CC BY
73
Применение инновационных технологий жизнеобеспечения
для малоэтажной застройки в различных градостроительных ситуациях
З.К.Петрова, К.В.Шишов, В.О.Долгова
В статье рассматривается актуальная проблема повышения энергоэффективности малоэтажной жилой застройки. Констатируется неравномерность распределения энергетических ресурсов на территории девяти федеральных округов России. Рассматривается вопрос выбора эффективного источника энергоснабжения. Приводится классификация типов электростанций в зависимости от источника энергии. Для восточных районов страны установлена целесообразность применения локальных и автономных систем электро- и теплоснабжения, а также использования альтернативных / возобновляемых источников энергии.
Ключевые слова: инновационные технологии жизнеобеспечения, малоэтажная застройка, градостроительные ситуации, централизованные и автономные инженерные системы, возобновляемые источники энергии.
The Use of Innovative Life Support Technologies for Low-
Rise Buildings in Different Urban Situations.
By Z.K.Petrova, K.V.Shishov, V.O.Dolgova
In article is considered an actual problem of increase of energy efficiency of a low housing estate. Unevenness of distribution of energy resources in the territory of nine federal districts of Russia is stated. The question of the choice of an effective source of power supply is considered. Classification of types of power plants depending on a power source is given. For east regions of the country an expediency of use of local and autonomous systems electro and heat supplies and also use of alternative / renewable is established.
Keywords: innovative technologies for life support, lowrise buildings, urban situation, centralized and autonomous systems engineering, renewable energy.
В настоящее время мир подошёл к новому этапу научно-технологического развития, который определяется шестым технологическим укладом. Стране нужно совершить рывок в инновационном развитии техносферы. Требуется концентрация имеющихся ресурсов на прорывных направлениях, в частности переход к энергоэффективной экономике. Энергосбережение и повышение энергоэффективности в России - относятся к основным факторам развития регионов. В настоящее время до потребителя доходит преимущественно только треть тепловой энергии, полученной от сжигания топлива, - остальные две трети энергии теряются из-за низкого КПД котлов и в сетях. В новом строительстве отсутствуют научно-проектная база и практика
тиражирования энергоэффективных решений, а в существующих зданиях требуются затраты на их утепление и ремонт сетей.
В нашей стране в преодолении этой проблемы отмечается значительное отставание от зарубежной практики. В жилой застройке и зданиях всё ещё применяются технически устаревшие решения инженерных систем жизнеобеспечения. Сегодня степень износа объектов ЖКХ возросла до 85% [1]. До 64,4% потребления энергии в жилищном секторе приходится на отопление, 18,3% - на горячее водоснабжение и на прочие нужды - около 17% (данные 2012 года) [2].
В последние годы резко возросла потребность в электроэнергии в коммунальном секторе. Так, раньше потребление энергии в двухкомнатной квартире в среднем составляло 50-100 кВт^ч в месяц. При этом учитывается минимальное электропотребление исходя из расчёта льгот для ветеранов труда на оплату электроэнергии в размере 50 кВт^ч/месяц. В настоящее время в среднем расход электроэнергии в двухкомнатной квартире увеличился в два-три раза и составляет 200-300 кВт^ч/месяц.
Существующий жилищный фонд России с точки зрения энергоиспользования является недостаточно эффективным. Жилые многоквартирные дома в средней полосе России, построенные раннее, расходуют на нужды отопления 250-600 кВт^ч/м2 в год, односемейные (недостаточно утеплённые и с централизованными системами отопления) - до 600 кВт^ч/м2 в год и более. В топливно-энергетическом комплексе (ТЭК) страны сосредоточен наибольший потенциал ресурсосбережения - свыше 40%. В отечественной практике имеются лишь отдельные примеры строительства энергоэффективных жилых зданий и ещё реже - застройки.
В России доля получаемой от возобновляемых источников энергии (ВИЭ) составляет 1% от общего количества вырабатываемой энергии в год. Минэнерго России запланировано увеличить показатель использования возобновляемых источников энергии к 2020 году до 4% и более [3]. Это мало по сравнению со странами ЕС, где уже сегодня использование ВИЭ составляет в среднем 14% и намечено увеличение до 27% к 2030 году. Государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 года № 2446-р1.
1 Государственная программа «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года» (утверждена распоряжением Правительства Российской Федерации от 27 декабря 2010 г. № 2446-р) / Российское Энергетическое Агентство. Министерство энергетики Российской Федерации. - М., 2012. - 113 с.
Согласно подпрограмме «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в теплоснабжении и системах коммунальной инфраструктуры» предусмотрена реализация типовых проектов «Энергоэффективный город», «Энергоэффективный квартал», «Энергоэффективный дом».
