Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Основные задачи и особенности энергосберегающей политики в субъектах российской федерации 14
1.1 Анализ современного состояния жилищного фонда Российской Федерации 14
1.2 Состояние проблемы энергосбережения в жилищном фонде 17
1.3 Теоретические основы и предпосылки энергосберегающей политики в России 19
1.4 Особенности и основные направления энергосберегающей политики в
России и зарубежных странах 22
1.5 Нормативно-правовые основы энергосбережения в жилищно коммунальном хозяйстве 26
1.5.1 Нормативные требования к энергоэффективности в жилищном фонде 26
1.5.2 Правовые документы, регламентирующие деятельность в сфере энергосбережения и энергоэффективности жилищного фонда 30
1.6 Направления экономии энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве 33
1.7 Оценка возможного потенциала экономии энергии в жилищно коммунальном хозяйстве 35
1.8 Концепция системного подхода к управлению энергосбережением 37
1.9 Региональная система управления энергосбережением в Ростовской области 42
1.10 Региональная система капитального ремонта жилых многоквартирных домов 45
1.10.1 Система финансирования капитального ремонта многоквартирных жилых домов 49
1.10.2 Требования к повышению энергоэффективности жилищного фонда по итогам капитального ремонта 51
Выводы по главе 1 53
Глава 2 Теоретико-методические основы организационно технологического обеспечения энергосбережения в жилых зданиях 55
2.1 Комплексный подход к решению проблемы повышения энергоэффективности в жилых зданиях 55
2.2 Классификация энергосберегающих решений по повышению энергетической эффективности в жилищном фонде
2.3 Оценка долговечности ограждающих конструкций с применением эффективных утеплителей 63
2.4 Концепция устойчивого функционирования и развития жилищного фонда 66
2.5 Методика разработки комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности 67
2.6 Организационно-технологическое моделирование на основе комплексного мониторинга 86
2.7 Методика численного моделирования жизненного цикла жилого дома 91
2.8 Формирование ресурсно-технологической модели энергетической санации жилищного фонда
2.9 Разработка информационной модели ресурсно-технологического обеспечения энергетической санации жилищного фонда 118
2.10 Теоретические основы стратегического управления техническим состоянием и энергосбережением жилищного фонда субъекта РФ 120
2.11 Имитационная модель организационно-технологического обеспечения комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности 125
Выводы по главе 2 127
Глава 3 Практическое применение методики формирования комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности 128
3.1 Диагностика технического и энергетического состояния жилищного фонда Ростовской области 128
3.1.1 Характеристика многоквартирного жилищного фонда Ростовской области 129
3.1.2 Классификация многоквартирных жилых зданий с позиции энергетических параметров 132
3.1.3 Подбор объектов-аналогов для групп зданий 134
3.1.4 Результаты энергетического обследования и расчет энергетических паспортов для объектов-аналогов 134
3.1.5 Классификация объектов жилищного фонда Ростовской области по уровню энергетической эффективности 137
3.2 Оценка эффективности применения энергосберегающих мероприятий для групп зданий 139
3.2.1 Оценка влияния энергосберегающих решений на жизненный цикл здания 141
3.2.2 Стоимостная оценка энергосберегающих мероприятий на основе разработанных ресурсно-технологических моделей 151
3.2.3 Создание оптимизационной модели и выбор приоритетных объектов для проведения энергетической санации 153
3.3 Разработка стратегического плана комплексного восстановления жилищного фонда Ростовской области и повышения его энергоэффективности 157
3.3.1 Разработка стратегии реализации комплексной программы 157
3.3.2 Расчет объемов экономии ресурсов и оценка потенциала энергосбережения 159
3.4 Реализация комплексной программы на примере жилищного фонда Первомайского района г. Ростова-на-Дону 161
Выводы по главе 3 174
Заключение 176
Список литературы
- Нормативно-правовые основы энергосбережения в жилищно коммунальном хозяйстве
- Оценка долговечности ограждающих конструкций с применением эффективных утеплителей
- Имитационная модель организационно-технологического обеспечения комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности
- Классификация объектов жилищного фонда Ростовской области по уровню энергетической эффективности
Нормативно-правовые основы энергосбережения в жилищно коммунальном хозяйстве
На отопление и электроснабжение жилых, промышленных и общественных зданий расходуется по усредненным проектным данным около 560 млн тонн условного топлива (т у.т.) или около 35% потребляемых в России энергетических ресурсов. Потребители расходуют не более 70% подаваемой в сеть холодной воды, а потери тепла при эксплуатации оборудования и систем теплоснабжения достигают 60% при норме в 16 [48]. К основным причинам неэффективного использования энергоресурсов можно отнести: отсутствие национальной концепции энергосбережения; значительные потери энергии и воды в связи с несовершенством норм, проектов, архитектурно-строительных систем, оборудования и конструкций; крайне низкий уровень учета, контроля и регулирования расходования энергетических ресурсов и воды во всех сферах потребления; отсутствие заинтересованности потребителей в рациональном использовании и экономном расходовании энергоресурсов; аварийное состояние зданий и энергосистем [54].
