Факторы энергоэффективности
Российские предприятия все активнее занимаются выпуском энергоэффективной продукции, при этом оптимизируют свои технологические решения для снижения потребления энергоресурсов.
По данным Минэкономразвития РФ, за последние три года объемы производства энергоэффективной продукции, применяемой в строительстве, ЖКХ и других отраслях, в стране выросли более чем на треть. В ведомстве, с февраля 2019 года курирующего сферы энергосбережения и энергоэффективности, тенденцию объясняют несколькими факторами. По мнению чиновников, объемы производства энергоэффективной продукции выросли благодаря действию федеральных и региональных программ, направленных на стимулирование ее выпуска, в том числе на уровне госзаказа. Второй фактор – технологический. Изготовление энергоэффективных продуктов способствует оптимизации на предприятиях самих производственных процессов, снижению потреблению ресурсов.
Компании, занимающиеся выпуском энергоэффективных материалов, также отмечают растущий спрос рынка на такую продукцию. Ориентируясь на потребителя, они расширяют линейку таких продуктов, наращивают их объемы производства.
Заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia Дмитрий Бернт сообщает, что в настоящее время предприятие выпускает крупноформатное листовое стекло с энергоэффективными покрытиями различного функционала. Они имеют сниженный коэффициент излучательной способности. Такие покрытия придают стеклу теплосберегающие свойства – контролируют теплопотери в холодное время года и снижают необходимость кондиционирования помещений в жаркие солнечные дни. «Другой возможный функционал стекол с покрытиями – контроль инсоляции (интенсивности светопритока). Линейка стекол Pilkington Suncool, к примеру, позволяет подобрать остекление с оптимальным для конкретного региона балансом светопропускания и солнечного фактора. В результате можно прилично сэкономить на искусственном освещении помещений, так как максимально эффективно используется естественное. Данная продукция используется при фасадном остеклении зданий», – отмечает он.
На фото: Штаб-квартира «Новатэк»
По словам начальника технического отдела ООО «ИВАПЕР» Сергея Молоткова, профильные системы компании предназначены для изготовления энергоэффективных окон и дверей, способствующих сокращению теплопотерь, созданию здорового климата и повышению шумоизоляции жилых и нежилых помещений. Только за последние 5 лет системы IVAPER были установлены более, чем в ста жилых комплексах Петербурга. По сравнению с обычными, энергосберегающие окна, например, из морозостойкого профиля «ИВАПЕР 70» позволяют экономить до 10 тыс. рублей за отопительный сезон в трехкомнатной квартире.
«Еще одно энергоэффективное решение, которое мы продвигаем, но которое пока находит применение только в частном строительстве – это встроенные рольставни. Во-первых, использование этих конструкций позволяет на треть увеличить энергоэффективные характеристики окна. Во-вторых, короб рольставень полностью скрыт за внешней отделкой здания, поэтому они не портят фасад и не уменьшают световой проем. Также рольставни надежно ограждают дом от уличного шума, взлома и посторонних взглядов. А в нашем регионе обеспечат комфортный сон в период белых ночей», – отмечает Сергей Молотков.
Согласно формуле
Руководитель направления «Энергоэффективность зданий» компании ТЕХНОНИКОЛЬ Станислав Щеглов рассказывает, что компания производит теплоизоляционные материалы на основе каменной ваты, экструзионного пенополистирола (XPS) и жесткого пенополиизоцианурата (PIR). Каждый из этих видов теплоизоляции активно применяется при строительстве энергоэффективных зданий и сооружений, поскольку обладает целым рядом преимуществ. Эксперт считает, что термин «энергоэффективность» как в России, так и в остальном мире в 99% случаев используется некорректно. Чаще всего он подразумевает только энергосбережение, что неполно и, соответственно, неверно.
На фото: Лофт-квартал Docklands, Петербург
Для того, чтобы говорить об энергоэффективности, собственнику необходимо располагать как минимум двумя показателями, отмечает Станислав Щеглов. Первый – величина энергосберегающего эффекта, который та или иная мера обеспечивает. Он может выражаться в кВтч, МДж, Гкал. Обозначается, как правило, в виде символа ∆Э. Это величина физической экономии энергии, численно равная разнице между расходом энергии при эксплуатации до внедрения энергосберегающего мероприятия и после. Второй показатель – размер единовременных капитальных затрат на внедрение новой энергосберегающей меры.
