Энергоэффективные окна. Оценка эффекта применения

«Я не настолько богат, чтобы покупать дешевые вещи»
Всем известное высказывание, приписывается барону Ротшильду

В конце 2012 г. – начале 2013 г. один из авторов настоящей работы опубликовал две статьи [1, 2]. В первой из них был проведен анализ российского рынка светопрозрачных конструкций с 1991 года по сегодняшний день, а также представлен прогноз его развития, включая влияние введения Федерального закона «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности…» и вступления РФ во Всемирную Торговую Организацию. Во второй приведены обобщенные данные о стоимости обычных и энергосберегающих окон в различных регионах России.

Настоящая работа является смысловым продолжением упомянутых статей. Авторы, используя некоторые данные из [2], попытались:

• дать оценку окупаемости энергоэффективных окон по сравнению с обычными;
• рассчитать для выделенных ранее регионов (Москва, Рязань, Иркутск, Хабаровск) реальную экономию от использования энергоэффективных окон за срок их службы по методике определения чистого дисконтированного дохода (ЧДД);
• предложить обоснованные требования по величине рекомендуемого приведенного сопротивления теплопередачи светопрозрачных конструкций для различных климатических регионов Российской Федерации.

Несколько предварительных замечаний перед проведением расчетов окупаемости светопрозрачных конструкций.

1. Следует отметить сразу, что при оценке эффективности энергосбережения в строительстве необходимо учитывать целый ряд вопросов, таких как – естественное освещение, отопление, вентиляцию и множество других показателей, влияющих на комфорт в помещениях. Поэтому проведенная нами оценка окупаемости, учитывающая применение только энергоэффективных светопрозрачных конструкций по сравнению с наиболее устанавливаемыми относительно дешевыми изделиями, достаточно условна, однако дает полное представление о том, насколько быстро окупаются дополнительные вложения именно в этот элемент здания.

2. Окупить энергоэффективные окна, а в дальнейшем и получить прибыль от их установки, можно только в тех случаях, когда работа систем отопления и вентиляции правильно регулируется, а оплата за тепловую энергию производится по показаниям приборов учёта. К сожалению, во многих многоквартирных зданиях периода 1960-х – 1990-х годов такое оборудование очень сложно установить. В то же время, в подавляющем большинстве современных зданий имеются счетчики тепловой энергии, так же как и в офисных зданиях, индивидуальном жилье, на многих промышленных предприятиях.

3. В зданиях, оборудованных централизованными или индивидуальными системами вентиляции и кондиционирования воздуха помещений, окупаемость энергоэффективных окон будет более быстрой, чем это указано в нижеприведенных таблицах 1 – 5 ввиду некоторой экономии электроэнергии на охлаждение.

4. В таблицах 1 – 5 и 6 – 11 оценивается окупаемость дополнительных вложений в повышение энергетической эффективности окон по сравнению с наиболее применяемыми в том или ином регионе изделиями. Дело в том, что светопрозрачные конструкции все равно должны быть установлены в здании.

5. В помещениях, где установлены современные герметичные окна, необходимо обеспечить нормативный воздухообмен (приток чистого воздуха) для создания комфортного микроклимата в помещениях в соответствии с [3]. Одним из наиболее распространенных способов обеспечения нормативного воздухообмена в помещениях, не оборудованных системами приточно-вытяжной вентиляции, является использование специальных устройств для проветривания помещений (оконных/стеновых приточных клапанов), но и при этом необходимо предусматривать системы вытяжки загрязненного воздуха. Удорожание оконных конструкций за счет стоимости устройств для проветривания помещений не рассматривалось в наших расчетах окупаемости – их установка должна предусматриваться в любом случае при применении новых светопрозрачных конструкций [4].

