйствования, однако, практических мер непредпринимается. Ассоциация ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ самораспустилась, так и не заработав, апроект Национальной программыэнергосбережения был быстро забыт новымправительством, пришедшим на сменукабинету Кучмы. Основой практическогоэнергосбережения в этот период быловнедрение локальных приборов учета расходаэнергоносителей - в основном, впромышленности. Период 1994-1996 гг. можнобыло бы назвать периодом административного энергосбережения. Появился Закон Украины Об энергосбережении , начал работуГоскомитет по энергосбережению Украины. ВЗапорожской области академическимикругами разработана 3-томная КомплекснаяПрограмма по энергосбережению Запорожскойобласти . Распоряжением председателягособладминистрации создан региональныйфонд энергосбережения. Совещания ивыставки по этой теме становятсярегулярными. Цены на энергоносители иобъемы неплатежей за их потреблениеначинают угрожающе расти. Веерныеотключения в энергосистеме и замерзшиецеха становятся буднями в Запорожскойобласти, да и в Украине - такое энергосбережение становится основным. Закон Обэнергосбережении не принес пользыникому, кроме его авторов, 3-томная ПрограммаЗапорожской области мирно забыта (вместес еще более объемной Государственнойкомплексной Программой ). Также тихозабылись Государственный фондэнергосбережения Украины вместе срегиональным фондом энергосбереженияЗапорожской области. Нужно сказать, что наэти мнимые деньги из мертвых фондовнадежды были только у чиновников всехуровней да отощавших ученых отэнергосбережения - те, кто сделал ставку начастный бизнес энергосбережения, никогдане верил в эти фонды. Реальный рынок практическогоэнергосбережения находился в стороне от административного энергосбережения.Поставки энергосберегающего оборудованияпонемногу росли, на смену локальнымприборам учета приходит спрос наавтоматизированные системы учета (СКЭР).Однако, этот рынок невелик, спроса наэнергосбережение практически нет, так, какпо-прежнему отсутствуют экономическиестимулы к энергосбережению. Еще одним интересныммоментом этого периода является приход вУкраину практически всех западных компаний,известных поставками энергосберегающегооборудования и технологий. Запорожье неосталось в стороне от этого явления, вгороде так или иначе, представлены каждаяиз этих компаний. Дополнительныммоментом, подчеркивающим углублениеинтересов Запада в этом сектореукраинского рынка, является реализациямногочисленных программ поэнергоэффективности TACIS и USAID в этот период. Следует подчеркнуть полноеотсутствие в этот период спроса на услугипо энергоэффективности. Период 1997-1999 гг., на нашвзгляд, начинает период рыночного энергосбережения,но только начинает. Верхи уже поняли,что они не могут прямо управлять развитиемэнергосбережения, а низы уже не хотятжить по старому, так как доля стоимостиэнергоресурсов стала доминантной вбюджетах всех уровней (от семей, до городови регионов). Можно найти прямуюсвязь роста реального энергосбереженияс ростом числа реальных собственников- мы на практике отмечаем следующее: в кооперативных жилых домах потерь энергии существенно меньше, чем в аналогичных домах коммунальной собственности; появление на любом предприятии реального хозяина быстро приводит к пересмотру отношений к потерям энергоносителей и инвестициям в энергосбережение; корпоративные собственники с наемным управленческим персоналом (как правило, это старые директора и ранее существовавшие на предприятиях инженерные службы) еще не создали действенных стимулов к развитию энергосбережения на своих предприятиях. В этот период в регионеЗапорожской области утвержденапрагматичная областная Программа поэнергосбережению, в результате реализациипроекта по переводу предприятий региона натарифы, дифференцированные по зонам суток, изпиковых зон выведено более 140 МВтэлектрической мощности и сэкономлено (за 2года) более 7 млн.$, - первый примерсогласованных действий властных структур ипредпринимательского сообщества. Заметно увеличилосьчисло компаний, делающих бизнес наэнергосбережении. Начался спрос науслуги по энергоэффективности, вчастности, на энергоаудит и информационноеобеспечение. В структуре звенауправления многих предприятий появилисьспециалисты по энергосбережению (какправило, заместители главного энергетикаили главного инженера). Энергосбережениестановится прямой задачей инженерных службпредприятий. В этот период,благодаря просветительским миссиям USAID ,совместно с АЕЕ и NAESCO, создаются первыеэнергосервисные компании в Украине, вЗапорожье это ЭСКО-Восток, ЭСКО ЭкологическиеСистемы , ЭСКО-Ресурс и ЭСКО-Запорожье. Эти компании создаютсяна базе маленьких инженерных фирм.Отсутствие оборотных капиталов,устойчивого спроса на услуги поэнергоэффективности и доверия со стороныпотенциальных клиентов не создают дажесреднего бизнеса - все это компании сгодовым оборотом не более 200 тыс.