08.01.2003 10:08
(информационно-аналитический обзор)
╘ Бумаженко О. В.
Продолжающиеся фундаментальные преобразования в социально-экономическом устройстве России, смена экономических механизмов хозяйствования, очевидная трансформация международных экономических и политических отношений, с одной стороны, и нарастающая напряженность во взаимоотношениях человека и природной среды, которая отчетливо проявляется в обострении дефицита и удорожании энергетических и материальных ресурсов, а также опасности глобальной экологической катастрофы с другой, подводят к необходимости переосмысления ставших традиционными ценностей индустриального общества, переориентации хозяйственной и культурной деятельности на достижение максимальной эффективности использования природных ресурсов планеты, выработки "щадящих" средств и методов преобразования природной среды, обуздание потребительской эйфории, возникшей вследствие развития высокотехнологичных производств.
В этих условиях определение перспективных, высокоэффективных принципов и методик строительной деятельности оказывается одной из актуальнейших задач, поскольку строительство - наиболее активный в отношении природной среды и ресурсоемкий вид человеческой деятельности, плоды которой определяют качество жизненной среды всех видов живых существ в течение десятков, сотен и даже тысяч лет.
Тем большую роль играет верно заданная и своевременно осуществленная ориентация государственного и, в первую очередь, военного строительства, выполняющего фундаментальные задачи жизнеобеспечения общества, его безопасности и уровня благосостояния граждан, которое во многом определяется эффективностью расходования бюджетных средств и национальных природных ресурсов.
Целью настоящей работы являлось обозначить основные проблемы и тенденции развития современного архитектурно-строительного процесса, возникшие в последние годы вследствие обострения взаимоотношений человека и природной среды (в частности, проблемы производства и потребления энергии), а также выявить важнейшие приоритеты и перспективы, определяющие выбор путей, принципов и средств решения энергетических проблем в строительстве, в т.ч. с учетом российской специфики.
Согласно результатам исследований и прогнозам множества как отечественных, так и зарубежных ученых, важнейшую группу критериев оценки эффективности строительной деятельности определяют сегодня экологические аспекты [8]. Данные компьютерного анализа, проведенного группой отечественных ученых во главе с акад. Н.Н.Моисеевым, показывают, что ⌠катастрофические перестройки биосферы могут произойти не вследствие грандиозных явлений космического масштаба, а в результате незначительного изменения того или иного параметра биосферы⌠[8]. Более того, последними исследованиями отечественных экологов установлено, что при сохранении существующего уровня и характера антропогенных воздействий на биосферу эти катастрофические изменения могут произойти уже к 2030-м годам.
Производственная и строительная деятельность человечества являются наиболее существенными факторами, определяющими антропогенные изменения естественной природной среды, и именно в этих областях необходимы оперативные действия по предотвращению надвигающейся катастрофы.
Установлено, что в наибольшей мере отрицательное воздействие на природную среду оказывает сжигание огромного количества топлива в целях энергообеспечения эксплуатации зданий, сопровождающееся крупномасштабными загрязнениями атмосферы целой гаммой химически активных соединений, а также оксидом углерода, рост содержания которого в атмосфере вызывает усиление ⌠парникового эффекта■ в масштабах планеты, т.е. ведет к потеплению климата и, как минимум, грозит таянием ледников и вечномерзлых грунтов, а значит, повышением уровня мирового океана и мощными выделениями в атмосферу природного аммиака из приполярных болот.
Анализ данных об изменениях, происходящих в биосфере в результате строительной деятельности человечества, показывает, что важнейшими факторами, тесно взаимосвязанными и определяющими наиболее значимые тенденции в развитии современного архитектурно-строительного процесса являются:
угроза глобальной экологической катастрофы, обусловленная нарастающими темпами деградации природной среды вследствие несбалансированности антропогенных воздействий и низкой эффективности природопользования, а также связанное с этим повсеместное ухудшение качества среды обитания людей;
энергетический кризис, обусловленный высоким энергопотреблением в строительно-эксплуатационной сфере деятельности на фоне объективного удорожания традиционно используемых энергоносителей (нефтепродуктов, газа, угля и т.п.);
отчетливо обозначившаяся перспектива исчерпаемости некоторых жизненно важных минеральных и энергетических ресурсов.
