Экологичность и энергосбережение: необходимо каждому!

Какие технологии позволяют сократить потребление топливно-энергетических ресурсов? Как каждый может улучшить энергетическую эффективность и уменьшить вредное воздействие выбросов в окружающую среду?

Глобальное потепление, изменение климата, загрязнение окружающей среды – это проблемы, которые становятся все актуальнее и актуальнее с каждым днем.

О последствиях, с которыми столкнулось общество от использования углеводородного топлива, раньше можно было просто говорить, а сейчас уже нужно «кричать». На сегодняшний день это значимый социально-экологический вопрос.

Какие технологии позволяют сократить потребление топливно-энергетических ресурсов (ТЭР)? Как каждый может улучшить энергетическую эффективность и уменьшить вредное воздействие выбросов в окружающую среду?

На эти важные вопросы попытался ответить Виктор Сермяжко, заместитель директора по техническим вопросам в компании «Экоинжиниринг-строй», которая уже более 12 лет занимается проектированием и строительством инженерных сетей с упором на экологичность и энергосбережение. Чем именно занимается компания? Как изменилось и меняется отношение людей, рядовых потребителей за десятилетие?

В. С.: Здравствуйте всем! Да, действительно, 29 марта 2019 года компании «Экоинжиниринг» исполнилось 12 лет. Мы занимаемся проектированием и строительством внутренних инженерных систем. Дело в том, что любое строение представляет собой стены, пол, потолок, а инженерные системы делают его живым, пригодным для жизни.

В то же время, эксплуатация инженерных систем требуют затрат природных ресурсов, переработанных в электрическую и тепловую энергию. Добыча, переработка, доставка до конкретного потребителя, – все это требует материальных затрат. И чем больше потребление, тем больше затраты.

Мы проектируем системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, кондиционирования воздуха с основной целью – максимально снизить уровень потребления ресурсов и, соответственно, максимально снизить стоимость эксплуатации, вплоть до нулевого потребления.

Основным инструментом являются технологии вторичного использования энергии – рекуперации тепла. Современное оборудование и материалы позволяют это делать. Например, современные теплоизоляционные материалы позволяют снизить нагрузку на системы отопления; вентиляционные установки с рекуперацией тепла до 85 % уменьшают затраты на воздухообмен. А нагрев горячей воды для горячего водоснабжения (ГВС) можно осуществлять от холодильников и холодильных установок.

Что касается отношения потребителей, то могу сказать откровенно: десять лет назад, когда мы начинали заниматься энергосберегающими технологиями, многие в прямом смысле крутили пальцем у виска. А сейчас, в связи с ростом цен на энергоносители, на коммунальные услуги, вопрос энергосбережения стал очень актуальным. Плюс многие понимают, что ресурсы не безграничны, а их потребление действительно очень негативно влияет на окружающую среду. И если сейчас ничего не предпринимать, то в каком мире будут жить наши дети и внуки? Что мы им оставим после себя? Поэтому я считаю, что энергосбережение, борьба с загрязнением окружающей среды – это задача каждого сознательного человека.

–Да, на подсознательном уровне люди понимают, что эти проблемы существуют. Но что конкретно они могут сделать, чтобы меньше потреблять? Для многих сейчас это напоминает загадку: «Висит груша, которую нельзя скушать».

В. С.: Ну, во-первых, не нужно этого бояться. Конечно, есть у людей нехватка достоверной информации, но это больше связано не с тем, что она недоступна, а скорее с тем, что для многих она не является первостепенно важной. Если человек не занимается строительством или ремонтом, то он об этом и не задумывается.

Но если человек «созрел» к тому, чтобы строить дом или делать ремонт в квартире, либо если организация занимается новым строительством или модернизацией существующих объектов для нового целевого использования, то в самый раз задуматься о том, сколько средств будет затрачиваться на эксплуатацию после завершения строительства или ремонта.