$. Исключением являетсякомпания ЭСКО-Восток, обороты которой былизначительно выше, но в сферах, далеких отэнергосбережения и весьма рискованных. Можно сказать, чтосистематические и бессистемные попыткиэтих компаний привить классическиезападные механизмы развитияэнергосбережения на украинской земле, напервый взгляд, терпят неудачу. Многочисленныепредложения энергоаудитов, договоров наоснове перфоманс-контрактов, лизинга ненаходят спроса у недоверчивых клиентов,лишенных экономических стимулов кэнергосбережению. Коммерческие банки истраховые компании проявляют вялый,бесплодный интерес к инвестициям вэнергоэффективность. Но все эти попытки ЭСКОразвить дремлющий рынок взрыхляют иудобряют почву для будущего бизнеса. В Запорожской области,а точнее, в Украине, не происходитглавного: класс реальных собственников еще мал, а приватизация собственности давно и искусственно сдерживается; несмотря на огромные потери энергии, экономических стимулов для ее сбережения не создано; Украина продолжает жить в зазеркалье - все хозяйственные механизмы, законодательная и нормативная база остались в наследство от социализма; частая смена государственных руководителей всех уровней не несет стабильности; большинство руководителей в базовых сферах хозяйствования живут одним днем, в лучшем случае, одним годом. за потребление энергии по прежнему не хотят (а кто-то уже не может) платить деньги. Искусственно ускоритьэти процессы трудно, поэтому все попыткиразвить энергосбережение в отдельновзятой области не находят успеха. Оказывается, чтоэнергосбережение - это тот локоток, которыйблизок, да укусить непросто. Обществодолжно дорасти до энергоэффективногохозяйствования как новой культуры,которая придет на смену старой. Инерционность имасштабы этих процессов приводят нас кпониманию причин перманентногоэнергетического кризиса в Украине. Заканчивая этот раздел напессимистической ноте, нельзя не сказать оважном: бедой украинского энергосбережения стало наше неверное представление об экономии энергоресурсов. Создание экономии еще ничего не значит, главной проблемой является ее получение и материализация в денежной форме на конкретном счете. То, что аксиоматически существует в западных странах (а точнее, в странах с реальной рыночной экономикой), еще недостижимо в Украине - созданная экономия энергии, скорее всего никому не будет принадлежать или, скорее всего будет перераспределена между потребителями, далекими от экономии энергии. Самым страшным является полная обеспеченность этого абсурда нормами нашей жизни (и писанными, и неписаными), устоявшимся за предыдущие 80 лет; мы приближаемся к переломной точке энергетического кризиса - ощущение необходимости перемен постоянно растет в обществе. Выступления на февральской конференции Энергосбережение Запорожской области показывают на рост готовности основных слоев общества к этим переменам, они близки. Очень важно, чтобы к моменту начала развития сформировалось, пусть даже небольшое количество компаний, профессионально готовых к оказанию полного спектра услуг по энергоэффективности. 3.Рынок услуг в сфереэнергосбережения - оценка состояния Долгое время для нас -инициаторов создания украинских компанийтипа ЭСКО - главным вопросом была сферадеятельности таких компаний на украинскомрынке энергоэффективности. Один тип компанийпоставляет клиентам энергоэффективноеоборудование. Они способны даже выполнитьпроект и монтаж этого оборудования. Другой тип компанийоказывает услуги, много услуг для всехстадий подготовки и реализации проектовэнергоэффективности самых разнообразныхклиентов - это и есть ЭСКО. Таково наше нынешнеепонимание типовой украинской ЭСКО. Другойвопрос - могут ли они зарабатывать деньги вУкраине сегодня? Зарабатывать деньги нажизнь на вялом и нестабильном украинскомрынке, в обществе, которое давно живет вэнергетическом кризисе, но не создалоэкономических стимулов к сбережениюэнергии. Какие услуги может предложитьЭСКО? 1.Потери энергии нужнонайти, дифференцировать и оценить. Этизадачи выполняет энергетический аудит - отдемонстрационного аудита доинвестиционного аудита. Практикой создано 5основных типов энергоаудита разной степенисложности. К сожалению, в Украине (благодарязападным программам и экспертам)укоренилась первая разновидность аудита - демонстрационный.Это легкий для выполнения, поспешный ибезответственный тип энергоаудита. Какправило, клиент знал или догадывался опотерях энергии, которые открываются во время таких аудитов. Ценность такогоаудита невелика, но она есть - знания опотерях энергии впервые приводятся всистему и объективно (более или менее)оцениваются в денежном выражении. Более сложный и болеенужный инвестиционный энергоаудит требуетколлектива высокопрофессиональныхспециалистов, а иногда и специальногодорогостоящего оборудования - одиночкамздесь места нет. 2.Подготовка (разработка)энергосберегающего проекта. Это достаточноквалифицированный труд, требующийразносторонних и профессиональных знаний. Один проектпредполагает установку маломощногорегулируемого привода на существующейнасосной станции. Другой проектпредполагает строительство маневреннойТЭЦ на основе когенерации. Диапазонтребуемых проектных решений огромен и,безусловно, потребует специализации ЭСКО. 3.Управлениереализацией энергосберегающего проекта исдача в эксплуатацию Можно спорить о том,является ли эта услуга работой ЭСКО. Когда-тоэто так, но, в большинстве случаев, наверное,это задача других компаний. ЭСКО большеприсущи функции консультантов-гарантовцелостности таких проектов. 