Малоэтажное строительство - тренды качественного энергоснабжения.
В современном российском градостроительстве наблюдается качественно новый этап развития, характеризующийся переходом на новую идеологию принятия решений, основанную на обеспечении равновесия между окружающей средой (природой) и деятельностью человека.
Рубрика «Открытый разговор» на портале www.spbenergo.com переходит в новый форма. В ней будут публиковаться не только интервью, но и интересные авторские статьи, подготовленные экспертами энергетической отрасли. Недавно на портале опубликован доклад Владимира Константиновича Аверьянова, заведующего отделом развития систем энергоснабжения в Санкт-Петербурге ОАО «ГАЗПРОМ-ПРОМГАЗ», заслуженного деятеля науки РФ, члена-корреспондента РААСН, профессора, доктора технических наук. Данный материал был подготовлен Владимиром Константиновичем в соавторстве с В. Н. Толмачевым, А. Г. Михайловым, А. И. Тютюнниковым, М. А. Журавским, А. А. Мележик для научно-технической конференции «Энергетическая эффективность теплосиловых и теплогенерирующих технологий».
Основополагающие положения устойчивого развития территорий, закрепленные «де-юре» в Градостроительном кодексе РФ в целях перехода России к устойчивому развитию («sustainable development») и во многом игнорируемые в прежние годы, в настоящее время приобретают особую значимость. Это подтверждается соответствующими изменениями в законодательстве, возросшим вниманием к комплексному строительству и новым трендом строительной отрасли — «зеленым» строительством.
Устойчивое развитие территорий предполагает:
обеспечение безопасности и благоприятных условий жизнедеятельности человека (санитарно-эпидемиологическое благополучие населения);
ограничение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду (экологическая безопасность);
обеспечение охраны и рационального использования природных ресурсов (эффективное использование топливно-энергетических ресурсов, воды, строительных и других нетопливных материалов).
В соответствии с изложенными выше положениями и тенденциями перехода к энергоэффективному и экологически чистому строительству более широкое применение получают инновационные технологии комплексного развития территорий. Для стимулирования подобного развития и подтверждения соответствия требованиям экологичности и энергоэффективности, как правило, используются «зеленые» стандарты (LEED, BREEAM, DGNB и др.). В последние годы для учета российской специфики разрабатываются отечественные методические документы.
Пересмотр подходов к строительству связан с прежней ориентацией отечественного градостроительства на развитие городских территорий без достаточного учета воздействий на природу и энергорасточительством, приведших к формированию в крупных городах некомфортной затратной среды обитания человека.
Дальнейшая урбанизация городских территорий в такой постановке приводит к серьезным проблемам, связанным со снижением энергетической безопасности и надежности энергоснабжения потребителей, с концентрированными выбросами отходов, с интенсивным ростом шумового, теплового и электромагнитного загрязнений.
Вместе с тем, научно-технический прогресс и начавшийся в стране экономический подъем сформировали более высокие требования и возможности населения к среде обитания в целом. В разряд приоритетных факторов вошли комфортность, санитарная и экологическая безопасность жизнедеятельности человека при неотъемлемом условии рационального использования природных ресурсов.
Предпочтения и, в первую очередь, возможности различных слоев населения определили спрос на объекты, дифференцированные по условиям жизнедеятельности, что привело к введению соответствующего деления зданий по уровню комфорта.
Современные требования к району строительства (местоположению) перестали ограничиваться только его престижностью, связанной расположением в центральных районах города, что наглядно характеризуется активным развитием пригородных населенных пунктов в радиусе до 100 км от границ города. Основное значение приобретают вопросы экологичности, развития транспортной, социальной и инженерной инфраструктуры, благоустройства и наличия придомовой территории, социального окружения.
Среди архитектурно-конструктивных и объемно-планировочных особенностей зданий, прежде всего, отмечается интерес к малоэтажным зданиям, возможности самостоятельного принятия решений по планировке. Здесь основным критерием выбора становится комфортность среды обитания, параметры воздушной среды как внутри здания, так и в окружающем пространстве.