Обусловленные этими факторами фундаментальные экологические требования к строительству определяют основные направления развития архитектурно-строительного процесса:
экологически целесообразное регламентирование и перераспределение антропогенных нагрузок и воздействий на природную среду (в целях установления и поддержания экологического равновесия между естественными и искусственными компонентами) посредством ужесточения природоохранного законодательства в области строительства, экологического зонирования территорий, ограничения плотности населения в соответствии с экологическими характеристиками ландшафтов, перехода к мало- и безотходным промышленным и строительно-эксплуатационным технологиям, контекстным (относительно природной среды) объемно-пространственным и конструктивным решениям, которые не вызывают значительных изменений физико-химических параметров среды, и прежде всего, грунтов и почв (их плотности, воздухо- и влагонасыщенности, химического состава и т.д.);
снижение объемов потребления исчерпаемых энергетических и других природных ресурсов, а также высокоэнергоемких материалов в нуждах строительно-эксплуатационной деятельности посредством их экономии за счет сокращения потерь при производстве, транспортировке и расходовании, совершенствования градостроительных, объемно-планировочных, конструктивных, инженерно-технических решений, в частности, на основе оптимизации сроков эксплуатации объектов в соответствии с прогнозируемыми темпами их функционального и морального старения, утилизации вторичных ресурсов, а также ориентации на широко распространенные (в частности, местные) и возобновляемые ресурсы (наиболее популярным строительным материалом сегодня вновь становится древесина, известные недостатки которой удается устранять с помощью современных технологий ее обработки);
повышение психофизиологического комфорта жизнедеятельности людей посредством качественного улучшения функциональных, санитарно-гигиенических, микроклиматических и эстетических параметров среды обитания, в т.ч. за счет совершенствования функционально-пространственной структуры архитектурно-градостроительных объектов, повышения их функциональной насыщенности и адаптивности (среда как многоуровневая система динамичных многофункциональных комплексов), использования растительности как важнейшего для всех пространственных уровней средообразующего фактора, отказа от использования в строительстве технических устройств, материалов и конструкций, отрицательно влияющих на здоровье людей и др.
Известно, что ⌠жизнеспособность организмов обусловлена постоянным наличием в среде трех групп процессов: потоков вещества, энергии и информации■ [9], поэтому во всех случаях обоснование проектно-строительной деятельности любого масштаба и оценку ее результатов необходимо производить на трех уровнях:
биологическом, характеризующем качество имеющихся и предполагаемых биохимических и биофизических взаимосвязей естественных и искусственных компонентов среды (включая живые организмы); на этом уровне определяются средства сохранения экологического равновесия [8,9], допустимые виды и масштабы антропогенных воздействий и нагрузок на природную среду, оптимальные функционально-планировочные решения (зональные схемы), а также биологически целесообразные к использованию в строительстве материалы;
энергетическом, характеризующем качество непосредственного энергетического обмена архитектурных объектов со средой (теплового, воздушного, светового и т.п.); на этом уровне определяются минимально достаточные для достижения требуемого уровня физического и психологического комфорта энергетические потребности архитектурных объектов, возможности и способы использования местных естественных источников энергии для этих нужд, а также средства поддержания энергетического баланса и энергоэффективные строительные материалы и технологии;
информационном, характеризующем функциональные и коммуникативные качества среды; на этом уровне определяются условия ориентации в пространстве, его информационная (функциональная, историко-культурная) насыщенность, эстетические качества, т.е. те параметры, которые влияют на психо-эмоциональное состояние живых организмов (мотивы их поведения) и регламентируют их деятельность в данной среде.
Таким образом, одно из центральных мест в структуре общей экологической проблемы, а следовательно, среди важнейших факторов, определяющих характер и тенденции развития современного архитектурно-строительного процесса занимают энергетические аспекты проектно-строительной и эксплуатационной деятельности, освещение которых и являлось задачей данной работы.