Федеральный закон Российской Федерации «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ)2 на практике работает недостаточно эффективно. Особенно это касается систем теплоснабжения городов и поселений и в целом - в масштабах страны. Основные причины заключаются, прежде всего, в отсутствии инвестиций и нарастающем износе инфраструктуры ЖКХ. Тепловые сети, начиная с 1990-х годов, в большинстве случаев системно не реконструировались. Инженерная инфраструктура не менялась уже 50 лет. Необходимы инновационные инженерные решения для создания экологически безопасной, экономически эффективной и комфортной для жизнедеятельности жилой среды городов и поселений. В первую очередь это относится к малоэтажной застройке, обладающей большим потенциалом экономии энергии и создания экологически безопасной среды в городских поселениях, жилых районах и кварталах.
Малоэтажная жизнеобеспечивающая (энергоэффективная, ресурсосберегающая, с малоотходными технологиями, комфортная) жилая застройка способна наилучшим образом отвечать на вызовы времени [4-6]. Такая застройка и соответствующие ей дома, как показывает прогрессивный опыт экономически развитых стран, могут наиболее полно отвечать требованиям «зелёного стандарта», то есть требованиям органичной связи с природной средой, энергоэффективности, ресурсосбережения, раздельного сбора и переработки коммунальных отходов для получения энергии. Это направление наиболее соответствует мировым тенденциям развития экологически безопасных городов [7-11].
В России на территории девяти федеральных округов энергетические ресурсы распределены неравномерно. Непосредственное, особо социально значимое влияние на социально-экономическое развитие субъектов Российской Федерации и уровень жизни людей оказывает развитие системы газоснабжения на территории регионов, осуществляемое согласно Программе газификации «Газпрома» [12]. В среднем по России уровень газификации природным газом к началу 2012 года составлял 63,2%, в том числе в городах - 70%, в сельской местности - 46,8%. Потребление газа федеральными округами приведено в таблице 1 [12].
Газификация регионов Сибири и Дальнего Востока начала осуществляться в более поздний период, чем в центральной части России, и потребление газа здесь существенно ниже по
2 Федеральный закон Российской Федерации «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» (принят 23 ноября 2009 года, № 261-ФЗ).
сравнению другими округами (Сибирский - 2%, Дальневосточный - 1%). Соответственно общий уровень газификации жилья составляет около 40%, в том числе сетевым природным газом - около 5% и сжиженным углеводородным (СУГ) - 35%.
В направлении деятельности ОАО «Газпром» в области газификации были определены основные приоритеты [12]:
- первая группа - регионы с развитой системой газопроводов и возможностью подключения к Единой системе газоснабжения (ЕСГ), что обеспечит их газификацию преимущественно сетевым природным газом;
- вторая группа - субъекты РФ, в которых существует местная система газоснабжения, обособленная от ЕСГ, или есть газовые (газоконденсатные) месторождения, поэтому их газификация будет проводиться за счёт создания или развития уже имеющихся собственных систем газоснабжения, подключения к системам соседних краев и областей;
- третья группа - регионы, газификация которых возможна только автономным способом.
Регионы Сибири и Дальнего Востока занимают 66% территории России, что составляет 11,3 млн кв.км. Здесь сосредоточены основные запасы нефти, газа, угля, леса, рудных и нерудных ископаемых, а также гидроресурсов. В то же время в большинстве регионов весьма суровые климатические условия. Ввиду этих обстоятельств Сибирь и Дальний Восток имеют очень малую плотность населения (проживает всего 28 млн человек - 18,8 % от общего населения РФ).
Таблица 1
Наименование округа Уровень газификации, %
Центральный 35
Приволжский 31
Южный 14
Северо-Западный 11
Уральский 6
Сибирский 2
Дальневосточный 1
Таблица 2
Наименование региона Уровень газификации, %
Республике Саха (Якутия) 25,5
Омская область 22,5
Алтайский край 9,0
Хабаровский край 8,5
Томская область 6,0
Новосибирская область 6,0
Сахалинская область 4,0
Приморский край 1,0
Иркутская область 1,0
Камчатская область 0,5
В Сибирском и Дальневосточном Федеральных округах газифицировано сетевым природным газом свыше 560 тыс. квартир и индивидуальных домостроений (около 35% используют газ для отопления). В системе жилищно-коммунального хозяйства и в качестве автономных источников теплоснабжения природный газ используют свыше 600 различных котельных. Реализация федеральной программы газификации Восточной Сибири и Дальнего Востока с развитием сети магистральных газопроводов и ГРС, а также реализация региональных программ от действующих газопроводов, безусловно, дают положительные результаты. Ежегодно газифицируется 40-50 тыс. квартир и индивидуальных домостроений, на природный газ переводится свыше 100 единиц котельных3.
