Энергосбережение и энергоэффективность. Почему и как все это начиналось

После принятия Федерального закона №261 «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности» в декабре 2009 года, нескольких заседаний Государственного совета, посвященных этому вопросу, соответствующих Постановлений Правительства РФ в январе 2011 года и начала реализации федеральных и региональных программ по энергосбережению, следует признать, что Россия, наконец, присоединилась к самому модному «мировому тренду» последних десятилетий — экономии энергии.

Дело очень важное и нужное! И — в перспективе — очень выгодное для всех. Но если уж, действительно, серьезно думать о снижении энергопотребления в России в целом и в строительной отрасли в частности, необходимо провести анализ соответствующих наработок стран Западной Европы, США, Японии, которые занялись решением проблемы энергосбережения еще с начала 70-х годов. После ряда (неочевидных сначала) ошибок и «набитых шишек», сегодня и в США, и в Европе (особенно — в Германии) накоплен богатый опыт реальной экономии энергии в строительстве и разработано новое законодательство, обеспечивающее приоритет компаниям и гражданам, использующим энергосберегающие решения и технологии.

Если не принимать в расчет попыток ограничения потребления энергии после Второй мировой войны, несовершенный — но первый! — британский закон, регламентирующий теплотехнические характеристики ограждающих конструкций зданий (1965 год) и несколько «шаманских заклинаний» съездов КПСС о необходимости снижения «удельных энергозатрат на единицу продукции», можно констатировать, что серьезно большинство стран задумалось об энергосбережении только в начале 70-х годов прошлого века.

Несколько условно современную историю энергосбережения можно разбить на 4 этапа — 1973–1991, 1991–2003, 2003–2008 и 2009 — по настоящее время. Мы остановимся более подробно на результатах, которые были получены с точки зрения энергосбережения, чуть ниже. Сперва же хотелось бы отметить очевидное: основные усилия, направленные на экономию энергии, развитые государства, обделенные в значительной степени природными ресурсами, начинают предпринимать в периоды резкого роста цен на углеводородное сырье. Рост же стоимости энергоносителей, в свою очередь, как правило, всегда был связан с обострением международной ситуации на Ближнем и Среднем Востоке.

Энергосбережение. Начало большого пути

Старт первого этапа современной истории энергосбережения (1973–1991 годы) связан с очередным арабо-израильским конфликтом, известным как «Война Судного Дня», нефтяным эмбарго и резким ростом цен на нефть и газ.

После настоящей паники из-за роста цен на бензин, многокилометровых очередей на бензоколонках в Европе и США, неконтролируемого роста стоимости электрической и тепловой энергии, а в ряде случаев — и с длительными перебоями их подачи, в большинстве развитых государств были приняты решения:

• о разработке специальных программ по экономии энергии;
• выделении громадных бюджетных средств на проведение научно-исследовательских и конструкторских разработок в области использования нетрадиционных источников энергии, снижения энергопотребления в различных отраслях промышленности;
• разработке законодательных инициатив, обеспечивающих снижение потребления энергетических ресурсов, что стало самым главным (как выяснилось позже) на этом этапе.

В этот период ученые вели активные поиски альтернативных источников энергии, разрабатывали конструкции солнечных батарей, ветряных, приливных и геотермальных электростанций, тепловых насосов для использования энергии земли, экспериментировали с биотопливом; активизировались работы по атомной энергетике, разрабатывались различные технологии энергосбережения.

К сожалению, большинство работ, начатых в те годы, со временем показали недостаточную эффективность и длительную (иногда, просто запредельную) окупаемость из-за несовершенных материалов и технологий, имевшихся тогда в распоряжении специалистов. Кроме того, цены на нефть очень быстро стали снижаться (что, кстати, привело и к краху экономики Советского Союза). Именно поэтому щедрые поначалу правительственные ассигнования на разработку альтернативных и нетрадиционных энергетических ресурсов к середине 80-х годов прошлого века были значительно сокращены.

