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

Строительная отрасль и вопросы энергосбережения

В. К. Савин, главный научный сотрудник, заведующий лабораторией теплофизики малоинерционных ограждений и строительной климатологии НИИСФ РААСН

Н. Г. Волкова, ведущий научный сотрудник лаборатории теплофизики малоинерционных ограждений и строительной климатологии НИИСФ РААСН

Для устойчивого экономического развития страны, расположенной в суровых климатических условиях, обладающей богатыми ископаемыми ресурсами и высокой стоимостью производимой в стране продукции, необходимо больше внимания уделять проблемам энергосбережения. Россия располагает более чем 20 тысячами месторождений полезных ископаемых, практически равномерно распределенного по территории России.

Строительная отрасль является опреде­ляющей при решении социальных, экономических и технических задач страны. При строительстве и эксплуатации зданий необходим учет всех факторов, начиная с проектирования и заканчивая финальной стадией — разрушением строения. Срок эксплуатации зданий при минимизации энергозатрат на весь период его существования играет ключевую роль.

Стро­ительство — ведущая отрасль экономики

Строительная отрасль опреде­ляет социальные, экономические и технические задачи страны. В российской экономике строительство занимает первое место по потреблению энергии с учетом всех затрат на строительство и эксплуатацию зданий, производ­ство промышленных товаров для собственного потребления, материалов, изделий и конструкций, имеющих широкую номенклатуру, для возведения зданий и сооружений и жилищно-коммунальное хозяйство (табл. 1).

Таблица 1. Потребление энергии различными отраслями экономики

Объем валового внутреннего продукта (ВВП) России за 2022 год представлен в рыночных ценах [1]. На рис. 1 показана связь строительной отрасли с другими отраслями народного хозяйства. Несмотря на формальный характер приведенной структуры, очевидна реальная роль строительной отрасли в экономике страны.

Рис. 1. Связь строительной отрасли с другими отраслями народного хозяйства

Россия — самая холодная страна в мире. 60% ее территории занимает вечная мерзлота, обусловливая высокие затраты энергии на создание товаров и услуг при производ­стве строительных материалов, изделий, конструкций, зданий и со­оружений на единицу стоимости. К этому следует добавить повышенные транспорт­ные затраты, связанные с размерами территории. Здания и сооружения неподвижны, имеют большие габариты, энер­гоемки и трудоемки, чем и от­личаются от других товаров. Цикл строительства зданий продолжается дли­тельное время и требует привлечения соисполнителей.

Для сокращения энергоемкости на одну десятую долю ВВП в России необходимо снизить суммарные энергозатраты на строительство и эксплуатацию зданий хо­тя бы на 10–20%, т. е. на 50–100 млн т.у.т.

Таблица 2. Энергоемкость ВВП различных стран мира в 2000 году

Энергетическая картина существенно не меняется и в настоящем [2].

Таблица 3. Крупнейшие потребители энергии различных стран мира в 2020 году (млрд кВт.ч)

В России выросли объемы жилищного строительства. Рекордное количество жилья было построено в 2022 году. Этот год был для строительной отрасли самым лучшим за всю историю, отметил вице-премьер Марат Хуснуллин («В России выросли объемы жилищного строительства»: https://natworld.info/nauki-o-prirode/kakimi-poleznymi-iskopaemymi-bogata-territorija-rossii). За год появилось 102,7 млн кв. м домов, что на 11% больше, чем в 2021 году, который ранее тоже был рекордным.

Специалисты НИИСФ РААСН увязывают затраты на теплоснабжение зданий с климатической спецификой территории РФ с учетом экологических проблем — сокращения вредных выбросов в атмосферу [3, 4].

