Важным вопросам экономии тепловой энергии, снижению расхода котельно-печного топлива, создания энергоэффективных зданий всегда уделялось большое внимание. В качестве примеров можно привести работы профессора Л.Д. Богуславского [1], к.т.н. В.Н. Лившица [2] и статьи [3,4, 5, 6].

Необходимость рационального использования и экономии топливно-энергетических ресурсов вызвана тем, что, во-первых, большая часть территории РФ относится к первому климатическому району, отличающемуся суровой и продолжительной зимой (продолжительность отопительного периода в среднем составляет более 60 % годового времени, а температура воздуха наиболее холодной пятидневки около -30 °С). К тому же плотность населения РФ значительно меньше плотности в странах Европы.

Во-вторых, во второй половине XX века в СССР началось интенсивное освоение новых нефтяных и газовых месторождений, а также месторождений угля, расположенных в отдаленных труднодоступных районах азиатской части с суровыми природными условиями, что привело к росту затрат на добычу и транспорт нефти и природного газа. Тогда как в европейской части СССР проживало почти четыре пятых населения и производилось около 80 % продукции.

В-третьих, с середины XX века в СССР было начато массовое строительство (около 30 лет ежегодно вводилось в экс-плуатацию почти по 100 млн м2 жилья). В-четвертых, расчеты показывали, что мероприятия по экономии энергии у по-требителей по капиталовложениям обходятся в два раза меньше затрат на прирост ее производства и преобразования. В-пятых, большинство источников теплоснабжения в СССР и РФ, начиная со второй половины XX века, используют газообразное и жидкое топливо. В связи с этим следует отметить, что по данным, приведенным в газете «Аргументы и факты» (№38 за 2011 г.), при добыче нефти в РФ на уровне 2010 г. разведанные на сегодня запасы нефти могут быть исчерпаны уже через 21 год!

По мнению советских специалистов форсирование добычи и рационального использования угля считалось разумным путем, позволяющим обеспечить стабильный, устойчивый в перспективе топливно-энергетический баланс страны. В связи с увеличением энергопотребления, ростом «экологической опасности» и незначительных запасов газообразного и жидкого топлива в настоящее время уделяется повышенное внимание использованию альтернативных источников энергии и внедрению систем утилизации внутренних тепловыделений. В-шестых, сейчас стоимость тепловой энергии постоянно растет, особенно в последние годы. Если в 2005 г., например, 1 МВт тепловой энергии в городе Москве стоил 374 руб., то в 2011 г. более 1140 руб., т.е. почти в три раза. Это, с одной стороны, связано с сокращением теплопотребления, с другой — со значи-тельной стоимостью существующих систем теплоснабжения.

К сожалению, до настоящего времени уровень теплозащиты зданий в РФ ниже, чем в большинстве стран Европы [7], хотя климат в Европе теплее (табл. 1).

Создание энергоэффективных зданий представляет собой комплексную проблему, которая включает в первую очередь архитектурно-планировочные, строительные и теплотехнические решения зданий, ведение технологического процесса, расположение объектов на местности по отношению к странам света, источникам энергоснабжения (тепло-, газо- и электроснабжение). А также элементы систем инженерного обеспечения заданного микроклимата и их эффективную эксплуатацию.

С 1 сентября 1995 г. Госстроем РФ введено в действие изменение №3 СНиП 11-3-79* [8], позднее изменение №4, предусматривающие значительное увеличение сопротивления теплопередаче наружных ограждений (табл. 2). Как видно из приведенных в таблице данных, сопротивление теплопередаче наружных массивных ограждений жилых зданий, проектируемых после 1995 г., должно быть более чем в три раза, а окон — почти в полтора раза. То есть, при соблюдении только этих требований СНиП [8,9] можно более чем вдвое уменьшить потребление тепловой энергии.

Добавим, что сопротивление теплопередаче окон меньше сопротивления теплопередаче наружных стен почти в пять- шесть раз. В теплый же период года через 1 м2 площади окна (при отсутствии солнцезащитных устройств) в расчетные часы может поступать в помещение до 400-500 Вт и более тепловой энергии за счет солнечной радиации и теплопередачи. Таким образом, окно можно назвать «черной дыркой». Стремление к увеличению сопротивления теплопередаче приводит к уменьшению их свето- пропускания и увеличению стоимости.

Строительными нормами и правилами предусмотрено ограничение отношения площади светопрозрачных поверхностей к площади пола в жилых домах [10] и к площади наружных стен в общественных зданиях [11]. Несмотря на это, до сих пор продолжается проектирование и строительство жилых (особенно индивидуальных) домов и общественных зданий с повышенной площадью остекления, достигающей порою 50% и более. Повышенное остекление можно считать допустимым в зданиях, имеющих большую глубину. Например, в крупных зданиях вокзалов, аэропортов, торговых центров с круглосуточной работой, не имеющих рабочих мест в непосредственной близости от окон.