В соответствии с этим набор систем инженерно-технического обеспечения не ограничивается только системами отопления, водоснабжения (холодного и горячего), канализации и связи. Широкую востребованность получили системы кондиционирования воздуха, информатизации, диспетчеризации, безопасности и др.
Назревшие проблемы городов нашли свое отражение в структуре вводимого в эксплуатацию жилья. Так, с 1995 по 2009 гг. с учетом общего роста жилищного строительства выросли объемы ежегодного ввода в эксплуатацию зданий малой этажности с 9 до 28 млн. м2. Доля малоэтажной застройки в общем объеме вводимого в эксплуатацию жилья находится в пределах 45% и имеет тенденцию к росту. Это подкреплено и планами Правительства РФ, которым к 2015 г. поставлена задача довести долю малоэтажного строительства в общем объеме возводимого жилья в стране до 60%.
Значительная часть малоэтажного строительства осуществляется при комплексном освоении новых экологически благоприятных территорий, что позволяет учесть полный спектр особенностей строительной площадки для организации эффективной инженерной и транспортной инфраструктуры, обеспечивая, таким образом, действительно высокие показатели среды обитания и относительно комфортные условия проживания разных слоев населения.
Одним из узловых вопросов при планируемом развитии районов малоэтажного строительства является качественное энергоснабжение, организацию которого предпочтительно осуществлять с учетом инновационных отечественных разработок и мировых тенденций энергоснабжения подобного рода образований, ориентируясь на реализацию основных задач качественного энергообеспечения.
Обеспечение задач энергетической безопасности в условиях нормального функционирования связывается с необходимостью обеспечения в полном объёме по приемлемым ценам обоснованных потребностей в энергии и энергетических ресурсах, в экстремальных условиях (то есть в критических и чрезвычайных ситуациях) — гарантированного обеспечения минимально необходимого объёма потребностей в энергии и энергоресурсах.
Качественное энергооборудование востребовано на рынке - высоковольтное оборудование, провод и арматура для СИП, средства защиты, монтажный инструмент и даже качественный рубильник - все можно купить в компании ВЭЛСнаб.
С позиции системного подхода, при рассмотрении малоэтажной застройки как единой энергосистемы, включающей помимо систем энергоснабжения другие взаимосвязанные системы инженерной инфраструктуры (водоснабжение, водоотведение, мусороудаление и др.), удовлетворение этих условий предполагает формирование рационального топливно-энергетического баланса на основе взаимозависимых градостроительных, архитектурных, объемно-планировочных и инженерных схемных решений, а также последующей энергоэффективной эксплуатации, максимально учитывающих индивидуальные особенности района строительства в совокупности с разрабатываемыми энергосистемами — всего поселения и отдельного объекта.
В современных условиях такой подход, нацеленный на качественное энергоснабжение, определяет необходимость создания гибких схем оптимизации совместной работы централизованных систем и автономных источников, т. е. путем разработки комплексных (гибридных) систем энергоснабжения, использующих несколько видов топливно-энергетических потоков от разных источников энергосистем различных уровней и систем аккумулирования энергии.
Гибридные системы пригодны для энергоснабжения потребителей с самыми высокими требованиями к качеству энергоснабжения. В них, за счет взаимного резервирования мощностей используемых энергоисточников, ухода от монотопливности и использования систем аккумулирования энергии решается задача энергообеспечения, а использованием прогрессивного оборудования, в том числе на базе вторичных энергоресурсов (ВЭР) и возобновляемых источников энергии (ВИЭ), обеспечением высоких коэффициентов использования номинальных мощностей и, соответственно, высоких КПД — задачи энергодоступности и энергоприемлемости.
Вместе с тем, в последнее время такие системы получают распространение в застройках с индивидуальными отдельно стоящими жилыми домами, в том числе, расположенных в районах с развитыми энергосистемами, где собственниками коттеджей все чаще в дополнение к централизованному энергоснабжению устанавливаются системы резервного (периодического действия в аварийных и других режимах) и, но пока еще реже, автономной) энергоснабжения электрогенераторы малой мощности, источники бесперебойного питания, многотопливные котлы и др.
