Spine presentation
реклама
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 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 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 (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 3,2м2град/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 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