В то же время, польза от этой «нефтяной встряски» была очень большой. Фактически было скорректировано традиционное мышление, основанное на использовании исключительно углеводородной энергетики, определены наиболее перспективные направления дальнейшей работы. Некоторые исследования продолжились и после прекращения государственной поддержки — частный бизнес понял дальнесрочную перспективность некоторых обнаруженных в те годы подходов и продолжил финансирование многих программ. Как показало время — расчет бизнесменов был верным. Денежные вложения себя окупили.

И все же, как говорилось выше, главным успехом этого движения стали многочисленные разработки энергетических законодательств, систем поощрений, субсидий и льгот тем организациям и гражданам, которые своей деятельностью и образом жизни способствуют энергосбережению, и, наоборот, — штрафов и других наказаний тем, кто считает энергосбережение «новой блажью» и необязательным занятием. На этом этапе новые законы были, конечно, несовершенны и в дальнейшем не раз корректировались. Но, как говорил один из руководителей нашей страны — «Процесс пошел!».

И еще один очень важный результат был достигнут в то время. На основе всех исследований была разработана целостная идеология экономии энергии. Практика показала со всей очевидностью, что для успешного решения проблем энергосбережения необходим комплексный подход к решению этой задачи: улучшение какого-то одного, отдельно взятого элемента не позволит кардинально снизить энергопотребление, а порой даже может привести и к дискредитации самой идеи энергосбережения. (В скобках заметим, кстати, что, на наш взгляд, таким негативным фактором, дискредитирующим хорошую идею, может стать, к сожалению, массовая «кампания» по внедрению в нашей стране энергосберегающих источников света. Да, они без сомнения лучше, эффективнее, чем обычные лампы накаливания. Но они пока значительно дороже, есть трудности с их утилизацией. И, кроме того, никто пока не посчитал, какую долю вносили старые лампы в энергобаланс зданий в зимний период.)

Важным событием стало и создание крупных исследовательских центров в Европе и США, а также очень динамичных и мобильных команд специалистов, которые стали причиной значительных успехов в области энергосбережения в последующие годы. В частности, в составе знаменитой Lawrence Berkeley National Laboratory был организован отдел по энергосбережению в строительстве, который и стал одним из «законодателей мод» в этой отрасли. Кстати, организовал его Артур Розенфельд (Arthur Rosenfeld), который совсем недавно был удостоен Международной премии «Глобальная энергия», являющейся своеобразной Нобелевской премией по энергетике.

Именно LBNL и некоторые европейские специалисты были причастны к, пожалуй, единственному прорывному достижению 70–80-х годов прошлого века в оконной отрасли — разработке промышленного производства магнетронного нанесения теплоотражающих покрытий на большеформатные листовые стекла. Теплоотражающие покрытия станут в 90-е годы основным и необходимым элементом энергосберегающих светопрозрачных конструкций.

Также в качестве одного из способов снижения энергетических затрат в зданиях, который в дальнейшем будет применяться во многих странах, стоит упомянуть инициативу правительств Скандинавских стран, заменявших у граждан ЗА СЧЕТ ГОСУДАРСТВА старые неэффективные окна на новые — со стеклопакетами и отдельным стеклом.

Энергоэффективность. Генераторы новых идей

Соединенные Штаты Америки

После начала знаменитой операции США против Ирака «Буря в пустыне» в 1991 году практически стартовал и новый энергетический кризис, а также начался второй этап истории энергосбережения. Стоимость нефти на некоторое время опять резко выросла, следовательно, вновь возникла потребность в поисках новых способов экономии энергии.

Этот этап продолжался вплоть до 2003 года и отмечен значительно более интересными результатами с точки зрения внедрения новых энергосберегающих технологий.

Дело в том, что за 80-е годы был достигнут значительный прогресс в новых технологиях, определенных в качестве приоритетных на первом этапе. И эти наработки стали активно внедряться в практику. Именно в этот период стали широко использоваться тепловые насосы, а ветровые генераторы стали совершенно обыденными устройствами в Европе, Японии и США. Появились также современные и очень конкурентоспособные солнечные элементы, специалисты повсеместно взялись за строительство энергоэффективных зданий (так называемых «пассивных» домов и домов с нулевым потреблением энергии), впервые массово начали заниматься санацией зданий старой постройки для доведения их до современных требований по энергосбережению.