Основными причинами, которые стимулируют повышенный интерес к автономности, являются осознание собственниками существующих и вновь возводимых коттеджей возможности появления даже нормативных перерывов в энергоснабжении и, тем более, события последних лет (в том числе в центральных, наиболее благоприятных регионах), показавшие существенную неустойчивость в обеспечении энергией потребителей от централизованных энергоисточников. Вопросы экономичности, как правило, учитываются в меньшей степени, однако, с развитием рынка энергоэффективного оборудования и материалов их роль постепенно возрастает естественным образом (за счет выбора потребителем моделей с более высокой энергоэффективностью).
При массовом малоэтажном строительстве актуальность гибридных систем возрастает в связи с необходимостью обеспечения взаимных интересов всех участников инвестиционного проекта, и прежде всего, инвестора и потребителя. Здесь экономическая эффективность инвестиционного проекта выходит в разряд приоритетных и значительно расширяется перечень схемных решений и технологий, выбор которых должен производиться с учетом следующих основных особенностей района и энергосистемы малоэтажного строительства:
Сложившиеся схема и условия топливо- и энергоснабжения — наличие в энергосистеме региона развитых систем электро- и/или газоснабжения, завозного и местного топлив, а также потенциала ВЭР.
Факторы окружающей среды, которые оказывают или могут оказывать воздействие (положительное или отрицательное) на достижение целей качественного энергоснабжения — наличие холодных ветров, потенциала ВИЭ, сейсмическая опасность и др.
Федеральные, региональные и местные требования, регулирующие уровень энергоэффективности и экологичности, в том числе требования, стимулирующие внедрение технологий высокой энергоэффективности.
Характерные особенности энергосистем малоэтажного строительства, обуславливающие их отличие от аналогичных показателей застроек со средне- и многоэтажными зданиями:
более низкая плотность нагрузок и повышенные уровни удельных затрат на системы транспорта энергоносителей, оказывающие влияние на степень централизации энергосистемы застройки;
повышенная потребность в системах резервного и автономного электроснабжения по причине преобладания электроприемников III категории по надежности электроснабжения при фактическом наличии большого количества потребителей, требующих более стабильного электроснабжения, как из условий комфортности, так и из-за наличия высокотехнологического оборудования;
большая востребованность в системах, работающих на нетрадиционных энергоресурсах, из-за индивидуальных требований отдельных потребителей к качеству энергоснабжения, которые невозможно обеспечить при использовании традиционной собственной генерации, зависящей от поставщиков углеводородного топлива;
повышенная потребность в системах аккумулирования энергии из-за зональной неравномерности энергопотребления и энергопоступления;
архитектурно-конструктивные и объемно-планировочные особенности объектов, позволяющие внедрять большое разнообразие энергоэффективных решений.
Первичный анализ региональных особенностей позволяет произвести предварительную оценку целесообразности присоединения к централизованным источникам энергоснабжения; использования локальных и индивидуальных энергоисточников; вовлечения в энергобаланс ВЭР и ВИЭ; применения систем электро- и теплоснабжения. Последующее уточнение и формирование вариантов схемных решений должно производиться с учетом свойств малоэтажной застройки, предпочтений и возможностей отдельных потребителей, преимущественно путем построения подробной избыточной схемы энергоснабжения. Системный анализ такой схемы позволяет сделать выбор окончательного решения качественного энергоснабжения всех слоев населения рассматриваемой застройки.
При этом характерные для малоэтажной застройки плотности нагрузок и затраты на транспорт энергоносителей, являвшиеся ранее основанием для отказа от создания централизованных систем энергоснабжения, в настоящее время не являются препятствием для энергоснабжения от групповых источников с современными автоматизированными системами генерации и распределения энергии на основе новейших решений.
Так, например, но сравнению с традиционным подходом современные технологии прокладки и качество теплопроводов позволяют обеспечивать:
повышение долговечности с 10-15 до 30 и более лет;
снижение технологических потерь с сегодняшних (15-30) % до (2-3)% (в том числе потерь теплоты через оболочку теплопроводов);
снижение эксплуатационных расходов в 9 раз;
снижение расходов на ремонт теплотрасс в 3 раза;
снижение капитальных затрат в строительстве в 1,3-1,5 раза;
сокращение сроков строительства в 2-3 раза;
дистанционный контроль за состоянием трубопроводов.