Автономная газификация является одним из важнейших факторов решения проблемы значительной части регионов и поселений Сибири и Дальнего Востока, отдалённых от систем газоснабжения сетевым природным газом. Региональные программы газификации должны формироваться с учётом автономной газификации отдалённых поселений от систем газоснабжения природного сетевого газа, включая развитие всей инженерной инфраструктуры для газоснабжения (компри-мированный - сжатый) природный газ (КПГ), сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный углеводородный газ (СУГ) [12].
В современной энергетике наиболее часто используют разделение на традиционную и нетрадиционную (табл. 3). При
этом традиционную энергетику в основном подразделяют на электроэнергетику и теплоэнергетику. Как наиболее удобный вид энергии для использования электрическая энергия может считаться основой цивилизации. Преобразование первичной энергии в электрическую производится на электростанциях. В зависимости от источника энергии типы электростанций подразделяются на: тепловые (ТЭС), использующие природное топливо (они делятся на конденсационные - КЭС, и теплофикационные - ТЭЦ); гидравлические электростанции (ГЭС) и гидроаккумулирующие (ГАЭС), использующие энергию падающей воды; дизельные электростанции (ДЭС); атомные электростанции (АЭС), использующие энергию ядерного распада; ТЭС с газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми установками (ПГУ); ветровые электростанции (ВЭС); геотермальные электростанции (ГЕОТЭС); солнечные электростанции (СЭС); приливные электростанции (ПЭС). В России производится и потребляется огромное количество электроэнергии. На трёх основных типах электростанций: тепловых, атомных и гидроэлектростанциях, -почти полностью вырабатывают необходимую электроэнергию.
Для России в силу её географических особенностей необходимо разрабатывать два стратегических направления, что является принципиально новым подходом к стратегии энергетического развития [13]:
1) электрификация крупных масштабных промышленно-производственных объектов и крупных поселений;
3 Данные Росстата
Таблица 3. Энергетика. Структура по ресурсам и отраслям [16]
Структура по ресурсам и отраслям
Теплоснабжение: теплоэнергия Централизованное Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) • Котельные • Атомные электростанции (АЭС) • Атомные электростанции теплоснабжения (АСТ) • Геотермальные электростанции (ГеоТЭС) • Биоэлектростанции (БиоТЭС)
Децентрализованное Малые котельные • Мини-ТЭЦ • Теплонасосные установки • Электронагреватели • Печи
Тепловая сеть Тепловые пункты • Теплотрассы
Топливная промышленность: топливо Органическое Газообразное Природный газ • Генераторный газ • Коксовый газ • Доменный газ • Продукты перегонки нефти • Газ подземной газификации • Синтез-газ
Жидкое Нефть • Бензин • Керосин • Соляровое масло • Мазут
Твёрдое Ископаемое Бурый уголь • Каменный уголь • Антрацит • Горючий сланец• Торф
Растительное Дрова • Древесные отходы • Биомасса
Искусственное Древесный уголь • Пеллеты • Кокс (каменноугольный, торфяной, полукокс) • Углебрикеты • Отходы углеобогащения
Ядерное Уран • МОХ-топливо
Перспективная энергетика: Энергетика Термоядерная энергетика • Космическая энергетика
Топливо Плутоний • Торий • Дейтерий • Тритий • Гелий-3 • Бор-11
2) электрификация других поселений на территории, неохваченной централизованными сетями.
Если первое направление решалось и решается за счёт развития крупномасштабных электростанций, то второе стратегическое направление предусматривает локальные и автономные источники электропитания в расчёте на жилой район, жилой комплекс, квартал или посёлок, дом [14].
Сегодня в Якутии построено пять электростанций на солнечных батареях. Первая была построена в селе Батамай Кобяйского района. Вторая - неподалёку от полюса холода, в селе Ючюгей Оймяконского района (рис. 1) [15]. В настоящее время компактные солнечные электростанции помогают улучшить обеспечение населения электричеством, экономя при этом топливо, которое расходуют ДЭС. Установленная мощность новой станции в селе Ючюгей, которая даёт электричество параллельно с сельской ДЭС, составляет 20 кВт. Она состоит из двух статичных платформ, в состав которых входят 87 монокристаллических модулей. Солнечные батареи закуплены у российского производителя и по своим техническим характеристикам наиболее эффективны, что позволило сделать станцию компактной. При этом следует отметить, что количество солнечных дней в Якутии сопоставимо с Крымом.
