ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ В СИСТЕМАХ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ И В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ. Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

АРХИТЕКТУРА

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ В СИСТЕМАХ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЯ И В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ.

Зайченко Е.Н.

московский политехнический университет 107023, г.Москва, ул. Б.Семеновская ,д.38

Зайцев А.Н.

московский политехнический университет 107023, г.Москва, ул. Б.Семеновская ,д.38

Кузнецов В.А.

Московский политехнический унверситет 107023, г.Москва, ул. Б.Семеновская ,д.38

ENERGY SAVING AND ENERGY EFFICIENCY IN LIFE SUPPORT SYSTEMS AND IN THE PRODUCTION OF CONSTRUCTION MATERIALS AND PRODUCTS.

E.N.Zaichenko

Moscow Polytechnic University 107023, Moscow, B. Semenovskaya str., 38

A.N.Zaitsev Moscow Polytechnic University 107023, Moscow, B. Semenovskaya str., 38

V.A.Kuznetsov Moscow Polytechnic University 107023, Moscow, B. Semenovskaya str., 38

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены эволюция административных и нормативных документов, основные энерготеплосберегающие мероприятия и их эффективность в сетях жизнеобеспечения и при производстве строительных материалов и конструкций. Перечислены особенности и определена актуальность требований повышения технологических характеристик энергоэффективности сетей и оборудования, производительности и качества индустрии строительных материалов и изделий, их развитие в современных условиях.

ANNOTATION

The evolution of administrative and regulatory documents, the main energy-saving measures and their effectiveness in life support networks and in the production of building materials and structures are considered. The features are listed and the relevance of the requirements for improving the technological characteristics of the energy efficiency of networks and equipment, the productivity and quality of the industry of building materials and products, their development in modern conditions are determined.

Ключевые слова: энергосбережение, энергоэффективность, устойчивое развитие, системы жизнеобеспечения, новые «зеленые» строительные материалы, теплозащита, «искусственная среда», энергоэкономичные приемы проектирования, альтернативные виды энергии.

Keywords: energy saving, energy efficiency, sustainable development, life support systems, new "green" building materials, thermal protection, "artificial environment", energy-efficient design methods, alternative types of energy.

В современных условиях актуальна практика принятия приоритетов решения экологических задач вместо экономических, равенство приоритетов сегодняшнего дня и будущего на ресурсоэнергосберегающей основе. Такое равенство приоритетов определено термином -«устойчивое развитие».

Данные положения основаны на решениях конференции ООН в г. Рио-де-Жанейро (Рио-92) принятых главами государств и правительств 179 стран, подтвержденных последующими конференциями, саммитами, совещаниями и определены для исполнения на территории России

Указом Президента РФ №236 от 4 февраля 1994г. «О государственной стратегии РФ по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития».

Направление действий, связанных друг с другом включают: минимизацию потребления ресурсов, рециклинг и повторное использование отходов, управление энергией, снижение потребления и нужд и пр.

Конкретизация направлений определена Указом Президента РФ №472 от 7 мая 1995г. «Об основных направлениях энергетической политики и структурной перестройки топливно-

энергетического комплекса Российской Федерации на период до 2010 года». Дальнейшая конкретизация направлений с учетом специфики -сурового климата, обширной, протяженной территории, состояния достижений практики продолжена в Государственной целевой программе «Жилище», в подпрограмме «Энергосбережение в строительстве». В том же направлении определяются действия Постановлением Правительства РФ от 11 февраля 2021 г. № 161 "Об утверждении требований к региональным и муниципальным программам в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности и о признании утратившими силу некоторых актов Правительства Российской Федерации и отдельных положений некоторых актов Правительства Российской Федерации"

С 23 ноября 2009г. действует Федеральный закон №26.1-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности...», где намечены комплексные мероприятия, определены приоритеты энергосбережения и

энергоэффективности на длительный период будущего времени.

При этом в пятый раз обновлены, уточнены, заменены нормы СНиП 11-3-79* «Строительная теплотехника». Результирующим документом обновлений явилась актуализированная редакция СП 50.13330.2012 СНиП 23-02-2003 (15.12.2021) «Тепловая защита зданий». Разработаны актуализированные редакции смежных нормативных документов по климатологии и архитектурной типологии, новые требования и численные параметры которых участвуют в теплотехнических расчетах.

Таким образом в современный и в более отдаленный период, будут сохранять актуальность и требовать рассмотрения вопросы энерготеплосбережения и энергоэффективности на разных уровнях, в разных видах проектировния.

Ежегодные объемы нового жилищного строительства в России - 30-40 млн.м2 составляют менее 2% эксплуатируемого жилищного фонда. Применение новых мероприятий по энергосбережению в этом небольшом объеме прироста обеспечит незначительную - менее 5% за десять лет экономию энергоресурсов. То же характерно для объемов нового строительства и экономии энергоресурсов в общественных и производственных зданиях и сооружениях, причем строительство производственных зданий в годы перестройки существенно снизилось.