Ключевыми в процессе формирования принципов энергоэффективного строительства для отечественной строительной науки стали идеи, концепции и исследования, которые в разное время выдвигали и популяризировали в своих работах такие известные ученые, архитекторы и инженеры, как Ф.Райт, Ле Корбюзье, П. Солери, Б. Фуллер, Р. Эрскин, Р. Саксон, Р. Стерлинг, Д. Аронин, Д. Даффи, У.Бекман, С. Зоколей, Б. Полуй, А. Мелуа, Н. Селиванов, Э. Сарнацкий, Н.Оболенский, В.Лицкевич, Ю.Лебедев, Л.Богуславский и др. Кроме того, огромный вклад в развитие данной области знания внесли коллективы многих отечественных научно-исследовательских институтов, таких как ЛенЗНИИЭП, СибЗНИИЭП, ТашЗНИИЭП, ЦНИИЭП жилища, ЦНИИпромзданий, ЦНИИСК, ЭНИН им. Кржижановского, ВНИИТЭ, а также коллективы ученых высших архитектурно-строительных учебных заведений - ЛИСИ (СПбГАСУ), МАрхИ, НИСИ и др., предметом деятельности которых являлись проблемы повышения энергетической эффективности зданий и сооружений.
Вопросы энергоэффективности строительной деятельности формируют один из фундаментальных комплексов экологических проблем и являются одним из важнейших направлений исследований относительно новой синтетической науки - архитектурной экологии. [9]
1. ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ, ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ КРИЗИС И АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПРОЦЕСС.
Поворотной точкой, событием, положившим начало трансформации массового сознания в отношении энергетической эффективности строительства стал разразившийся в 1970-е годы глобальный энергетический кризис, который в буквальном смысле парализовал мировую экономику, лишив ее основного средства обеспечения экономически эффективной деятельности - дешевой энергии. Известно, что главным способом получения энергии человечество имело сжигание различных видов органического топлива. Когда-то это были дрова и каменный уголь, в 20 веке львиную долю энергии стали получать сжиганием нефти, нефтепродуктов и газа.
Дешевизна и казавшаяся неисчерпаемость запасов новых энергоносителей обусловили весьма расточительный характер их использования, который наиболее ярко проявился в строительстве. "Нефтяная", или "стеклянная", архитектура, возникшая и повсеместно распространившаяся как плод "технической", а затем "технологической" революций, опираясь на "достижения" научно-технического прогресса, решала, преимущественно, злободневные социально-политические и эстетические задачи, практически игнорируя природно-климатические условия строительства и особенности эксплуатации зданий и сооружений. Такое положение вещей во многом определило тот факт, что за пятнадцать лет (с 1965 по 1980 г.) мировое энергопотребление выросло, в среднем, в 1.7 раза (в СССР - в 1.9 раза)[10], а расходы энергоресурсов на строительство и эксплуатацию зданий и сооружений (без учета производственных затрат) в 1970-е стали составлять около половины общих энергозатрат в большинстве развитых стран мира: в США, Германии, Нидерландах - 39%, Канаде - 40%, СССР - 42%, Ирландии - 46%, Великобритании - 48%, Дании - 50% [8]. Причем более 90% этих объемов приходится, по данным ЕЭК (Европейской Экономической Комиссии), непосредственно на эксплуатацию зданий и сооружений. Кроме того, ежегодное сжигание около 2 млрд. т. условного топлива (в основном, нефти и нефтепродуктов) для строительно-эксплуатационных нужд вносили весьма ощутимый "вклад" в ухудшение состояния атмосферы, стимулируя, как показывают исследования, заметное усиление "парникового эффекта" в масштабах планеты, определяемого запыленностью воздуха и содержанием в нем углекислых соединений
Постепенное, но неуклонное истощение разведанных месторождений традиционных энергоносителей требовало освоения новых, расположенных преимущественно в регионах с суровым климатом, что оборачивалось увеличением удельных затрат на прирост добычи топлива более чем в 3 раза. [10] В силу этих обстоятельств значительное повышение мировых цен на традиционные энергоносители, произошедшее в конце 1970-х годов, поставило под вопрос целесообразность строительства вообще: затраты на содержание зданий стали превышать доходы от их использования. (В СССР в 1980-е эксплуатационные расходы, закладываемые в сметы, т.е. без учета плачевных условий эксплуатации, составляли, в среднем, до 25% от сметной стоимости строительства здания в год !). С другой стороны, глобальный рост цен на все группы товаров мирового рынка вследствие значительного удорожания энергии вызвал ощутимое снижение уровня благосостояния основной массы населения, требовал существенного снижения нормы прибыли, и как следствие, приостановки модернизации производств. Сложившаяся реальная угроза массовых банкротств предприятий и неизбежных социальных потрясений, отягченность экономик развитых стран чрезмерными военными расходами вследствие усиления политической напряженности, реальная угроза глобальной экологической катастрофы на планете поставили, наконец, человечество перед необходимостью кардинального изменения социально-экономической политики, как внутригосударственной, так и международной, прежде всего, в вопросах производства и потребления энергии, а также капитального строительства.
