Последовательность в исполнении требований повышения энергоэффективности многоквартирных домов

В. И. Ливчак, начальник отдела энергоэффективности, вице-президент НП «АВОК»

Согласно приказу № 262 Минрегионразвития РФ «О требованиях энергетической эффективности зданий, строений и сооружений» от 28 мая 2010 года, с 2011 года нормируемый удельный расход тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период должен быть снижен на 15 % по сравнению с базовым уровнем, достигнутым на 1 января 2008 года (табл. 1), а с 2020 года – на 40 %, и в такой же степени – на горячее водоснабжение.

В пересчете на московские условия (число градусо-суток 4 943) для многоквартирных домов высотой более 11 этажей нормируемый уровень удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию за отопительный период с 2011 года должен составить, согласно этому приказу: 16,5 • 4 943 • 10-3  = 81,6 кВт•ч/м², а с 2020 года – 56–57 кВт•ч/м². Фактическое теплопотребление на горячее водоснабжение домов строительства 2007 года составляло 115–120 кВт•ч/м², в соответствии с приказом № 262 с 2011 года оно должно быть не более 97–102 кВт•ч/м², что в сумме с теплопотреблением на отопление и вентиляцию составляет около 180 кВт•ч/м².

Высказываются мнения со ссылкой на европейский опыт, что вышеприведенные требования катастрофически отстают от уровня нормирования западноевропейских и, особенно, скандинавских стран.

Для реалистической оценки данного положения проанализируем нормы такой последовательной в реализации энергоэффективного строительства страны, как Дания – страны, давшей миру, к примеру:

• первые бесфундаментные малошумные циркуляционные насосы с мокрым ротором и пластинчатые теплообменники, без которых теперь не проектируется ни один тепловой пункт в зданиях,
• термостаты для осуществления индивидуального регулирования теплоотдачи отопительных приборов,
• теплосчетчики для измерения потребленной тепловой энергии и предызолированные трубопроводы, резко сокращающие теплопотери тепловых сетей.

В Дании нормируется удельное теплопотребление на отопление, охлаждение, вентиляцию и горячее водоснабжение многоквартирных домов площадью более 2 200 м² в размере 70 кВт•ч/м² в год, и предусматривается градация (но не требование обязательного достижения) для зданий с наименьшим теплопотреблением: 2-й класс – 50 кВт•ч/м² и 1-й – 35 кВт•ч/м² в год.

Таблица 1 Нормируемый с 2011 года удельный расход тепловой энергии на отоп- ление и вентиляцию жилых зданий, Вт•ч/(м2•°C•сут)*

Тип здания Этажность 4, 5 6, 7 8, 9 10, 11 12 и выше Жилые, гостиницы, общежития 20 19 18 17 16,5

* Из приказа № 262 Минрегионразвития РФ.

Казалось бы, существует колоссальное отставание российских норм от показателей энергоэффективности в Дании, да и других стран Западной Европы, которые согласно Директиве EPBD-2002 (Директива по энергетическим характеристикам зданий Европейского Союза) адаптируют свои национальные стандарты под единое решение. Но эти цифры не могут быть применены для столицы из-за иных климатических условий и разной нормы заселенности квартир.

В Москве количество градусо-суток отопительного периода, характеризующее суровость зимы, составляет 4 943, в то время как в Дании – около 3 000 °С-сут. Соответственно из-за более суровой зимы нормируемое значение удельного расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию для Москвы должно быть увеличено в 4 943 / 3 000 = 1,65 раза.

Но это касается только теплопотребления на отопление и вентиляцию, поэтому для пересчета на российские условия предварительно из нормируемой величины 70 кВт•ч/м² следует вычесть годовое теплопотребление на горячее водоснабжение, принимаемое по данным немецких норм около 15 кВт•ч/м² в год.

Однако, оценивая минимально возможное теплопотребление на горячее водоснабжение, надо учитывать, что средняя заселенность квартир в России в 2 раза больше, чем в странах Западной Европы.