С увеличением площади остекления увеличиваются тепловые потери через вертикальные наружные ограждения в холодный период года и теплопоступ- ления за счет солнечной радиации в теплый период и, как следствие, капитальные затраты и стоимость эксплуатации систем обеспечения микроклимата.

Изменение среднего значения сопротивления теплопередаче вертикального ограждения (стены и окон) R_ср.во в зависимости от коэффициента остекления вертикального ограждения β, равного отношению площади окон к площади всего вертикального ограждения, представлено в табл. 3. Так, при 60 %-м остеклении среднее сопротивление теплопередаче вертикального наружного ограждения почти в два раза меньше сопротивления теплопередаче наружной стены. Также здания с повышенным остеклением менее теплоустойчивы в условиях резких колебаний температуры наружного воздуха и интенсивности солнечной радиации в течение суток.

В зданиях с повышенным остеклением практически невозможно добиться величины расчетного удельного расхода тепловой энергии на отопление здания, кДж/(м2,°С'сут.) или кДж/(м3-°С'сут.), меньше нормируемого удельного расхода для различных типов жилых и общественных зданий, представленного в СНиП 23-02-2003 [9], и, тем более, выполнить требование Правил [12], утвержденных Постановлением Правительства РФ от 25.01.2011 г. за N018. Надо отметить и то, что стоимость 1 м2 окна с учетом солнцезащитных устройств больше стоимости 1 м2 наружной стены.

В последнее время строятся разные в плане и разрезе здания. Если одни имеют преимущественно плоские фасады, то другие сложную в плане и разрезе форму, ломаные фасады с включением эркеров, выступов, углублений. Во втором случае увеличивается показатель компактности, выражающий отношение общей площади внутренних поверхностей наружных ограждающих конструкций к отапливаемому объему здания и который не должен превышать нормируемых значений [8]. Тепловые потери через наружные ограждения могут быть увеличены еще на 15-20% и более.

С целью получения большей экономии тепловой энергии при эксплуатации систем отопления СНиП 41-01-2003 [13] предусматривает проектирование отопления жилых зданий, обеспечивая регулирование и учет расхода теплоты на отопление каждой квартирой, группами помещений общественного и другого назначения, расположенными в доме, а также зданием в целом. Можно проектировать системы теплоснабжения без автоматического регулирования при расчетном расходе теплоты зданием (включая расходы теплоты на отопление, вентиляцию, кондиционирование и горячее водоснабжение) менее 50 кВт.

Для определения расхода теплоты каждой квартирой (с учетом показаний общего счетчика) в жилых домах требуется предусматривать:

• установку общего счетчика расхода теплоты для здания в целом с организацией поквартирной оплаты за тепловую энергию пропорционально отапливаемой площади квартир или по другим показателям;
• устройство поквартирного учета теплоты индикаторами расхода теплоты на каждом отопительном приборе в системе отопления с общими стояками для нескольких квартир, в т.ч. в системе поквартирного отопления;
• установку счетчика расхода теплоты для каждой квартиры при устройстве поквартирных систем отопления с горизонтальной разводкой труб.

В последнее время начали проектировать системы поквартирного отопления и в многоэтажных жилых домах, имеющих центральную систему отопления. Но стоимость систем поквартирного отопления превышает стоимость традиционных систем приблизительно на 7-8% [14]. Верно, они имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционными системами (вертикальными многостояковыми). Собственно, только при квартирной системе жители заинтересованы в экономии теплоты. К преимуществу, например, относят [12] и экономию тепловой энергии на отопление за счет снижения температуры воздуха в помещениях квартиры до 16 °С при отсутствии в ней жильцов. Однако в многоквартирных домах экономия тепловой энергии в квартире при пониженной в ней температуре воздуха получается преимущественно за счет жильцов соседних квартир.

Дело в том, что на 1 м2 площади пола помещения приходит около 3 м2 площади поверхностей межквартирных ограждений, смежных с соседними квартирами. К тому же, коэффициент теплопередачи межквартирных ограждений почти в восемь-десять раз больше коэффициента теплопередачи наружных стен. Следовательно, при снижении температуры воздуха в помещении до 16°С теплопоступления из соседних квартир (с температурой воздуха в них 21-22°С) могут компенсировать значительную часть тепловых потерь в помещении с пониженной температурой.

Необходимо отметить и другое. Не редко квартиры в новых домах продаются без внутренней отделки. В квартирах с традиционными системами отопления обычно проходят стояки и устанавливаются отопительные приборы. В ряде жилых домов так называемый евроремонт в квартирах (с заменой отопительных приборов и труб системы отопления) длится два-три и более лет после ввода в эксплуатацию жилого дома, т.к. в покупаемых квартирах собственники, вкладывая деньги в недвижимость, не спешат делать ремонт. Естественно возникает вопрос. Каким образом можно поддерживать положительную температуру в квартирах с поквартирными системами отопления до ремонта? Ведь централизованно монтируются только межквартирные стояки с ответвлениями к коллекторам поквартирной системы отопления каждой квартиры.