Существенное влияние на выбор эффективного источника энергоснабжения оказывают географические, климатические и градостроительные характеристики территории месторасположения объекта, а также архитектурно-планировочная структура малоэтажной застройки. Инновационными решениями проблемы повышения энергоэффективности малоэтажной застройки должно стать применение (наряду с централизованными) децентрализованных (автономных и локальных) систем тепло- и электроснабжения, включая использование альтернативных / возобновляемых источников энергии (табл. 3) [16].
Целесообразность применения децентрализованных инженерных систем по сравнению с централизованными системами должна оцениваться по показателям [17]:
Рис. 1. Солнечные электростанции (СЭС), использующие фотобатареи (ОАО «Сахаэнерго», Якутия) [12]
- энергетическая безопасность для поселений;
- влияние выбросов на окружающую среду;
- затраты органического топлива;
- финансовая эффективность;
- экономическая эффективность.
Так, при выборе источника автономного тепло- и электроснабжения необходимо учитывать целый ряд факторов. Прежде всего, это зона расположения объекта энергоснабжения, на который надо подать тепло или электричество: отдельное здание или группа зданий, квартал, жилой район. Зоны тепло-и электроснабжения можно разделить на три группы:
1) зоны централизованного снабжения от существующих ТЭЦ или электростанций;
2) зоны автономного тепло- и электроснабжения;
3) зоны смешанного тепло- и электроснабжения.
Существенное влияние на выбор источника тепло- и электроснабжения оказывают типы застройки: этажность, архитектурно-планировочная структура зданий и плотность застройки.
Выводы
1. Создание экологически безопасных поселений и жилых образований тесно связано с малоэтажной жизнеобеспечивающей застройкой. Необходимы инновационные инженерные решения в малоэтажной жилой застройке, обладающей большим потенциалом экономии энергии и создания экологически безопасной среды в городских поселениях, жилых районах и кварталах.
2. Для России в силу её географических особенностей следует применять принципиально новый подход к разработке стратегии энергетического развития. На уровне страны предлагается разрабатывать два стратегических направления: 1) электрификация крупных масштабных промышлен-но-производственных объектов и крупных поселений; 2) электрификация поселений на территории до 66% страны: восточные регионы страны - Сибирь и Дальний Восток. Если первое направление решалось и решается посредством развития крупномасштабных электростанций, то второе стратегическое направление предусматривает локальные и автономные источники электропитания в расчёте на малое поселение, жилой район, жилой комплекс, квартал и дом, в том числе автономные источники на альтернативной основе.
3. Существенное влияние на выбор эффективного источника теплоснабжения в малоэтажной застройке оказывают географические, климатические и градостроительные характеристики территории, месторасположения объекта, а также архитектурно-планировочная структура застройки.
Литература
1. Гудкова, В. Где рванёт? В каких отраслях экономики ждать очередных аварий / В. Гудкова // Аргументы и факты. -2013. - № 45. - С. 27.
2. Шилина, М.Н. Модернизация жилищного фонда с использованием энергосервиса / М.Н. Шилина // Энергосбережение. - 2014. - № 5. - С. 36-39.
3. Абдуллаев, Т. Тепло от ветра. Новая энергетика на 207 миллиардов рублей в год / Т. Абдуллаев.// Российская газета. - 2011. - 8 июня.
4. Петрова,З.К. Основы развития малоэтажного градостроительства: монография / З.К. Петрова. - М., 2013. - 252 с., ил.
5. Петрова З.К. Энергоэффективные технологии в малоэтажном строительстве / З.К. Петрова. // Промышленное и гражданское строительство. - 2014. - №7. - С. 70-75.
6. Петрова, З.К. Рекомендации по применению инновационных систем энергоснабжения в малоэтажной жилой застройке на территории России / З.К. Петрова, Г.О. Кодолов // Градостроительство. - 2015. - №1. - С. 15-20.
7. Duran, S.C. The Sourcebook of Contemporary Green Architecture / S.C. Duran, J.F. Herrero // Barcelona: Collins Design and Loft Publications (Printed in China), 2010. - P. 240- 245, 46 8-473, 551.
8. Hegger, M. Energy Manual. Sustainable architecture / M. Hegger, M. Fuchs, T. Stark, M. Zeumer; english translation of the 1st German edition// Basel: Birkhauser Verlag AG, 2008. - 280 p.- P. 14, 46, 49, 69-71, 84, 95, 109, 116, 125, 144, 200, 252-254.
9. Designing with solar power: a source book for building integrated photovoltaics / Editor D. Prasad, M. Snow // Mulgrave: The Images Publishing Group Pty Ltd and Earthscan (Printed by Everbest Printing Co in China, Hong Kong), 2005.