Поэтому, относя теплопотребление на горячее водоснабжение к метру квадратному площади дома даже с одинаковым водопотреблением на одного человека, теплопотребление, отнесенное к метру квадратному площади дома, в России будет в 2 раза больше, чем на Западе.

А учитывая, что никакие указы не запретят россиянам умываться и мыть посуду в проточной воде, а не со сливной пробкой в умывальнике или раковине, как на Западе, минимальное нормируемое теплопотребление в России будет не менее чем в 3 раза выше: 15 • 3 = 45 кВт•ч/м² в год. Следует иметь ввиду, что нынешнее теплопотребление на горячее водоснабжение домов, подключенных к ЦТП, равное 115–120 кВт•ч/м²  в год, все равно более чем в 2,5 раза выше этой расчетной величины.

Также следует отметить, что в российских нормах (см. СНиП 23-02–2003) удельное теплопотребление определяется по отношению к площади квартир без летних помещений, а в нормах Европейского союза – к общей площади здания.  В России в объемно-планировочных показателях жилого дома приводится общая площадь здания как площадь этажей по внутренним поверхностям наружных стен, но она в среднем в 1,35 раза выше площади квартир.

Таким образом, в пересчете на российские условия нормируемое в Дании удельное теплопотребление на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение:

• для многоквартирных домов из 70 кВт•ч/м² в год превращается в: ((70 - 15) • 1,65 + 45) × 1,35 = 183 кВт•ч/м² в год;
• для домов 2-го класса: ((50 - 15) • 1,65 + 45) × 1,35 = 139 кВт•ч/м² в год;
• для домов 1-го класса: ((35 - 15) • 1,65 + 45) × 1,35 = 105 кВт•ч/м² в год.

Напоминаем, что согласно новой Директиве EPBD-2010 [1], которая была принята из-за неудовлетворенности Европейской комиссии медлительностью внедрения предыдущей, предусматривается снизить энергопотребление стран ЕС только на 20 % к 2020 году, а не перейти на строительство зданий с нулевым потреблением ископаемого топлива. В ней ставится задача перед странами ЕС подготовить план действий («дорожную карту» – Road map) по увеличению доли зданий с низким и нулевым энергопотреблением в общем объеме данного сектора.

Как было показано выше, нормируемое значение удельного расхода тепловой энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение многоквартирных домов в России начиная с 2011 года также будет около 180 кВт•ч/м² в год. Следовательно, с 2011 года согласно требованиям приказа № 262 Минрегионразвития РФ российские нормы энергоэффективности здания будут гармонизированы с существующими западноевропейскими, и в приказе указывается, как реально можно осуществить переход на такой уровень:

• оснащением систем отопления автоматизированными узлами управления, в том числе и с пофасадным авторегулированием;
• увеличением сопротивления теплопередаче наружных стен здания до уровня 3,5–3,8 м²•°С/Вт за счет повышения толщины утеплителя до принятой в скандинавских странах и теплотехнической однородности конструкции;
• заменой окон на энергоэффективные с приведенным сопротивлением теплопередаче для московского региона до 0,8 м²•°С/Вт, а впоследующем и до 1–1,1 м²•°С/Вт.

Как показывают расчеты [2], данные мероприятия в совокупности обеспечат намечаемый на 1-ом этапе уровень энергоэффективности зданий. В системах горячего водоснабжения снижение теплопотребления будет достигнуто за счет переноса узла приготовления горячей воды из ЦТП в индивидуальные тепловые пункты (ИТП) в зданиях, что дополнительно повысит качество и надежность теплоснабжения, а также за счет оснащения приборами индивидуального учета потребления воды в квартирах.

Дальнейшее повышение энергоэффективности многоквартирных домов связано с совершенствованием систем инженерного оборудования здания:

• организацией систем механической вытяжной вентиляции с авторегулированием производительности по потребности;
• применением утилизации теплоты вытяжного воздуха;
• использованием солнечной энергии для наг-рева воды и производства электроэнергии;
• применением тепловых насосов и возобновляемых источников энергии, нанотехнологий.

Данные решения требуют предварительной апробации их энергоэффективности, технико-экономического обоснования приоритетности их применения, после чего будут внедряться на последующих этапах повышения энергоэффективности строительства.