4.Финансированиепроектов и страхование рисков, возникающихпри их реализации Это, безусловно, услугиЭСКО. Однако, сегодня, никто из украинскихЭСКО не может предлагать эти услуги - ониеще не назрели, а общество не готово ихвостребовать. Например, технологияперфоманс-контрактов (основа дляобеспечения этого вида услуг) непрививается в украинской действительности.Существующее сегодня в Украинехозяйственное и договорное право иммунноотвергает технологию перфоманс-контрактов.Процентные ставки банков высоки, огроменриск невозврата вложенных средств вэнергосберегающие проекты. Самогосударство не возвращает деньги, взятыевзаймы, и на Западе, и на Востоке, и усобственного народа. Можно сказать, чтовремя подобных услуг уже назрело, но еще непришло. 5.Создание гарантийдостижения прогнозируемого сбереженияэнергии и денежных средств. Мониторингполучаемой энергоэффективности у клиентовЭСКО. Вполне возможно, что извсего спектра услуг, предоставляемых ЭСКО,именно эти услуги являются самыми важными,даже стратегическими. Сегодня (приотсутствии технологии перфоманс-контрактов),эти услуги являются невостребованными.Можно только рекомендовать коллегам изЭСКО постоянные тренировки и наращиваниемускулов для оказания этих услуг. И, безусловно,необходимо развивать технологию учета (мониторинга),особенно компьютерных (автоматизированных)систем. Запорожская государственнаяинженерная академия в 2000 году выпускаетпервую группу молодых инженеров (15 человек)по специальности Системы мониторингарасхода энергоресурсов . Именно этимсистемам уготовано большое будущее приразвитии энергосбережения в Украине. Именно компьютерныесистемы позволяют осуществлять постоянный(с двусторонним доступом - для ЭСКО и дляклиента) мониторинг фактически получаемойэнергоэффективности у клиентов послереализации энергосберегающих проектов.Компания Экологические Системы считает компьютерный мониторингэнергоэффективности своим коньком и давно(9 лет) совершенствует свои услуги на этомпоприще. 6.Сервисноеобслуживание клиентов после внедренияэнергосберегающих проектов Это, безусловно, нужнаяуслуга и постоянный источник доходов дляЭСКО. Весь вопрос в том, что нашипредприятия, организованные при СССР,создавались по принципу колхозов и имелигипертрофированный штат специалистов поэксплуатации. Все свое ношу ссобой - этот принцип хозяйствования,доминирующий в Украине, еще не скоропозволит реально создать этот сектор рынкауслуг для ЭСКО. 7.Подготовка ипереподготовка специалистов (дообучение)по энергоменеджменту Полагаем, что эта сферауслуг системы высшего образования (очевидно,на платной основе для частных вузов). ЭСКО могут и должныподдерживать развитие этой сферы услуг, так,как она увеличивает рынок для самих ЭСКО. Наша компаниядоступными для нас способами содействовалапоявлению этих специальностей в ЗГИА истановлению Центра по обучениюспециалистов в Запорожской области. Но это - только нашаточка зрения - не хотелось бы претендоватьна объективность в этом вопросе. Заканчивая этот раздел,надо сказать, что контуры сферы услуг ЭСКОможно обозначить только приблизительно.Например, в США многие ЭСКО выступаюттрейдерами на рынке энергоресурсов (оченьдинамичном в эпоху дерегулирования).Известно, что внедрение новой моделидерегулированного энергорынка в штатеКалифорния (США) позволило снизить затратыэлектроэнергии в штате на 18% в целом.Украинского подобного опыта (и энергорынка)еще нет. Украинские ЭСКОнаходятся в начале своего пути, аформирование рынка услуг в сфереэнергоэффективности только начинается. Намвсем, энтузиастам энергосбережения вУкраине, хочется большего и побыстрее.Часто становится обидно за свой, белыйбизнес , ведь по роду своей деятельностинам видны десятки и сотни миллионовдолларов, выбрасываемых ежегодно на ветертолько в нашей Запорожской области. И частособственное бессилие подталкивает кпреждевременному форсированию перемен. Однако нужно бытьпрагматиком. Перемены происходят, но оченьмедленно - рынок услуг поэнергоэффективности еще молод и нужныдругие дополнительные источники доходовдля выживания и развития ЭСКО в Украине.Особенно сложной проблемой являетсястабильность кадров в ЭСКО и постоянныйрост их профессионализма. 4.Перспективыразвития рынка услуг в сфереэнергоэффективности Запорожскойобласти на 2001-2004 гг. Для оценки динамики будущего рынка услуг всфере энергоэффективности нужносформировать точку отсчета или базуотсчета, оттолкнувшись от нынешнегосостояния рынка. Попытаемся это сделать: - Годовое потреблениеэнергоресурсов региона составляет 140-160 млн.т.у.т. (по Н.Э). Стоимость 1 тонны нефтипримерно равна 100$. Отсюда, годовой оборот вэнергообеспечении региона составляетпримерно 1.5 млрд.$. - Удельные энергозатраты врегионе выше аналогичных среднихпоказателей, достигнутых на Западе,примерно в 4 раза. - Примем реально достижимыйпотенциал ежегодной экономииэнергоресурсов в 1.1 млрд.$, а периодреновации в 30 лет. - Если доля услуг в стоимостипроектов составляет 30-35% от их общейстоимости, то легко представить объемежегодного оборота на рынке услуг региона -от 10 до 100 млн.$ при среднем срокеокупаемости проектов равным 3 года. (100 млн.$ - ежегодная экономия впервые годы, 1000 млн.