- P. 22-49, 173-181.
10. Dhiru, A.T. The Language of Towns & Cities. A Visual Dictionary / A.T. Dhiru // New York: Rizzoli International Publications. Ins. (Printed and bound in China), 2010. - 780 p. - P. 1-3, 198, 376.
11. Duran, S.C. Architecture & Energy Efficiency / S.C. Duran.
- Barcelona: LOFT Publications (Printed in China), 2011. - 383 p. - P. 22, 69, 73, 142-149.
12. IEA, Газпром, CERA, БКС.
13. Саврасов, В.Ф. Электрификация всей страны / В.Ф. Саврасов, Ф.В. Саврасов // Энергоэффективность: перспективы для России (Региональный опыт и экспертные предложения).
- М.: Институт устойчивого развития / Центр экологической политики России, 2010. - С. 118-129.
14. Безруких, П.П. Энергоэффективность экономики и возобновляемая энергетика // Энергоэффективность: перспективы для России (Региональный опыт и экспертные предложения) / П.П. Безруких; Институт устойчивого развития / Центр экологической политики России. - М., 2010.
- С. 103-117.
15. Типы солнечных электростанций / Солнечные электростанции в Якутии [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (дата обращения: 09.11.2015).
16. Энергетика. Структура по ресурсам и отраслям [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/ wiki/ (дата обращения: 09.11.2015).
17. Чистович, С.А. Автоматизированные системы теплофикации, теплоснабжения и отопления / С.А. Чистович // АВОК. Вентиляция. Отопление. Кондиционирование. - 2007. - №7. - C. 14-17.
Literatura
1. Gudkova V. Gde rvanet? V kakih otrasLyah ekonomiki zhdat' ocherednyh avarij / V. Gudkova // Argumenty i fakty. - 2013.
- № 45. - S. 27.
2. Shilina M.N. Modernizaciya zhiLishhnogo fonda s ispol'zovaniem energoservisa / M.N. ShiLina // Energo-sberezhenie. - 2014. - № 5. - S. 36-39.
3. Abdullaev T. TepLo ot vetra. Novaya energetika na 207 miLLiardov rubLej v god / T. AbduLLaev. // Rossijskaya gazeta.
- 2011. - 8 iyunya.
4. Petrova Z.K. Osnovy razvitiya maLoetazhnogo grado-stroiteL'stva: monografiya / Z.K. Petrova. - M.: IzdateL'stvo, 2013. - 252 s., iL.
5. Petrova Z.K. Energoeffektivnye tehnoLogii v maLoetazhnom stroiteL'stve / Z.K. Petrova. // PromyshLennoe i grazhdanskoe stroiteL'stvo. - 2014. - №7. - S. 70-75.
6. Petrova Z.K. Rekomendacii po primeneniyu innovacionnyh sistem energosnabzheniya v maLoetazhnoj zhiLoj zastrojke na territorii Rossii / Z.K. Petrova, G.O. KodoLov // GradostroiteL'stvo.
- 2015. - №1. - S. 15-20.
12. IEA, Gazprom, CERA, BKS.
13. Savrasov V.F. ELektrifikaciya vsej strany / V.F. Savrasov, F.V. Savrasov // Energoeffektivnost': Perspektivy dLya Rossii (RegionaL'nyj opyt i ekspertnye predLozheniya). - M.: Institut ustojchivogo razvitiya / Centr ekoLogicheskoj poLitiki Rossii, 2010. - S. 118-129.
14. Bezrukih P.P. Energoeffektivnost' ekonomiki i vozob-novLyaemaya energetika // Energoeffektivnost': perspektivy dLya Rossii (RegionaL'nyj opyt i ekspertnye predLozheniya) / P.P. Bezrukih; Institut ustojchivogo razvitiya / Centr ekoLogicheskoj poLitiki Rossii. - М., 2010. - S. 103-117.
15. Tipy soLnechnyh eLektrostancij / SoLnechnye eLektro-stancii v Yakutii [ELektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (data obrashheniya: 09.11.2015).
16. Energetika. Struktura po resursam i otrasLyam [ELektronnyj resurs]. - Rezhim dostupa: https://ru.wikipedia. org/wiki/ (data obrashheniya: 09.11.2015).
17. Chistovich S.A. Avtomatizirovannye sistemy tepLofikacii, tepLosnabzheniya i otopLeniya / S.A. Chistovich // AVOK. VentiLya-ciya. OtopLenie. Kondicionirovanie. - 2007. - №7. - C. 14-17.