Намечаемое по приказу № 262 Минрегионразвития РФ повышение энергоэффективности зданий с 2020 года на 40 %, т. е. до 120–130 кВт•ч/м² в год, находится посредине между 1 и 2-ым классами зданий с наименьшим теплопотреблением по классификации Дании.

Учитывая опережающее развитие инновационных технологий в Москве, целесообразно:

• с 2011 года сохранить в московских нормах согласно приказу № 262 15 %-е повышение уровня энергоэффективности как для вновь строящихся и реконструируемых зданий, так и для капитально ремонтируемых зданий (в приказе для последних только с 2016 года);
• с 2016 и 2020 года установить уровень повышения энергоэффективности вновь строящихся, реконструируемых и капитально ремонтируемых зданий соответственно не на 30 и 40 % по отношению к базе, как в приказе, а на 35 и 50 %. Тем самым будет достигнут с 2016 года уровень 2-го класса зданий с наименьшим потреблением энергии по западноевропейской классификации, а с 2020 года уровень 1-го класса зданий с наименьшим потреблением энергии.

В период с 2011 по 2016 год вместо повышения планки  энергоэффективности (заданий) в сравнении с требованиями приказа № 262 Минрегионразвития РФ и вместо массового внедрения в новом московском строительстве дорогих и не апробированных в российских условиях западных энергосберегающих технологий следует сконцентрировать внимание на повышении энергоэффективности уже построенных зданий.

Таблица 1 (подробнее) Физико-механические показатели выпускаемых автоклавных газобетонов

Сравнение фактического теплопотребления зданий (по замерам теплосчетчиков) с требуемым (по данным энергетических паспортов этих зданий) [3] выявило, что теплопотери жилых зданий нового строительства начиная с 2000 года и после комплексного капитального ремонта должны были бы снизиться более чем в 2 раза за счет их утепления, замены окон на энергоэффективные и установки термостатов на отопительные приборы.

На самом деле снижение теплопотребления на отопление составило только 1/3 от потенциальной экономии за счет утепления зданий, остальные 2/3 выбрасываются на улицу в прямом и переносном смысле из-за завышенной теплопроизводительности системы отопления по причинам, указанным в [4], и в связи с неправильной настройкой термостатов. Причем там же в [4] приведены замеры температур воздуха в квартирах перетапливаемых домов на уровне 23–25 °С, подтверждающие, что перерасход теплоты на отопление связан не с дефектами строительства, а с отсутствием элементарного контроля за теплопотреблением и ненацеленностью эксплуатационных служб на энергосбережение.

Устранить перерасход тепла системой отопления, запроектированной с запасом, возможно путем регулирования подачи тепла на отопление по скорректированному температурному графику (в сторону его уменьшения с учетом выявленного запаса системы отопления). Реализация такого графика возможна в котроллере автоматизированного узла управления системой отопления (АУУ), установка которого входит в состав работ комплексного капитального ремонта жилых домов, или ИТП в домах нового строительства, где они установлены.

С учетом выявленного запаса в системе отопления, который определяется отношением проектного расчетного расхода тепла на отопление и вентиляцию Q^р_пр (из раздела «ОВ») к требуемому Q^р_тр (из энергетического паспорта K_зап = Q^р_пр/Q^р_тр), должны быть пересчитаны расчетные значения температур теплоносителя в подающем и обратном трубопроводах системы отопления [5]:

t_1тр = t_в^р + 0,5 • (t₁^р - t₂^р)(Q^-₀/K_зап) + [(t₁^р + t₂^р) / 2 - t_в^р](Q^-₀ / K_зап)^{1 / (1 + m)},   (1)

t_2тр = t_1тр - (t₁^р - t₂^р)(Q^-₀/ K_зап), (2)

где t_в^р – расчетная температура воздуха в помещении (принимая tвр для расчета графиков по СНиП  41-02–2003 «Тепловые сети» равной 18 °С);

t₁^p, t₂^p – расчетная температура соответственно в подающем и обратном трубопроводах системы отопления, °С;

Q^-₀  – относительный расход тепловой энергии на отопление, представляющий отношение требуемых расходов тепловой энергии на отопление, определенных при текущей температуре наружного воздуха t_н и расчетной для проектирования отопления t_н^р;

m – показатель степени в формуле определения коэффициента теплопередачи отопительных приборов; как правило, принимают равным 0,25.

