Есть мнение Энергосбережение

Региональные проблемы энергоэффективности. Крайний Север и Дальний Восток России

Александр КИРИЛЛОВ, обозреватель
В статье отмечается, что для сокращения затрат на завоз топлива, которое во многом обеспечивает жизнедеятельность в регионах Севера, во всем мире применяют два способа. Первый - это энергосбережение на всех этапах жизненного цикла зданий и сооружений: проектирование, строительство, эксплуатация. Второе - использование так называемых нетрадиционных (преимущественно возобновляемых) источников энергии. Это прежде всего ветровые и термальные электростанции, применение которых в поселениях Севера, разбросанных на больших территориях, позволяет помимо прочего избавиться от строительства линий электропередачи. Однако наиболее эффективным способом сокращения потребления топлива, как утверждается в статье, становится применение энергосберегающих технологий.

Для современной России значение Севера и Дальнего Востока определяется главным образом тем, что здесь добывается значительная часть природных богатств, обеспечивающих в сумме до 60% экспорта страны. Этот экономически важный для страны регион, где добывается больше 70% всей нефти, 90% природного газа, заготавливается почти 40% древесины, отличается исключительно суровым климатом. Например, в Республике Саха (Якутия) средний отопительный период составляет, как правило, более 250 дней, а в некоторых районах доходит до 11 месяцев в году. На большей части северных территорий практически отсутствует сеть дорог, поэтому жизненно важное значение приобретает завоз топлива, когда за короткое лето надо доставить водными путями его годовой запас. Во многих районах Дальнего Востока, например, возможность доставки грузов таким путем существует лишь 3-4 месяца в году, в остальное время - только авиацией. Конечно, в этих условиях стоимость энергии в разы выше, чем в центральных регионах, а вопрос энергосбережения приобретает особое значение.

Масштабы проблемы:
Для начала - несколько цифр. Согласно действующим СНиП, расчетная температура (по средней температуре отопительного периода) для проектирования тепловой изоляции зданий в Москве составляет -3,1 "С, в Игарке -13,9°С, а в Туре (Эвенкийский АО) -16,9°С. Кроме того, важна такая характеристика, как граду-со-сутки отопительного периода (определяется в зависимости от температуры и продолжительности отопительного периода). Для Москвы этот показатель 4943 градусо-суток, а в эвенкийском поселке Ессей - 1 1 532. То есть в 2 раза больше, чем в центральной части страны!

Созданная в основном еще в советское время система теплоснабжения в настоящее время во многих местах находится в состоянии упадка. Износ тепловых сетей достиг в среднем 82%. В целом потери топливно-энергетических ресурсов в цепочке «производство - передача - распределение тепловой энергии» оцениваются в 25-60%. В районах Севера все эти общие для системы ЖКХ проблемы значительно острее.

В качестве примера рассмотрим Воркуту. Это типичный город российского Севера, его топливный баланс на 44% состоит из привозного мазута, который является самым дорогим видом топлива для данного региона. И расходуется это топливо крайне неэффективно. Когда в 2009 году этот город был выбран пилотной площадкой проекта «Энергоэффективный город», проведенный аудит выявил следующее. Воркута, как и большинство северных городов, вынуждена содержать избыточную инфраструктуру. Инженерные сети Воркуты рассчитаны на обеспечение 300 тысяч человек, но к началу 2010 года в городе проживали около 80 тысяч. В некоторых домах пустует треть жилой площади, и все эти квартиры отапливаются. В результате объем установленной тепловой мощности на одного жителя превышал средний по стране уровень в 5,5 раза. Многие системы изношены. Например, уровень «теплосъема» (разница температур входящей и обратной воды), характеризующий эффективность работы внутридомовых систем отопления, на момент обследования не превышал 5°С, в то время как в 1990 году был около 18-19°С. Результатом всего этого являются высокие тарифы, которые власти вынуждены компенсировать за счет бюджета. Соответственно, у жителей нет и желания экономить энергию: по данным исследования, менее 10% воркутинцев используют какие-либо способы экономии. Аналогичная ситуация во многих других городах Севера России. Резюмируя все вышесказанное, можно заключить, что в условиях Севера существует не только огромная потребность в применении технологий энергосбережения, но и огромный потенциал для сокращения потребления энергии.