Располагая двумя этими показателями, можно рассчитать величину простой окупаемости мерероприятия, как отношение ∆К.З./∆Э (капитальные затраты / энергосберегающий эффект). Решение, продукция или технология, речь может идти о чем угодно – то, что будет иметь наименьшее значение разницы ∆К.З./∆Э, как раз и можно назвать особо энергоэффективным.
Станислав Щеглов добавил также, что приемлемый для собственника эффект зависит от большого числа факторов. Ключевой из них – выбор в пользу минимального из всех возможных вариантов размера отношения показателей капитальных затрат и энергоэффективности, а также фактор физической готовности инвестора выдержать минимальный срок окупаемости, который получается по расчету.
Снижая расходы
По мнению экспертов, энергоэффективная продукция не может производиться на устаревшем оборудовании и высоком потреблении энергетических ресурсов. В частности, как отмечает директор департамента стратегического развития компании EKF Дмитрий Кучеров, на практике часто на предприятиях основные средства уходят на замену обычных лампочек энергосберегающими. Тогда как большая часть электроэнергии, порядка 60%, обычно расходуется на вращение асинхронных электродвигателей – приводов насосов, вентиляторов, воздушных и холодильных компрессоров, подъемных машин. Поэтому насосное оборудование – тот сектор, где следует повышать энергоэффективность в первую очередь.
«Одним из наиболее перспективных способов энергосбережения в этой области является переход на частотно регулируемый электропривод. Он состоит из двигателя, работающего на электроэнергии, и преобразователя частот. Коэффициент полезного действия последнего может достигать 98%. Для повышения энергоэффективности промышленных предприятий предназначена наша собственная разработка – преобразователи частоты Vector. Внедрение такого продукта на насосной станции заводоуправления в одном из российских городов позволило ощутимо повысить ее экономическую и эксплуатационную эффективность», – подчеркнул Дмитрий Кучеров.
Мнение
Дмитрий Бернт, заместитель начальника цеха нанесения покрытий по НИОКР Pilkington Glass Russia:
– Отдельно, как особо качественную энергоэффективную продукцию, я бы выделил, например, сравнительно недавно выпущенное на рынок всесезонное стекло Pilkington Lifeglass Plus. Его главная особенность – в высоком уровне светопропускания и высокой селективности, характерной для более темных на просвет стекол с покрытиями. Другими словами, Pilkington Lifeglass Plus пропускает в помещение максимум естественного света, сохраняет тепло в холодное время года и защищает дом от перегрева в жаркие солнечные дни, что особенно актуально для южных и юго-восточных регионов РФ и стран СНГ.
Сергей Молотков, начальник технического отдела ООО «ИВАПЕР»:
– Производственный комплекс «IVAPER оконные системы» оснащен собственным автономным энергоблоком нового поколения с повышенным КПД, что позволило в три раза минимизировать негативное воздействие на окружающую среду. На производстве внедрены энергосберегающие технологии, в частности, гильотинная резка готового профиля. Освещение производственных и офисных помещений осуществляется исключительно с использованием светодиодных и энергосберегающих осветительных приборов. Отработанные энергосберегающие лампы обязательно утилизируются. Современное производственное оборудование с частотными преобразователями позволяет выбирать наиболее оптимальный режим производительности и энергопотребления.
Купол как уникальная конструкция
Лаборатория деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко АО «НИЦ «Строительство» совместно с ООО «ЦНИПС ЛДК» разрабатывает проекты большепролетных каркасов покрытия из клееных деревянных конструкций (КДК). По их проектам построено более 10 аквапарков по всей России. Крупнейший из них – аквапарк «Питерлэнд» в парке 300-летия Санкт-Петербурга. Об особенностях проекта «Строительному Еженедельнику» рассказал заведующий лабораторией деревянных конструкций ЦНИИСК им. В. А. Кучеренко Александр Погорельцев:
– В бассейнах и аквапарках КДК имеют преимущества перед конструкциями из металла или железобетона. Для них хлорирование или озонирование воды создает агрессивную среду, нейтральную для древесины.