Практически одновременно с возникновением нового энергетического кризиса в США появился первый в истории комплексный документ — Energy Act 1992, определивший основные проблемы в энергосбережении и направления их решения. Очевидно, что такой объемный документ (несколько сотен страниц) не мог быть разработан в течение нескольких месяцев после того, как он действительно понадобился. По нашим сведениям, он разрабатывался ведущими американскими специалистами и Министерством энергетики США еще с середины 80-х годов прошлого века и — по счастливой случайности — в этом документе возникла срочная необходимость, когда он был уже практически готов.

Energy Act 1992 стал определяющим для развития новых технологий в области энергосбережения и использования альтернативных и нетрадиционных источников энергии больше, чем на 10 лет. Мы будем обращаться к заложенным в нем идеям еще не один раз. Здесь же отметим лишь некоторые моменты:

• Конгрессом США были выделены на обеспечение энергосбережения, значительное снижение энергопотребления совершенно необозримые средства (миллиарды долларов США);
• впервые был сделан упор на создание действенной системы субсидий и льгот для потребителей, выполняющих требования по энергосбережению, на законодательном уровне;

• была запущена программа перспективных стандартов и других нормативов, направленных на экономию энергии во всех отраслях, включая, естественно, строительство и производство строительных материалов, основанная на так называемых «стандартах производительности», то есть ориентированных на конечный результат — экономию энергии;

• были выделены очень большие средства на публичное продвижение программы энергосбережения и разъяснение ее целей потребителям;

• были определены первоочередные цели, обеспечение которых было подготовлено в 80-е годы, и внедрение их могло бы быть достаточно быстрым. Среди них были в частности:

• был взят ориентир на замену традиционных ламп накаливания на энергосберегающие;

• замена традиционных окон на светопрозрачные конструкции со стеклопакетами с теплоотражающими стеклами;

• внедрение новых типов холодильников с эффективными агрегатами;

• было признано необходимым повсеместное внедрение маркировки энергосберегающей продукции, указывающей потребителю ее реальные характеристики и ожидаемый уровень экономии энергии;

• был дан старт созданию ряда профессиональных объединений, ставших проводниками государственной политики энергосбережения, разрабатывающих новые методы оценки материалов и конструкций, в том числе — National Fenestration Rating Council (Совет по оценке светопрозрачных конструкций). На организацию и работу этих ассоциаций были выделены государственные средства;

• были обозначены цели по разработке и строительству (с дальнейшим полномасштабным мониторингом результатов) пилотных проектов энергоэффективных зданий различного назначения в разных климатических регионах страны;

• были выделены средства на создание компьютерных методов оценки характеристик и эффективности различных конструкций.

Германия

Через несколько лет после выхода американского документа в программе энергосбережения был сделан следующий важный шаг — на этот раз в Германии.

Помимо тех же задач, которые были сформулированы в США в Energy Act 1992, у немецких властей возникла и другая проблема, требующая быстрого решения. При объединении Германии в структуру жилищно-коммунального комплекса страны влилось и множество зданий в восточной части страны, которые были построены по советским проектам (мы их называем «хрущевки). Проведенный в начале 90-х годов комплексный мониторинг показал, что средний расход энергии на отопление, горячее водоснабжение, освещение и другие бытовые нужды в старых зданиях составлял около 280 кВт час/м2/год, из них только на отопление расходовалось не менее 220 кВт час/м2/год. В условиях достаточно мягкого климата в Германии и постоянного роста стоимости энергоносителей это было признано совершенно нерациональным. Тем более что к началу 90-х уже появился опыт строительства зданий с использованием современных решений по энергосбережению.