Стех пор технологии энергосберегающего строительства значительно усовершенствовались. Образцом современных технологий в этом отношении является здание исследовательского Центра компании ROCKWOOL в Хедехусене (Дания). Эта компания, один из крупнейших в мире производителей каменной ваты, продемонстрировала преимущества собственных технологий энергосберегающего строительства. Здание было построено в 2000 году, проект ставил целью сократить расходы на потребление энергии по сравнению с действующими тогда нормативами почти в 4 раза. Это достигалось путем внедрения эффективной изоляции, применения трехслойных окон и новых разработок в области вентиляции.

Здание было ориентировано так, чтобы большие окна располагались с южной стороны. Толщина каменной ваты по всей теплоизолирующей оболочке здания составляла от 25 до 50 см. Исследовательская работа в новом Центре началась непосредственно во время строительства, что позволило внедрить ряд технических решений, усовершенствовав проект. В процессе строительства были выявлены и ликвидированы так называемые мостики холода, которые увеличивали энергопотребление. Доработана теплоизоляция фундамента. Изменена конструкция оконных переплетов. Вентиляцией в Центре управляет компьютер («интеллектуальная система вентиляции»). Но самое главное - в результате появились рекомендации, на основании которых сегодня строят энергоэффективные дома, позволяющие решать многие вопросы еще на стадии проекта. Построенный центр получил звание «Офис года - 2000» и был признан одним из самых энергоэффективных офисов в мире. Сейчас примененные там технологии стали массовыми на Западе. Например, в Великобритании все новые дома к 2016 году планируют строить «с нулевыми выбросами С02». Этот термин означает, что дом сам обеспечивает себя энергией из возобновляемых источников, включая расходы на отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию, освещение и все прочие потребности! Критериями отнесения дома к «пассивным» в Европе являются: удельный расход тепловой энергии на отопление, не превышающий 1 5 кВт-ч/м2 в год, и общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд не более 1 20 кВт-ч/м2 в год.

Еще один интересный энергоэффективный дом недавно построен в Подмосковье. GREEN BALANCE - так он называется - спроектирован таким образом, чтобы электричество и отопление в нем использовались минимально. Потребление энергии на отопление дома GREEN BALANCE составляет всего 63 кВт-ч/м2 в год, что на 60% меньше нормативного! В целом отношение площади ограждающих конструкций к полезной площади меньше, чем в традиционных домах, таким образом, достигнуто уменьшение площади поверхности ограждающих конструкций, с которыхуходит тепло. Теплоизоляции здесь вообще уделено самое пристальное внимание: все конструкции дома качественно утеплены, при этом акцент был сделан на ликвидацию мостиков холода. Пол первого этажа заглублен на 1,5 м и утеплен плитами ROCKWOOL Флор Баттс, а стены, соприкасающиеся с грунтом, выполнены из кирпича и утеплены плитами ROCKWOOL Венти Баттс. До мелочей продумана и звукоизоляция здания: межэтажные перекрытия и межкомнатные перегородки изолированы плитами ROCKWOOL Акустик Баттс, а жилые помещения оборудованы подвесными потолками с акустическими потолочными панелями ROCKFON.

Уникально и то, что в доме GREEN BALANCE площадь остекления составляет 40% от общей площади, в то время как в стандартном здании эта цифра колеблется от 1 8 до 20%. Большая часть окон ориентирована на юг. Проникая через окна, солнечная энергия поглощается поверхностями, находящимися внутри теплоизолированной оболочки дома, таким образом достигается максимальное использование солнечного света для отопления. К тому же естественное освещение позволяет дополнительно минимизировать потребление энергии в дневное время.