В ТРК «Питерлэнд» смонтирован ребристый купол диаметром 90 м и высотой 45 м. Особенности конструкций связаны в основном с его габаритами. В плане меридиональные ребра купола опираются с шагом 14,5 м на нижнее железобетонное кольцо и на стальное верхнее кольцо диаметром 5 м. Основные ребра длиной около 60 м выполнены в виде серповидных сборных ферм и сами по себе являются уникальными в части принятых конструктивных решений, изготовления, сборки и монтажа. На эти ребра с шагом 6 м опираются девять криволинейных кольцевых элементов, из которых два – верхний и нижний – являются опорами для 60 промежуточных меридиональных ребер. Нижний кольцевой элемент выполнен в виде горизонтальной фермы, воспринимающей реакции опор от промежуточных ребер и нагрузки от кольцевой технологической площадки. Остальные кольца являются распорками между меридиональными ребрами для обеспечения их устойчивости.
В конструкции купола реализованы основные принципы «системы ЦНИИСК», все основные узлы и стыки поясов серповидных ребер выполнены на наклонно вклеенных стержнях и V-образных анкерах. Это уникальная система узловых соединений, основанная на вклеивании в древесину арматурных стержней периодического профиля. Россия обладает приоритетом в области подобных узловых соединений деревянных конструкций.
Все жесткие стыки ребер и соединения закладных деталей со стержнями, вклеенными на заводе и на монтаже, выполнены ручной сваркой. Экспериментальные исследования, проведенные в ЦНИИСК с целью оценки влияния сварки на соединения, показали, что существующий «психологический» барьер при сварке деревянных конструкций успешно преодолевается. При соблюдении нескольких рекомендаций сварка практически не сказывается на несущей способности соединений.
Меридиональные ребра состоят из четырех отправочных блоков полной заводской готовности, соединяемых на монтаже жесткими стыками на сварке. Все блоки по торцам снабжены выпусками V-образных анкеров и закладными деталями.
Проблемы допусков по длине для меридиональных ребер решены с помощью зазоров около 40 мм между торцами поясов, заполняемых полимербетоном после сварки V-образных анкеров и стальных полос. Этим достигается плотный контакт по площадкам сжатия.
Треугольная решетка меридиональных ребер включает горизонтальные и вертикальные элементы. Горизонтальные соединены с поясами на цилиндрических нагелях и шпильках, а вертикальные – с усилием растяжения до 40 т – путем сварки выпусков вклеенных стержней и закладных деталей на раскосах.
Сборка и монтаж меридиональных ребер производились в три этапа: сначала на жестком горизонтальном стенде производилась предварительная сборка блоков в проектных габаритах, затем окончательная сборка в вертикальном стальном стенде с последующей установкой блоков в проектное положение.
Из-за кризиса 2008 года после монтажа каркаса купола строительство было приостановлено – и возобновлено только в 2011 году. В результате влажность древесины, не защищенной от атмосферных осадков, значительно превысила величину равновесной влажности, соответствующей условиям эксплуатации. Быстрое завершение строительства и ввод в эксплуатацию могли привести к неравномерной усушке древесины и, как следствие, к появлению значительных трещин и расслоений. Разработанные в ЦНИИСК рекомендации по обеспечению температурно-влажностного режима при завершении строительства позволили избежать этих проблем.
Цифровые технологии – спорту
Олимпиада в Сочи и Чемпионат мира по футболу – 2018 задали новые требования к проектированию и строительству спортивных сооружений в России. О том, как создать современный спортивный объект мирового класса и уложиться в жесткий дедлайн, рассказывает руководитель отдела ОВиКВ компании «Метрополис» Сергей Брюзгин.
Проектирование спортивных сооружений – задача сложная и ответственная. Объекты такого рода сочетают в себе яркую, запоминающуюся архитектуру и комплекс сложнейших инженерных систем. Именно поэтому проектировщики постоянно находятся в поиске новых эффективных решений для работы с такими проектами.
В основе – технологии
Одними из наиболее успешных разработок, активно используемых проектировщиками, являются BIM-технологии. Их применение при проектировании современных сложных объектов, к числу которых относятся и спортивные сооружения, является одним из ключевых условий успешных инвестиций заказчика, ведь технология BIM-проектирования позволяет существенно сэкономить время и средства, необходимые для реализации проекта.