$ - ежегодная экономияспустя 30 лет, ежегодные затраты нареализацию проектов составляют от 30 до 300млн.$). Безусловно, эти расчеты носятпоказательный и довольно приближенныйхарактер. - Сегодня в регионе числятся 7подобных ЭСКО компаний, но реально работаюттолько 3. - Их суммарный годовой оборот непревышает 300-500 тыс.$, из которых услугисоставляют не более 30%. - Относительная оценка долиреально реализуемых сегодня услуг в сфереэнергоэффективности региона отусредненного потенциала этого рынка, такимобразом, составляет не более 0.1-1%. Полагаем, что именнообъем фактически реализуемых услуг (вденежном (абсолютном) и относительноммасштабе) мог бы быть оценкой развитияэнергосбережения в регионе, и в стране вцелом. Председательоблгосадминистрации Запорожской областиВладимир Куратченко на областнойконференции сказал, что энергосбережениестановится основной составляющейантикризисной программы развития регионана период 2001-2004 гг. Целью реализацииантикризисной программы является снижениеэнергопотребления региона на 30-35% за 4 годана основе реинвестиций фактическиполучаемой экономии средств отэнергосбережения в дальнейшее развитиеэнергосбережения (60-70 млн.$ ежегодно). Легко понять динамикуроста объемов будущих услуг в сфереэнергоэффективности региона (придостижении планируемой ежегодной экономииэнергоресурсов на 7% ежегодно): -2001 г. -21 млн.$ (7%) -2002 г. -42 млн.$ (14%) -2003 г. -63 млн.$ (22%) -2004 г. -84 млн.$ (30%) В данном случае сделана оценка требуемыхвложений в сферу услуг поэнергоэффективности для достижения планируемыхпоказателей реализации антикризиснойпрограммы региона. Как мы видим, необходимы резкиетемпы прироста объема вложений в сферууслуг по энергоэффективности. Основой предложенийоблгосадминистрации Запорожской областиявляется глубокая реформа в следующихнаправлениях: · управление развитиемэнергосбережения на областном имуниципальном уровнях; · управлениеэнергоэффективностью хозяйствованияпредприятия; · региональный энергорынок иэнергосбережение; · тарифная политикастимулирования энергосбережения; · налоговая политикастимулирования энергосбережения; · бюджетная политика региона имуниципалитетов; · инвестиционная политикаразвития энергосбережения; · создание рыночнойинфраструктуры энергосбережения региона; · политика управляемыхреинвестиций; Становится ясно видна связьнеобходимых реформ с развитиемэнергоэффективности, а, следовательно, и сразвитием рынка услуг поэнергоэффективности и судьбой украинскихЭСКО.
Ю.А.Табунщиков, президент АВОК, член-корр.Российской Академии архитектуры истроительных наук; М.М.Бродач, вице-президент АВОК, к.т.н., Московскийархитектурный институт Введение Мировой энергетический кризис 70-х годовпривел, в частности, к появлению новогонаучно-экспериментального направления встроительстве, связанного с понятием зданиес эффективным использованием энергии .Первое такое здание было построено в 1974году в г. Манчестере (штат Нью-Хэмпшир, США).Цель строительства этого здания, как,впрочем, и всех, последовавших за ним врамках нового направления, заключалась ввыявлении суммарного эффектаэнергосбережения от использованияархитектурных и инженерных решений,направленных на экономию энергетическихресурсов. В последние годы значительноувеличился объем строительства зданийразличного технологического назначения сэффективным использованием энергии, иполучили развитие в международной практикестандарты, правила и другие нормативныедокументы по проектированию и оценкеэнергоэффективности таких зданий (см.журнал АВОК, 1997, №№ 2, 4, 6). В России в рамкахмеждународной программы Европейскойэкономической комиссии ООН Энергетическаяэффективность-2000 осуществляютсяпроекты по строительству демонстрационныхзон высокой энергетической эффективности. Вместе с тем ощущается явная нехваткаинформации о научных методах, на основекоторых осуществляется проектированиезданий. Не менее остро ощущается также инеобходимость уточнения терминологии. Авторами предлагается использовать двапонятия: энергоэффективные здания иэнергоэкономичные здания. Дадим следующиеопределения. Энергоэффективное зданиевключает в себя совокупность архитектурныхи инженерных решений, наилучшим образомотвечающих целям минимизации расходованияэнергии на обеспечение микроклимата впомещениях здания. Энергоэкономичноездание включает в себя отдельные решенияили систему решений, направленных наснижение расхода энергии на обеспечениемикроклимата в помещениях здания. Изприведенных определений ясно различиемежду энергоэффективным иэнергоэкономичным зданиями. Первое естьрезультат выбора определенными научнымиметодами совокупности технических решений,наилучшим образом отвечающих поставленнойцели. Второе есть результат суммированияряда энергосберегающих решений в одномобъекте. С точки зрения современной науки, задачапроектирования энергоэффективных зданийотносится к так называемым задачам системногоанализа или задачам исследованияопераций , поиск решения которых связан свыбором альтернативы и требует анализасложной информации различной физическойприроды [1, 2]. Цель методов системногоанализа или исследования операций -предварительное количественноеобоснование оптимальных решений.