Технологии объектов генерации и аккумулирования энергии
1. Раздельная выработка тепловой и электрической энергии
Традиционные решения
Электрогенерация: газовые и дизельные электростанции (ДЭС) с двигателями внутреннего сгорания.
Рекомендуется: из-за низкой эффективности использовать только в качестве резервных источников электроснабжения или в составе гибридных энергоустановок с ВИЭ.
Теплогенерация: конденсационные котлы на газовом и дизельном топливе, автоматизированные твердотопливные котлы, в том числе длительного горения.
Нетрадиционные решения
Электрогенерация: топливные элементы, фотоэнергетические ветроэнергетические установки, мини-ГЭС.
Теплогенерация: тепловые насосы, солнечные водонагревательные установки, ветроустановки.
Рекомендуется: из-за высоких стоимостей, в 2-3 раза превышающих стоимости традиционных решений, расчетные мощности установок определять по экономически обоснованному коэффициенту замещения.
2. Когенерация и тригенерация
Когенерационные установки (КУ): газопоршневые (ГПУ), газодизельные (ТДУ), газотурбинные (ГПУ) и парогазовые (ПГУ) установки.
Рекомендуется:
дополнительно к основному виду топлива использовать биотопливо, в том числе горючие компоненты твердых бытовых отходов;
при наличии холодильной нагрузки в схему энергоснабжения включать теплоиспользующие абсорбционные холодильные машины (АБХМ).
3. Аккумулирование энергии и хранение
Аккумуляторы электроэнергии (АЭ): аккумуляторные батареи, топливные элементы, сверхпроводниковые накопители, суперконденсаторы.
Аккумуляторы теплоты (АТ): емкостные АТ, основанные только на теплосодержании твердых тел и жидкостей; емкостные АТ, дополнительно использующие теплоту фазового перехода (ФАТ), термохимические АТ.
Другие перспективные аккумуляторы: аккумуляторы водорода, гидроаккумулирующие установки, воздушноаккумулирующие установки, маховики.
С повышением требований к качеству энергоснабжения и активным развитием технологий, использующих ВИЭ, особую актуальность получают системы аккумулирования энергии.
При этом большего внимания требуют системы длительного аккумулирования, получившие широкое применение за рубежом, однако, не востребованные в достаточной степени до настоящего времени в нашей стране. Так, например, применение сезонного аккумулятора тепловой энергии позволяет снизить мощность источника теплоты почти на 60%. При этом работа источника круглогодично поддерживается в постоянном режиме.
Кроме того, следует отметить, что ранее из-за низких уровней автоматизации и КПД, а также повышенных выбросов и массогабаритных показателей теплогенераторов малой мощности на твердых видах топлива (в том числе, местных низкосортных) их применение, как правило, ограничивалось районами с завозным топливом или использованием в качестве резервных энергоустановок. В настоящее время, за счет появления новых технологий (сортировки и облагораживания твердого топлива, применения энергоэкологичных технологий сжигания твердого топлива, в том числе длительного горения, с практически полной автоматизацией технологических процессов и др.), позволивших повысить КПД до 90%, область их применения значительно расширилась.
Одним из ключевых элементов энергосистемы любой застройки являются входящие в ее состав основные конечные потребители энергии — здания, характеристики которых в зависимости от предъявляемых требований к качеству среды обитания определяют состав и расчетные показатели большинства других подсистем.
Здесь, в значительной степени, качественному энергоснабжению способствует внедрение энергоэффективных зданий, разработку которых следует осуществлять с учетом современных технологий и накопленного опыта как в России и странах бывшего СССР, так и за рубежом, ориентируясь на концепцию обеспечения высокой энергоэффективности зданий.
