Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

К вопросу о неправомерной трактовке и неправильной оценке понятия энергетической эффективности

А. С. Горшков, директор учебно-научного центра «Мониторинг и реабилитация природных систем ФГАОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

П. П. Рымкевич, профессор кафедры физики ФГКВОУ ВПО «Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского»

Аннотация

В статье представлен критический обзор результатов исследования, описанных авторами в работе «Об оценке энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий», опубликованной в № 2 (2014) журнала «Инженерные системы. АВОК СЕВЕРО-ЗАПАД». Выявлены противоречия, допущенные авторами при выводе формулы для расчета энергоэффективности. Показана неправомерность вводимых авторами допущений и свободная трактовка ими понятий при выводе определяющего энергоэффективность выражения.

Введение

В работе [1] авторами исследован вопрос оценки энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий на примере повышения теплозащиты ограждающих конструкций. В результате исследования были получены абсолютно непонятные результаты. В заключении работы указано, что в результате исследования получена формула расчета энергоэффективности энергосберегающих мероприятий, учитывающая все значимые факторы [1]. Ниже представлен вид этой формулы [1]:

                                                                          (1)

где E — энергоэффективность энергосберегающего мероприятия (в терминах работы [1]);

Т — время, на которое рассчитано энергосберегающее мероприятие (в терминах работы [1]);

c_ym — цена теплоизоляционного материала, ден. ед/м³;

λ — расчетный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала (в терминах работы [1]), Вт/(м·ºС);

R₀^o — сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции до ее утепления;

ГСОП — градусо-сутки отопительного периода, ºС·сут;

0,024 — переводной коэффициент;

C_T — стоимость тепловой энергии, ден. ед/(кВт·ч);

B — некоторый понижающий коэффициент, учитывающий срок, на который было рассчитано рассматриваемое энергосберегающее мероприятие при различной ставке по кредиту банка [1].

Согласно формуле (1) энергоэффективность повышения теплозащиты тем выше, чем больше:

— срок эксплуатации Т ;

—  градусо-сутки отопительного периода (ГСОП), т. е. холоднее климат;

— стоимость тепловой энергии (C_T);

— понижающий коэффициент (B)

и чем меньше:

— цена теплоизоляционного материала (c_ym);

— теплопроводность теплоизоляционного материала (λ);

— сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции до ее утепления (R₀^o).

Согласно [1] формула (1) получена для начального уровня утепления ограждающих конструкций (при x = 0), т. е. при отсутствующей теплоизоляции.

В этой связи возникают резонные вопросы, например: как может быть связана энергоэффективность повышения теплозащиты ограждающих конструкций с их первоначальным сопротивлением теплопередаче (т. е. до проведения работ по утеплению) и одновременно с этим зависеть от теплопроводности теплоизоляционного материала и его стоимости? И в чем, собственно, заключается эффективность утепления при начальном уровне утепления, когда она не применена? Только в стоимости и теплопроводности теплоизоляции? И что означает время T, на которое должно быть рассчитано энергосберегающее мероприятие?

Задача в работе сформулирована, безусловно, правильная. Но результаты проведенного исследования нельзя назвать однозначными и убедительными.

Энергетическая эффективность энергосберегающих мероприятий

Авторы в работах [1, 2] достаточно свободно трактуют понятие энергоэффективности. В начале своего исследования они дают одну трактовку этого понятия (см. формулу (1) [1]), суть которого сводится к следующему: если в результате реализации какого-либо энергосберегающего мероприятия (например, утепления ограждающих конструкций) для достижения одного и того же полезного эффекта (например, поддержания в здании заданных параметров микроклимата) требуется меньшее количество затрачиваемой энергии, то такое мероприятие следует считать энергоэффективным.

И с этим определением сложно не согласиться, т. к. при утеплении ограждающих конструкций существующих зданий уменьшаются трансмиссионные потери тепловой энергии, следовательно, для поддержания требуемых параметров микроклимата к зданию после тепловой модернизации потребуется подвести меньше энергии [3]. В соответствии с этой формулировкой данные энергосберегающие мероприятия (по утеплению) следует отнести к энергоэффективным, т. к. их реализация позволяет добиться полезного эффекта (поддержание заданной температуры внутреннего воздуха) при меньших затратах энергии. Казалось бы, что на этом вопрос следует считать исчерпывающим. И заниматься, например, расчетом прогнозируемого срока окупаемости энергосберегающих мероприятий [2–5], т. е. периода времени, по истечении которого окупятся вложенные в утепление и иные энергосберегающие мероприятия средства. Или расчетом чистого дисконтированного дохода [6]. Т. е. проводить оценку экономической эффективности энергосберегающих мероприятий.