Оптимальными здесь называются решения,которые по тем или иным признакампредпочтительнее всех других. Исследование операций включает в себя триглавных направления: -построение математической модели, то естьописание процесса на языке математики; -выбор целевой функции. Это исследованиевключает в себя определение ограничивающихусловий и формулирование оптимизационнойзадачи; -решение поставленной оптимизационнойзадачи. Заметим, что принятие окончательногорешения выходит за рамки исследованияопераций и относится к компетенцииответственного лица (чаще группы лиц),которому предоставлено правоокончательного выбора и на котороговозложена ответственность за этот выбор.Делая выбор, он может учитывать наряду срекомендациями, вытекающими изматематического расчета, еще рядсоображений количественного икачественного характера, которые в этихрасчетах не были учтены. Основнаячасть Математическаямодель и целевая функция дляэнергоэффективного здания В соответствии с методологией системногоанализа математическую модель тепловогорежима здания как единойтеплоэнергетической системы целесообразнопредставить в виде трех взаимосвязанныхмоделей, более удобных для изучения [3, 4, 5]: -математической моделитеплоэнергетического воздействиянаружного климата на здание; -математической моделитеплоаккумуляционных характеристикоболочки здания; -математической моделитеплоэнергетического баланса помещенийздания. Подробное описание математических моделейотдельных элементов здания и здания какединой энергетической системы дано в [3, 4, 5]. Оптимизационная задача дляэнергоэффективного здания имеет следующеесодержание: определить показателиархитектурных и инженерных решений здания, обеспечивающихминимизацию расхода энергии на созданиемикроклимата в помещениях здания. Вобобщенном математическом виде целевуюфункцию для энергоэффективного зданияможно записать так: Qmin= F (ai), гдеQmin - минимальный расход энергии на созданиемикроклимата в помещениях здания; ai- показатели архитектурных и инженерныхрешений здания, обеспечивающих минимизациюрасхода энергии. При реальном проектированииэнергоэффективное здание в большинствеслучаев не будет реализовано из-за рядаограничений, вытекающих из конкретнойстроительной ситуации или из-за рядасоображений количественного иликачественного характера, которые не былиучтены при математическом моделировании. Вэтом случае целесообразно ввестипоказатель, характеризующий степеньотличия реализованного решения отоптимального. В других случаях этот жепоказатель может служить критерием оценкиискусства проектировщика. Назовем этувеличину показателемтеплоэнергетической эффективностипроектного решения и обозначим h, так чтопо определению h= Qэф/Qпр, гдеQэф - расход энергии на созданиемикроклимата в помещенияхэнергоэффективного здания; Qпр- расход энергии на создание микроклимата впомещениях здания, принятого кпроектированию. С учетом принятого разделенияматематической модели теплового режимаздания как единой теплоэнергетическойсистемы на три взаимосвязанных подмоделиможно записать h= h1•h2•h3 , гдеh1 - показатель теплоэнергетическойэффективности оптимального учетавоздействия наружного климата на здание; h2 -показатель теплоэнергетическойэффективности оптимального выбора тепло- исолнцезащитных характеристик наружныхограждающих конструкций; h3 - показательтеплоэнергетической эффективностиоптимального выбора систем обеспечениямикроклимата. Оптимизациятеплоэнергетического воздействиянаружного климата на тепловой балансздания Теплоэнергетическое воздействие наружногоклимата на тепловой баланс здания можетбыть оптимизировано за счет выбора формыздания (для зданий прямоугольной формыпринимаются в расчет такие параметры, какего размеры и ориентация), расположения иплощадей заполнения световыхпроемов, регулирования фильтрационныхпотоков. Например, удачный выбор ориентациии размеров здания прямоугольной формы даетвозможность в теплый период года уменьшитьвоздействие солнечной радиации на оболочкуздания и, следовательно, снизить затраты наего охлаждение, а в холодный период -увеличить воздействие солнечной радиациина оболочку здания и уменьшить затраты наотопление. Аналогичные результаты будутполучены при удачном выборе ориентации иразмеров здания по отношению к воздействиюветра на его тепловой баланс. Методология проектирования системотопления, вентиляции, кондиционированияоснована на расчетах тепловых и воздушныхбалансов здания для характерных периодовгода. Например, для России этими периодамигода являются: наиболее холоднаяпятидневка, отопительный период, самыйжаркий месяц, период охлаждения, расчетныйгод. В этом случае оптимизациятеплоэнергетического воздействиянаружного климата на тепловой балансздания за счет выбора его формы иориентации даст следующие результаты: -для наиболее холодной пятидневки - снижениеустановочной мощности системы отопления; -для отопительного периода - снижение затраттеплоты на отопление; -для самого жаркого месяца - снижениеустановочной мощности системыкондиционирования воздуха; -для периода охлаждения - снижение затратэнергии на охлаждение здания; -для расчетного года - снижение затратэнергии на обогрев и охлаждение здания. В общем случае оптимизироватьтеплоэнергетическое воздействие наружногоклимата на тепловой баланс здания можно длялюбого