Эта технология дает возможность повысить качество проектирования и на раннем этапе представить полную картину того, как будет выглядеть и функционировать объект. При необходимости заказчик может своевременно внести корректировки в проект на той стадии, когда изменения не влекут за собой больших затрат. Это отличная возможность для всех участников проекта получить практически идеальный продукт, обладающий внешней привлекательностью, комфортом и безопасностью среды и, что самое главное, инвестиционной привлекательностью.
Сейчас все проекты нашей компании разрабатываются с применением этой технологии. Например, Центр художественной гимнастики имени Ирины Винер-Усмановой еще в 2016 году получил первое место на конкурсе BIM-технологий, организованном Минстроем РФ.
Другая многообещающая разработка – достаточно молодая в строительной сфере технология математического моделирования (CFD-моделирование). До ее появления то или иное техническое решение можно было обосновать либо опираясь на накопленный опыт (чаще всего используя решения, принятые ранее для подобных объектов), либо при помощи натурных испытаний (создание макета, испытательного стенда и т.п.). Первый вариант – рискованный (аналогичный объект может достаточно сильно отличаться по своим характеристикам от проектируемого, что может дать свою погрешность и привести к неработоспособности решения). Второй – затратный как по деньгам, так и по времени, не говоря о том, что далеко не все макеты можно физически реализовать. Технология CFD дает возможность за пару дней, а иногда и за несколько часов решить нестандартный узел, внести в него требуемые корректировки и добиться эффективности и работоспособности решения.
Мы применяли CFD-моделирование при проектировании таких объектов, как Центр художественной гимнастики в Москве, многофункциональный плавательный центр «Лужники», крытый каток Москомспорта, а также при проектировании жилых зданий.
До того, как мы освоили эту технологию, нам казалось, что ее применение будет востребовано только на уникальных объектах, однако практика показала, что использование CFD-моделей полезно для объектов любого уровня сложности. С его помощью можно решать такие задачи, как распределение температур в сложных трехмерных многослойных конструкциях, расчет параметров микроклимата помещений, воздухораспределение, расчет потерь давления в нестандартных сетевых элементах и т. д.
Данная технология дает специалисту возможность на раннем этапе проектирования отследить вероятные недочеты потенциальных инженерных решений, а иногда и понять, что предлагаемое решение слишком затратно (как энергетически, так и финансово) или вовсе нежизнеспособно. Например, для проверки условий, создаваемых для зрителей и спортсменов, наша компания выполняла оценку проектных решений систем вентиляции и кондиционирования главной арены Центра художественной гимнастики в Москве при помощи CFD-моделирования. Для достижения оптимального результата нам пришлось провести 8 итераций расчетов, в результате чего системы вентиляции и кондиционирования были значительно переработаны. Это еще раз подтверждает: CFD-моделирование и проектирование при помощи BIM-технологий позволяет на раннем этапе выявить проблемы и оптимизировать проектные решения. А заказчик, в свою очередь, получает наглядное, интуитивно понятное обоснование принимаемых решений. Вот несколько примеров выполненных расчетов:
В гармонии со стройкой
Посмотрим, как применение этих технологий реально отражается на строительном процессе. В качестве примера возьмем Центр художественной гимнастики. Для проектируемого объекта выполнялись следующие стадии проекта:
- концептуальные решения (стадия «К»);
- стадия «Проектная документация» (стадия «П»);
- стадия «Рабочая документация» (стадия «Р»);
- авторский надзор.
Проект стадии «К» стартовал в конце мая 2016 года и длился примерно 2 месяца. Последующая стадия «П» длилась примерно 3,5 месяца. Стадия «Р» длилась примерно 2 года, при этом строительные работы на объекте велись с запаздыванием от проекта всего на 2–3 месяца, иногда этот разрыв становился еще меньше, так что можно сказать, что проект стадии «Р», строительство и авторский надзор шли практически параллельно.
Основные сложности при проектировании как раз и связаны с малым разрывом в сроках между разработкой проектного решения и выдачей его для реализации на стройплощадку. У инженеров и архитекторов остается очень немного времени на принятие и согласование решений, и ошибки при таких малых сроках недопустимы. Именно использование BIM-технологий и, в частности, CFD-моделирования позволяет проектировщикам достаточно комфортно чувствовать себя в процессе взаимодействия со всеми заинтересованными сторонами. При этом есть, конечно, одно обязательно условие, с чем нам повезло: в арсенале всех участников проекта были современные технологии и подходы к проектированию, что позволило выполнить поставленную задачу в требуемый срок.
