Почему необходимо нормировать энергоемкость в строительстве?

Перспективы истощения месторождений ископаемых энергоносителей и проблемы экологии заставляют принимать жесткие меры по рационализации использования энергоресурсов. Энергосберегающая деятельность углубляется по всему миру. За последние двадцать лет удельное энергопотребление зданий в ряде стран Евросоюза было снижено более чем в три раза.

Леонид Соколовский, национальный эксперт проекта по вопросам нормативных документов и стандартов в строительстве. Профессионал строительной отрасли с более чем тридцатилетним стажем работы в области промышленного и гражданского строительства. С 2002 по 2006 год занимал должность заместителя министра строительства и архитектуры Республики Беларусь. Автор пяти крупных монографий, посвященных вопросам энергоэффективности и энергосбережения в строительной отрасли. Обширный опыт в области разработки нормативных документов и стандартов в строительстве (технических регламентов, технических кодексов установившейся практики, технических условий, стандартов).

Как показала практика, организация рационального использования энергоресурсов может быть вполне управляемым процессом, если он основан на комплексном подходе к этой проблеме.

Первичные источники энергии могут быть разными, но все они предназначены для того, чтобы дать людям энергию в форме, приемлемой для того технологического уклада, который сформировался к данному моменту времени.

Энергоэффективность и ее связь с технологическими укладами – это отдельная тема для обсуждения. Многие считают, что реальный сектор национальной экономики Беларуси ориентирован на переход от традиционных технологий, характерных для второго, третьего и четвертого технологических укладов, к качественно новому уровню – пятому и шестому технологическим укладам. Данная задача является весьма сложной по содержанию и механизмам реализации прежде всего потому, что большая часть материально-технической базы субъектов хозяйствования морально и физически устарела, а быстрый переход к новым технологическим укладам требует не только значительных финансовых затрат, но и четко выверенной стратегии инновационного развития.

По мере глобализации в последующие двадцать лет ожидается быстрый рост экономик с низким и средним уровнем национального дохода. По прогнозу Международного энергетического агентства (МЭА), энергопотребление на душу населения до 2030 года будет расти такими же темпами, как и в 1970–1990 годы, т. е. на 0,7 % в среднем за год. При этом энергоэффективность, трактуемая как объем продукции, произведенной при потреблении единицы энергии, продолжит повышаться в глобальном масштабе ускоряющимися темпами.

Основная задача в сфере повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в нашей республике – максимально приблизиться к развитым странам по уровню энергоемкости валового внутреннего продукта (ВВП). В Беларуси энергоемкость ВВП остается в 1,3 раза выше, чем в среднем в мире, и почти в 2 раза выше уровня Германии.

В настоящее время в нашей стране вопросам энергоемкости при строительстве зданий не уделяется должного внимания, так как рассматриваются только вопросы энергоэффективности при эксплуатации зданий. А ведь киловатт-час, затраченный в процессе производства стройматериалов и строительства дома, как и киловатт-час, затраченный на эксплуатацию здания, в итоге являются составляющими энергоемкости ВВП нашей страны.

Основные определения

Энергоемкость (embodied energy – поглощенная энергия, energy content, indirect energy, energy intensity, energy-output ratio и др.) будем понимать как величину потребления энергии на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, выполнение работ, оказание услуг на базе заданной технологической системы.

Численным выражением энергоемкости системы является показатель, представляющий собой отношение энергии, потребляемой системой, к величине, характеризующей результат функционирования данной системы.

Энергоемкость системы может измеряться в киловатт-часах на единицу продукции (для электроэнергии); в гигакалориях на единицу продукции (для тепловой энергии); в т у. т. (или т н. э.) на единицу продукции (для потребленного топлива, а также пересчитанных в топливный эквивалент электроэнергии и тепловой энергии); в совокупных затратах на энергию (топливо) на единицу выручки; в совокупных затратах на энергию (топливо) на единицу ВВП.

Энергоемкость ВВП является одним из ключевых показателей устойчивого развития страны, который характеризует уровень эффективности энергопотребления во всех секторах экономики. Сравнительная диаграмма энергоемкости различных стран, включая Республику Беларусь, ее ближайших соседей и страны со схожими климатическими условиями показывает, что мы по данному показателю (0,21) опережаем в полтора раза Украину и Россию (0,36 и 0,35) практически соответствуем уровню Китая, но почти вдвое уступаем среднеевропейскому уровню (0,13).

Эксплуатационная энергоемкость здания – это количество энергии (топлива), потребленное зданием на отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию и кондиционирование воздуха, отнесенное к одному квадратному метру общей площади квартир жилого дома или полезной площади общественного здания.