Однако далее, ввиду того, что выразить затраты на реализацию энергосберегающего мероприятия (ΔW_э в обозначениях, принятых в [1]), в единицах измерения энергии затруднительно [1], авторы [1, 2] переходят к новой трактовке энергоэффективности:

(2)

где E — то же, что в формуле (1);

ΔW — полезный эффект, который приравнивается авторами к количеству сбереженной энергии в Дж;

ΔW_э — затраты на реализацию энергосберегающего мероприятия в Дж;

C_W — стоимость энергия, измеряемая в ден. ед./Дж;

ΔЭ₀— общий эффект от энергосбережения, выраженный в ден. ед.;

ΔK₀— общие единовременные затраты на достижение эффекта от энергосбережения в ден. ед.

Заметим, что согласно (2) авторы приравнивают полезный эффект количеству сбереженной энергии, достигаемой в результате реализации заданного энергосберегающего мероприятия, что противоречит первоначальной трактовке понятия энергоэффективности.

В рамках этого нового определения для понятия энергоэффективности авторами и получено уравнение (1), сущность и смысл которого вызывают неоднозначное толкование.

В работе (1) допущены и иные моменты, трактовку которых следует признать неоднозначной. В частности, не понятно, какая необходимость заставила авторов при выводе отношения ^Δk/ _ΔK  в формуле (10) переходить к пределам, устремлять единовременные затраты на утепление к нулю (ΔK→0 ?) и наконец определять производную этого отношения ^dk/ _dK, что в конечном итоге привело к формуле (12) [1] следующего вида:

(3)

при том что в этих действиях не было никакой необходимости, т.к. предел при ΔK→0 означает, что мероприятие не было реализовано.

Покажем это на следующем примере.

Пусть

(4)

где ΔK — снижение коэффициента теплопередачи ограждающей конструкции в результате ее утепления, Вт/( м²·ºС);

R₀^o — то же, что и в формуле (1), м²·ºС/Вт;

x — толщина теплоизоляции, м;

λ— то же, что и в формуле (1), Вт/(м·ºС).

И пусть

ΔK = c_ym * x                                                                                                                        (5)

Где ΔK — единовременные затраты на утепление, ден. ед./м²;

c_ym — то же, что и в формуле (1), ден. ед./м³;

x— то же, что и в формуле (3), м.

Тогда

(6)

Здесь обозначения те же, что и в формулах (4) и (5). Как видим, формулы (3) и (6) несколько отличаются, однако при

x = 0 приводят к выражению, аналогичному выражению (13), полученному в работе [1]:

(7)

Следующий момент. В формуле (4а) при расчете общего эффекта от энергосбережения ΔЭ₀ и в формуле (5а) при расчете единовременных капитальных затрат на реализацию энергосберегающих мероприятий ΔK₀ принято одно и тоже время T. И далее исходя из этого делаются последующие вычисления, которые в конечном итоге приводят к выражению вида (1). Следует отметить однако, что в формуле (4а) при расчете энергосберегающего эффекта, достигаемого, например, за счет сокращения трансмиссионных потерь тепла в здании, этот эффект будет наблюдаться после начала отопительного периода в течение всех последующих лет эксплуатации здания до следующей его тепловой модернизации, если необходимость в ней наступит ранее полного физического износа здания. А в формуле (5) при расчете единовременных капитальных затрат на утепление время должно означать срок действия кредита, который строительная компания взяла в банке под реализацию данного энергосберегающего мероприятия, если ее собственных средств для этого было недостаточно. Т. е. времена в формулах (4а) и (5а) должны быть разные. Срок кредита может быть 3, 5, 10 лет, а уменьшение эксплуатационных затрат в здании в результате примененного энергосберегающего мероприятия будет происходить в течение всех отопительных периодов в пределах эксплуатационного срока его службы. Отсюда все последующие выводы и применяемые формулы не могут быть использованы для решения поставленной задачи.