При разработке энергоэффективных зданий, для оптимизации капитальных затрат, особенно важным является на ранних стадиях выявить и в дальнейшем внедрить максимум, в первую очередь, простых и низкозатратных решений, а также создать предпосылки для дальнейшего возможного внедрения более дорогих инновационных технологий. При этом, как уже отмечалось, состав и объём ресурсосберегающих мероприятий, технологий и систем, реализуемых при малоэтажном строительстве, более разнообразен но сравнению с многоэтажными зданиями, однако, также существенно зависит от характеристик строительства (комплексное развитие новой территории, расширение или модернизация существующей застройки и др.). Так, при комплексном развитии новой территории с разработкой новых зданий могут быть реализованы в полном объёме все необходимые приемы энергосбережения, в том числе градостроительные и архитектурные, в то время как при реконструкции существующей застройки перечень этих мероприятий значительно ограничен.
Концепция обеспечения высокой энергоэффективности зданий
Рациональная форма, размеры и размещение (ориентация). Целевые показатели: максимальная степень нейтрализации негативных факторов со стороны окружающей среды и негативного воздействия объекта на окружающую среду, максимальная степень использования энергетического потенциала окружающего пространства.
Энергоэффективные ограждающие конструкции. Целевые показатели: теплозащитные свойства, повышенная функциональность — использование энергоактивных конструкций.
Энергоэффективные инженерные системы. Целевые показатели: технико-экономические показатели, простота обслуживания, уровень квалификации обслуживающего персонала, ремонтопригодность, степень автоматизации.
Энергоэффективная эксплуатация. Обеспечивается информированием, разработкой и внедрением инструкций по эксплуатации, постоянным мониторингом критериев энергоэффективности, экологичности и гигиеничности.
Одной из особенностей малоэтажных объектов, способствующей внедрению прогрессивных технологий на разных стадиях его готовности, является возможность обеспечения высоких коэффициентов замещения нагрузок при размещении на них нетрадиционных энергоустановок, что значительно сложнее и дороже реализуется при высотном строительстве. Так, например, в условиях Московской области использование крыши четырехэтажного многоквартирного дома для размещения на ней солнечных коллекторов позволяет заместить более 50% тепловой нагрузки горячего водоснабжения этого здания.
В условиях рыночных отношений важным преимуществом малоэтажной застройки является удобство и возможность организации действительно энергоэффективной эксплуатации. Это связано с тем, что управлять энергоснабжением небольшого числа или отдельного потребителя (объекта инфраструктуры, предприятия, района и т.п.) существенно проще, дешевле и маневреннее.
Опыт показывает, что в процессе эксплуатации любой энергосистемы (в том числе, здания) ее нельзя рассматривать как простой набор запрограммированных технических элементов, так как конечный эффект энергосбережения при внедрении тех или иных решений существенно зависит от поведения людей — жителей, сотрудников и обслуживающего персонала.
Заинтересованность потребителей в рациональном (а значит и экономичном) энергоснабжении и их осведомленность по вопросам его достижения позволяет снизить потребление энергоресурсов дополнительно более чем на 20%, в то же время, отсутствие таких знаний может давать аналогичный обратный эффект.
Так, в широко пропагандируемых в последнее время зарубежных технологиях энергоэффективных домов (дома с низким, ультранизким и нулевым энергопотреблением, пассивный дом, активный дом и др.) высокий уровень энергоэффективности обеспечивается только при условии целенаправленных действий со стороны жильцов, например, снижения температуры в помещениях до 16-18 °С в ночное время (при наличии людей), и ниже в течение всего времени отсутствия людей; введение запрета на произвольное открывание окон; регулирование поступления теплоты солнечной радиации и теплопотерь через окна за счет открывания-закрывания оконных теплозащитных экранов (штор, жалюзи, ставень) и др.
В свете существующей тенденции «зеленого» строительства, в том числе требований, введенных Директивой 2010/31/ЕС по переходу с 2021 г. на строительство зданий с нулевым энергопотреблением (для зданий, находящихся на балансе бюджетных организаций, требование вступает в силу на два года раньше — с 2019 г.), побудивших спрос на самые передовые технологии, зарубежными специалистами активно разрабатывается специализированное оборудование, направленное на оптимизацию режимов работы энергосистемы в процессе эксплуатации.