Чтобы установить значение требуемой температуры теплоносителя, при расчетной наружной температуре (t_н^р), необходимо подставить Q^-₀ = 1. Выполненные расчеты показывают, что, например, при завышении поверхности нагрева отопительных приборов на 20 % расчетные параметры теплоносителя, циркулирующего в системе отопления, должны составлять  84–63 °C вместо 95–70 °C в системе без запаса.

Но пересмотрены должны быть не только расчетные параметры теплоносителя, но и их изменение в зависимости от температуры наружного воздуха.

Следует учитывать, что с повышением наружной температуры доля бытовых тепловыделений в тепловом балансе жилого дома увеличивается, за счет чего можно сократить подачу тепла на отопление. Нулевой расход тепла на отопление будет уже не при t_н = 18–20 °С, как принято при построении стандартных графиков регулирования, а, как показывают расчеты, в домах без утепления при t_н = 15 °С и в утепленных домах при t_н = 12 °С. Зависимость относительного расхода тепла на отопление от текущей наружной температуры при этом в формулах (1) и (2) находится из следующего уравнения:

Q^-_о = [(Q_o^p + Q_вн)(t_в - t_н) / (t_в - t_н^р) - Q_вн] / Q_o^p  =
= (1 + Q_вн / Q_o^р)(t_в - t_н) / (t_в - t_н^р) - Q_вн / Q_o^р, (3)

где Q_о^р – расчетный расход тепла на отопление при t_н^р, Гкал;

Q_вн – бытовые тепловыделения, учитываемые при определении Q_o^р, Гкал.

Результаты испытаний на одном из жилых домов серии II-18-01/12, где реализован предлагаемый график при настройке контроллера АУУ, приведены в [6] и табл. 2. В итоге была достигнута экономия тепла на отопление в 45 % по сравнению с этим же домом до выполнения комплексного капитального ремонта и с аналогичными домами, в которых не было выполнено утепление.

В аналогичных домах, где был выполнен капитальный ремонт, установлены АУУ, но контроллер был настроен на поддержание проектного графика 95–70 °С с нулевым расходом тепла при t_н = 18 °С, перерасход тепла по сравнению с предлагаемым выше режимом составил 28 % (см. табл. 2).

Приведенные данные свидетельствуют о том, что для повышения энергоэффективности существующих зданий, построенных после 1979 года (см. таблицу и графики, демонстрирующие превышение проектного расхода тепла на отопление над требуемым по энергетическому паспорту в [3]), необходимо устанавливать автоматизированный узел управления системой отопления, настраивая контроллер на предложенный режим работы с корректировкой расчетных параметров теплоносителя (с учетом запаса в системе отопления) и графика подачи тепла (с учетом увеличивающейся доли бытовых тепловыделений в тепловом балансе дома с повышением температуры наружного воз-духа).

Дома, построенные до 1980 года, входят в программу комплексного капитального ремонта, в составе которого предусмотрена установка АУУ.

Если минимизировать затраты на АУУ в соответствии с рекомендациями «Свода правил по проектированию тепловых пунктов» (СП 41-101–95), исключив из Типового альбома расчета и привязки АУУ, разработанного ГУП «МосжилНИИпроект»:

• резервный циркуляционный насос;
• излишние импортные гидравлические регуляторы;
• высокотемпературный дренажный насос (в 50 раз превышает стоимость общепринятого переносного откачивающего насоса «Гном»);
• дорогостоящие мероприятия по снижению уровней шума и вибрации от работы насосного оборудования²,

то устройство АУУ окупится в первый же год эксплуатации. Но проекты привязки АУУ необходимо дополнить расчетом требуемого для каждой серии дома конкретного температурного графика подачи тепла на отопление и настройки числа оборотов насоса в зависимости от отклонения температуры обратной воды от рассчитанного графика.