В заключение хочется отметить, что все инженерно-технические и организационные мероприятия, вне зависимости от их природы и назначения, являются энергосберегающими в том случае, если в результате их внедрения в здании в течение последующих лет эксплуатации полезный эффект был сохранен, а затраты энергетических ресурсов снизились, т. е. полезный эффект стал достигаться посредством меньших затрат энергетических ресурсов.

Так, на примере неправильной постановки задачи удалось разобраться в сложной терминологии современного законодательства в области энергосбережения и понять, как следует трактовать термин «энергетическая эффективность», что, безусловно, показывает ценность работ [1, 2].

Невыясненным в данном исследовании остается вопрос, связанный с экономической эффективностью энергосберегающих мероприятий. Энергосберегающие мероприятия могут быть окупаемыми и неокупаемыми. Неокупаемыми их следует признать в том случае, когда затраты на их реализацию превысят достигаемую экономию в течение заранее обозначенного временного интервала, например, срока эксплуатации энергосберегающего оборудования или системы теплоизоляции до первого капитального ремонта и т. д. Срок окупаемости может оказаться меньше предполагаемого срока службы реализованных мероприятий, но при этом настолько значительным, что банк не сможет предоставить кредит на их реализацию. В каждом конкретном случае реализации энергосберегающих мероприятий окупаемость инвестиций в энергосбережение следует рассматривать с учетом поставленных задач, необходимости реализации энергосберегающих программ, источников их финансирования и инвестиций. Более подробно вопросы окупаемости энергосберегающих мероприятий рассмотрены в работах [4–12].

Литература

1. Гагарин В. Г., Пастушков П. П. Об оценке энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий // Инженерные системы. АВОК Северо-Запад. 2014. № 2. С. 26–29.

2. Гагарин В. Г., Пастушков П. П. Количественная оценка энергоэффективности энергосбергающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 7–9.

3. Ватин Н. И., Немова Д. В., Рымкевич П. П., Горшков А. С. Влияние уровня тепловой защиты ограждающих конструкций на величину потерь тепловой энергии в здании // Инженерно-строительный журнал. 2012. № 8 (34). С. 4–14.

4. Горшков А. С., Рымкевич П. П., Ватин Н. И. Экономическая эффективность инвестиций в энергосбережение. 2014. № 3. С. 32–37.

5. Горшков А. С. Об окупаемости инвестиций на утепление фасадов существующих зданий // Энергосбережение. 2014. № 4. С. 12–19.

6. Немова Д. В., Ватин Н. И., Горшков А. С., Кашабин А. В., Рымкевич П. П., Цейтин Д. Н. Технико-экономическое обоснование мероприятий по утеплению ограждающих конструкций частного жилого дома // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 8 (23). С. 93–115.

7. Немова Д. В., Горшков А. С., Ватин Н. И., Кашабин А. В., Рымкевич П. П., Цейтин Д. Н. Технико-экономическое обоснование мероприятий по утеплению наружных стен жилого многоквартирного здания с устройством вентилируемого фасада // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 11 (26). С. 70–84.

8. Горшков А. С., Рымкевич П. П., Немова Д. В., Ватин Н. И. Методика расчета окупаемости инвестиций по реновации фасадов существующих зданий // Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 2 (17). С. 82–106.

9. Романова А. А., Рымкевич П. П., Горшков А. С. Методика расчета окупаемости инвестиций по реновации фасадов существующих зданий // Технико-технологические проблемы сервиса. 2014. № 4 (30). С. 68–74.

10. Горшков А. С., Рымкевич П. П. Методика и пример расчета окупаемости инвестиций при реализации энергосберегающих мероприятий в строительстве // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2014. № 9 (188). С. 40–45.

11. Ковалев И. Н. Об окупаемости и рентабельности долгосрочных инвестиций // Энергосбережение. 2014. № 6. С. 14–17.

12. Ковалев И. Н. Рациональные решения при экономическом обосновании теплозащиты зданий // Энергосбережение. 2014. № 8. С. 14–19.

Скачать статью в pdf — формате: К вопросу о неправомерной трактовке и неправильной оценке понятия энергетической эффективности