6. Несмотря на то, что в соответствии с действующими нормативными документами [5, 6] в различных регионах РФ должны использоваться светопрозрачные конструкции с отличающимися теплотехническими характеристиками (в частности, минимальное приведенное сопротивление теплопередаче окон должно составлять для Москвы 0.54 м²К/Вт, для Рязани 0.54 м²К/Вт, для Иркутска 0.62 м²К/Вт, для Хабаровска 0.61 м²К/Вт) на практике применяются в большинстве случаев (более 95%) самые простые оконные конструкции (трехкамерные ПВХ профили с двухкамерным стеклопакетом с чистыми стеклами), приведенным сопротивление теплопередаче которых составляет ориентировочно 0.54 – 0.58 м²К/Вт. Именно поэтому в нижеприведенных расчетах используются такие конструкции в качестве «варианта остекления 1» (таблицы 1 – 11), R принято 0.55 м²К/Вт.

Однако, большинство оконных фирм могут предъявить на такие оконные конструкции сертификаты с указанным в них приведенным сопротивлением теплопередаче 0.60 – 0.64 м²К/Вт (мы видели сертификаты и с цифрами 0.71 м²К/Вт, чего «не может быть, потому, что не может быть никогда»). Думаем, что все оконные специалисты понимают, как появляются подобные документы. Именно поэтому в таблицах, где рассчитывались простая окупаемость и чистый дисконтированный доход для Иркутска и Хабаровска (табл. 4, 5, 10, 11) в скобках приведены результаты расчетов для реальных, на наш взгляд, значений приведенного сопротивления теплопередаче таких оконных конструкций (0.55 м²К/Вт).

В качестве самого энергоэффективного окна («вариант остекления 2») была выбрана для сравнения окупаемости конструкция из пятикамерного ПВХ профиля с двухкамерным стеклопакетом с двумя стеклами с теплоотражающими покрытиями и заполнением межстекольного пространства аргоном (приведенное сопротивление теплопередачи такого окна принято за 0.95 м²К/Вт).

7. Основными факторами, определяющими величину теплопотерь через окно, являются его теплозащитные свойства и разница между средней температурой внутри и снаружи помещения. Суммарная величина теплопотерь зависит от площади остекления и размеров здания, однако, в расчётах удобно оперировать удельными значениями. Теплопотери через один квадратный метр окон в течение отопительного периода могут быть рассчитаны по формуле (1):

где: – градусо-сутки отопительного периода в выбранном регионе;
R – приведенное сопротивление теплопередаче окна.

Коэффициент 0,024 учитывает перевод Вт в кВт, а также перевод суток в часы.

8. Для обозначенных в данной работе для оценки окупаемости окон регионов ГСОП составляет – Москва – 4600; Рязань – 4888 (принято для упрощения расчетов 4900); Иркутск – 6424 (принято для упрощения расчетов 6500); Хабаровск – 6018 (принято для упрощения расчетов 6000).

9. Снижение теплопотерь через один квадратный метр окон за один отопительный сезон, исходя из улучшения приведенного сопротивления теплопередаче конструкций на 0.4 м²К/Вт (вариант остекления 2 по сравнению с вариантом остекления 1) составил для Москвы 85 кВтч, для Рязани 90 кВтч, для Иркутска 87 (119) кВтч и для Хабаровска 84 (110) кВтч. Для Иркутска и Хабаровска указано уменьшение теплопотерь через один квадратный метр окон за отопительный сезон при повышении приведенного сопротивления теплопередаче от нормируемого для данного региона до 0.95 м²К/Вт. В скобках – при повышении этого показателя с 0.55 м²К/Вт до 0.95 м²К/Вт.

10. Стоимость светопрозрачных конструкций для оценки окупаемости были приняты из [2], таблицы 5 – 8, столбец 5 (июнь 2012). За последний год цены изменились незначительно, что дает нам возможность использовать эти данные.