Принципиальным сдвигом в этом направлении стала произошедшая во многих странах смена базовых критериев, определяющих экономическую эффективность строительства: если раньше ими традиционно были значения сметной стоимости строительства и сроков окупаемости капиталовложений, то сегодня они отступают на второй план - решающее значение приобретают показатели эксплуатационных затрат: существенное снижение доходности строительной деятельности потребовало тщательного анализа возможностей обеспечения необходимой нормы прибыли. Это обстоятельство предопределило тот факт, что усилия всех участников архитектурно-строительного процесса (заказчиков, проектировщиков, строителей, производителей строительных материалов, конструкций и систем инженерного обеспечения) концентрируются сегодня на вопросах энергетической эффективности строящихся и реконструируемых объектов. При этом снижение энергопотребления зданиями и сооружениями решает не только экономические, но, косвенно, и экологические задачи, т.к. ведет к сокращению расхода исчерпаемых и промышленно ценных топливных ресурсов (в России до 70% всей энергии производится на ТЭС посредством сжигания газа, нефти и нефтепродуктов [10]), а следовательно, и к сокращению объемов загрязняющих воздушные бассейны выбросов (ежегодно в результате сжигания топлива в атмосферу планеты поступает более 1.2 млрд. т. различных, в т.ч. и токсичных, химических веществ, что на 200 млн. т. больше объемов выбросов от промышленных производств).
Очевидно, что эффективность и жизнеспособность строительного сектора экономики любого государства непосредственно определяется состоянием энергетической отрасли, поэтому в современных кризисных условиях вопросы развития энергетики приобретают первостепенное стратегическое значение в определении направленности архитектурно-строительного процесса, государственной и частнопредпринимательской строительной и финансовой политики. В этом плане предельную озабоченность эксплуатационными качествами проектов и построек можно объяснить малоутешительными данными научных исследований по вопросам энергообеспечения, которые проводились практически во всех развитых странах мира под эгидой самых разных, в т.ч. и международных, организаций, и дали, в целом, следующие результаты:
энергетические ресурсы планеты можно оценить сегодня следующим образом (в трлн. т. условного топлива)[10]:
горючие ископаемые - 11.0;
радиоактивные ископаемые - 8.0;
дейтерий (сырье для термоядерного синтеза) - 75.0х10 9;
солнечная энергия - 9.0х10 2;
энергия ветра - 2.0;
энергия воды - 0.7;
другие источники - 8.0х10 4;
рост цен на традиционные энергоносители (нефть и газ), несмотря на произошедшее в середине 1980-х годов резкое их понижение, возобновится и будет продолжаться по мере исчерпания ресурсов традиционных энергоносителей (относительно нефти последнее может случиться, по некоторым данным, уже через 50-70 лет, т.е. еще до истечения расчетного срока эксплуатации огромного числа уже существующих и строящихся капитальных зданий);
учитывая рост потребностей в нефти и газе многих производственных технологий (прежде всего, быстро развивающейся химической промышленности), использование нефти, нефтепродуктов, а в скором будущем и газа в качестве топлива следует признать бесперспективным;
развитие энергетики на базе угля и кокса сопряжено с неизбежным ухудшением экологической обстановки, т.к. безвредные технологии в данной области требуют чрезмерно больших капиталовложений [11];
развитие гидроэнергетики будет иметь крайне ограниченные масштабы в силу сложности экологических проблем, возникающих при устройстве ГЭС;