характерного периода времени. Важно отметить следующее: изменение формыздания или его размеров и ориентации сцелью оптимизации влияния наружногоклимата на его тепловой баланс не требуетизменения площадей или объема здания - онисохраняются фиксированными. Решение задачи по выбору оптимальной формыздания приведено в [7], а решение задачи повыбору оптимальных размеров и ориентацииздания прямоугольной формы, а такжезначения показателя тепловойэффективности проектного решенияприведены в [8]. На рис. 1 приведен пример изменения формыздания с целью оптимизациитеплоэнергетического воздействия климатана его тепловой баланс в зависимости отхарактерного периода года. Авторами были проведены исследованиявлияния теплоэнергетического воздействиянаружного климата на тепловой балансздания за счет выбора оптимальных значенийего размеров и ориентации. Расчетыпроводились для климатических условийМосквы (560 с. ш.) и Ростова-на-Дону (480 с. ш.).Исходная ориентация принималась широтной,меридиональной и диагональной. В качествеобъекта исследований принималось зданиепрямоугольной в плане формы, общей полезнойплощадью 1440 м2. В качестве целевойфункции принята минимизация затрат энергиина обогрев здания в холодный период или наохлаждение здания в теплый период. Цельисследований - выявить, как количественноувеличивается показательтеплоэнергетической эффективности зданияза счет оптимального учета воздействиянаружного климата на тепловой балансздания. Результаты исследований приведеныв табл. 1. На рис. 2 показано современноепредставление архитекторов о влиянииориентации и формы здания на еготеплопотребление [9]. Оптимизациятеплозащиты ограждающих конструкций В традиционном понимании оптимизациятеплозащиты наружных ограждающихконструкций зданий - это метод вычислениятолщины теплоизоляции конструкции поминимуму приведенных затрат .Математическая модель приведенных затрат вобщем случае включает в себя два показателя:затраты на производство конструкций (единовременныезатраты) и затраты на их использование (эксплуатационныезатраты). Расчет теплоизоляции поминимуму приведенных затрат являетсяобъективным методом, признанным во всеммире, но содержит в своей сущности скрытуюопасность, отражающую объективнуюреальность существующей в странеэкономической ситуации, которая можетявиться непреодолимым препятствиемреализации метода на практике. Это связанос использованием в методе показателейстоимости энергии и материалов. Многимспециалистам памятна история со СНиП II-3-79 Строительная теплотехника , которыйбыл разработан по заданию высшихправительственных органов с цельюсущественного ужесточения требований кэкономии топливно-энергетических ресурсовпри эксплуатации зданий. Ожидалось, чтоглавным достоинством этого документаявится введение в него метода приведенныхзатрат для выбора оптимальной теплозащитыограждающих конструкций. При этомтеплозащита ограждающих конструкций,включая заполнение световых проемов,должна была приниматься как наибольшая издвух величин, определяемых по санитарно-гигиеническимусловиям и по минимуму приведенных затрат.Безусловно, предполагалось, что методприведенных затрат даст большее значениетеплозащиты, и это явится решением проблемыэкономии топливно-энергетических ресурсов.Но... экономическая реальность складываласьтаким образом, что энергия стоила дешевлегазированной воды, и проектировщики прирасчетах получили, что теплозащита посанитарно-гигиеническим требованиямпревосходит величину, определенную поминимуму приведенных затрат. Встроительном комплексе сложиласьдраматическая ситуация, котораяусугублялась тем обстоятельством, чтонельзя было выявить виновных. Метод былвыбран правильно, но нельзя же былопризнать, что экономика социализманесостоятельна! Сегодня использованиеметода приведенных затрат сталкивается сдругой, пока непреодолимой трудностью.Отсутствуют надежные, прогнозируемые наближайшие 20-30 лет показатели стоимостиэнергии и материалов. Вышеизложенное относится к проблемеэкономической оптимизации теплозащитыограждающих конструкций здания. Цельнастоящей статьи - поиск решения проблемытеплоэнергетической оптимизацииограждающих конструкций. Возможность решения этой проблемы в еесовременном понимании исовременными методами показана в рядеработ [3, 4, 6]. Современное понимание означает,что будет достигнуто решение, которое сучетом принятых ограничений являетсянаиболее предпочтительным. Современныеметоды - это методы исследования операций.Рассмотрим это более подробно. К наружным ограждающим конструкциямпредъявляется в общем случае достаточнобольшое количество требований. Высокийуровень теплозащиты в холодный период вусловиях теплопередачи, близкой кстационарному режиму, высокий уровеньтеплоустойчивости в теплый и холодныйпериоды в условиях теплопередачи, близкой кпериодическому режиму, низкаяэнергоемкость внутренних слоев приколебаниях теплового потока внутрипомещения, высокая степеньвоздухонепроницаемости, низкаявлагоемкость и т.д. и т.