11. На окупаемость конструкций (помимо разницы в стоимостях различных вариантов окон) значительно влияют и тарифы на тепловую энергию. Для расчетов приняты следующие величины на вторую половину 2013 года: Москва – 1558 руб./Гкал (источник www.oaomoek.ru/ru/content/view/414/119/); Рязань – 1552 руб./Гкал (источник www.admrzn.ru/gorodskaya-sreda/gorodskoe-hozyajstvo/zhkh/tarify-na-zhilishnokommunalnye-uslugi); Иркутск – 1062 руб./Гкал (источник www.sti.irkobl.ru/sites/sti/Files/Prikaz2013/82-spr.pdf); Хабаровск – 1310 руб./Гкал (источник www.dvgk.ru/ru/static/tarify-na-tieplovuiu-enierghiiu-na-2013-ghod-po-subiektam-rf-vkhodiashchikh-v-zonu-dieiatiel-nosti-oao-dgk-biez-nds).

12. Стоимость периодического обслуживания однотипных оконных конструкций не зависит от их теплотехнических характеристик – поэтому она не учитывалась в нижеприведенных расчетах. Однако, срок службы светопрозрачных конструкций зависит от правильной их эксплуатации – необходимо регулярно обслуживать фурнитуру, вовремя менять уплотнитель и проводить другие мероприятия, предусмотренные в технических условиях и паспорте окон.

Результаты расчета простой окупаемости энергосберегающих окон (вариант остекления 2) по сравнению с наиболее распространенными (вариант остекления 1) приведены в таблицах 1-5. Расчет проводился на 1 квадратный метр окна.

Простой срок окупаемости – это величина дополнительных вложений, необходимых для установки энергоэффективного окна, деленная на ежегодную экономию тепловой энергии. Естественно, общая стоимость должна представлять сопоставимый набор услуг, аксессуаров, и т.п. (в обоих случаях включать стоимость установки, отливов, подоконников, вентиляционных клапанов и т.д.). При проведении расчетов, результаты которых представлены в таблицах 1 – 11, мы учитывали только стоимость окна (в мире это называется ‘Ex Works’). Дело в том, что на наш взгляд нет разницы в том, какое окно монтировать – энергоэффективное или обычное. Однако, при внимательном изучении таблиц 5 – 8 [2], представленных нам фирмами-производителями, мы обнаружили, что ценообразование монтажных работ и установки дополнительных аксессуаров очень отличается по регионам, а также (что странно) от стоимости светопрозрачной конструкции. Для того, чтобы исключить влияние внутренней политики оконных компаний в ценообразовании установки «окна под ключ», мы и учитывали только «чистые» стоимости окон.

Результаты расчетов простой окупаемости покупки энергоэффективного окна по сравнению с обычным позволяют сделать некоторые выводы:

• в Москве и Иркутске простая окупаемость составляет от 7 до 11 лет, что вполне соответствует российским представлениям о сроке окупаемости капитальных вложений, принятым в российском строительстве (при этом за счет вполне адекватных цен на энергоэффективные окна в Иркутске даже низкая стоимость тепловой энергии не завышает срок окупаемости);
• в Рязани срок простой окупаемости «зашкаливает» за 30 лет, что объясняется, на наш взгляд, совершенно несуразной ценой энергоэффективных окон. Вероятно, в этом городе практически нет спроса на такие конструкции и местные фирмы производят их как «эксклюзивный» продукт. От Москвы до Рязани всего 200 км и доставить энергоэффективные окна, представленные, например, в табл.1, из столицы не представляет никакой сложности. Надеемся, что при увеличении спроса и цена энергоэффективных окон будет снижаться;
• в Хабаровске ситуация иная – столь высокий срок простой окупаемости (19 - 24.5 года) объясняется очень низким тарифом на тепловую энергию (ниже, чем в Центральном Федеральном округе, что также отмечается и в рядом расположенном Иркутске). Насколько нам известно, государство обеспечивает очень значительные дотации на тепловую энергию для жителей Дальнего Востока и ряда регионов Сибири;
• очевидно, что при неминуемом повышении тарифов на тепловую энергию, срок простой окупаемости установки энергоэффективных окон будет снижаться.