Самое простое, что можно посоветовать выполнить для того, чтобы строение было энергетически эффективным можно/нужно/необходимо проделать следующие мероприятия:

1. Хорошо теплоизолировать ограждающие конструкции. Это увеличивает коэффициент термического сопротивления, а соответственно, уменьшает потери тепла через стены и перекрытия.

2. Выбрать качественные окна со стеклопакетами и хорошим профилем. Кстати, когда у меня спрашивают, какой профиль качественный, я отвечаю: любой, только не пластмассовый, т. к. пластик быстро разрушается под действием ультрафиолета. Также для окон важен качественный монтаж примыканий, чтобы не было холодовых мостиков, промерзания и плесени.

3. Обустроить принудительную приточно-вытяжную вентиляцию с рекуперацией тепла.

4. Осуществлять нагрев горячего водоснабжения и системы отопления путем рекуперации тепла от холодильных установок.

То, что воздух нужен для обеспечения жизни и деятельности человека, сомнений нет. Для каждого помещения, в зависимости от его назначения, нормируется кратность воздухообмена. В состав воздуха входит 78 % азота, 21 % кислорода (О₂), 0,1 % углекислого газа (СО₂) и 0,9 % других газов.

В закрытых помещениях концентрация углекислого газа растет, а его изменения хоть на 1 % может быть очень плачевным для человека, вплоть до летального исхода. Плюс запахи, выделения от бытовой техники, болезнетворные бактерии, пылеобразование – все это влияет на качество воздуха.

В холодный период года с воздухообменом теряется больше 50 % тепловой энергии, накапливаемой в помещении. Как это происходит? Очень просто. Чувствуя, что воздух стал «спертым» и несвежим, мы открываем окна. Регулярное проветривание, кстати, является санитарной нормой. Поступая в помещение, воздух нагревается от отопительных приборов, от электроприборов, при эксплуатации которых выделяется тепло, от освещения, от самого человека. В покое один человек выделяет 100 Вт тепла в час, а при физических нагрузках до 300 Вт тепла в час. Свежий воздух вытесняет условно отработанный воздух через вентиляционную шахту в атмосферу, вместе с накопленной тепловой энергией. Тоже самое происходит, если воздух в помещение попадает и удаляется через принудительные приточные и вытяжные установки без утилизации тепла/рекуперации.

- Что же такое рекуперация?

В. С.: Рекуперация –это повторное использование тепловой энергии. В нашем случае – повторное использование тепловой энергии, накопленной в вытяжном/отработанном воздухе. В вентиляционной установке рекуператор – это теплообменник, который нагревает приточный воздух путем утилизации энергии от вытяжного воздуха. Например, если в некотором объеме воздуха содержится 1,0 кВт/ч тепла и этот объем удаляется за 1 час, то на компенсацию этого объема свежим воздухом нужно 1,0 кВт/ч тепла, чтобы его нагреть. Эти 1,0 кВт/ч тепла являются дополнительной нагрузкой на систему отопления, которые без использования рекуперации все равно «выбрасываются» в атмосферу.

Теплообменники/рекуператоры в приточных установках бывают разные. Бывают пластинчатые, у которых КПД достигает 60 %, роторные – с КПД до 85%, гликолевые – с КПД до 50 %, и т. д. Они подбираются под конкретные технические условия (ТУ) проектировщиком.

Кстати, утилизация тепла/рекуперация актуальна не только в холодный период года, когда столбик термометра опускается ниже +8^ͦ С, но и в летний период, когда температура на улице больше +28 ^ͦС и есть необходимость в кондиционировании. Если в помещении работает кондиционер и поддерживает комфортные 22–24 ^ͦС, а на улице +34 ^ͦС, вентиляционные установки с роторным теплообменником утилизируют холод, снижая нагрузку и электрическое потребление кондиционеров.

– Как можно организовать нагрев горячего водоснабжения, системы отопления и теплоснабжения путем рекуперации тепла от холодильных установок?