Герметичность сооружения важна для исключения теплопотерь. Представляет интерес использование интегрального показателя, применяющегося в Финляндии, - величины воздушной утечки. Например, коттеджи, сооруженные в соответствии с инструкцией по сборке, должны иметь нормативный показатель воздушной утечки не более 4,0 л/ч. Реальные показатели могут достигать 0,6-0,8 л/ч. Сокращение воздушной утечки на одну единицу означает около 7% снижения потребности в отопительной энергии.

Существует и возможность сэкономить на бытовом уровне. Например, практика показывает, что энергоэкономичные бытовые приборы сберегают большую часть энергии, требуемой для их работы. Рассмотрим более подробно практику и перспективы применения накопленного опыта в условиях российского Севера.

Технологии для Севера

В России накоплен большой опыт планировки северных городов. Например, в Норильске для борьбы с ветром кварталы строили компактно: замкнутым контуром, с минимальным числом площадей и узкими разрывами между домами. Благодаря этому скорость ветра в жилой застройке существенно снижалась. Для профилактики снежных заносов фасады и крыши домов делают ровными, с простыми профилями. При проектировании зданий для условий сильных ветров основное требование к ним - максимальное снижение инфильтрации через наветренные ограждающие конструкции. Для этого предусматривается, в частности, вынос на наветренную сторону лестничных клеток, кухонь и т.п. При южных ветрах помещения, выходящие на юг, желательно прикрывать остекленными лоджиями.

Чтобы обеспечить низкое потребление энергии в северных регионах, необходима теплоизоляция с коэффициентом теплопроводности в стенах, крышах и полах не выше, чем 0,04-0,07 Вт/(м2-К).

В частности, на этом основаны применяемые в России решения цокольно-фундаментной части каркасных зданий для строительства в условиях вечной мерзлоты. Строить дом на грунте, который постоянно меняет свою структуру, очень сложно. Здания нагревают мерзлый грунт, и он теряет монолитность. Сегодня на Севере применяются два варианта возведения фундаментов: традиционный

- на сваях, когда создается зазор между грунтом и основанием для вентиляции мерзлой поверхности, и непосредственно на грунте. В последнем случае необходима очень качественная теплоизоляция, которая позволит предотвратить оттаивание. Что касается теплоизоляции стен, то наилучшим решением во многих случаях является сэндвич-панель. Принцип сэндвич-технологии был описан еще в 1950-х годах, однако активное применение сэндвич-панелей в строительстве в России началось лет через 30. Первые образцы панелей оказались неудачными из-за плохой герметизации швов, что приводило к большим теплопотерям. Появление в России изделий, в которых в качестве утеплителя используется плита из каменной ваты, позволило эффективно решить проблему сохранения тепла. Производство в России панелей по западным технологиям (соответствующим нормативам для нашего климата) с принятыми за рубежом классами точности сделало этот материал оптимальным выбором для строительства в районах с суровым климатом. В настоящее время индустриальными методами возводится подавляющая часть городов и поселков Сибири и Дальнего Востока. Для стеновых изделий важным показателем является соотношение теплотехнических характеристик с ценой и качеством. Сэндвич-панели имеют оптимальное сочетание этих трех показателей. Зарубежный опыт показывает, что многослойные панели (как стеновые, так и кровельные) с эффективным теплоизоляционным материалом

- лучший метод утепления зданий. Каждый слой сэндвич-панелей выполняет свою функцию: конструкционную, теплозащитную, па-роизоляционную, декоративную; и такое распределение функций между несколькими материалами, способными выполнить их наилучшим образом, позволяет получить оптимальный результат. Сегодня на рынке представлено большое количество, как готовых панелей, так и утеплителей, специально предназначенных для их производства. Например, компанией ROCKWOOL именно для таких конструкций предлагаются плиты СЭНДВИЧ БАТТС С, теплопроводность которых составляет всего 0,040 Вт/(м2-К). Для кровельных панелей также существуют специальные плиты - СЭНДВИЧ БАТТС К.