п. Безусловно, при проектировании стремятсяудовлетворить, в первую очередь, главнымтребованиям. Практика показывает, чтоколичество таких требований, как правило,не более двух. В первую очередь, этотеплозащита и теплоустойчивость. Здесьоткрываются большие возможности дляоптимизации. Сущность ее состоит в том, чтонадо сконструировать методом исследованияопераций ограждающую конструкцию, котораяоптимальным образом удовлетворяла бытребуемым (нормативным) значениямтеплозащиты и теплоустойчивости. В [6] решена задача определения оптимальногорасположения слоев материалов вмногослойной ограждающей конструкции. Даноподробное решение задачи и показано, что взависимости от порядка расположения слоевматериала величина теплоустойчивостиконструкции может меняться в три раза. В [3] решена задача подбора материала длямногослойной ограждающей конструкциизаданной фиксированной толщины,обеспечивающей наибольшее затуханиенаружных тепловых воздействий. Полученорешение: наибольшее затухание обеспечиваетматериал, имеющий меньшую теплопроводностьи большую объемную теплоемкость. Следствиерешения: для районов с жарким климатомцелесообразно выбирать конструкцию сменьшими значениями теплопроводностиматериалов, а для районов с холоднымклиматом - с большими значениямикоэффициентов теплоусвоения материалов. В [4] решена задача определения предельныхзначений теплозащиты наружных ограждающихконструкций помещения при заданномзначении солнцезащиты окон и заданнойкратности воздухообмена. Помещение необорудовано установкой кондиционирования.В результате решения получены следующиеинтересные выводы: -теплозащита ограждающих конструкций невлияет на температурный режим помещенияпри определенных значениях солнцезащитыокон и кратности воздухообмена; -увеличение теплозащиты наружныхограждающих конструкций приводит кухудшению теплового режима помещения, еслитеплозащита окон недостаточна и кратностьвоздухообмена невелика. Последний результат требует особойвнимательности от проектировщиков, которыеиспользуют наружные ограждающиеконструкции с эффективной теплоизоляциейдля зданий, проектируемых длястроительства в теплом климате. В [3] содержится ряд интересных решений пооптимизации теплозащиты наружныхограждающих конструкций зданий скондиционированием воздуха, для окон степлоотражающей пленкой, для зданий спериодическим отоплением и т.д. Оптимизациятепловой нагрузки на систему климатизациипомещений здания Специалисту, занимающемусяпроектированием и расчетом системотопления, вентиляции и кондиционированиявоздуха, очевидно, что задачейпроектирования и расчета являетсяопределение двух взаимосвязанныхпоказателей: количества энергии и способаее распределения (раздачи). По существу,речь идет о том, чтобы рассчитать изапроектировать такую систему управлениярасходом и распределением энергии, чтобыобеспечить при использовании ееминимальный расход. Таким образом, задачаоптимизации теплоэнергетической нагрузкина систему обеспечения теплового режимаздания будет относиться к так называемымзадачам на оптимальное управление иполучит следующее содержание: найти такоеуправление расходом энергии Q(t) на обогревпомещения, удовлетворяющее уравнениютеплового баланса помещения исоответствующим начальным и конечнымтепловым условиям, для которого расходэнергии I= Q(t) dt имеетнаименьшее возможное значение. Управление Q(t), дающее решение поставленнойзадачи, называется оптимальным управлением,а соответствующая траектория изменениятемпературы внутреннего воздуханазывается оптимальной траекторией. Решение задачи получено авторами иприведено в [5]. Суть решения: время разогрева помещениядолжно быть минимизировано. Если иметь в виду, что реальное помещениеесть совокупность теплоемких ограждающихконструкций и теплоемкого внутреннегооборудования (мебели), то процесс нагревапредполагает повышение температуры всейсовокупности элементов помещения, то естьограждающих конструкций и оборудования.Элементы высокой тепловой аккумуляциипотребуют большего времени на разогрев.Следовательно, минимизация времениразогрева помещения достигаетсяминимизацией времени разогрева элементоввысокой тепловой аккумуляции. Можно сразууказать два простых случая: время разогревапомещения будет стремиться к минимуму, есливнутренние поверхности ограждающихконструкций имеют низкие значениякоэффициента теплоусвоения материалов, атакже если имеет место высокаяинтенсивность конвективного теплообменамежду внутренним воздухом и внутреннимиповерхностями ограждающих конструкций.Оптимальный результат достигается, еслисовпадают оба случая. Правильность этого решения получилаподтверждение во время обсуждения докладаавторов по данной теме в Датскомтехническом университете. Датскиеспециалисты сообщили, что во времяреставрации католического собора смассивными каменными креслами для прихожанс целью экономии энергии на обогрев собора,используя понижение температурывнутреннего воздуха в ночное время, имибыло принято решение разогрев собораначинать с разогрева электрическимиподогревателями массивных каменных кресел.Экономия энергии составила 30-35%. Авторы статьи проделали численные расчетырасхода энергии для помещения площадью 24 м2и объемом 72 м3 с двумя наружнымиограждающими конструкциями и окном сдвойным остеклением площадью 3 м2.