В. С.: Представьте себе обычный холодильник. Как он устроен? Потребляя тепло от продуктов, которые находятся внутри него, с помощью компрессора и хладагента он перемещает это тепло во внешнюю среду. Например, холодопроизводительность холодильника – 1200 Вт/ч, при этом затрачивается 300 Вт электрической энергии на работу компрессора. Во внешнюю среду такой холодильник будет выделять примерно 1300 Вт/ч тепла: 1200 Вт – это его холодопроизводительность, т. е. тепло, которое он потребил от продуктов, плюс 100 Вт/ч тепловыделений от механической работы компрессора.

А теперь представьте: если внешний теплообменник поместить в емкость с холодной водой, тогда эта вода будет нагреваться за счет охлаждения продуктов внутри холодильника. По такому принципу работают все тепловые насосы. С той лишь разницей, что источником тепла для них являются не продукты, а, например, геотермальные источники энергии или наружный воздух., грунтовые теплообменники, скважинная вода

Смысл таких теплообменников в том, чтобы с одного затраченного кВт электрической энергии получить в 6–7 раз больше полезной, холодо-тепловой энергии. Горячей водой мы пользуемся постоянно, так зачем же тратить дополнительную энергию для ее нагрева?

Это актуально в системах кондиционирования жилых домов и офисных зданий. А особенно актуально в промышленных масштабах. В продовольственных магазинах, например, где много холодильных витрин и морозильных камер для продуктов. На производствах, где для технологических нужд круглый год используют системы холодоснабжения.

Для эксплуатации теплообменников рекуперации тепла от холодильных установок не требуется никаких затрат. Они не содержат в себе никаких двигателей. Грубо говоря,это медная труба определенного диаметра, в которой проходит много трубочек меньшего диаметра. По широкой трубе идет холодная вода, по маленьким – горячий хладагент. Вода нагревается за счет охлаждения хладагента. Дальше нагретая вода аккумулируется в накопительной емкости. Это делается потому, что холодильная машина работает постоянно, круглые сутки, а для горячей воды есть часы максимального потребления. Например, когда люди принимают душ или моют посуду или когда в продовольственном магазине промывают товар перед выкладкой на витрину или делают уборку.

На сегодняшний день каждый кВт на счету. Вы только представьте, сколько средств и ресурсов могут сэкономить владельцы гостиничных комплексов, офисных зданий и т. д. на нагреве горячей воды?!

Говоря про теплообменники, нельзя не упомянуть про утилизацию тепла от сточных вод. Дело в том, что температура горячего водоснабжения (ГВС) по санитарным нормам колеблется от 38 ^ͦС до 60^ͦ С. А после ее использования она остывает всего на 7–10 ^ͦС, т. е. ее потенциальная энергия довольно высокая, но она отправляется по сточному трубопроводу на очистные сооружения. Так почему, к примеру, в жилом доме на цокольном этаже не поставить сборный коллектор для сточных вод, пропустить в нем теплообменник с холодной водой и, опять же, путем теплообмена нагревать холодную воду, охлаждая сточные воды? В проектировании это называется «теплообменником предварительного нагрева». Конечно, после него в обязательном порядке, последовательно устанавливается теплообменник основного нагрева воды – до необходимой температуры. Но согласитесь, утилизация тепла от сточных вод – это тоже колоссальное энергосбережение.

– Какие еще есть технологии энергосбережения?

В. С.:Я не буду рассказывать про солнечные коллекторы и солнечные батареи, а также про ветрогенераторы, т.к. это альтернативные источники энергии. А мы говорим про то, как сохранить то, что мы уже добыли. Но каждый человек может и, я считаю, что должен определить для себя свой вид технологий и оборудования для энергосбережения, которые позволят ему экономить средства и сохранять природные ресурсы, энергию и тепло. На сегодняшний день это все реально, эти технологии доступны, они работают уже не одно десятилетие, оправдывая свое существование. Висит груша – бери, кушай! (улыбается).