При решении проблемы повышения энергоэффективности важным является структурирование и анализ основных источников потребления энергии. Энергия в строительном комплексе потребляется при производстве и изготовлении строительных материалов, их последующей перевозке, в самом процессе возведения объектов, при эксплуатации объектов в течение срока службы и во время реконструкции или сноса. При сравнении этих видов потребления энергии установили, что больше всего энергии, как правило, требуется при эксплуатации объектов недвижимости (таблица 1.2) [29]. Таблица 1.2 – Потребление энергии в строительном комплексе России
Потребление энергии при перевозке материалов и строительстве объектов Более 30% потенциала экономии энергии сосредоточено в коммунальных инженерных системах, до 70% – в зданиях и сооружениях [9]. Потребление энергии и тепла в многоквартирных домах в 3,5 раза выше, чем в странах со схожим климатом [108]. Суммарное потребление энергии в жилищном фонде, включая нежилые помещения и общедомовые нужды, в 2014 г. оценивалось в 173 млн т у.т. Строящиеся современные здания удовлетворяют новым нормативам по энергосбережению и теплозащите, однако в течение длительного периода в прошлые годы возводилось огромное количество зданий без учета энергосберегающих мероприятий, что привело к несоответствию энергетических характеристик существующей застройки современным стандартам. Локальные проблемы жилищного фонда многочисленны: ненадежная гидро- и теплоизоляция ограждающих конструкций, приводящая к протечкам и промерзаниям, избыточная инфильтрация вследствие плохого состояния оконных и дверных блоков в квартирах и местах общего пользования, техническое и моральное старение инженерного оборудования, отсутствие устройств автоматического регулирования потребления тепла, температуры горячей воды и др. [60]. Изменить сложившуюся ситуацию возможно путем проведения комплексного капитального ремонта жилищного фонда с реализацией энергосберегающих мероприятий, что является первоочередной задачей в масштабах страны.
Важным компонентом является оснащение зданий и квартир приборами учета. Обеспеченность многоквартирных домов России общедомовыми приборами учета в 2014 г. составила по отоплению 9%, холодной воде – 15, ГВС – 15, электроэнергии – 20, газу – 5%. Обеспеченность квартирными приборами учета составила 2% по отоплению, холодной воде – 65, ГВС – 49, электроэнергии – 90, газу – 7% [3].
Сегодня уже недостаточно рассматривать только взаимосвязи, возникающие при энергопотреблении внутри страны, приходится считаться и с нарастающим общемировым экологическим кризисом. По оценкам экспертов, взаимодействие энергопотребляющих и энергоснабжающих объектов с окружающей средой дает до 82 % всех видов ее загрязнения. Экологический компонент при этом уже сейчас составляет 25% затрат в системах обеспечения нефтепродуктами, около 40 – приходится на выработку электроэнергии на угольных ТЭС, котельных и АЭС. В основном совпадают точки зрения ученых и о значительной роли энергетики в усилении парникового эффекта и создании условий нарастающей тенденции потепления климата, что грозит природными бедствиями и негативным воздействием на здоровье человека. Изменения в лучшую сторону могут быть достигнуты только посредством проведения энергосберегающей политики, поскольку экономия одной тонны условного топлива сокращает прирост в производстве или добыче топливно-энергетических ресурсов на 1,2 -1,3 т у.т. [27].
Таким образом, сбалансированное развитие энергетики и экономики, учитывающее интересы не только нынешнего, но и будущих поколений может быть обеспечено проведением рациональной политики энергосбережения во всех отраслях экономики.
Согласно ГОСТ Р 52106-2003 под ресурсосбережением понимают деятельность (организационная, экономическая, техническая, научная, практическая, информационная), методы, процессы, комплекс организационно-технических мер и мероприятий, сопровождающие все стадии жизненного цикла изделий и направленные на рациональное использование и экономию ресурсов [23].