Наконец, стоит вопрос и об оплате за тепловую энергию, расходуемую для поддержания требуемой температуры в лестничных клетках, лифтовых холлах, вестибюлях и теряемую в магистральных трубах систем отопления. Как и при использовании индикаторов расхода теплоты на каждом отопительном приборе в традиционной системе отопления необходимо разрабатывать методику оплаты за тепловую энергию с учетом расходуемой теплоты за пределами квартиры. И еще. При выполнении поквартирной системы по лучевой схеме (когда трубы прокладываются в конструкции пола в теплоизоляции) представляется необходимым делать исполнительную документацию на систему отопления, чтобы избежать неприятностей при возможной перепланировке квартиры.

Обращает особое внимание и другой вопрос. Это тепловые потери в тепловых сетях, достигающие по данным [15] от 20 до 50%, в связи с плохим состоянием тепловой изоляции тепловых сетей как в надземном, так и в подземном исполнении. В последнем случае основной причиной является наличие воды в каналах и колодцах теплосетей. Повышенный расход топлива содействует неблагоприятному изменению климата.

Значительно сократить тепловые потери, затраты на строительство и обслуживание тепловых сетей позволит бес- канальная прокладка труб в известной пенополиуретановой (ППУ) изоляции с полиэтиленовой оболочкой и с системой оперативного дистанционного контроля (ОДК), встроенной в конструкцию теплопроводов, или в пенополимерми- неральной (ППМ) теплогидроизоляции производства НПП «Пенополимер» (город Коломна Московской области) [16]. Верно, при прокладке труб в ППУ- изоляции требуется качественное выполнение строительно-монтажных работ.

Кроме того, по данным Госгортехнадзора РФ особую озабоченность вызывает рост числа оборудования, отработавшего расчетный ресурс эксплуатации и работающего на пониженных параметрах. Более 75% энергоблоков и 85% котлов ТЭС, ТЭЦ и котельных, находящихся в системе РАО «ЕЭС России», исчерпали расчетный ресурс эксплуатации. Это можно расценивать как результат не правильной технической политики и не рационального использования финансовых средств в течение многих лет.

На 2000 г., по данным авторов Концепции [15], доля крупных теплофикационных систем на базе ТЭЦ общего пользования в суммарной тепловой мощности всех источников теплоэнергии составляет около 70% (вырабатывается около 1,5 млн Гкал/год). Около 600 млн Гкал/год тепла производят около 68 тыс. коммунальных котельных. Нельзя не отметить и тот факт, что многие отечественные производственные потребители тепловой энергии или не работают, или работают не на полную мощность. Во многих случаях производственные здания переоборудованы под офисы, банки, торговые центры и т.д. В этом случае тепловые мощности ряда существующих котельных не востребованы, а затраты по поддержанию в рабочем состоянии системы теплоснабжения в большей степени перекладываются на плечи потребителей жилищно-коммунального характера (жилые дома, общественные здания).

Перечисленные выше недостатки в теплоэнергетике, а также веерные отключения электропотребителей в условиях безнаказанности и безответственности, несвоевременная поставка топлива, а не сильные морозы стали основной причиной выхода из строя систем теплоснабжения, водоснабжения, отопления жилых, общественных и производственных зданий и сооружений, резкого ухудшения технико-экономических показателей работы системы централизованного теплоснабжения.

Несомненно, в больших и малых городах и поселках городского типа, с точки зрения интересов массового потребителя тепловой энергии, а не владельцев конкретно рассматриваемого объекта, будущее за централизованным теплоснабжением на основе сжигания в последующем преимущественно твердого топлива, использования атомной и других источников возобновляемой энергии.

Оплату за фактически потребляемую тепловую энергию можно значительно сократить и при сложившейся схеме теплоснабжения, если вести учет тепловой энергии не только у каждого теплопотребителя, но и на выходе из котельной или ТЭЦ (программа минимум), анализировать и своевременно устранять причины сверх нормативной разницы количества тепловой энергии, отпускаемой источником и доходящей до потребителей.

Но в реализации этой программы пока не заинтересованы теплоснабжающие организации. Им проще брать деньги за тепловую энергию не фактически потребляемую, а в соответствие с расчетными проектными данными объекта. К сожалению, сейчас практически никто не несет ответственность за плохую работу системы централизованного теплоснабжения, если иметь в виду к тому же возможное отключение электро- и водоснабжения в холодный период года.

Необходима разработка и внедрение эффективного и правового механизма, который бы стимулировал энергосбережение не только производителей и потребителей тепловой энергии, но и теплопередающих организаций.

В условиях непрерывного повышения стоимости коммунальных услуг должно быть прозрачным расходование денежных средств, поступающих преимущественно от населения и из бюджета.

При любом варианте теплоснабжения необходимо его систематическое комплексное обследование и своевременное внедрение энергосберегающих мероприятий, достижений науки и техники [ 17,18] на всем пути от источника до потребителей тепловой энергии и горячей воды включительно, что позволит значительно сократить потребление и стоимость тепловой энергии.

Автор: Борис Алексеевич КРУПНОВ, профессор МГСУ