Если срок окупаемости получается значительным, то следует обязательно оценить затраты и экономию, связанные с различными окнами, за весь срок их эксплуатации, который может превышать 30 лет (в приведенных ниже расчетах мы приняли именно 30 лет). Такой расчёт можно выполнить при помощи метода чистого дисконтированного дохода [7]. При этом, помимо стоимости капитальных вложений и процентов по кредиту, следует принять во внимание и ожидаемое изменение стоимости энергоресурсов.

Известно, что 1000 рублей сегодня – это совсем не те деньги, что 5 или 10 лет назад. Или через 30 лет. Этот эффект и учитывается с помощью приведения будущих денежных потоков к сегодняшним ценам, в которых нам проще ориентироваться. Поскольку инвестиции мы делаем сегодня, то их величину оставляем без изменения, а приводим (дисконтируем) только экономию, например, за 30 лет:

где:

И – инвестиции (полная стоимость окна);

Q – годовая экономия энергии, кВт час;

T_i– тариф на тепловую энергию в году i: например, если мы ожидаем, что сегодняшний тариф T будет расти на t процентов ежегодно, то в году i он составит:

n_i – коэффициент дисконтирования для года i:

– норма дисконта.

Конечно, точно определить норму дисконта, а также динамику роста тарифов на тепловую энергию на предстоящие 30 лет – задача не из лёгких. Авторы методики [7] считают, что в условиях неопределённости можно полагать ежегодный рост тарифа на тепло в 5 процентов, а норму дисконта – 6 процентов. В то же время, источником информации о планируемом государством росте тарифов могут послужить Сценарные условия прогноза социально-экономического развития России на ближайшие три года, которые разрабатывает и обновляет Министерство экономического развития (последняя версия: www.economy.gov.ru/minec/activity/sections/macro/prognoz/doc20130412_08), или же прогноз долгосрочного развития до 2030 года [8].

Мы провели расчет ЧДД с использованием нормы дисконта и динамики роста тарифов в 6 и 5 процентов соответственно по предлагаемому МЭР РФ оптимистическому сценарию для одного из городов (см. Табл.6 и 7). Однако, такой сценарий значительно отличается от российских реалий, к сожалению. Именно поэтому для расчетов ЧДД мы приняли значительно более реалистичные, и довольно консервативные значения – ежегодный рост тарифов на тепло в 9 процентов (в июле – августе 2013 года в значительном числе регионов повышение тарифов составило от 9 до 12 %). При этом сценарные условия МЭР РФ предусматривают сохранение этой тенденции как минимум до 2016 года. Норма дисконта была принята в 7 процентов. На основе этих вводных данных и был подсчитан чистый дисконтированный доход для выбранных регионов (таблицы 8 – 11).

Если сравнить приведённую стоимость (С_прив) для разных вариантов окон можно понять, насколько выгодно применение (каков чистый дисконтированный доход) того или иного варианта окна по сравнению с обычным окном или при сравнении между вариантами.

Из анализа результатов проведенных расчетов ЧДД (таблицы 6 – 11) можно сделать следующие основные выводы:

• во всех рассмотренных регионах России расчеты показывают выгодность вложений в установку энергоэффективных окон по сравнению с обычными, причем как с реалистичными, так и с заниженными (предложенными методикой [7]) параметрами роста тарифов и ставки дисконтирования;
• результаты расчетов довольно сильно отличаются по регионам – в основном, потому, что разница между стоимостью окон по варианту 1 и 2 может быть довольно значительной. Кроме того, стоимость тепловой энергии, как по регионам, так и внутри них, может заметно отличаться. В этой связи необходимо оценивать как простую окупаемость, так и чистый дисконтированный доход в каждом конкретном случае по предложенным нами методикам;
• Чистый Дисконтированный Доход (помимо показателей, указанных выше) в значительной степени зависит и от ежегодного роста тарифов на тепловую энергию, а также нормы дисконтирования (действующей процентной ставки кредитования);
• при расчете ЧДД мы не учитывали теоретически возможную замену некоторых стеклопакетов за 30 лет эксплуатации. Это может внести некоторые корректировки в цифры экономической окупаемости. Однако, стеклопакеты (также как и уплотнители), возможно, придется заменять в обоих вариантах остекления. Это внесет незначительные ухудшения в приведенные выше результаты расчетов. Кроме того, по данным финских специалистов, при надлежащем обслуживании можно, в зависимости от условий эксплуатации, при планировании принимать срок эффективной работы светопрозрачных конструкций от 30 лет и более, а стеклопакетов (в том числе с аргоновым заполнением) – не менее 20 лет.

Основная функция окна – обеспечить естественное освещение помещений и способствовать обеспечению комфортных условий в помещениях. Решающую роль в выборе энергетических характеристик окна играют климатические условия. В холодных регионах важно обеспечить хорошую теплоизоляцию, а окна должны пропускать солнечную энергию, чтобы снизить теплопотребление здания. В тёплых же регионах, теплоизоляционные свойства могут быть несколько ниже, а остекление окон должно обладать солнцезащитными свойствами, что позволит снизить затраты на охлаждение зданий летом. Хотя в России и существуют минимальные обязательные требования к теплозащитным характеристикам окон [3], учитывающие климатические условия, эти требования установлены на довольно низком уровне, особенно для южных и центральных регионов.

Вышеприведенные расчеты показывают, что дополнительные вложения в светопрозрачные конструкции с повышенными теплотехническими характеристиками окупаются в достаточно обозримые сроки, а оценка чистого дисконтированного дохода за срок службы окон доказывает выгодность применения энергоэффективных окон. Это дает нам право рекомендовать потребителям использовать окна с более высокими теплотехническими характеристиками, чем это предлагается действующими нормативными документами. На основе нашего опыта и проведенных расчетов мы рекомендуем использовать окна с более высоким сопротивлением теплопередаче (табл.12).

В последние годы российский рынок окон развивался довольно успешно [1], серьезные компании готовы производить светопрозрачные конструкции практически любой сложности. На сегодняшний день даже достаточно средняя фирма может выпускать и энергосберегающие конструкции при небольшом увеличении стоимости. Незначительный объем производства энергоэффективных светопрозрачных конструкций объясняется недостаточным спросом потребителей, что вызвано, в том числе, и заблуждением заказчиков о невозможности окупить дополнительные затраты. Необходимостью опровергнуть подобные мифы и вызвано, в частности, написание этой статьи.

В таблице 13 приведены примеры возможных решений светопрозрачных конструкций, обеспечивающих выполнение рекомендуемых повышенных требований к теплозащитным характеристикам окон (Табл. 12). Указанные в табл.13 величины приведенного сопротивления теплопередаче предлагаемых окон являются ориентировочными. Для получения точных значений необходимо провести соответствующие испытания в установленном порядке.

Так, например, для Москвы (ГСОП=4600) рекомендуемое значение приведенного сопротивления теплопередаче составляет (см. табл.13) R=0,75 м2К/Вт. Это может быть достигнуто при помощи двухкамерного стеклопакета (3 листа стекла), в котором одно из стёкол обладает низким коэффициентом эмиссии, а газом заполнения стеклопакета является аргон. Такой же результат может быть достигнут при помощи раздельного окна, имеющего в совокупности 3 листа стекла, из которых 1 в наружной створке, а 2 в однокамерном стеклопакете внутренней створки. Стеклопакет внутренней створки должен иметь одно низкоэмиссионное стекло и заполнение аргоном межстекольного пространства.