развитие атомной энергетики требует значительных трудовых, материальных затрат и сопряжено с повышенным риском возникновения аварий континентального масштаба (аналогичных Чернобыльской), что предполагает целесообразность постепенного свертывания АЭС вплоть до полного отказа от их использования в энергетике (например, в Швеции, где на АЭС получают до 50% всей энергии, принята государственная программа по свертыванию атомной энергетики к 2010 г. [12]; несмотря на дефицит энергии законодательно запрещено строительство АЭС в Дании [11]); жизненно необходим скорейший переход к получению энергии на основе термоядерного синтеза (по прогнозам отечественных ученых, в промышленных масштабах этот переход может произойти не ранее 2030-х годов);
выработку электроэнергии за счет традиционных методов сжигания топлива следует признать бесперспективным вследствие высокой ресурсоемкости данного способа производства (в среднем, на получение 1 усл. ед. электроэнергии затрачивается более 2.5 усл. ед. сжигаемого топлива, при этом к 2000 г. доля электроэнергии в мировом энергобалансе достигнет, по некоторым прогнозам, 18% [10]);
необходим и неизбежен форсированный переход на широкое использование альтернативных возобновляемых источников энергии: солнца, ветра, грунта, водоемов, биомассы и др. (так, в США к 2000 году предполагалось довести долю солнечной энергии в общем энергобалансе страны до 30%, а в Японии - до 70% [8]);
жизненно необходимы усиленные научные и инженерно-технические разработки в области альтернативной энергетики, наращивание масштабов их внедрения во все сферы жизнедеятельности, т.к. сегодня переориентация энергетики на преобладающее использование возобновляемых источников невозможна в силу низкой экономической эффективности имеющихся технологий: высокой стоимости при небольшом к.п.д. (например, в Дании, ориентирующейся на развитие ветроэнергетики, несмотря на ее экспериментально подтвержденную высокую экономическую эффективность, энергией с ветровых электростанций в обозримой перспективе рассчитывают обеспечить лишь 10% общей потребности [11]; а в практике использования солнечной энергии экономически приемлемые результаты сегодня показывают лишь пассивные - не требующие монтажа специальных технических систем - средства ее утилизации, что наглядно, хотя и косвенно, выразилось значительным снижением в конце 1980-х годов объемов производства солнечных энергетических установок на основе гелиоколлекторов [10,12]);
основным источником энергии на ближайшую перспективу станет ее экономия: затраты на экономию 1 т. условного топлива в настоящее время в 2-3 раза меньше затрат на добычу эквивалентного количества дополнительного топлива [10].
Так, сегодня в России экономия и продажа 1% энергии может принести около 1 млрд. $ прибыли [11]. А если учесть, что энергоемкость российских промышленного и строительного комплексов в 4-5 раз выше, чем в среднем в западных странах, можно говорить о фантастической эффективности капиталовложений в энергосберегающие мероприятия, и прежде всего, за счет продажи сэкономленной энергии. Например, в отечественном строительном комплексе резервы энергосбережения специалисты оценивают в 50-60% от общего потенциала [13].
Международный опыт показывает, что направление вырученных средств на технологические разработки в области энергосбережения, выплату льготных кредитов населению для проведения мероприятий по снижению энергопотребления и т.п. дает возможность существенного и безболезненного сокращения энергозатрат, повышения эффективности и одновременно удешевления технологий по использованию альтернативных источников энергии.
В этом ключе показателен опыт Дании. По данным ученых из Horsens Polytechnic University [11] общая картина динамики энергопотребления на отопительные нужды в Дании выглядит следующим образом:
Таблица 1. ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ И ОТАПЛИВАЕМАЯ ПЛОЩАДЬ
Годы
1972
1976
1980
1984
1990
Энергопотребление, PJ
320
290
260
230
220
отапливаемая площадь, млн.м2
250
280
305
320
345
При этом масштабы использования различных типов топлива также менялись:
Таблица 2. ОБЩИЙ ОБЪЕМ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ПО РАЗНЫМ ТИПАМ ТОПЛИВА, PJ.