Жителям Восточной Германии Федеральное правительство пообещало в самое кратчайшее время обеспечить такой же уровень жизни, как и у «западных» немецких граждан. Для решения одной из главных задач (обеспечение комфортных условий жизни и снижения размера коммунальных платежей на отопление и электрическую энергию) в этом направлении было два пути — снести все эти здания или привести их в «божеский вид». И вот тут был прменен абсолютно новый подход, который в дальнейшем переняли многие страны.

В соответствии с Федеральным законом 1995 года было установлено, что новые здания должны строиться с удельным расходом энергии на отопление не выше 100 кВт час/м2/год, остальные затраты были ограничены еще на уровне 60 кВт час/м2/год. Для существующих зданий был определен период в 7 лет, в течение которого они или должны быть доведены до установленного уровня энергозатрат, или должны быть снесены, в случае невозможности или нецелесообразности реконструкции. Если же положения упомянутого закона не будут выполнены собственником, для него наступали «черные дни» — увеличение коммунальных платежей в несколько раз, огромные штрафы, увеличение обязательной страховки имущества, снижение залоговой стоимости, многое другое, что превращало владение таким «проштрафившимся» зданием в дело очень финансово обременительное и бесперспективное.

Как показывает многолетняя практика, и «кнут», и «пряник» необходимо применять совместно — раздельно они практически не работают (или только больно, или слишком сладко). Немцы эту истину знают отлично. Именно поэтому в указанном Федеральном законе были предусмотрены: финансовые (очень, кстати, небольшие) вливания со стороны государства, налоговые (очень значительные) льготы собственникам, федеральные субсидии на использование современных материалов и технологий, другие (в том числе имиджевые) пощрения. Кстати, многие специалисты, воспользовавшиеся этим законом, построили действительно энергоэффективные собственные дома за очень небольшие деньги.

Несмотря на то, что — как и во время первого нефтяного кризиса — цена на энергоносители стала быстро падать, усилия мирового сообщества по созданию энергетики, в меньшей степени, чем прежде, зависимой от углеводородов, не прекратились, а только активизировались и консолидировались. Этим, вероятно, и отличается Россия от Европы и США — немцы, американцы никогда не будут наступать второй раз на те же грабли, если уже однажды набили шишку на лбу.

Франция

Именно на втором этапе современной истории энергосбережения была начата реализация большинства проектов «пассивных» зданий и поселков, а также окончательно сформировалось понимание необходимости комплексной оценки зданий и эффективности энергосберегающих технологий.

Например, при проектировании зданий в соответствии с французским стандартом RT 2000 «Индивидуальные дома без систем кондиционирования воздуха» необходимо набрать 20 условных баллов по следующим 5 разделам:

• теплоизоляция перекрытий, стен и кровли (от 2 до 5 баллов);

• наличие тепловых мостиков в конструкции здания (от 0 до 4 баллов);

• тип оконных конструкций (от 1 до 3 баллов);

• системы вентиляции (от 1 до 4 баллов);

• системы отопления и горячего водоснабжения (от 1 до 6 баллов).

В документе приведены указания по балльной оценке различных технических решений. Дополнительно учитываются также местоположение и ориентация здания по приведенной в указанных Технических рекомендациях методике. В случае, если в сумме по применяемым инженерным и строительным решениям набираются искомые 20 баллов — проект признается удовлетворяющим требованиям по удельному расходу энергии на квадратный метр в год. В противном случае — он никоим образом не может быть утвержден. В указанном документе все требования представлены достаточно наглядно и обеспечивают выполнение основного условия — использование эффективных конструкций с гарантированным выполнением требований по экономии энергии. То есть — хочешь применять дорогие и очень эффективные окна, можешь сэкономить, например, на теплоизоляции перекрытий. И нет никакого поэлементного диктата. Что, на наш взгляд, демонстрирует совершенно справедливый и грамотный подход к проектированию энергоэффективных зданий не только для Европы, но и для нашей страны. И это, кстати, позволяет снизить так набившую оскомину в причитаниях чиновников «коррупционную составляющую» не на словах, а на деле.