В любом случае необходимо подтвердить технические характеристики, влияющие на энергоэффективность окон, при помощи испытаний и сертификатов соответствия, выданных надёжными лабораториями, в которых должен быть обязательно указан стандарт, в соответствии с которым испытания проводились.

Быструю оценку величины экономии энергии при использовании различных светопрозрачных конструкций можно произвести с помощью Таблицы 14, составленной авторами на основании вышеизложенных материалов. В таблице 14 указаны рекомендуемые в зависимости от ГСОП характеристики светопрозрачных конструкций в различных регионах, а также показана область значений, запрещённых действующим СНиП «Тепловая защита зданий».

Так, если вместо наиболее распространенного окна с приведенным сопротивлением теплопередаче R=0,55 м²К/Вт применяется энергоэффективное с характеристикой R=0,95 м2К/Вт, ежегодная экономия энергии в киловатт-часах для здания, расположенного в г. Москве составит:

• для региона с ГСОП = 4000: (175-101) = 74 кВтч/м² в год;
• для региона с ГСОП = 5000: (218-126) = 92 кВтч/м² в год;
• Для Москвы с её ГСОП=4600, экономия составит не менее 83 кВтч/м² в год (среднеарифметическое значение между величинами 92 и 74).

Более точное значение годовой экономии энергии можно рассчитать по формуле:

Эту величину можно перевести в гигакалории, разделив на 1163, получим около 0,073 Гкал/м². При тарифе на тепловую энергию в городе Москве, составляющем во второй половине 2013 года 1558 руб./Гкал без НДС, можно заключить, что один квадратный метр энергоэффективных окон будет экономить до 114 рублей за отопительный сезон. Если вы желаете оценить абсолютную величину экономии, а площадь остекления здания не известна, её можно принять ориентировочно как 15% общей площади помещений.

На рис.1 приведена карта, где установлены условные климатические зоны территории РФ по рекомендуемым значениям используемых в том или ином регионе светопрозрачных конструкций. В таблице 15 приведена детализация регионов РФ по ГСОП и отнесению их к той или иной зоне в соответствии с рис.1. И карта (рис.1), и таблица 15 основаны на проведенных авторами ранее исследованиях, материалах и расчетах, аналогичным приведенным в настоящей работе.

При формировании карты мы стремились сохранить границы регионов, и для этого учитывали плотность населения в некоторых из них, что является, конечно, некоторой «натяжкой». Например, очевидно, что климатические условия на севере и юге Красноярского края значительно отличаются. Однако, в северной части этого региона плотность населения одна из самых низких в России (соответственно, и зданий меньше). При этом рекомендуемые значения (R=0,8 для Красноярского края) не противоречат требованиям СНиП «Тепловая защита зданий» (лишь для мыса Челюскин на самом севере требуемое СНиП значение R=0,82 м²К/Вт чуть выше, что, однако, вполне укладывается в допустимую для подобных оценок погрешность в 5%).

Источники:

• А.Спиридонов «Тенденции развития российского рынка светопрозрачных конструкций», журнал «Энергосбережение», №8, 2013, стр. 61 – 67.
• А.Спиридонов «Выгодно ли устанавливать энергосберегающие окна?», журнал «Энергосбережение», №3, 2013, стр. 62 – 67. ГОСТ 30494 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»
• ГОСТ 30494 «Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях»
• СТО НОСТРОЙ 2.23.61-2012 «Конструкции ограждающие светопрозрачные. ОКНА. Часть 1. Технические требования к конструкциям и проектированию».
• Свод правил СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий» (Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003).
• Свод правил СП 131.13330.2012 «Строительная климатология» (Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*).
• Методика комплексной оценки экономической и экологической эффективности применения энергосберегающих мероприятий и технологий при проектировании и строительстве на территории города Москвы. Москва, 2013.
• Прогноз долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030 года. Москва, 2013. (стр.140).

Источник: Оконный портал tybet.ru