В основе энергоэффективных технологий лежат решения, направленные на снижение потерь и более рациональное использование тепловой и других видов энергии без ухудшения эксплуатационных характеристик здания. В мировой практике применяется множество способов энергосбережения, но для России подходят далеко не все. В наших условиях усилия должны быть сосредоточены на внедрении инновационных строительных материалов и применении современного климатического оборудования, а также на использовании умных систем контроля за энергопотреблением.
Инструментарий
Задача минимизации затрат энергии решается разными способами — за счет улучшения теплоизоляции здания путем использования конструкций без «мостиков холода», исключающих контакт теплопроводящих материалов (бетона, металла) с окружающей средой, фасадных систем с высокими теплоизоляционными характеристиками. Экономить расход энергопотребления позволяют тепловые насосы и системы рекуперации тепла, системы LED-освещения, автоматизации и управления зданием. Снижение потребления ресурсов также достигается за счет различных объемно-планировочных, конструктивных и инженерно-технических решений. Высокую эффективность и большой потенциал имеют технологии, основанные на использовании альтернативных источников энергии — солнца, ветра, воды и т.д.
Мировая и российская практика
Одним из самых энергоэффективных зданий в мире является офисный центр Manitoba Hydro Place (фото 1) в канадском городе Виннипег. По сравнению с другими объектами такого размера это 22-ти этажное здание высотой 115 метров требует на 70 % меньше электроэнергии. Проектируя его, архитекторы учли главное достоинство местности — постоянные ветра, и рассчитали, как можно использовать солнечную энергию с максимальным эффектом. Полностью застекленные и абсолютно прозрачные восточный и западный фасады позволили существенно снизить расходы на электрическое освещение. Для экономии на отоплении и кондиционировании воздуха авторы проекта предусмотрели автоматически открывающиеся окна, предотвращающие перегрев башни, и геотермальные скважины, обеспечивающие комфортную температуру внутри помещений.
Корейским архитекторам в проекте Seoul Energy Dream Center (фото 2) также удалось добиться 70 % экономии энергии. Такие показатели были достигнуты за счет особого наклона и ориентации стен, рассчитанных исходя из оптимального использования ветра и солнечных лучей. 30 % от среднего количества энергии, требуемой на обеспечения здания, центр получает от геотермальных источников и солнечных батарей.
163-метровый небоскреб Deutsche Post Tower (фото 3) в Бонне потребляет на 79% меньше энергии, чем аналогичные здания. Башню сориентировали относительно преобладающего направления ветров и сторон света, чтобы уменьшить расходы на искусственное освещение и вентиляцию. Кроме того, специальный подземный насос способен выводить тепло из здания летом, запасая его, и отдавать обратно в холодное время года. Помимо этого, небоскреб и сам производит энергию посредством солнечных батарей, установленных на крыше.
Подобные решения можно сравнить скорее с автомобилями Формулы-1: стоимость машины не важна, важно занятое на пьедестале место. Нельзя утверждать, что проекты оправдали себя экономически, поэтому речи о повсеместном масштабировании используемых в них технологий пока не идет.
В России тоже есть несколько широко известных энергоэффективных зданий и сооружений, к которым относятся Центральный стадион ФИФА-2018 в Лужниках (фото 4), Гостиница МОК в Сочи (фото 5), Бизнес-центр «Романов Двор» в Москве (фото 6).
Стандарты энергоэффективности
По данным Фонда содействия реформированию ЖКХ на сентябрь 2020 года, в 30 субъектах России возведено 154 энергоэффективных дома. Вопрос в том, как мы измеряем энергоэффективность и насколько российские критерии оценки сопоставимы со стандартами Европы и США.
Согласно европейской классификации, по уровню энергопотребления выделяют шесть типов объектов, начиная от «старых зданий», построенных до 70-х годов 20 века с расходом 300 кВт∙ч/м2 в год, и заканчивая «пассивными домами» с расходом не более 15 кВт∙ч/м2 в год, «домами нулевой энергии» с 0 кВт∙ч/м2 и «домами плюс энергии» или «активными домами», которые вырабатывает больше энергии, чем тратят, за счет использования возобновляемых источников. Возведенные с 1970 по 2000 годы дома расходуют не более 150 кВт∙ч/м2. В новостройках цифра с каждым годом снижается за счет развития технологий.
В России принята другая классификация: выделяют пять классов энергоэффективности здания – от А++ (самый высокий класс) до Е (самый низкий класс). Здание с классом А+ потребляет на 50%-60% меньше энергии, чем «среднее» здание в данном регионе при аналогичных условиях. Владельцы зданий класса А и В имеют право получить освобождение от налога на имущество на 3 года. Объекты класса Е затрачивают на 50% больше, чем усредненное здание, и подлежат реконструкции или сносу. Проектирование зданий с классом энергосбережения D и Е не допускается.
Как мы видим, стандарты в России менее жесткие, чем в Европе и США, и говорить о широком распространении в нашей стране таких международных систем как LEED и BREEAM пока не приходится. Разница в критериях оценки связана с тем, что цена теплоносителя за единицу в России в разы ниже, чем в той же Европе. Кроме того, в наших реалиях затруднительно применение некоторых освоенных западными странами решений — часть материалов не производится, не хватает бюджетов для внедрения ноу-хау и т.д.
Перспективы для России
Тем не менее, в России сегодня есть ряд предпосылок для развития энергоэффективных технологий. Во-первых, использование этих технологий, согласно требованиям нормативно-правовых документов и технических заданий на разработку проектной и рабочей документации, является обязательным для всех генеральных подрядчиков. Во-вторых, энергоэффективные здания при правильном подходе к проектированию и строительству экономически выгодны для девелоперов. Реализация проектов с применением энергосберегающих технологий прибавляет к стоимости строительно-монтажных работ 5%. Однако зачастую удорожания не происходит, а иногда расходы даже сокращаются на 3-5% за счет использования более легких по весу конструкций, замены традиционных материалов и оборудования на инновационные альтернативы и т.д. К примеру, вместо кирпича нередко применяют теплоизолирующий газобетон, который обладает всеми необходимыми свойствами и обходится дешевле. Переход на двухслойные ограждающие конструкции вместо трех- или четырехслойных дает выигрыш как по стоимости, так и по продолжительности работ, обеспечивая высокий экономический эффект.
Однако в масштабах страны существует проблема старого жилого фонда и ветхого жилья. Если дом построен с применением последних технологических решений, то экономия энергии может достигать от 5% до 20% в зависимости от условий эксплуатации, но если это старый дом типа «хрущевки», то применение данных технологий бессмысленно — огромные теплопотери через стены, утеплитель в которых сгнил 20 лет назад, бесполезно компенсировать, эффекта не будет.
Насколько близка и реальна для нас перспектива масштабного строительства домов с нулевым энергопотреблением и активных домов? Ведь в России, особенно в северных регионах, климатические условия не благоприятны для использования тепловых насосов, солнечных панелей, естественного освещения и других методов, которые хорошо зарекомендовали себя в теплых странах.
На мой взгляд, наиболее эффективными в наших условиях являются энергосберегающие технологии с применением систем отопления и охлаждения, соответствующих международному стандарту в области ответственных поставок строительных материалов BE6001. Также большим потенциалом обладают решения с использованием ограждающих конструкций на базе инновационных стройматериалов. Помимо того, важную роль в снижении энергопотребления эксплуатируемых зданий играет развитие ИТ-инфраструктуры, позволяющей управлять всеми системами — отоплением, водоснабжением, освещением, климат-контролем и т.д.
«Вестник инженерных изысканий», № 11 (50) Ноябрь 2020, стр. 24