Подобные документы были разработаны и успешно применяются во многих странах, что очень помогло в реальном становлении энергосберегающего (а в дальнейшем — и «зеленого») строительства.

В конце прошлого века использование в развитых (да и во многих развивающихся) странах нетрадиционных и альтернативных источников энергии — за счет применения тепловых насосов, ветровых генераторов, солнечных коллекторов и солнечных батарей, многих других устройств — стало в массовом строительстве совершенно обыденным делом. К сожалению, они все еще считаются какой-то экзотикой для России, хотя вполне могут и должны стать необходимым элементом и своеобразным «локомотивом» отечественного строительства.

Энергоэффективность и энергосберегающие окна

В оконной отрасли на этом этапе произошло следующее:

• современные светопрозрачные конструкции стали необходимым атрибутом при строительстве и реконструкции;

• практически во всех развитых странах (за исключением государств с жарким климатом — например, Испании и Италии) окна из ПВХ-профиля со стеклопакетами стали преобладающей на рынке продукцией. Особенно, когда в ПВХ профилях были заменены свинцовые добавки на более экологически безопасные;

• в этот период современные оконные технологии пришли и утвердились в России и в Китае, а к концу его по объему производства светопрозрачных конструкций Китай вышел на первую, а Россия — на третью позицию в мире. Справедливости ради, правда, следует отметить, что трудно до сих пор говорить по поводу энергосберегающих свойств значительной части оконной продукции, выпускаемой в этих странах;

• во всем мире произошел настоящий «бум» в строительстве высотных зданий, фасадные конструкции которых стало возможным и экономически оправданным оборудовать светопрозрачными панелями с энергосберегающим стеклом;

• вернулись и стали активно развиваться проекты зданий с максимальным использованием естественного освещения и активной солнцезащиты, что позволяет снизить в значительной степени нагрузки на системы отопления и кондиционирования воздуха в зданиях различного назначения;
• во всем мире произошел настоящий «бум» в строительстве высотных зданий, фасадные конструкции которых стало возможным и экономически оправданным оборудовать светопрозрачными панелями с энергосберегающим стеклом;

• вернулись и стали активно развиваться проекты зданий с максимальным использованием естественного освещения и активной солнцезащиты, что позволяет снизить в значительной степени нагрузки на системы отопления и кондиционирования воздуха в зданиях различного назначения;

• активизировались попытки совмещения фасадных конструкций зданий с солнечными элементами для выработки дополнительной энергии, используемой в дальнейшем для внутреннего и внешнего электроснабжения;

• были практически решены проблемы вентиляции помещений, которые возникали в зданиях различного назначения при их оборудовании современными, как правило, герметичными окнами.

Возобновляемая энергетика и климатические изменения

Начало третьего этапа современной истории энергосбережения в 2003 году связано уже не только с военной операцией США в Ираке и Афганистане и последовавшим увеличением стоимости углеводородов, но и с осознанием того факта, что климат планеты достаточно серьезно меняется. А в глобальном потеплении виноваты, в значительной степени, деятельность человека и неконтролируемый выброс двуокиси углерода.

В этот период отмечались значительные успехи в разработке и запуске в массовое производство новых материалов, позволяющих более эффективно использовать, например, солнечную и иные возобновляемые виды энергии.

В частности, в Юго-Восточной Азии (Таиланд, Тайвань) было начато производство тонкопленочных солнечных элементов, коэффициент полезного действия которых на сегодняшний день выше традиционных кремниевых, а стоимость существенно ниже. Это предопределило «взрывной» характер роста применения фотоэлектрических систем, в том числе — в оконной и фасадной индустрии.