Важным элементом является теплоизоляция не только фундаментов, стен и кровли, но и све-топрозрачных конструкций. В условиях Севера компромисс между необходимостью снизить теплопотери через окна и возможностью получить дополнительную бесплатную энергию от солнечных лучей при большой площади остекления может быть решен кардинально. Дорогое топливо и электроэнергия делают экономически рентабельным применение, например, новых технологий активной теплозащиты зданий с использованием вакуумной теплоизоляции. Эти технологии позволяют увеличить поступление солнечной тепловой энергии взданияхдо 500 кВт-ч/м2 в год и снизить потери энергии в зданиях на 25%. И такие конструкции, как и конструкции оконных блоков с заполнением инертными газами, находят сегодня широкое применение в практике строительства на российском Севере. В частности, специальная программа по внедрению энергосберегающих окон действует в Красноярске.

Проблема коммуникаций в условиях вечной мерзлоты - это проблема эффективной теплоизоляции. В небольших северных поселках их прокладывают поверху, а в Норильске все трубы уложены под землей на глубине б м. Трубы прокладывают на расстоянии от домов, чтобы уберечь от тепла мерзлые грунты. Однако это лишь способы снижения опасности оттаивания грунта, нас же интересует возможность снижения теплопотерь и соответствующей экономии энергоресурсов. Для этого применяют специальные готовые «скорлупы» - теплоизоляцию из каменной ваты, либо используют трубы заводской изоляции, при укладке изолируя только стыки. Такой подход позволяет сэкономить значительную часть тех 40% от общих потерь тепловой энергии, которые в обычных условиях приходятся на теплоцентрали.

Еще один способ снижения потерь в сетях - учет и регулирование потребления тепла. В качестве одного из примеров тут может быть указана Воркута, которая должна стать первым городом в России, где применяется Smart Metering («умный учет») в теплоснабжении. Первоначально эта система будет установлена в 30 зданиях. И снятие показаний приборов учета, и регулирование объема потребления тепла будут проводиться дистанционно. За счет этого возможно получить от 10 до 15% экономии энергоресурсов. В случае успеха этой системой будут оснащены еще более 100 многоквартирных зданий города.

Поскольку необходимость эффективной теплоизоляции требует устранения всех щелей, через которые идет естественный воздухообмен, на Севере крайне важна организация принудительной приточно-вытяжной вентиляции. При отсутствии такой вентиляции в комнатах снижается содержание кислорода, возрастает концентрация углекислоты и радона, увеличивается содержание различных микроорганизмов, возрастает влажность. Все это ведет к повышенной утомляемости, головным болям, респираторным заболеваниям и некоторым другим специфическим симптомам, которые в сумме именуются «синдром больного здания».

Поэтому герметизация помещений невозможна без вентиляции, а она, в свою очередь, требует затрат как электрической, так и тепловой энергии. Весьма эффективным способом снижения расходов на отопление стало внедрение вентиляционных систем с рекуперацией тепла. В таких системах тепло забирается от удаляемого из помещения воздуха и передается нагнетаемому в помещение. При этом воздушные потоки максимально отделены друг от друга, чтобы исключить их смешивание. Коэффициент эффективности рекуперации характеризуется соотношением между максимальным количеством тепла, которое возможно получить отудаляемого воздуха, и реально полученным. Эффективность рекуператоров может составлять от 30 до 90%. Сегодня применяются 5 основных видов рекуператоров: роторный, пластинчатый, рекуператор с промежуточным теплоносителем, камерный рекуператор и тепловые трубки.

Разумеется, остаются актуальными и другие способы снижения потребления энергии: в частности, снижение удельного потребления электроэнергии различными приборами. В том числе большую экономию может дать применение светодиодных ламп. Последние, кроме того, дают возможность легко регулировать освещенность. В качестве вывода можно утверждать, что в России накоплен уникальный опыт строительства и эксплуатации зданий в условиях Крайнего Севера и Дальнего Востока. В сочетании с передовыми западными технологиями он позволяет сделать проживание в этих регионах безопасным и комфортным и существенно сократить расход энергоресурсов.

В статье использованы материалы, представленные пресс-службой компании ROCKWOOL