В статье речь идет о создании объективной и экономически обоснованной «дорожной карты» развития для каждого дома (комплексного долгосрочного плана его энергомодернизации), соответствующей индивидуальным условиям жизненного цикла конкретного здания, в т.ч. реальным потребностям в проведении капитальных ремонтов.

УДК 697, 51-74, 004.942

Г.Я. ВОЛОВ, директор ОДО «Энерговент», канд. техн. наук; В.И. ЗУЕВ, зав. лабораторией; Д.В. СЕННОВСКИЙ, зам. генерального директора; Т.Е. ТРОИЦКИЙ-МАРКОВ, председатель совета директоров Технологического института энергетических обследований, диагностики и неразрушающего контроля «ВЕМО»

На жилой сектор приходится около трети всего энергопотребления в стране. Современные лучшие практики энергомодернизации жилья при комплексном подходе и оптимизации параметров их внедрения позволяют сократить расход энергоресурсов в этой сфере в 2 раза, а платежи населения за энергоресурсы – на 30-80%, а в некоторых случаях и более. От реализации этого потенциала зависит и сохранение платежеспособности населения, и повышение уровня комфортности проживания, и экологическая обстановка, и энергетическая безопасность, и успешность инновационной политики, и устойчивость развития городов.

Предпосылками для кардинального повышения энергоэффективности жилищного фонда являются:

— доступные технические решения и технологии, отражаемые в Едином перечне энергоэффективного оборудования, справочниках лучших доступных технологий повышения энергоэффективности, ведомственных реестрах энергосберегающих технологий и оборудования и т.п.;

— передовые методы мониторинга, выявления, оптимизации и тиражирования успешного опыта и инноваций, сформулированные в международных и отечественных стандартах;

— широкий спектр механизмов финансирования и непосредственной реализации проектов повышения энергоэффективности и энергосбережения, заложенный в законодательстве;

— наличие экономической мотивации и административных рычагов воздействия, определяющих заинтересованность жилищных организаций и собственников жилья в повышении энергоэффективности и энергосбережения;

— перемещение значительной части стратегических планов бизнеса из сферы нового строительства в сферу существующего жилищного фонда вследствие сокращения платежеспособного спроса на новое жилье;

— законные возможности привлечения ресурсоснабжающих организаций к решению вопросов учета энергоресурсов, управления энергопотреблением и оптимизации тарифной политики в интересах потребителей и экономической устойчивости коммунальной энергетики.

Однако без опоры на живую заинтересованность собственников жилья, на объективную информацию о его фактическом состоянии и на точный прогноз развития все эти возможности и предпосылки либо останутся неиспользованными, либо в очередной раз будут выхолощены бюрократией. Что показывает, в частности, кампания по освоению средств капитального ремонта, бурно закипевшая по всей стране.

Настоящая статья не претендует на системный охват всех проблем глубокой энергомодернизации существующего жилищного фонда. Ее цель – показать, каким образом за счет применения современных прорывных технологий экономико-физико-математического моделирования и лучших практик может быть создана основа для последовательной политики комплексной и надежной энергомодернизации. Речь идет о выборе наилучших научно-обоснованных, технически прогрессивных и экономически целесообразных решений для каждого дома с учетом его индивидуальных особенностей и его эксплуатационно-технического состояния. Только в таком случае может быть достигнут максимальный эффект. Речь также идет о создании объективной и экономически обоснованной «дорожной карты» развития для каждого дома (комплексного долгосрочного плана его энергомодернизации), соответствующей индивидуальным условиям жизненного цикла конкретного здания, в т.ч. реальным потребностям в проведении капитальных ремонтов.

Решение этой задачи требует обеспечения необходимой объективности, достоверности, прозрачности и воспроизводимости результатов, точности прогнозов и высокой производительности, чего традиционные технологии энергоаудита обеспечить не могут.

Описываемый подход явился плодом многолетнего (более 10 лет) содружества Технологического института энергетических обследований, диагностики и неразрушающего контроля «ВЕМО» (Москва) и ОДО «Энерговент» (Минск) на основе практического объединения комплекса технологий натурного обследования [1] и модельного вычислительного эксперимента [2]. В результате на основе универсальной динамической модели энергоэффективности многоквартирного дома создан проверенный при проведении энергоаудита на более чем 150 объектах программно-методический комплекс «Модель-МКД» [3].

Среди достоинств данного метода следует отметить высокую степень адекватности оценок, полученных в целом по объекту, и возможность верификации результатов всех других методов обследования (рис. 1).