К сожалению, следует констатировать, что в настоящее время в Москве отсутствует программа по устройству АУУ в существующих домах жилищного фонда. Также не реализуется «Комплексная модернизация тепло- и водоснабжения зданий с установкой автоматизированных индивидуальных тепловых пунктов (ИТП) и ликвидацией ЦТП», включенная как основное мероприятие Городской целевой программы «Энергосбережение в г. Москве на 2009–2011 годы и на перспективу до 2020 года», принятой Постановлением Правительства Москвы № 1012-ПП от 28 октября 2008 года. А это как раз те мероприятия, которые повторяются в приказе № 262, как позволяющие повысить энергетическую эффективность зданий и сооружений на первом этапе внедрения, и их целесообразно, по возможности, выполнять совместно, чтобы два раза не резать одни и те же трубопроводы.

Подтверждением сказанного служат представленные в табл. 2 результаты натурных испытаний. Из табл. 2 следует, что в среднем по восьми домам за октябрь–апрель 2009–2010 годов (212 сут.) теплопотребление на горячее водоснабжение составило 254,6 Гкал, или за сутки Q_hw = 254,6 / 212 = 1,201 Гкал/сут., а водопотребление – 104 л/чел. в средние сутки отопительного периода. Отсюда можно установить фактическое значение коэффициента, учитывающего потери теплоты трубопроводами систем горячего водоснабжения, из формулы (1) прил. 2 в [7]:

β_hl = Q_hw•10⁶ / [(t_h - t_c)•a•n•c]-1 = 1,201•10⁶ / [(55-5)•104•160•1]-1 = 0,444,

где t_h, t_c – соответственно средняя температура горячей воды в точках водоразбора, t_h = 55 °С, и холодной воды за отопительный период, t_c = 5 °С;
а – уровень среднесуточного водопотребления на человека, а = 104 л/сут. (из табл. 2);
n – количество жителей в доме, n = 160 чел. (из табл. 2);
с – теплоемкость воды, 1 ккал/(кг•°С).

Полученный из фактического теплопотребления коэффициент теплопотерь трубопроводами

β_hl = 0,444 оказался выше рекомендуемого в табл. 1 прил. 2 в [7] для систем горячего водоснабжения с полотенцесушителями и неизолированными стояками, подключенных к ЦТП, β_{hl рек.}= 0,35, и вызвано завышенным объемом циркуляции – фактическая циркуляция превышала среднесуточный водоразбор в 7–10 раз, в то время как по расчету она должна быть примерно равна ему.

Перенос водонагревателей горячего водоснабжения в ИТП зданий резко сократит теплопотери трубопроводами горячего водоснабжения за счет отказа от внутриквартальных сетей и сокращения избыточной циркуляции за счет приближения узла нагрева воды к месту ее потребления. Согласно табл. 1 прил. 2 в [7], коэффициент теплопотерь трубопроводами системы горячего водоснабжения с изолированными стояками, подключенными к ИТП, β_{hl рек.}= 0,2. Тогда притом же водопотреблении 104 л/чел.•сут. теплопотребление дома на горячее водоснабжение составит в сутки отопительного периода:

Q_hw = 104 • 160 • (1 + 0,2) (55 - 5) • 1 • 10^-6 = 0,998 Гкал/сут.

Удельный расход тепловой энергии на горячее водоснабжение при β_hl = 0,44 и β_hl = 0,2 (из формул (5.13 и 5.14) в [8]) с учетом выключения системы на ремонт на 14 сут. в году (351 рабочих суток), длительности отопительного периода 214 сут., коэффициента снижения уровня водоразбора в летнее время 0,8, температуры холодной воды в летнее время 15 °С и площади квартир дома

А_h = 3 618 м², соответственно, будет:

Сокращение потерь тепла составит: (122,7 - 99,4) • 100 / 122,7 = 19 %, и будет достигнут требуемый с 2011 года диапазон удельного теплопотребления по приказу № 262.