типы топлива / годы
1972
1976
1980
1984
1990
нефть
760
670
550
430
360
уголь и кокс*
50
110
240
300
325
природный газ
-
-
-
5
90
альтернативные источники
15
15
20
30
50
*Увеличение объемов использования угольного топлива в Дании связано с его наличием в стране и было неизбежно вследствие отсутствия возможности использовать природный газ. Дальнейшее увеличение объемов использования угольного топлива признается датскими специалистами нецелесообразным.
С другой стороны, стоимость 1 кВт электричества, полученного с помощью ветроэнергетической установки, сократилась за10 лет в 3 раза и составила в 1990 г. 0.35 DKr против 1.00 DKr в1980 г.
Эти данные полностью подтверждают результаты комплексных исследований, проведенных в 1980-е годы по заданию ЕЭС итальянской Государственной компанией по исследованию и развитию атомной и альтернативных видов энергии (ЭНЕА), которые позволили президенту ЭНЕА У. Коломбо официально заявить: "создание такого общества, жизнь в котором была бы гораздо лучше при значительно меньшем, чем сегодня, потреблении энергии на душу населения возможно; и только переход к иному образу жизни и потребления может нам обеспечить приемлемое будущее. Этот переход нельзя рассматривать исключительно в экономическом или техническом плане; он должен осуществляться в сфере культуры, а следовательно, требует длительного подготовительного периода. Кроме того, пути его осуществления должны быть иными, чем предпринимательство"[14]. Зарубежный опыт показывает, что инициировать и эффективно управлять развитием этого процесса невозможно без проведения целенаправленной государственной экономической и культурной политики, основным инструментом которой должны являться законодательные акты разного уровня: общегосударственные, региональные и местные, а также культурные и образовательные программы.
Необходимо отметить, что глобальные качественные изменения среды обитания человека и его образа жизни, в наибольшей степени должны определяться не столько новым строительством, сколько реконструкцией уже существующего фонда недвижимости: в максимальной степени актуальна проблема энергетической реконструкции именно существующих архитектурных и градостроительных объектов, эксплуатация которых и привела к известным последствиям. Эти реконструктивные мероприятия, очевидно, должны приобрести первостепенное значение в современном архитектурно-строительном процессе, стать приоритетным направлением экономической политики, проектной и строительной деятельности, и прежде всего, в России, где в условиях финансовой нестабильности и слишком затянувшегося процесса перераспределения собственности остаются пока неясными экономические механизмы решения проблемы: отсутствие инвестиций на соответствующие современным требованиям реконструктивные мероприятия (во многом это связано с недостаточной гибкостью новых или непригодностью устаревших нормативных документов и требований, в том числе по вопросам охраны культурного наследия), недостаточная компетентность подавляющего числа занятых в строительстве специалистов обусловливает слабую разработанность проблемы, как на теоретическом, так и на практическом уровне.
Приоритетность реконструктивных мероприятий целесообразна еще и в силу существенно меньшей, относительно нового строительства, стоимости при высокой экономической эффективности капиталовложений, что особенно важно в условиях жесткого и, по-видимому, длительного финансового дефицита, имеющего место в России. Так, энергетическая реконструкция "хрущевок", ведущаяся в Литве при участии датских специалистов, дала ошеломляющие результаты: в среднем, комплекс мер по энергосбережению в одной квартире обходится приблизительно в 6000 $, но при этом доход от сокращения эксплуатационных затрат составляет около 4000 $ в год! [11]. То есть, срок окупаемости затрат в данном случае равен 1.3 года, что является очень высоким показателем для современного строительства, где окупаемость капиталовложений наступает, в среднем, через 5-8 лет. Такую же высокую эффективность - со сроками окупаемости от 1.5 до 3-х лет показывают мероприятия по реконструкции и замене систем инженерного обеспечения (в основном, отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха) общественных и производственных зданий [13]. Однако, значимым экономическим стимулом энергосбережение может стать только при отмене государственных дотаций на оплату коммунальных услуг: к примеру, в 1992 году население России платило за тепло только 3%, а за электричество - только10% от реальной стоимости [13], что, понятно, слабо стимулирует действия населения по сокращению энергопотребления.