При выполнении работ и оказании услуг под ресурсосбережением понимают энергосбережение и материалосбережение. Ресурсосбережение оценивают рядом показателей, направленных на обеспечение технического уровня и экономию ресурсов, а также на достижение заданного в нормативных документах организационно-технологического уровня качества товаров. В группу характеристик входят показатели ресурсосбережения, направленные на обеспечение технического уровня и экономию ресурсов, а также на достижение заданного в документах организационно-технологического уровня качества товаров. Совокупность характеристик ресурсосбережения может быть реализована на качественном (через факторы) и количественном (через показатели) уровнях [23]. К числу основных показателей ресурсосбережения относят: ресурсосодержание, ресурсоемкость, ресурсоэкономичность и утилизируемость (рисунок 1.4).
Оценка долговечности ограждающих конструкций с применением эффективных утеплителей
Проведённый анализ результатов научных исследований и подходов к нормированию и стандартизации в строительстве [4,16, 25, 99,101,130] позволил выделить следующие этапы архитектурно-строительного проектирования, различающиеся нормативными требованиями к теплозащите и энергоэффективности зданий (таблица 2.2).
Учет этих особенностей необходим для оценки сложившегося состояния жилищного фонда городов и населенных пунктов, разработки программ восстановления жилищного фонда и приведения его в соответствие с современными нормативными требованиями. Тепл озащитнымн т еш озащите пр о ектиру емых зд ании. о литно е житье » качествами Введение официальных методов (по еле 2000 г.) гго о ектир ования теплозащиты и энерго сбережения в здании — поэл ементного и потр е бит ельского. Градация по высоте принимается исходя из возможности сравнения удельных потребностей в тепловой энергии q, нормативные значения которых изменяются в зависимости от этажности (СНиП 23-02) (таблица 2.3). Таблица 2.3 – Условное разделение жилых зданий по высоте и этажности
Классификация объектов жилищного фонда производится на основе результатов мониторинга их технического и энергетического состояния, включающих в себя энергетическое обследование и расчет энергетических паспортов, вычисление величины удельного годового потребления энергетических ресурсов – q. Величина отклонения расчетного значения q от нормативного позволяет установить класс энергетической эффективности здания и произвести оценку влияния отдельных энергосберегающих мероприятий на его изменение [98,125].
Для диагностики энергетической ситуации в жилищном фонде отобраны объекты-аналоги, соответствующие каждой группе разработанной классификации зданий в Ростовской области. Всего было отобрано 146 многоквартирных домов разного года постройки, этажности и материала стен. Большинство зданий расположены в г. Ростове-на-Дону. Основные характеристики объектов-аналогов для группы зданий приведены в приложении Б. На данных объектах было произведено обследование, целью которого являлись: первичный сбор информации и анализ фактического состояния объектов; определение текущего технического состояния и путей повышения эксплуатационной надежности; расчет энергетического паспорта. Полученные данные внесены в программный комплекс ИАС ЖКХ. Шаг 3 Проведение технического и энергетического обследования объектов аналогов с расчетом энергопаспортов На первом этапе выполнения экспериментальных исследований определяются техническое и энергетическое состояние объектов жилищного фонда. Для анализируемых объектов проводится сбор первичной информации и визуальное освидетельствование технического состояния. По результатам технического обследования определяется физический и моральный износ (ФИ и МИ) отдельных элементов и здания в целом. Эти показатели необходимы, в первую очередь, для оценки эксплуатационной надежности здания и определении потребности в ремонте.
Энергетическое обследование многоквартирных зданий проводят с целью определения фактических показателей энергетической эффективности и выявления возможных резервов экономии расхода топливно-энергетических ресурсов. В объем энергетического обследования должны входить результаты нижеперечисленных работ [73]: - ознакомление с проектной, исполнительной и эксплуатационной документацией, анализ условий газо-, электро-, теплоснабжения, особенностей системы отопления, составление общей характеристики обследуемого объекта; - анализ наличия необходимого парка приборов учета, соответствие их требованиям действующей нормативно-технической документации; - проведение инструментального тепловизионного обследования здания; - выявление и анализ причин несоответствия фактических показателей энергоэффективности здания нормативным значениям; - составление энергетического паспорта обследуемого объекта. Тепловизионное обследование должно проводиться, учитывая требования ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», ГОСТ 26629-85 «Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций» и в соответствии с «Методикой диагностики и энергетических обследований светопрозрачных наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом», аттестованной Госстандартом России по ГОСТ 8.563 - 96 и ГОСТ 8.010-99 (свидетельство № 52/442-2004), «Методикой диагностики и энергетических обследований наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом», аттестованной Госстандартом России по ГОСТ 8.563 – 96 (свидетельство № 09/442-2001). Все расчеты и анализ должны проводиться в соответствии с требованиями СНиП 23-02-2003.