Многими возлагаются большие надежды на достижение энергосбережения, когда жителю будут предоставлены контроль и возможность управления потреблением энергии на отопление. Во исполнение этой задачи в Федеральном законе от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергоэффективности…» ставится цель оснастить индивидуальными приборами учета используемой тепловой энергии многоквартирных домов, вводимых в эксплуатацию с 1 января 2012 года.

Решение данной задачи возможно:

• устройством в домах квартирных систем отопления с горизонтальной разводкой и подключением к двухтрубным вертикальным стоякам с измерением потребляемого расхода тепловой энергии индивидуальным теплосчетчиком;
• сохранением вертикально-однотрубных (в домах типовых серий) или двухтрубных систем отопления с общедомовым теплосчетчиком на вводе системы отопления и теплоизмерителями на каждом отопительном приборе, служащих для распределения измеренного общедомовым теплосчетчиком расхода тепловой энергии по квартирам в зависимости от показаний этих измерителей, не являющихся коммерческими приборами.

В обоих решениях управление теплопоступлением передается термостатам, устанавливаемым на каждом отопительном приборе. Однако, как показано в [4], на практике термостаты не справляются с функцией энергосбережения – они не сокращают расход теплоты на отопление при перегреве зданий.

Вызвано это тем, что в системе отопления устанавливаются термостатические головки с максимальным пределом температурной настройки в 26 °С. Это означает, что при полном открытии клапана (а менталитет российского жителя оказался таков, что он не ищет промежуточных положений, тем более что терморегуляторы не оцифрованы по градусам температуры), он не будет автоматически закрываться, пока температура в помещении не превысит 26 °С. Естественно, даже самые теплолюбивые жильцы воспринимают такую температуру как избыточную и раскрывают окна, сбрасывая тепло на улицу.

Причем в исследуемом доме были установлены не только термостаты, но и упоминающиеся выше теплоизмерители на каждом отопительном приборе, и жильцы были обучены правильному обращению с этой техникой, но положительный эффект пока не достигнут.

Поскольку существует цель добиться реального энергосбережения при обеспечении комфортных условий пребывания жителей в отапливаемых помещениях, необходимо установить ограничение открытия термостата, чтобы температура воздуха в регулируемом помещении не превышала 20–22 °С, оптимального комфортного диапазона по ГОСТ 30494–96 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата помещений». Диапазон назван оптимальным, т. к. вызывает ощущение комфорта в холодный период года не менее чем у 80 % людей, а оставшиеся могут повысить комфорт индивидуально, например теплее одевшись.

Но прежде чем реализовать эти решения, необходимо в натурных условиях подтвердить эффективность такого индивидуального поквартирного (или приборного) учета потребления тепла на отопление.

Литература

1. Сеппанен О. Новые требования к энергетическим характеристикам зданий в Европе / О. Сеппанен // Энергосбережение. – 2009. – № 3.
2. Ливчак В. И. Повышать ли уровень теплозащиты зданий? Ответ: «да» / В. И. Ливчак // АВОК. – 2009. – № 7.
3. Ливчак В. И. Фактическое теплопотребление зданий как показатель качества и надежности проектирования / В. И. Ливчак // АВОК. – 2009. – № 2.
4. Ливчак В. И. О расчете систем отопления, энергосбережении и температуре воздуха в отапливаемых помещениях жилого дома / В. И. Ливчак // АВОК. – 2010. – № 2.
5. Ливчак В. И. Тепловизионное обследование не может заменить тепловые испытания зданий / В. И. Ливчак // Энергосбережение. – 2006. – № 5.
6. Ливчак В. И. Реальный путь повышения энергоэффективности за счет утепления зданий / В. И. Ливчак // АВОК. – 2010. – № 3.
7. Проектирование тепловых пунктов: СП 41-101–95. – М: Минстрой России, 1997.
8. Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепловодоэлектроснабжению: МГСН 2.01–99. – М.: ГУП «НИАЦ», 1999.

 

¹ Ливчак В. И. О требованиях энергетической эффективности зданий из приказа № 262 Минрегионразвития России / В. И. Ливчак // Энергосбережение. – 2010. – № 5. – С. 10–14

² Согласно СП 41-101–95, устанавливаемый в АУУ насос не является источником распространения таких воздействий.