Кроме того, в современных условиях, характеризующихся тенденцией к неизбежному росту стоимости энергоносителей, при оценке энергоэффективности зданий существенное значение стали приобретать показатели энергозатрат на производство и транспортировку строительных материалов и конструкций, определяя проектную стратегию их выбора в направлении снижения массы и энергоемкости. Так, примерная оценка энергоемкости производства основных строительных материалов показывает следующие результаты [8]:
Таблица 3. ЭНЕРГОЗАТРАТЫ НА ПРОИЗВОДСТВО НЕКОТОРЫХ МАТЕРИАЛОВ
Материалы
Энергозатраты (кВт/ч) на производство 1 м3
полистирол (пенопласт)
18900
минеральная вата
10000
алюминий
7250
цемент*
1700
клинкер
900
древесно-волокнистые плиты (ДВП)
800
кирпич
500
газобетон
450
известково-песчаный камень
350
дерево
180
*энергозатраты на производство цементов высокой и низкой марки прочности могут отличаться в несколько раз.
Однако, окончательный выбор конструкционного материала и его конечная энергоемкость определяются его долговечностью, поэтому часто целесообразно использовать более "энергоемкий" и дорогой материал, отказываясь от дешевого, но требующего больших эксплуатационных расходов.
2. ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО.
ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНЫЕ И ЭНЕРГОАКТИВНЫЕ ЗДАНИЯ.
В силу очевидного довлеющего значения финансовых и общеэкономических факторов приоритетными задачами современной строительной науки и практики стали задачи повышения энергетической эффективности проектируемых и реконструируемых архитектурно-градостроительных объектов. Критическая острота энергетических проблем, необходимость экстренных мер в условиях недостатка средств предопределили относительно узкую - энергетическую направленность предпринимаемых действий. Это обстоятельство привело к некоторой автономности рассмотрения общеэкологических и энергетических аспектов строительной деятельности, выделению нескольких направлений в рамках альтернативного строительства, а в конечном счете - фрагментарности решения стоящих перед ним задач. С другой стороны, практика альтернативного строительства выражается сегодня объектами, преимущественно, небольшого масштаба, что обусловлено все еще экспериментальным характером данной деятельности и, следовательно, сопряженным с ней экономическим риском (сдерживающим рост негосударственных инвестиций), а также отсутствием достаточных средств для реализации крупных градостроительных проектов, даже в экономически благополучных странах. Как следствие, проблематика, составляющая предмет исследований очевидного большинства научных организаций, производственных предприятий, а также печатных изданий, специализирующихся на вопросах строительства, свидетельствует о том, что в целом развитие архитектурно-строительного процесса определяет сегодня энергоэффективное строительство.
Как показывают приведенные выше результаты прогнозирования энергетических перспектив развития общества, наиболее выигрышны сегодня два пути повышения энергоэффективности объектов строительства:
экономией энергии (снижением энергопотребления и энергопотерь, в т.ч. ути-лизацией энергетически ценных отходов);
привлечением возобновляемых природных источников энергии.
Мероприятия, соответствующие преимущественной ориентации на один из этих путей, имеют принципиальные отличия и позволяют выделить два класса энергоэффективных зданий - использующих и не использующих энергию природной среды [15, 16].
Энергоэкономичные здания - не используют энергию природной среды (т.е. альтернативных источников) и обеспечивают снижение энергопотребления, большей частью, за счет усовершенствования систем их инженерного обеспечения (как наиболее "энергоемких" составляющих энергетического "каркаса" здания), конструктивных элементов, определяющих характер и интенсивность энергообмена с внешней средой (наружных ограждений, окон и т.п.), а также оптимизации архитектурных решений, направленной на сокращение энергопотерь (повышение компактности объемов, сокращение площади остекления, использование градостроительных приемов и архитектурных форм, нивелирующих отрицательные воздействия природно-антропогенных факторов внешней среды - ветра, солнца и т.п.).
Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения посредством комплекса мероприятий, основанных на применении объемно-планировочных, ландшафтно-градостроительных, инженерно-технических, конструктивных средств, которые предполагают ориентированность пространств, архитектурных форм и технических систем на энергетические источники внешней среды (солнце, ветер, грунт и др.)
Однако очевидно, что в целом энергоэкономичность и энергоактивность зданий следует трактовать не как антагонистичные свойства, а как два уровня решения единого комплекса энергетических и экологических проблем: если средства повышения энергоэкономичности имеют интенсивный (⌠интравертный■) характер, обеспечивая оптимальный расход энергии, то энергоактивность - помимо энергоэкономичности - предполагает использование наиболее эффективных возобновляемых ее источников и имеет, таким образом, экстенсивный (⌠экстравертный■) характер. Выделение энергоэкономичных и энергоактивных зданий в два класса в наибольшей мере обусловлено технологическими и экономическими особенностями их проектирования и строительства.
2.1. ЭНЕРГОЭКОНОМИЧНЫЕ ЗДАНИЯ.
Не нуждается в доказательствах утверждение, что снижение энергопотребления возможно только при условии строгого контроля и регулирования поступления и расхода энергии в зданиях, которые определяются необходимостью создания и поддержания требуемых микроклиматических параметров в различных помещениях в зависимости от условий внешней среды. Поэтому, центральное место в процессе проектирования энергоэффективных зданий (в т.ч. в условиях реконструкции) занимает оценка и регулирование энергетического баланса, т.е. структуры и величины энергопоступлений от различных источников и фактических энергозатрат, как в целом по зданию, так и в отдельных его помещениях [12,16].
В общем виде структура энергетического баланса любого здания (помещения) выглядит следующим образом.
Таблица 4. СТРУКТУРА ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО БАЛАНСА ЗДАНИЙ И ПОМЕЩЕНИЙ
Энергопоступления
Энергозатраты полезные
Энергозатраты бесполезные
1. Энергия для:
отопления
охлаждения
искусственной вентиляции
искусственного освещения
горячего водоснабжения.
2. Энергия от:
солнца
людей
техники
1.Фактические затраты на:
отопление
охлаждение
искусственную вентиляцию
искусственное освещение
горячее водоснабжение
эксплуатацию бытовой и др. техники и оборудования
1.Потери энергии:
теплопередачей через ограждающие конструкции
воздухообменом через наружные ограждения
воздухообменом через вентиляционные системы
при транспортировке
при преобразованиях
2.Перерасход энергии:
вследствие нерациональных действий пользователей техники и оборудования
в виде ⌠излишних■ энергопоступлений
вследствие ⌠борьбы■ с эффектами ⌠излишних■ энергопоступлений
Понятно, что доли (удельные значения) того или иного вида энергозатрат меняются в зависимости от типа здания, природно-климатических условий, эффективности систем инженерного обеспечения и эксплуатационных качеств конструкций. Однако, данные исследователей большинства государств, озабоченных проблемами энергосбережения в строительстве, показывают, что наибольшие энергозатраты приходятся, как правило, на:
отопление и покрытие энергопотерь при отоплении (европейские страны и Россия: основные статьи энергозатрат жилых зданий, составляющие до 60% от общего объема энергопотребления);
охлаждение, т.е. кондиционирование воздуха (США, Япония: на системы кондиционирования воздуха во многих случаях приходится до 50% от общих энергозатрат на инженерное обеспечение зданий [13], что стало одной из причин наметившейся в последние годы в строительстве западных стран тенденции к отказу от использования механических СКВ в зданиях, вследствие внедрения более эффективных решений по использованию естественных - природных и конструктивных - средств регулирования микроклимата);
искусственное освещение, затраты на которое в балансе энергопотребления крупных административных зданий и больниц могут составлять до 50% от общей суммы.
Вот данные Исследовательского отдела American Institute of Architects (Американского Института Архитекторов) по энергопотреблению основных типов зданий, построенных во второй половине 1970-х годов [16]:
Таблица 5. структура ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ РАЗНЫХ ТИПОВ ЗДАНИЙ (США)
Потребности в энергии (%), приходящейся на:
школы
жилые здания
административные здания
больницы
то
США: компьютерная программа создаёт новые композитные материалы
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.