Рассмотрены три варианта наружныхограждающих конструкций: -кирпичная кладка толщиной 0,56 м, коэффициенттеплоусвоения 8,02 Вт/(м2•С); -керамзитобетонная панель толщиной 0,23 м,коэффициент теплоусвоения 3,36 т/(м2•С); -панель типа сэндвич с утеплителем изплиточного пенопласта с обшивкой с двухсторон металлическими листами, толщинапанели 0,052 м, коэффициент теплоусвоения 0,77Вт/(м2•С). Для сопоставления результатов расчетовограждающие конструкции имеют одинаковоетермическое сопротивление. Кратностьвоздухообмена принята 3 1/ч. Температуранаружного воздуха -50С. Начальные условия: температура внутреннеговоздуха 100С, температура внутреннихповерхностей ограждающих конструкций 100С. Конечные условия: температуравнутреннего воздуха 220С, температуравнутренних поверхностей ограждающихконструкций 140С. Рис.3Пример разогрева помещения настилающимисяструями. Чтобы обеспечить минимизацию времениразогрева, было принято, что разогревосуществляется конвективными тепловымиструями, настилающимися на внутренниеповерхности ограждающих конструкций (рис.3). Интенсивность конвективного теплообменасоответствовала следующим трем значениям коэффициентов конвективноготеплообмена: a1=3,5 Вт/(м2•С); a2=10,5 Вт/(м2•С);a3= 21 Вт/(м2•С). Результатырасчетов представлены в табл. 2. В табл. 2 использованы условные обозначения:Q - затраты энергии на разогрев, включаятеплопотери через окна и за счетвоздухообмена; Э1 - экономия энергии за счетповышения интенсивности конвективноготеплообмена при одной и той же ограждающейконструкции; Э2 - экономия энергии за счетуменьшения теплоаккумуляционныхпоказателей ограждающей конструкции (уменьшениекоэффициента теплоусвоения). Получен невероятный с точки зрения здравогосмысла результат: максимальное значениеэкономии энергии при разогреве помещенияпри стремлении минимизировать времяразогрева достигает 97%. Такой результат был обеспечен выборомоптимальной стратегии распределениярасходуемой энергии в помещениях, то естьнагрев начинался с разогрева теплоемкихограждающих конструкций. Практическуюобоснованность такого подходаподтверждает использование потолочныхтеплоизлучателей FRICOAB , производимых в Швеции (см. ИБ Энергосбережение ,1996, № 9). Принципиальное отличиеобогревателей FRICOAB состоит в том, что лучистое теплонаправлено на нагрев пола помещения, азатем косвенным путем идет нагрев воздухапомещения. Применение потолочныхтеплоизлучателей FRICOAB обеспечивает экономию энергии до 50% по сравнению сконвективными методами обогрева. Рассмотрение табл. 2 позволяет сделатьследующие выводы: -экономия энергии при разогреве помещенияза счет увеличения интенсивностиконвективного теплообмена в 3 разадостигает 64-70%, а при увеличении в 6 раз - 88%.При этом время разогрева уменьшается всреднем в 3 раза; -экономия энергии при разогреве помещенияпри уменьшении теплоаккумуляционныхпоказателей ограждающей конструкции (уменьшениекоэффициента теплоусвоения) в 2,4 разадостигает 40%, а в 10,4 раза - достигает 55-62%. Приэтом время разогрева уменьшается в среднемсоответственно в 3,8 и 16 раз. Заключение Авторы настоящей статьи не ставили своейцелью подробное изложение методологии иматематических методов для проектированияэнергоэффективных зданий. Созданиепрактически реализуемых в проектнойпрактике методов проектированияэнергоэффективных зданий требуетдополнительной значительной работы иусилий коллектива специалистов. Цель настоящей статьи - продемонстрироватьзаинтересованным специалистам, что внастоящее время существуют основы научныхметодов проектирования энергоэффективныхзданий и попытаться дать имтерминологическое определение. Авторы вполной мере отдают себе отчет, что рядопределений кому-то из коллег можетпоказаться спорным и что отдельныеположения нуждаются в дополнительномразъяснении. Поэтому мы с благодарностьюпримем пожелания и выслушаем всеконструктивные замечания. Учитываяважность затронутых в статье вопросов длярешения актуальных задач энергосбережения,мы готовы организовать встречу всехзаинтересованных лиц для дальнейшейдискуссии. Если статья вызвала успециалистов интерес и натолкнула кого-тоиз них на некоторые раздумья, авторы будутсчитать, что достигли поставленной цели. Литература: 1.Моисеев Н.Н. Математические задачисистемного анализа. - М.: Наука, 1981. 2.Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи,принципы, методология. - М.:Наука, 1988. 3.Табунщиков Ю.А. Основы математическогомоделирования теплового режима здания какединой теплоэнергетической системы.Докторская диссертация. - М.: НИИСФ, 1983. 4.Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю., Матросов Ю.А.Тепловая защита ограждающих конструкцийзданий и сооружений. - М.: Стройиздат, 1986. 5.Tabunschikov Y. Mathematical models of thermal conditions in buildings, CRCPress, USA 1993. 6.Jurobic S.A. An investigation of the minimization of building energy loadthrough optimization techniques. Los Angeles scientific center, IMB Corporation,Los Angeles, California. 7.Бродач М.М. Изопериметрическая оптимизациясолнечной энергоактивности зданий. -Гелиотехника 2, Ташкент, 1990. 8.Бродач М.М. Энергетический паспорт зданий /АВОК, 1993, № 1/2. 9.Klaus Daniels, The Technology of Ecological Building ,Birkhauser-Verlag fur Arhitektur, Basel, 1997.
Применение парогенераторов серии. Плюс электрификация всей земли. Калифорния ограничивает выбросы. Бестопливные технологии производ. Переходим на возобновляемое 30 м. Главная -> Экология 
|