Примером здесь могут служить «умные» термостаты ЕСОВЕЕ2 и NEST3, разработанные с условием максимального снижения человеческого фактора при эксплуатации здания. Последний, созданный под руководством бывшего сотрудника компании Apple Тони Фаделла (одного из разработчиков популярных в последнее время плеера iPod и мобильного телефона iPhone и сменившего в 2008 г. направление деятельности в сторонку оптимизации энергопотребления в быту), имеет своей функцией регулирование уровня энергопотребления нс только по параметрам микроклимата, но и с учетом нрннычек и характерных особенностей поведения жильцов.
Программное обеспечение термостата NEST позволяет анализировать поведение жильцов конкретной квартиры с учетом их суточных режимов (сон, уход и возвращение с работы и др.), при этом первое время (около недели) требуется ручная или дистанционная (через Интернет) установка параметров температуры, в дальнейшем регулирование обеспечивается в автоматическом режиме с возможностью требуемой корректировки. Кроме того, перевод инженерных систем здания в экономичный режим осуществляется каждый раз, когда жители покидают дом, за счет встроенных в термостат сенсорных датчиков.
Таким образом, энергоэффективная эксплуатация энергосистемы предполагает ее представление в качестве биотехнической (биоэнергетической) системы, управление которой в условиях малоэтажной застройки может быть обеспечено с высоким синергетическим эффектом, получаемым от внедрения технических решений и организации грамотной информационной кампании.
Продолжающийся рост уровня электрификации и газификации нашей страны, в том числе и удаленных районов, определил при рассмотрении потенциальных схем топливо- и энергоснабжения потребителей в числе первых учитывать возможность подключения к Единым системам энергоснабжения (ЕЭС) и газоснабжения (ЕСГ) России.
Учитывая утвержденное Соглашение об изменении границ между субъектами РФ, согласно которому в границы г. Москвы включаются новые территории, на основе укрупненных показателей для условий г. Москвы проведены расчеты конкурентных вариантов системы энергоснабжения типового малоэтажного поселения с численностью населения 5000 чел., при двух типах застройки — двух и четырехэтажными зданиями. Для расчетов были выбраны пять базовых вариантов:
Вариант 1. Централизованное теплоснабжение от районной газовой котельной, электроснабжение — от сетей ОАО «Мосэнерго».
Вариант 2. Централизованное теплоснабжение от районной газовой котельной с пиковыми котлами и когенерационной установкой на полную электрическую мощность поселения.
Вариант 3. Централизованное теплоснабжение общественных зданий и части жилых домов от когенерационной установки, электрическая мощность которой рассчитана на полную электрическую мощность поселения, теплоснабжение оставшейся части жилого сектора — от индивидуальных теплогенераторов.
Вариант 4. Тепло- и электроснабжение от сетей ОАО «Мосэнерго» с использованием в качестве нагревательных приборов теплонакопителей аккумуляционного типа, потребляющих электроэнергию во время действия ночного тарифа.
Вариант 5. Электроснабжение от сетей ОАО «Мосэнерго», теплоснабжение — от геотермальных теплонасосных установок и солнечных водонагревательных установок.
Сравнение приведенных затрат каждого варианта показывает, что наиболее экономичным является первый вариант. Кроме того, по всем вариантам наиболее энергоэффективным решением является поселение с застройкой четырехэтажными зданиями, где приведенные затраты на 5-10% ниже чем при двухэтажной застройке.
Такое распределение затрат определяет приоритетность технологий при развитии систем энергоснабжения новых территорий г. Москвы, где существенное преимущество имеют традиционные решения. Однако, в свете мировых тенденций устойчивого развития, а тем более, планов московского руководства по обеспечению опережающих темпов повышения энергоэффективности объектов недвижимости и выводу Москвы в топ-50 инновационных городов мира и в топ-20 в аналогичном рейтинге Европы (на данный момент Москва занимает 97 и 57 места, соответственно), достижение которых предполагает использование передовых технологий, представляется, что темпы внедрения нетрадиционных решений при развитии новых территорий будут существенно превышать экономически обоснованный уровень. При этом основными ориентирами следует считать главные тренды современного качественного энергоснабжения — энергоэффективные здания, в том числе, здания с ультранизким энергопотреблением и гибридные системы энергоснабжения с использованием нетрадиционных источников энергии.
Источник - Портал http://www.spbenergo.com