Динамическое имитационное моделирование – это метод, позволяющий создавать контрольные модели систем различной сложности, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности, и отражающие изменения состояния системы с течением времени.

Метод создания динамической (имитационной) модели МКД для измерения и верификации энергоэффективности согласно стандарту Российского агентства энергосервисных компаний [4] универсален. Его «можно использовать для оценки эффективности реализации на объекте всех энергосберегающих мероприятий… Однако инструменты метода для моделирования дают возможность оценить также экономию, связанную с каждым энергосберегающим мероприятием в рамках реализации большого количества отдельных энергосберегающих мероприятий».

С помощью этого метода для конкретного объекта создаются базовая и эталонная модели (с учетом планируемой реализации лучших практик), с которыми можно сравнивать текущее фактическое состояние реального многоквартирного дома. «Модель-МКД» описывает здание как целостную систему, увязывающую воедино все основные его компоненты, инженерные системы и влияющие факторы. При попытке внести ошибочные и противоречивые сведения компьютерная программа сразу сигнализирует о потере целостности через показатели состояния и адекватности.

За счет того, что рассматриваемая модель МКД универсальна, достаточно сложная задача ее математического описания и создания с пользователя полностью снимается (она уже решена разработчиками и реализована в программном модуле). Пользователю остается лишь настроить модель на параметры конкретного здания. Это доступно любому инженеру и специалисту, имеющему обычную профессиональную подготовку в области энергоаудита (или смежных специальностей) без каких-либо познаний в области физико-математического моделирования.

Модель МКД быстро настраивается обычным вводом табличных данных, подготовленных в Excel, на первоначальный наличный состав инженерии здания и характеристики конкретного МКД. Далее в динамике происходит подстройка модели под их изменения. В эксперименте на модели дома отслеживаются параметры функционирования конструкций, инженерных систем и оборудования, энергопотребление и экономика в эксплуатационных, сопоставимых или экстремальных условиях. В результате модель с заданной степенью точности дает оценку послед­ствий и эффекта тех или иных решений, а также позволяет подобрать наилучшие параметры и последовательность мероприятий модернизации.

Универсальная модель многоквартирного дома (МКД) включает в себя решение взаимосвязанных систем уравнений, описывающих:

• взаимодействие всех основных наружных ограждающих конструкций МКД с окружающей и внутренней средой (нестационарные уравнения теплопроводности);
• теплоинерционные свойства внутреннего объема МКД (балансовые уравнения сохранения энергии);
• режимы работы водяной системы отопления, узлов автоматики и регулирования (теплогидравлические уравнения);
• блок расчета температурно-влажностного режима ограждающих конструкций на основе [5];
• динамику процессов воздухообмена, горячего водоснабжения и электропотребления, прочие внутренние теплопоступления, характерные для МКД, а также теплопоступления от солнечной радиации (инсоляция) и их изменения в сезонном суточном цикле;
• динамику экономической эффективности меро­приятий, прогнозируемого потока инвестиций, изменения энергозатрат и прочих текущих затрат при эксплуатации здания за время его жизненного цикла.

Всего модель содержит около 80 тысяч уравнений, но пользователь видит не их, а параметры и результаты функционирования объекта.

Главным критерием адекватности модели МКД (при рассмотрении здания как целостной системы) служит близость модельного потребления тепловой энергии к результатам измерений на вводе в систему отопления.

Этот метод позволяет, не экспериментируя над жилым домом и его жильцами в натуре, а только используя сведения о натуре, данные счетчиков энергии и характеристики наилучших практик энергосбережения, выполнять практически любые тесты и эксперименты, необходимые для получения объективных выводов, точных оценок и оптимальных решений, посредством вычислений на адекватной имитационной модели.

Выбирая мероприятия, задавая их последовательности и параметры, проводя с ними расчеты на модели, анализируя полученные результаты расчета, специалист реализует в целом вариантный отбор индивидуальной лучшей практики для данного конкретного объекта. При этом проверяется техническая возможность и экономическая целесообразность (с учетом затрат жизненного цикла) применения оцениваемых вариантов данной практики с точки зрения безопасности и надежности данного объекта.

