Spine presentation

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
кВтч/м2.
В 2015 г. нормой станет 25
кВтч/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
кВтч/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 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
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 попрежнему 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, охраннопожарная 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
B
Соответствует повышенным
энергетическим характеристикам
C
Соответствует стандарту (используется
для сравнения)
D
Соответствует неэффективным
энергетическим характеристикам (в
новых зданиях применятся не должны)
20
В качестве примера можно привести наличие функций
индивидуального комнатного регулирования в офисном
здании:
D – централизованное автоматическое регулирование
комнатной температуры или без него;
C – индивидуальное регулирование комнатной температуры
без коммуникации;
B – индивидуальное регулирование комнатной температуры
с коммуникацией между контроллерами и центральной
станцией;
A
–
индивидуальное
регулирование
комнатной
температуры, интегрированное, учитывающее потребность.
21
Для каждого из 4-х классов систем автоматизации во
всех жилых и нежилых зданиях точно определенно
следующее:
• структурированный список приборов, средств и
систем автоматики и их функций управления,
влияющих на энергетические характеристики
зданий;
• метод определения минимальных требований к
автоматическим функциям в различных классах
зданий;
22
• детальный метод эффективного воздействия этих
автоматических функций на энергетические
характеристики зданий;
• упрощенный метод предварительного подсчета и
оценки влияния этих функций на энергетические
характеристики типовых зданий.
23
Комплексная система автоматизации здания
Система
жизнеобеспечения
и HVAC
• Отопление
• Вентиляция
• Кондиционирование
• Водоснабжение
• Электроснабжение
• Освещение
• Транспорт
Система
пожарной
безопасности
Охранная
система
• Охранная
сигнализация
• Контроль
доступа
•
Видеонаблюдение
Система
строительного
мониторинга
Система
учета
ресурсов
• Пожарная
сигнализация
• Автоматическое
пожаротушение
• Освещение
• Дымоудаление
24
Строительство энергоэффективных домов в
более суровом климате России (по
сравнению с Европой) имеет свою
особенность – требуется более мощная
теплоизоляции ограждающих конструкций.
25
Существенным элементом здания как
энергетической
системы
является
автоматизированная система управления
микроклиматом
в
квартирах
и
диспетчеризации данных.
26
• Белоруссия
При строительстве экспериментального
объекта отработаны технические решения
по уменьшению уровня затрат тепловой
энергии до 30 кВтч/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=1,2м2град/Вт,
разработанные специалистами института на
основе композитного профиля (деревопенополиуретан-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 3,2м2град/Вт до 5,2м2град/Вт;
31
• Белоруссия
Научно-практические результаты:
• система отопления с горизонтальной
разводкой,
позволившая
создать
автономную автоматизированную систему
регулирования режимами отопления и
воздухообмена
с
автоматическим
климат-контролем в каждой квартире и
поквартирным учетом тепла;
32
• Белоруссия
Научно-практические результаты:
• система автоматического контроля работы
квартирных
блоков
управления,
обеспечивающая регистрацию параметров
микроклимата,
режимов
работы
вентиляторов и подачи тепла, а также
аварийные
ситуации
в
работе
индивидуальных блоков.
33
Внедрение комплексной системы автоматизации диспетчеризации
позволит достичь максимального эффекта экономии
при строительстве (реконструкции):
Оптимальные алгоритмы 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
зависимости от наличия людей в помещениях
3-5%
Автоматизация диспетчерской службы, мониторинг и
маршрутизация тревог уменьшают расходы на службу
эксплуатации
Экономия расходов на содержание здания
в
примерно в 3,5 раза
до 20%
+
Уменьшение затрат на страхование объекта; Предотвращение аварий и нештатных
ситуаций, способных нанести урон имуществу; Правильно спроектированное и
оснащенное здание сохранит свою инвестиционную стоимость намного дольше,
чем здание, не отвечающее требованиям завтрашнего дня
35
Существующие здания
Принятие разнообразных краткосрочных мер
может
способствовать
повышению
энергоэффективности в существующих
зданиях.
Например:
• снижение потерь за счет большой
теплоотдачи зданий:
 замена окон;
 изоляция стен и крыш;
36
• Оборудование
приточно-вытяжной
вентиляции
установками
рекуперации
теплового воздуха.
• Улучшение изоляции воздуховодов и
трубопроводов.
• Модернизация систем автоматизации и
оснащение
их
энергосберегающими
приборами и средствами.
• Перенос температурных установок в
граничные зоны комфортных уровней.
37
«Здание – это живой организм, и все
составляющие его элементы должны быть
жестко увязаны между собой…
Для обеспечения безопасности людей перед
началом
проектирования
необходимо
создать концепцию функционирования
здания, в том числе в разделе инженерных
систем, систем связи и сигнализации.
Отсюда 3 стадии проектирования:
концепция,
проект
и
рабочая
документация»
38
По данным ряда крупных зарубежных
консалтинговых компаний, использование
систем автоматизации, стоимость которых
составляет в среднем 4% от затрат на
постройку здания, позволяет существенно
снизить
эксплуатационные
расходы.
Достигаемая при этом экономия на весь
жизненный цикл объекта ( в среднем 50 лет)
может превысить стоимость строительсва.
39
Идея Зеленого здания состоит в снижении
выбросов в окружающую среду и снижении
внешнего энергоснабжения, которое в идеале
должно стремиться к нулю, т.е. все
выделяемое тепло и другие ресурсы
должны утилизироваться и идти на нужды
самого здания.
40
При этом широко используются ВИЭ, такие,
как солнечная, причем как для прямого
получения электроэнергии, так и для
подогрева воды.
41
Находят применение и, так называемые,
системы пассивного солнечного отопления.
Они способны эффективно использовать
солнечное
излучение
для
снижения
потребности в энергии и нужд отопления.
Панели с прозрачной изоляцией на стенах
южных фасадов зданий позволяют получать
приток тепла вовнутрь помещений даже в
зимние месяцы.
42
Такие системы могут замещать 30-40%
отопительной нагрузки совместно с другими
мероприятиями
по
энергосбережению,
снижая в разы потребность в тепловой
энергии, необходимой для отопления зданий.
43
Пример
отечественных
реализованных
проектов:
Самая крупная в Алтайском крае действующая
коллекторная установка (площадь коллекторного
поля - 70 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
Средн
Солнечн
яя
ая
скоро
радиаци
сть
я за
ветра
январь,
зимой,
кВтч
м/с
Макс.
Макс.
Рекоменду Макс.
время
время
емое
время
для
для
освещение
для
Sunwind Sunwind
в январе, Sunwind
20, ч
30, ч
ч
10, ч
Макс.
время
для
Sunwin
d 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