Основные источники энергии

Главным видом энергии является электромагнитное излучение солнца. В. К. Савиным проведен основательный анализ мировых источников энергии [5], остановимся на наиболее востребованных. Воз­раст Земли составляет около 8 млрд лет. Накопление энергии началось около 1 млрд лет тому назад. Этот процесс продолжался свыше 500 млн лет и привел к появлению ископаемых источников энергии. По оценкам специа­листов, извлекаемые запасы органического топлива составляют 6310 млрд т.у.т. (табл. 4). Если в XXI веке человечество будет про­должать ежегодно потреблять угля, нефти, газа порядка 12 млрд т.у.т. (соответственно — 4, 5, 3 млрд т.у.т.), то запасов органического топли­ва в виде угля хватит на 1200 лет, нефти на — 230 лет и газа на 100 лет. Россия добывает порядка 1 млрд т.у.т.

Таблица 4. Мировые запасы органического топлива и уровень их добычи в ХХ веке, млрд т.у.т.

Ориентировочные запасы энергоресурсов на Земле смотрите в табл. 5.

Таблица 5. Виды и количество ископаемых ресурсов на Земле, мВт.ч

Концентрация энергии в органическом топливе (нефти, газе и угле) в миллионы раз меньше, чем в ядерном топливе и состав­ляет в 1 кг угля — 8,12 кВт.ч, нефти — 12,8 кВт.ч и в 1 м³ газа — 9,4 кВт.ч.

В Интернете наблюдаем легковесные потребительские заявления: Россия располагает «более 20 тысячами месторождений полезных ископаемых, оцениваемых по запасам ресурсов в 30 трлн долларов. Этого гигантского природного богатства, практически равномерно распределенного по территории России должно хватить на несколько веков непрерывного использования». И где забота о будущем? Экология? Перепахать страну?

Климат, текущая и возможная ситуации в стране

Зависимость погоды от циркуляции атмосферы характерна для всего земного шара, наиболее значительно проявляется в районах умеренных и высоких широт нашей страны [6]. Климат меняется, становясь более агрессивным. Возможны как положительные, так и негативные последствия, которые необходимо учитывать при принятии проектных решений [7]. На суше продолжают расти экстремально высокие значения температур, а экстремально низкие — реже. Увеличивается продолжительность и частота волн тепла. Волны холода имеют тенденцию к сокращению. В Северном полушарии уменьшился снежный покров. Ученые сходятся в том, что территории с многолетней мерзлотой будут и далее сокращаться. Криосфера Земли является наиболее чувствительным индикатором современных изменений климата [8]. Возросло число опасных гидрометеорологических событий. Для адаптации к изменениям климата необходимо широкое междисциплинарное взаимодействие ученых [9]. Для этой цели разработана научно-техническая программа (Постановление Правительства РФ от 8 февраля 2022 года № 133) в соответствии с Указом Президента РФ от 8 февраля 2021 года № 76 «О мерах по реализации государственной научно-технической политики в области экологического развития РФ и климатических изменений» [10].

Новый подход для рас­чета энергозатрат в строительстве

При капиталистической системе хозяйствования экономика строит­ся на спросе и предложении, отсутствует реальная оценка труда и его результата. Стоимостные, а не нату­ральные показатели являются решающими при оценке вариантов. В расчетах экономической эффективности соблюдается сопоставимость сравнительных вариантов по нормативному коэффициенту эффективности капитальных вложений за короткий срок времени (8–15 лет). В действительности одни здания служат 30–50 лет, другие 100 и больше. Отсутствие сравнительных вариантов по их долговечности приводит к существенным ошибкам в расчетах. При выборе альтернативного варианта рас­чета энергозатрат существующие методики расчета ориентированы на традиционные показатели, что часто вносит неопределенность и дез­ориентирует инвестора. В этом случае целе­сообразно привлечение энергофизи­ки — аппарата, разработанного для оценки в энергетических единицах связей хозяйственных систем [11]. Использование энергетических единиц позволит перевести технологические системы на новый уровень.