В апреле 2004 года юридически заработал подписанный в декабре 1997 года так называемый «Киотский протокол». В этом документе государства взяли на себя обязательства по ограничению выбросов парниковых газов, способствующих повышению температуры на планете, в атмосферу. Также были установлены соответствующие квоты и разработаны основные принципы рынка вредных выбросов: развитые страны, обеспечивающие подавляющее производство двуокиси углерода, имеют возможность покупать определенное количество выбросов у стран, которые имеют «свободные», невыработанные объемы СО2. Однако, только после ратификации данного документа Российской Федерацией в начале 2004 года, эти важные межправительственные соглашения смогли начать действовать реально. Насколько нам известно, Киотский протокол до сих пор не ратифицирован США, Китаем и некоторыми другими странами, где объемы выброса в атмосферу парниковых газов значительно превышают установленные для них квоты.

Тем не менее, в связи с тем, что европейские страны необычайно заинтересованы в улучшении экологической ситуации на планете, Киотский протокол сыграл очень важную роль в дальнейших шагах Европейского союза в деле энергосбережения.

Энергоэффективность. Новые шаги по избранному пути

Основные причины, заставившие развитые страны серьезно взяться в последние годы за решение проблемы энергосбережения, таковы:

• ограниченность и конечность ископаемого сырья (нефть, уголь, газ, уран, прочее);

• растущий мировой спрос на энергию (особенно в странах БРИКС (Бразилия, Индия, Китай, Южная Африка, Россия) и в развивающихся странах Азии, Африки и Латинской Америки) за счет постоянного роста экономики, промышленности и благосостояния населения;

• глобальные изменения климата из-за увеличения эмиссии парниковых газов;

• постоянный и — зачастую — непредсказуемый рост цен на углеводороды;

• активная «атомофобия» во многих странах Западной Европы и борьба «зеленых» против атомной энергетики, еще более обострившиеся после землетрясения в Японии и аварии на АЭС «Фукусима» в марте 2011 года.

На данном этапе был разработан консолидированный документ 27 стран Евросоюза, известный под условным названием «Программа 20–20–20», который был принят Европейским Парламентом 17 декабря 2008 года. Более подробно об этой программе мы расскажем ниже — все-таки реально он начал действовать с 2009 года.

В 2004 году Конгресс США, провозгласив выполнение основных положений Energy Act 1992, принял новый, еще более амбициозный документ — Energy Act 2004, а также разработал столь модные сегодня Road Map («Дорожные карты») для различных отраслей промышленности. Такие документы имеются, в том числе, и в строительных отраслях, в том числе — оконной. Они и определили краткосрочные и среднесрочные конкретные цели энергосбережения. Программа Energy Act 2004 сейчас очень эффективно работает. Кстати, при ее принятии было отмечено, что благодаря предыдущему аналогичному документу, несмотря на существенный рост промышленных производств в США, потребление энергии в целом по стране практически не изменилось по сравнению с 1990 годом.

Причем, что особенно важно отметить, и в Европейском союзе, и в США налажена необычайно четкая координация различных мероприятий по энергосбережению не только между странами, но и между отраслями промышленности. Энергосбережение действительно становится основой экономики, и что еще удивительнее — поддерживается большинством граждан стран, несмотря на то, что некоторые новые технологии сегодня все еще значительно дороже традиционных.

Подтверждением сказанного является то, что в последние годы, как грибы после дождя, во многих странах появляются различные проекты «пассивных» и «активных» зданий — не только малоэтажных, но и высотных, выше 100 метров. В них собраны многие достижения и открытия последних лет.

Оконные фирмы также не оказались в стороне от мирового main stream, что могут подтвердить посетители последних оконных и строительных выставок в России и за рубежом. Начиная с 2005 года, большинство ведущих фирм все больше используют как энергосберегающие технологии в своей традиционной продукции (например, солнечные элементы в качестве жалюзи или межэтажных заполнений), так и представляют осуществленные проекты новых зданий с минимальным или нулевым расходом энергии на их эксплуатацию.

В этот же период были разработаны и новые — во многих случаях совершенно «драконовские» меры наказания тех, кто не поддерживает усилия государств по переходу на более экологичные виды топлива и всемерную экономию энергии. Есть, конечно, и поощрения. Но об этих программах субсидирования потребителей мы расскажем несколько позже. Продолжение следует...

Источник: Газета «Строительный эксперт», № 09-10, май 2011 г.