– А что Вы можете сказать про стоимость энергосберегающих технологий по сравнению с традиционными? Какой срок их окупаемости?

В. С.:Да, вопрос стоимости очень интересный. Нет смысла вкладывать деньги в технологии, которые не окупятся за весь период эксплуатации оборудования. К счастью, с энергосберегающим оборудованием дела обстоят совсем по-другому.

Я приведу пару примеров. Это реальные объекты, по которым мы готовили технико-экономические обоснования, проектировали их, монтировали оборудование, налаживали работу, на протяжении нескольких лет осуществляли мониторинг их эксплуатации.

Наиболее ярким примером, и даже одним из первых, где мы использовали принципиально новую схему, был объект модернизации продовольственного магазина в г. Минске на ул. Голодеда. Изначально нашей задачей было перепроектировать систему вентиляции под новую технологическую часть магазина, довести кратности воздухообмена в разных помещениях до действующих санитарных норм. Как я уже говорил ранее, вентиляция – это потери тепла, которые нужно компенсировать. В ходе проектирования выяснилось, что запаса на систему отопления и теплоснабжения совсем нет, плюс еще по новой технологии в магазин добавлялись новые холодильные витрины с выносным холодом, которые тоже в зимний период требуют компенсации за счет системы отопления. Вопрос вынесли на обсуждение на «планерке» с заказчиком, со смежными проектировщиками и строителями. Мы предложили вариант рекуперации (повторного использования) тепла от холодильных установок. Такая техническая возможность была. Конечно, был еще вариант модернизировать существующий тепловой пункт (ТП), согласовать с Тепловыми сетями и Энергонадзором новые технические условия (ТУ) на тепловые нагрузки. Но по второму варианту все упиралось в сроки, которые были ограничены. Да и гарантий никто не мог дать, что в существующем здании согласуют новые ТУ на увеличение нагрузок. В результате заказчик выбрал наш вариант.

Мы проектировали вентиляционные установки с роторными теплообменниками, так как у них самый высокий КПД по утилизации тепла. А для системы холодоснабжения подобрали кожухотрубные теплообменники, в которых за счет охлаждения и конденсации перегретого пара хладагента происходит нагрев воды. Нагретую воду мы аккумулировали в теплоизолированной емкости объемом 1 000 литров, а когда включалась вентиляция, горячая вода использовалась для нагрева приточного воздуха.

В итоге, мы получили полноценно работающую систему вентиляции, независимую от тепловых сетей. Ключевым моментом является здесь то, что она действительно независимая. Заказчик может пользоваться ею в период межсезонья, когда центральное отопление еще отключено: магазин в это время обогревается за счет энергосберегающих технологий. Не говоря уже о том, что в отопительный период значительно уменьшилась нагрузка на систему отопления, а это, в свою очередь, экономит средства заказчика на эксплуатацию объекта.

Второй яркий пример, когда нам нужно было из отдельно стоящего здания, которое было спроектировано под неотапливаемый склад с несколькими отапливаемыми помещениями, путем полной реконструкции и модернизации организовать современный магазин с торговым залом на 800 м² и с подготовительно-технологической частью на 500 м²в г. Гомеле на ул. Ильича. «Экоинжиниринг» выступал в качестве подрядчика по отоплению, вентиляции и кондиционированию воздуха. Генеральным проектировщиком был ОАО «Институт Гомельстройпроект».

После предварительных расчетов тепловых нагрузок, которые необходимы для нагрева горячей воды, отопления и теплоснабжения, стало понятно, что мощности существующего газового котла точно не хватит. Нужно было либо менять котел на более мощный, а соответственно менять и подводящий газопровод, либо прокладывать ветку от существующей теплотрассы в четырехстах метрах от здания.