Анализ структуры по­требления первичных энергоресурсов на основе многочисленных материалов четырьмя отраслями народно­го хозяйства России (строительство, промышленность, транспорт, сельское хозяйство) показал общую картину потребления тепловой и электрической энергии, он выполнен с точностью ±20%. Так, на производство строительных материалов, конструкций, изделий, их монтаж и транспортировку ежегодно тратится порядка 100 млн т.у.т. Из них наибольшие энергозатраты приходятся на производство цемента (30 млн т.у.т.) и кирпича (20 млн т.у.т.). Расход энергии на про­изводство ограждающих конструкций, материалов и изделий (за ис­ключением цемента и кирпича), а также на их монтаж и транспорти­ровку при строительстве зданий и сооружений составляет примерно 50 млн т.у.т. Почти половина энергоресурсов страны расходуется на строительство, эксплуатацию, реконструкцию и утилизацию зданий и сооружений (550 млн т.у.т.). Наибольшие затраты энергии относятся к эксплуата­ции зданий. На отопление, вентиляцию, горячее водоснабжение и освещение гражданских и производственных зданий приходится око­ло 450 млн. т.у.т. Потери энергии при ее транспортировке составляют значительную величину порядка 50 млн. т.у.т. Срок эксплуатации зданий при минимизации энергозатрат на их возведение играет ключевую роль и должен составлять не менее 100 лет, необходим учет всех факторов, предшествующих проектированию, строительству и эксплуатации зданий, а также их разрушению.

ВЫВОДЫ

1. Вопросы энергосбережения напрямую связаны с климатическими условиями застройки местности. Современный климат ставит перед специалистами все более сложные задачи. Государственная научно-техническая политика направлена на реализацию мер в области экологического развития РФ и климатических изменений. Наша страна располагает гигантскими природными богатствами, более чем 20 тысячами месторождений ископаемых, практически равномерно распределенных по территории России. Перед современным поколением стоит задача их рационального использования. В экономике страны особенное место занимает строительная отрасль, являясь ведущей и опреде­ляющей ее социальные, экономические и технические задачи. Экономия энергии на всех этапах строительных и инженерных работ является существенным вкладом в экономику страны.
2. При капиталистической системе хозяйствования стоимостные, а не натуральные показатели являются решающими при сравнении вариантов, отсутствует реальная оценка труда и его результата. Введение энергетических единиц позволит перевести технологические системы на новый уровень посредством учета всех факторов, предшествующих проектированию, строительству и эксплуатации зданий, а также их разрушению.

ЛИТЕРАТУРА

1. О производстве и использовании валового внутреннего продукта (ВВП) в 2022 году. rosstat.qov.ru
2. Потребление энергии по странам. Translated.turbopages.org.
3. И. Л. Шубин, Н. П. Умнякова, Н. П. Бутовский. Четверть века реализации нормирования энергопотребления российских отапливаемых зданий. БСТ № 6, 2020 г. С. 7–12.
4. Савин В. К., Волкова Н.Г. О нормировании климатических параметров в строительстве. АВОК-2021, № 7. Стр. 68–70.
5. Савин В. К. Строительная энергофизика. Энергосбережение. Образ и число. М. «Лазурь», 2018.
6. Первый оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (ОД_РФ-1). — М.: Росгидромет, 2008.
7. Волкова Н. Г. Адаптация строительства к климатическим качелям. Современные строительные конструкции. Окна и двери, ССК, № 3–4 (213–214), 2021. Стр. 48–51.
8. Второй оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. — М.: Росгидромет, 2014.
9. Доклад об особенностях климата на территории Российской Федерации за 2022 год. — М.: Росгидромет, 2023 г. 109 стр.
10. Третий оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации. Общее резюме. — М.: Росгидромет, 2022, 126 стр.
11. Савин В. К., Волкова Н. Г. Современные вызовы и энергофизика. Современные строительные конструкции, ССК, Кровля и изоляция. № 2–3 (94–95) 2022. Стр. 4–7.

Скачать PDF-версию статьи «Строительная отрасль и вопросы энергосбережения»