Техническое и энергетическое обследование включается в общую систему мониторинга технического и энергетического состояния жилищного фонда субъекта РФ. Данные мониторинга заносятся в электронную базу данных жилищного фонда субъекта РФ.
Эффективность капитального ремонта и реконструкции зданий определяется сопоставлением социальных и экономических результатов с затратами, необходимыми для их достижения. Социальные результаты состоят в повышении качества условий и социально-культурного обслуживания населения. Улучшение жилищных условий населения заключается в приведении жилых зданий в соответствие с требованиями современных норм проектирования жилья (микроклимата помещений, внутренних температур, влажности), оборудование их недостающими техническими устройствами, повышающими комфортность проживания. Экономические результаты состоят в снижении физического износа отдельных конструктивных элементов и здания в целом (частичном воспроизводстве основных фондов), уменьшении эксплуатационных затрат.
Имитационная модель организационно-технологического обеспечения комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности
Осуществление информационной поддержки комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности базируется на единой информационной системе, которая обеспечивает оперативность, достоверность и прозрачность контроля реализации государственной стратегии.
Имитационная модель представляет собой совокупность данных об объектах жилищного фонда, их технических и энергетических параметрах, базирующуюся на системе комплексного мониторинга [137]. Исходные данные для имитационной модели получены в результате анализа структуры жилищного фонда, его классификации по техническим и энергетическим параметрам, проведения энергетических обследований с расчетом энергетических паспортов. Входными параметрами для созданной имитационной модели являются информационная модель ресурсно-технологического моделирования программы энергосбережения и информационная модель жизненного цикла жилых домов (рисунок 2.36).
База данных объектов многоквартирного жилищного фонда, данные о технических характеристиках зданий (год постройки, материал стен, этажность, площадь) Данные энергетических обследований объектов, результаты расчета энергетических паспортов Расчеты эффективности энергосберегающих мероприятий — Информационная модель жизненного цикла жилых домов
Имитационная модель организационно-технологического обеспечения комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности Выбор базовой стратегии реализации комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности
Имитационная модель организационно-технологического обеспечения комплексной программы Имитационная модель позволяет произвести оценку результатов принятых решений на основе сценарной методики планирования ремонтных работ и энергоэффективной реконструкции, основной задачей которой является сохранение и восстановление жилищного фонда путем планового доведения его до уровня «нормальной эксплуатации» и класса энергоэффективности «С» (нормальный).
Полученные сведения помогают достигнуть поставленной цели с помощью построения различных оптимизационных моделей управления техническим и энергетическим состоянием жилищного фонда, взяв за основу прогнозирование жизненного цикла жилых домов и финансовые средства для осуществления ремонтных мероприятий.
1. В целях выполнения современных требований по энергосбережению разработан комплексный подход к решению проблемы восстановления жилищного фонда и повышению его энергоэффективности, способствующий реализации концепции устойчивого функционирования и развития жилищной сферы субъекта РФ.
2. Предложена концепция устойчивого функционирования и развития жилищного фонда, которая базируется на системном подходе к управлению техническим и энергетическим состоянием жилищного фонда.
2. Для решения поставленных задач разработаны методические основы повышения энергетической эффективности жилищного фонда, центральным звеном которых явилась система комплексного мониторинга технического состояния и энергетических параметров жилищного фонда субъекта РФ.
3. Предложены методика и информационная модель численного моделирования жизненного цикла зданий, позволяющая произвести оценку влияния сроков выполнения энергосберегающих мероприятий на жизненный цикл жилых зданий различных периодов постройки. Выявлено, что отсутствие комплексных капитальных ремонтов снижает сроки эффективной эксплуатации жилых зданий на 15-25 % для зданий первой группы капитальности и на 20-30 % – для второй группы капитальности.
4. Разработаны методика и информационная модель ресурсно технологического моделирования, на основе которой произведена стоимостная оценка энергетически обязательных мероприятий, позволяющая произвести выбор альтернативных решений и расчет стоимости ремонтных работ по повышению энергоэффективности зданий.
5. Сформирована имитационная модель организационно-технологического обеспечения комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности для субъекта РФ.
Процесс формирования комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности имеет несколько ключевых моментов, определяющих программу структурно: цели, задачи программы, особенности территории региона, проблематика энергетической инфраструктуры и стратегические направления.
С использованием информационно-аналитической системы «ИАС ЖКХ» [36] показан пример реализации разработанной методики формирования комплексной программы восстановления жилищного фонда и повышения его энергоэффективности на примере Ростовской области. Стратегия сохранения и восстановления жилищного фонда создавалась на основе анализа с разделением его на две группы (схема реализации и набор программных мероприятий) для городов и районов области в отдельности.