Главное направление энергосбережения и энергоэффективности - это усиление теплозащиты существующего фонда гражданских и промышленных зданий, накопленного за тысячелетнее развитие российской архитектуры, сокращения расстояний поставки теплоносителей, удешевление и повышение качества производства строительных материалов и изделий. Утепление фасадов, замена окон, модернизация инженерного оборудования, установка приборов учета, организационные меры и формулирование новых

правил эксплуатации гражданских и промышленных зданий и их сетей жизнеобеспечения - главные направления энергосберегающих мероприятий массовой застройки городов и населенных мест их инженерных систем и технологий ДСК, ЗЖБИ, предприятий товарного бетона (ПТБ). Мероприятия типа установки рекуператоров и теплоутилизаторов вытяжного воздуха и канализационных стоков, установка солнечных коллекторов фотоэлектрических панелей и прочее будет применяться в новом индивидуальном проектировании домов повышенной

комфортности, кооперативных и клубных домов, новых типах высотехнологических предприятий, новых типах коллекторов, совмещенных с линейными надземными сооружениями. Дальнейшее распространение этих мероприятий будет развиваться параллельно их удешевлению, мотивации и стимулирования граждан в экономии энергии и тепла, снижению коммунальных платежей, становлению экологического сознания.

Увеличение теплозащиты массовой застройки, существующих зданий после реконструкции, реставрации, модернизации или капитального ремонта позволит снизить их энергопотребление на 40% и более.

Фактические потери тепла в жилищно-гражданском секторе превышают нормативные на 35-50%, в основном в коллекторах, в непроходных теплотрассах, теплопроводах-эстакадах.; на промпредприятиях до 50% - обусловлены политикой его доступности и дешевизны в прошлом, требуют пересмотра.

Суточный расход бытовой горячей воды на душу населения - 120 л/сутки превышает средние европейские нормы в 2-2,5 раза, требует воспитания новых стереотипов потребительского, экологического поведения.

Концентрация источников энергоснабжения и водообеспечения привела к высокой протяженности инженерных сетей, где теряется от 30 до 60% первичных топливно-энергетических ресурсов, около 25% подаваемой холодной воды. Более половины (до 70%) тепловых сетей, в том числе в коллекторах, физически и морально устарели, нуждаются в замене, ремонте и реконструкции. Требуется исследования и поиск новых типов коллекторов и их ярусности под землей, совместимости и сочетабельности в них теплотрасс, коробов, труб и проводов. Непрекращающиеся, особенно зимой аварии на теплотрассах и коллекторах приводят к драматическим ситуациям проживания в экстремальных условиях десятков тысяч жителей, приносят социальные и моральные издержки на производстве и т.д.

Резервы сбережения и рационального расходования тепла, энергии, ресурсов значительны, частично включены и проводятся через развивающуюся жилищно-коммунальную реформу, новое актуализированное нормирование в строительстве, архитектуре, и жилищно-

коммунальном хозяйстве, новой логистике доставки тепла и экономном расходования энергии и ресурсов в производстве индустриальнх строительных материалов. Энерготеплосбережение и энергоэффективность как приоритетные, подобно строительству дорог, становятся «вечной», отечественной практикой охватывает

проектирование, строительство и реконструкцию, эксплуатацию и ремонт, требует соответствующего рассмотрения:- в архитектуре и ее производной -системах жизнеобеспечения; - в производстве строительных материалов и изделий и т.д.

Меры по повышению эффективности энергосбережения в инженерных системах жизнеобеспечения, особенно теплоснабжения включают:

- внедрение нового высокоэкономичного и высокопроизводительного оборудования; создание новых комбинированных источников теплоты и электричества; разработка новых систем воздушного, лучистого горизонтального (в плоскости теплого пола) отопления и т.д.;

- повышение теплозащитных качеств теплопроводов, производство и применение теплопроводов с эффективными полимерными утеплителями и наружным гидроизоляционным покрытием из полиэтилена и т.д.;

-- разработки новых типов коллекторов и их сечений, иерархичности коллекторов по глубине расположения, комплексности и сочетания сетей теплотрас, коробов, труб и проводов;

- сокращение протяженности тепловых сетей от источника до потребителя, оптимизации (расчету) навигации и их логистики;

- применение автоматизированного оборудования для контроля и регулирования подачи тепла к жилым, общественным и производственным зданиям. Например, программное автоматическое регулирование отпуска тепла в течении суток и недели позволяет в жилых зданиях за счет снижения температуры воздуха в ночные часы получать экономию тепловой энергии до 5-7%. В гражданских и промышленных зданиях за счет снижения подачи тепла в нерабочие часы и в выходные дни экономия тепловой энергии может достигать 30-40%. Ликвидация перетопов в осеннее-весенние периоды за счет регулирования температуры теплоносителя может достигать также 30-40%:

- переход от традиционного централизованного теплоснабжения к децентрализованному на основе мини-автоматизированных котельных на объект, размещаемых на техническом этаже (на кровле или в подвале), позволяющих уменьшить расход электроэнергии на прокачку теплоносителя и горячей воды (до 40%), применять пофасадно разделенные системы отопления (экономия тепла до 10%) и т. д. Тому же способствует широкое внедрение отечественных блочно-модульных тепловых пунктов для выравнивания параметров теплоносителя и предохранения от перетопов;

- обеспечение потребности в тепле в малоэтажном домостроении новыми типами автоматических водогрейных котлов на топливных гранулах. Например, пилетный котел на гранулах (пилетах) из опилок и стружки (веток, коры и соломы) с большой теплотворной способностью. Загружается котел для непрерывной работы 1 раз на 2 недели.

- обеспечение потребности коттеджей и клубных домов в электрической энергии энергоустановками на топливных элементах на основе разложения воды, получения водорода и его сжигания для получения энергии;

- развитие и ассимиляция для практических нужд нетрадиционных и альтернативных видов энергии:

а) солнечной энергии - новые типы гелио-зданий с солнечными батареями обеспечивающими объект электрическим током посредством фотоэлектрических преобразователей; то же фотоэлектрические панели, модули с аккумуляторными батареями;

- солнечные коллекторы по технологии вакуумных труб способные обеспечивать от 50 до 100% ежедневной потребности в горячей воде и отоплении;

- гелиоустановки различного назначения, например параболическое зеркало в комплексе с парогенератором и подземным (подвальным) тепловым аккумулятором и пр.

б) энергии ветра в ветроэнергетических установках (ВЭУ); ветрогенераторах; ветросолнечных станциях с автоматикой и набором светодиодных светильников; теплонакопители и т.д. Реализуется проектирование и строительство ветропарков, когда применяется за рубежом «зеленые тарифы» - субсидии государства (замаскированная неэффективность).

в) геотермальной энергии - тепловой насос -инновационный источник энергии, служит для работы систем кондиционирования, отопления, горячего водоснабжения для чего используется накопленная за теплое время года - энергия из окружающей среды - грунта (где 8°С под землей -постоянно). Затраченный 1кВт электроэнергии на циркуляцию жидкости по скважине трансформируется в 4-6кВт энергии на отопление; апробируется устройство - геозонд, когда тепло используется из глубоких слоев земли.

г) использование биогаза получаемого при переработке бытовых и сельскохозяйственных отходов, например, на очистных сооружениях города куда затекает и канализация и ливневые воды с помощью биогазовых установок и силы микробов с последующим переделом производится электрическая энергия для работы этих установок и объектов, очистных сооружений. Опыт работы показал, что зачастую образуется 30-40% избыточной электроэнергии, которые поступают в сети муниципалитетов (по типу «активный дом»).

д) вторичных энергоресурсов (ВЭР) -вентиляционных выбросов, дымовых газов, горячей воды и пр. жилых, общественных и

промышленных предприятий их зданий и сооружений (тепловые насосы, утилизаторы) и т.д. Например, приточно-вытяжная система с рекуператором в доме имеет теплообменник для нагрева входящего воздуха за счет тепловой энергии исходящего (отработанного) воздуха и дает возможность поддерживать оптимальный температурный режим, влажность и чистоту воздуха. Достигается экономия энергии, используемой для нагрева входящего воздуха (75% бросовой теплоты утилизируется). Аналогично, использование системы обратного тепла от сточных вод, когда можно возместить 90% отходящего тепла. Тепловой насос через компрессор, через фотонапорные панели, нагревает рабочий теплоноситель, далее посредством теплоотдачи в конденсаторе, теплоноситель нагревает преднагретую воду до необходимой температуры.

е) суммация и комбинирование использования перечисленных видов энергии в гибридных установках в автоматическом режиме страхующее их наилучшее сочетание с дизель-электростанцией.

Энергосбережение и энергоэффективность в производстве строительных материалов и изделий затрагивает базу стройидустрии сложившуюся в

советский период, где эти направления высоких технологий складывались в начальный этап развития. Тогда существующий жилой фонд на 74% состоял из домов в крупнопанельных конструкциях, являющихся наиболее

энергоемкими при изготовлении. Поэтому необходимо преодоление преимущественной ориентации промышленности стройиндустрии на выпуск энергоемких изделий и материалов -крупнопанельных железобетонных конструкций, цемента, кирпича и пр. на долю которых приходится до 2/3 энергоресурсов потребляемых отраслью (энергоемкость цемента в 2 раза выше чем керамического кирпича и в 22 раза выше чем древесины, энергоемкость стали соответственно выше в 3 и 100 раз).