Таким образом, за счет применения универсальной динамической модели для каждого МКД достигаются следующие цели:

— получение объективных данных о параметрах функционирования, характеристиках здания и его систем жизнеобеспечения и об объеме используемых энергетических ресурсов – для паспортизации;
— проверка эксплуатационной надежности и безопасности (оценка тепловлажностного состояния наружных ограждающих конструкций и режимов работы систем отопления и вентиляции в процессе эксплуатации) – для оперативных корректирующих воздействий на процессы эксплуатации;
— определение достоверной обобщенной оценки энергетической эффективности здания и отдельных его систем, в том числе отклонения фактического энергопотребления от оптимального уровня по данному дому – для оперативных корректирующих воздействий на процессы эксплуатации;
— разработка технически и экономически обоснованной долгосрочной программы повышения энергоэффективности и эксплуатационной безопасности здания, адекватной его состоянию и потенциалу развития.

Методика работы с этим инструментарием и его основные функции достаточно подробно рассмотрены в [6, 7]. Основой для построения «дорожной карты» энергомодернизации в комплексе «Модель-МКД» является база моделей лучших практик. На рис. 2 показан перечень лучших практик управления теплопотреблением здания, заложенных в базу.

Цикл энергомодернизации дома состоит из следующих этапов:

1) Проведение энергетического и технического обследования дома. Создание динамической модели дома. Определение трех пакетов мероприятий повышения энергоэффективности (пакет эксплуатации, пакет капитального ремонта, пакет энергосервиса).

2) Реализация пакета эксплуатационных мероприятий по обеспечению требуемых параметров микроклимата и воздухообмена и энергосбережению. Мониторинг реализации, оценка достигнутого эффекта на динамической модели дома, корректировка мероприятий пакета в случае необходимости.

3) Реализация пакета энергоэффективных мероприятий при проведении капитального ремонта. Сводный план-график проведения капитального ремонта с учетом мероприятий, обеспечивающих достижение нормального класса энергоэффективности. Мониторинг реализации, оценка достигнутого эффекта на динамической модели дома, корректировка мероприятий пакета и сроков их проведения в случае необходимости.

4) Реализация пакета энергоэффективных мероприятий в рамках энергосервиса. Варианты планов достижения повышенных классов энергоэффективности. Мониторинг реализации, верификация достигнутого эффекта на динамической модели дома, корректировка мероприятий пакета и сроков их проведения в случае необходимости.

Управление проектом осуществляется на основе системы целевых индикаторов, рассчитанных в динамической модели МКД.

Выводы:

Описанный подход к энергомодернизации жилищного фонда, по существу, можно признать лучшей практикой, т.к. его использование позволяет добиться следующих достижений:

— создается объективная, эффективная и высокотехнологичная система оценки, мониторинга и прогноза развития энергоэффективности МКД на всех стадиях их жизненного цикла;
— создается интегрированная постоянно развивающаяся система восстановления, практического энергосбережения и повышения энергоэффективности жилищного фонда, удовлетворяющая реальную потребность населения в снижении экономической нагрузки по платежам за коммунальные услуги в безопасных условиях проживания;
— создается конкуренция благоустроенного энергоэффективного существующего жилья, стимулирующая строителей повышать «де факто» качество нового строительства;
— обеспечиваются приток инвестиций для восстановления и модернизации жилищного фонда и коммунальной инфраструктуры, снижение инвестиционных рисков, повышение эффективности капиталовложений и надежности энергосервисных контрактов.

Библиографический список

1. Методика диагностики и энергетических обследований наружных ограждающих конструкций строительных сооружений тепловизионным бесконтактным методом. Свидетельство аттестации МВИ ФГУ Ростест-Москва № 02/442-2002 (основной вариант) и № 09/442-2001 (летний вариант).

2. Методика экспресс-аудита энергоресурсопотребления эксплуатируемых жилых домов и зданий бюджетных учреждений. НДЭМ 01.03.2000. Методика-1-2008, ДепТЭХ Москвы.

3. Программа динамического моделирования функционирования многоквартирного дома (русск. МОДЕЛЬ-МКД, англ. M0DEL-АВ). Свидетельство государственной регистрации № 2014610876 от 17.01.2014 г.

4. РАЭСКО СТО 001-2014 Измерения и верификация энергетической эффективности.

5. Руководство по расчету влажностного режима ограждающих конструкций здания. НИИСФ. – Москва: Стройиздат, 1984.

6. Дмитриев Г.М., Сенновский Д.В., Волов Г.Я. Экспресс-метод проведения энергетических обследований на базе программы имитационного моделирования // Архитектура и строитель­ство, № 2, 2015.

7. Волов Г.Я., Зуев В.И., Сенновский Д.В., Троицкий-Марков Т.Е. Лучшая практика экспресс-энергоаудита зданий на основе динамической имитационной модели // Наука и безопасность, № 2 (11), июнь 2014.