Для того чтобы заменить подводящий газопровод, нужно было получать дополнительные ТУ. Не было никаких гарантий, что их согласуют, так как газопровод проходил под действующей веткой железнодорожного полотна. Для того, чтобы проложить теплотрассу, нужно было ломать новый асфальт, тротуарные дорожки, проводить земляные работы с последующим восстановлением и благоустройством. Это дополнительная стоимость приблизительно в сто тысяч долларов. В итоге вообще вся реконструкция оказалась под вопросом.

На «планерке» с заказчиком было принято решение максимально использовать технологии рекуперации тепла (повторного использования тепла), для того, чтобы вложиться в необходимые нагрузки, используя при этом существующий газопровод.

Проект разработали, прошли все необходимые согласования, получили разрешение на производство работ.

В ходе строительства здание хорошо теплоизолировали, поэтому потери через ограждающие конструкции были минимальные. Мы смонтировали все необходимые внутренние коммуникации и оборудование, провели наладку и испытания. Когда начали завозить продукты, запустили систему холодоснабжения, соответственно, начала работать первая ступень утилизации тепла. Полторы тысячи кубометров теплоносителя нагревалось за счет охлаждения и заморозки продуктов. Из аккумулирующей емкости тепло поступало внутрь магазина через воздушно-тепловые завесы, подогрев приточного воздуха – через радиаторное отопление. Важно заметить, что приоритетом разбора тепла был нагрев горячей воды для системы горячего водоснабжения. Но так как горячей воды расходуется не так много, в основном в часы максимального водопотребления, когда моют продукты перед выкладкой на прилавки или когда персонал проводит уборку, то тепла хватало и на отопление.

Второй ступенью, в данном случае, сохранения тепла была работа вентиляционной установки с роторным рекуператором. Приточный свежий воздух с улицы нагревался за счет удаляемого теплого воздуха из помещения, и догревался до необходимой температуры за счет теплоносителя из аккумулирующей емкости.

Еще одним интересным моментом было то, что когда в магазин начали ходить посетители, здание стало еще лучше самообогреваться. Как я уже говорил, люди – это дополнительное теплопоступление. Один человек выделяет в покое 100 Ватт тепла. Десять человек – это плюс 1 кВт (1 000 Ватт), а сто человек – это плюс 10 кВт (10 000 Ватт). За 10 часов люди теоретически вносят в тепловой баланс здания плюс 100 кВт тепла, а это очень ощутимое количество тепла. Эта энергия сохраняется и используется в замкнутом цикле через 1-ую и 2-ую ступени рекуперации тепла.

На улице было минус 16 ^ͦС, когда приехал представитель заказчика проверить, как работает объект. Вы не представляете, какое у него было лицо, когда он увидел, что газовый котел даже не подключен. То есть все теплоснабжение объекта работало за счет вторичных энергетических ресурсов. При этом температура в торговом зале была плюс 18 ^ͦС, а температура воды в системе ГВС была плюс 45–50 ^ͦС.

В данной реконструкции приоритетным фактором в теплоснабжении здания являлась энергия от вторичных энергоресурсов, добываемая через 1-ю и 2-ю ступени рекуперации тепла. 140 кВт/ч тепловой энергии сохраняются и используются за счет энергосберегающих технологий. Согласитесь, внушительная цифра, особенно если переводить ее в денежный эквивалент.

Газовый котел на этом объекте тоже используется, но он включается только тогда, когда температура на улице опускается ниже минус 20 ^ͦС и как дополнительная ступень догревает теплоноситель. Общая мощность котла –всего 32 кВт.

В целом, заказчик остался очень довольным!

Говоря о стоимости энергосберегающих технологий и сроке их окупаемости, нужно учитывать все исходные данные. Практика показывает, что их стоимость гораздо ниже, чем стоимость традиционных решений, к которым все привыкли. Не говоря уже о том, что с первого дня их эксплуатации идет экономия средств, которые не нужно тратить на топливно-энергетические ресурсы.

– Да, примеры впечатляющие! Но если все так доступно и настолько эффективно, в чем препятствие для массового использования?