Ростовская область входит в состав ЮФО и находится на его северо-западе. Постоянное население области на 2014 г. составляет по данным Росстата 4237 тыс. человек (18,5% от населения ЮФО). Крупные города: Ростов-на-Дону (1050 тыс.чел.), Таганрог (257 тыс.чел.), Шахты (245 тыс.чел.), Новочеркасск (176 тыс.чел.), Волгодонск (169 тыс.чел.) [32, 91]. На территории Ростовской области действуют ТСН 23-339-2002 «Энергетическая эффективность жилых и общественных зданий. Нормативы по энергопотреблению и теплозащите» [112].
Классификация объектов жилищного фонда Ростовской области по уровню энергетической эффективности
Муниципальная поддержка в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности предполагает содействие в разработке пилотных энергоэкономичных проектов для последующего тиражирования и реализации наиболее эффективных из них [87]. За счет средств местного бюджета, государственной поддержки на основе возмещения части расходов на уплату процентов по кредитам или предоставления инвестиционного налогового кредита может быть реализовано обустройство на территории районов города комплекса демонстрационных и пилотных объектов с повышенной энергетической эффективностью. Создание энергоэффективных районов по сравнению со строительством отдельных демонстрационных энергоэффективных зданий позволяет на принципиально более высоком уровне изучить в реальных условиях энергосберегающие технологии, а также их взаимосвязь с экологическими и социальными условиями.
Внедрение разработанных алгоритмов и методик при решении задачи повышения энергетической эффективности жилищного фонда показано на примере реконструкции Первомайского района г. Ростова-на-Дону (рисунок 3.21).
Представление интересов Первомайского района по управлению муниципальным имуществом осуществляет МКУ «Управление ЖКХ Первомайского района» г. Ростова-на-Дону. Техническая эксплуатация жилищного фонда Первомайского района осуществляет ОАО «Коммунальщик Дона». Для более эффективного контроля над состоянием жилищного фонда используется информационно-аналитическая программа «ИАС ЖКХ». Анализ технического состояния жилищного фонда представлен в приложении Е (таблица 3.18).
Практически для всего жилищного фонда района характерна проблема технического и морального старения инженерного оборудования зданий, включающего системы отопления, горячего и холодного водоснабжения, канализации, водоотведения, электроснабжения, также системы газоснабжения, дымоудаления, лифтового хозяйства и др. В подавляющем количестве зданий система отопления не имеет оборудования, позволяющего автоматически регулировать потребление тепла в зависимости от температуры наружного воздуха, температуры воздуха в квартирах, уровня освещенности фасадов и ветровой нагрузки. Как правило, система отопления является зависимой, то есть теплоноситель, подаваемый из системы районного теплоснабжения, поступает непосредственно к радиаторам, расположенным в квартирах. При этом нежелательные механические примеси и химические компоненты, появляющиеся в системе теплоснабжения, попадают в систему отопления зданий, что приводит к засорению и коррозии ее элементов.
На основании данных мониторинга технического состояния жилищного фонда Первомайского района произведен его анализ по году постройки, материалу стен, этажности, группе капитальности, физическому износу и потребности в ремонте (приложение Е). Данные мониторинга содержат значения физического и морального износа каждого жилого дома и всего жилищного фонда района, восстановительную стоимость и стоимостную оценку физического и морального износов. На основании полученных данных определяется необходимость в проведении того или иного вида ремонтных работ (рисунок 3.22).
Анализ энергетических параметров жилищного фонда выполнен в соответствии классификацией объектов по периоду постройки, материалу стен и этажности. Определены удельные и суммарные потребности в тепловой энергии и классы энергетической эффективности для каждого типа зданий (таблица 3.19).
На основании данных об оценке эффективности применения энергетически обязательных мероприятий и численного моделирования снижения удельной потребности в тепловой энергии для объектов было определено изменение классов энергетической эффективности для групп зданий Первомайского района. В результате энергетической санации в большинстве случае прогнозируется значительное повышение классов энергетической эффективности зданий – до нормальных, высоких и наивысших (таблица 3.20).
В основу формирования стратегии положен принцип доведения значений физического износа и класса энергоэффективности до нормативного уровня путем последовательного проведения комплексных капитальных ремонтов. При этом выводятся показатели снижения физического износа для каждого здания, групп зданий и всего жилого фонда Первомайского района в целом. Эффективной может считаться работа, позволившая в течение десяти лет (до 2025 г.) довести здания до показателей безотказной (нормативной) эксплуатации.