Энергоэффективность и энергоэффективные технологии

Л.Т. Сушкова

Координатор проекта SPINE

г. Владимир 19-20. 12. 2010

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 23.11.2009 «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 кВтч/м2. В 2015 г. нормой станет 25 кВтч/м2.

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 кВтч/м2 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 кВтч/м2,

а с улучшенной теплозащитой (строительство после 1999 г.) – 275 кВтч/м2, хотя по нормам должно быть 185 кВтч/м2.

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 СО2 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:

Класс Энергоэффективность

A Соответствует высоким энергетическим характеристикам

BСоответствует повышенным энергетическим характеристикам

CСоответствует 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

• Охранная сигнализация

• Контроль доступа

• Видеонаблюдение

• 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 кВтч/м2 в год без изменения существующих планировочных решений зданий серии 111-90 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=1,2м2град/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 3,2м2град/Вт до 5,2м2град/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 интеграции Экономический эффект

Объем монтажа за счет интеграции однотипных подрядов

5%

Объем инсталляций за счет исключения дублированных систем

10%

Снижение рисков интеграции 10%

Количество субподрядчиков на стройке до 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 управления Экономический 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 мерможет 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 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

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 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

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

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 10-21 Вт, Sunwind 20-31 Вт, Sunwind 30-41 Вт, Sunwind 40-51 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

Средняя

скорость

ветра зимой,

м/с

Солнечная

радиация за

январь, кВтч

Рекомендуемое

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 Sunwind 40, ч

Москва 4 20,6 16 22 15 11 9

Кашира 5,7 20,6 16 44 29 22 18

Петрозаводск 3,6 16,8 17 14 9 7 5

Сочи 3,5 62 14 24 26 12 10

54

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