В.С.: Препятствий никаких нет! Это психологический и социально-экологический вопрос. Любой может обратиться к специалистам по энергоэффективному строительству и модернизировать свой объект, строение, жилище, сделав его энергетически эффективным, а следовательно – экологичным.

Более того, это закреплено на уровне нормативных актов и Законом «Об энергосбережении». Нормы потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) регулируются. И, к примеру, если объект превышает цифру потребления в 7 тонн условного топлива, то такой объект подлежит обязательному энергоаудиту.

Также, согласно нормативным актам, на вновь возводимых зданиях должны висеть специальные таблички, на которых должен быть указан класс энергоэффективности А⁺⁺; А⁺; В; С и т. д.

В РБ есть специальный Департамент по энергоэффективности, который разрабатывает нормативные документы в соответствии с Европейскими стандартами. Но, к сожалению, даже при наличии конкретного государственного органа, который проводит тот самый энергоаудит и осуществляет надзор за рациональным использованием энергоресурсов. Нигде не прописана ответственность «за нерациональное использование ТЭР», так как нет этому четкого определения. Опять же, выделяя средства на модернизацию, нужно четко ставить задачу и понимать, что должно являться результатом этой модернизации. Чтобы для тех, кто ее проводит наиглавнейшей задачей было снижение потребления ТЭР, а не навешивание красивого фасада с красивой обложкой, так сказать, но с морально устаревшей начинкой. У специалистов должна быть четкая задача и конкретная мотивация. А получается, что данный Закон носит рекомендательный характер, ни в каком кодексе не прописана ответственность за его неисполнение. Вот и получается, что в нашей стране можно за незначительное нарушение загреметь в тюрьму на долгий срок, а за нерациональное использование природных ресурсов на миллионы рублей ничего не будет.

Еще один важный момент в данном социально-экологическом вопросе – это кредитное стимулирование энергосберегающих технологий. Часто на строительство берутся кредиты. Если бы процентная ставка на энергоэффективное оборудование и строительство отличалась, была в 5–10 раз меньше, я думаю, что кредитополучатели задумались, на какое оборудование и на какие технологии заимствовать средства, и что они будут иметь в результате.

Третий важный момент, который не позволяет энергоэффективным технологиям применяться повсеместно, это проблема с подготовкой специалистов. На сегодняшний день в стране нет высших учебных заведений, которые готовили бы специалистов по энергоэффективному строительству. В БНТУ есть факультет энергетического строительства, где готовят отличных инженеров-строителей. Но погружение в тему энергоэффективности ‒ это только личная инициатива студентов. Если бы в 1983 году, когда Организация Объединенных Наций приняла конвенцию «Об устойчивом развитии», т. е. о развитии общества без разрушения окружающей среды, если бы в то время на уровне государства были приняты решения по подготовке специалистов по энергоэффективности, то мы жили бы сейчас в другой стране, с другим уровнем строительства и экономики. Уровень потребления был бы гораздо ниже.

В целом, нужно отметить, что тенденция к массовому использованию энергосберегающих технологий у нас в стране положительная. Все больше и больше людей стараются идти в ногу со временем. Общество заинтересовано в сохранении средств путем экономии природных ресурсов. Каждый год проводится конференция по энергоэффективному строительству, на которой собираются специалисты, строители и делятся своим опытом. Все чаще можно встретить примеры использования альтернативных источников энергии: ветрогенераторы, солнечные батареи, солнечные коллекторы, геотермальные источники тепла. Если еще 10 лет назад вопрос массового использования энергосберегающих технологий в нашей стране многим казался утопией, то сейчас это вопрос актуальный, и вопрос лишь во времени.

Социально-экологические вопросы есть, их нужно решать. Но для этого нужна инициатива активных людей, чтобы искались реальные пути решения этих вопросов, а не обозначались они как нерешаемые. Необходимо, чтобы этой проблеме больше внимания уделялось в СМИ. А всем, кто этим занимается уже сейчас, желаю удачи, сил и вдохновения.

Спасибо за внимание.