Актуальна дальнейшая модернизация и реконструкция существующих производств строительных материалов и изделий на основе высоких технологий для выпуска:

- новых маломатериалоемких архитектурно-строительных систем с использованием энергоэффективных материалов, обеспечивающих снижение расходов энергии, материалов, уменьшение веса и сокращение трудоемкости строительства;

- новых изделий заводского изготовления, конструкций массового применения -усовершенствованных, отвечающих современным повышенным условиям энергосбережения и т.д.; Например, за последние 20 лет «с нуля» создано отечественное производство современных светопрозрачных конструкций; запущены линии по выпуску теплоотражающих стекол; готовится к выпуску продукция из фотоэлектрических панелей; разработаны и производятся системы вентилируемых фасадов;

- отвечающих потребностям, объемов ячеистых изделий и конструкций, материалов на базе безавтоклавных ячеистых бетонов, газобетонов на основе пенообразователей, пенобетонных стеновых блоков с использованием золошлаковых отходов тепло-электростанций, (ТЭС), мусоросортировочных и мусороперерабатывающих предприятий, котельных, работающих на угле и т.д.

- достаточных объемов теплоэффективных конкурентноспособных материалов и изделий -полужестких и жестких, экологичных и негорючих минераловатных плит с повышенными физикомеханическими характеристиками; материалов с низкой теплопроводностью -экструдированного пенополистирола, пенополистирола, пенополиуретана, фенопласта и др. (при производстве пенополистирола расход топлива в 3 раза меньше чем для производства минеральной ваты и в 14 раз меньше чем блоков из ячеистых бетонов) и т.д.

Необходима разработка новых

энергоэффективных в т.ч. теплоэффективных конструкций и изделий на основе базальта, пемзы искусственной литой (ПИЛ), поризованной керамики, пеностекла, модифицированного торфа, модифицированной древесины, сотопластовых материалов, фиброматериалов, особо легких дерево-алюминиевых и дерево-пластмассовых конструкций, дерево-клееного бруса со степенью огнестойкости выше чем у металла и т.д.

Целесообразно дальнейшее развитие мини-производств местных экологически-чистых природных «зеленых» материалов: кирпича, грунтоблоков, тарлучных (фахверковых) домов, арболита и его новой модификации щепо-цементных блоков, шлакобетона, столярных изделий, паркета, других материалов с учетом региональных традиций на имеющихся пустующих площадях работающих не на полную мощность существующих ДСК и заводов ЖБИ. Причем на этих предприятиях стройиндустрии рационально использование вторичных энергоресурсов (ВЭР): -теплоты воды охлаждения компрессора для разогрева при затворении бетонной смеси, в термообработке железобетонных конструкций; -теплоты отходящих газов котельных для нагрева воды, используемой при приготовлении теплых бетонных смесей, подпитки

гидроаэроциркуляционных камер, а также в оснастках с обогревом жидкими теплоносителями и т.д.

Энергосбережение направлено на уменьшение энергопотребления, а энергоэффективность направлена на минимально-необходимое и эффективное расходование энергетических ресурсов. Актуально повышение численных значений, отражающих отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к их затратам, с последующим положительным эффектом для экологии, для устойчивого развития (ограничений

бесконтрольности, расточительности, замедлением

глобального кризиса и ухудшений). Энергосберегающие технологии в инженерных сетях и оборудовании требуют пересмотра систем коммуникаций, расчета их логистики и навигации, их кооперации с наземными и надземными линейными сооружениями, вписанными в зеленый каркас города. Требуется разработка и проектирования новых типов систем коллекторов, тоннелей, эстакад как подосновы городской ткани.

Актуальна разработка новых технологий, производства востребованных «зеленых» чистых строительных материалов, в том числе нана-материалов с учетом местных возможностей. Перечисленные мероприятия будут способствовать энергоэффективной обновленной среде обитания и жизнедеятельности. Будет формироваться новая инфраструктура городов и поселений, «зеленая» застройка (не более высоты деревьев). Определятся гармоническое соответствие, когда экологические

условия сбалансированы с экономическими возможностями.

Список литературы:

1. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 г. Распоряжение Правительства РФ от 09.06.2020 №1523-р .

2. СП 50.13330.2012 «СНИП 23-01-2003 Тепловая защита зданий»

3. Зайченко Е.Н. Энергосбережение и утепление зданий. Методичесие указания с примерами теплотехнических расчетов к курсовому и дипломному проектированию. М., МАМИ , 2014.

4. Зайченко Е.Н. Благосостояние и чистая окружающая среда - в архитектурном проектировании. В обзорной информации-выпуске №4 №Проблемы окружающей среды и природных ресурсов»/Под ред. Ак. РАН Арского Ю.М. РАН; М., ВИНИТИ, 2008г., стр.18-21