Полная энергоемкость создания (строительства) здания – это количество энергии и (или) топлива, израсходованное на изготовление продукции, включая расход на добычу, транспортирование, переработку полезных ископаемых и производство материалов, деталей с учетом коэффициента использования сырья и материалов, строительство, ремонт и восстановление, а также утилизацию.

При этом следует учитывать, что:

• на строительство зданий используется около 30–50 % природных сырьевых ресурсов;

• здания потребляют более 40 % первичной энергии;

• на создание строительных материалов и конструкций приходится до 80 % энергии, затраченной на создание здания;

• при эксплуатации зданий генерируется около 40 % отходов на свалках, что также требует затрат энергии на их переработку;

• строительная индустрия ответственна за 7 % глобальной эмиссии СО₂ (на производство каждого кг цемента приходится приблизительно 1 кг эмиссии СО2);

• на производство каждого киловатт-часа энергии приходится 0,3–1,4 кг СО₂ в зависимости от используемого вида топлива.

Формирование показателя энергоемкости здания

В процессе строительства здания используются различные материалы и конструкции, изготовлением которых занимаются предприятия строительной индустрии. На добычу исходного сырья и его транспортировку на предприятия строительной индустрии также затрачивается энергия, которая должна суммироваться с энергией, затраченной на производство строительных материалов и конструкций. В этом процессе используются различные виды энергии, которые впоследствии при приведении их к одному энергетическому показателю должны определять энергоемкость каждого материала.

Далее изготовленные строительные материалы и конструкции, а также отдельные виды материалов (цемент, известь, песок и др.) транспортируются на строительную площадку для последующей сборки, монтажа и применения. Кроме материалов и конструкций, на строительную площадку поставляются для монтажа инженерные системы и оборудование (газовое, отопительное, сантехническое, электротехническое и др.). На все процессы, происходящие на строительной площадке, и на применяемое оборудование затрачивается энергия, которая также должна включаться в состав полной энергоемкости здания.

В соответствии с принятой долговечностью здания (расчетным сроком его службы) в установленные сроки осуществляется его ремонт и восстановление. На эти работы будет также затрачена энергия, которая должна включать энергию на производство применяемых для ремонта и восстановления материалов и затраты энергии на само производство работ. После окончания расчетного срока службы здания будет затрачена энергия на его разборку и утилизацию.

Различные виды энергии, которые были затрачены на перечисленные выше работы по строительству (созданию), ремонту и утилизации здания, а также затраты энергии на эксплуатацию здания в конечном итоге составят его полную энергоемкость за весь расчетный срок службы.

Полная энергоемкость строительства (создания) здания может быть существенно уменьшена при оптимальном проектировании и выборе строительных материалов и конструкций. Оптимум может быть найден при тщательном и строгом анализе эффективности принятых решений на всех стадиях использования материалов, таких как:

• добыча сырья;

• производство строительных материалов и конструкций;

• транспортировка;

• производство строительных и монтажных работ;

• эксплуатация с учетом ремонта и восстановления;

• утилизация после расчетного срока службы.

С началом эксплуатации здания для обеспечения функционирования его в течение расчетного срока службы используется эксплуатационная энергия на отопление, горячее водоснабжение, вентиляцию, освещение.

Как отмечалось выше, в настоящее время для оценки энергоэффективности зданий рассматриваются только затраты энергии на эксплуатацию зданий. Вся нормативная база, касающаяся энергоэффективности жилых зданий в Республике Беларусь, нацелена в основном на снижение именно этих затрат энергии. В частности, мы приступили к работе по созданию жилых зданий с почти нулевым потреблением энергии. Проводится гармонизация наших строительных нормативов с европейскими на базе Директивы 2010/31/ЕС «Об энергоэффективности зданий».

Однако следует понимать, что повышение энергоэффективности здания требует повышения энергетических затрат на создание его оболочки и конструкций, что может увеличить его общую энергоемкость. Иными словами, уменьшая эксплуатационные затраты энергии, мы можем увеличить затраты энергии на создание здания. Если далее предположить, что мы достигнем цели и будем строить только здания с почти нулевым потреблением энергии при их эксплуатации, то именно полная энергоемкость станет главным ресурсом для сокращения затрат энергии в этом секторе экономики.

В ближайшее время полная энергоемкость с учетом энергозатрат на создание зданий с почти нулевым потреблением энергии станет доминирующим показателем при принятии мер по снижению энергозатрат и сокращению выбросов СО₂.

Для решения этой важной народнохозяйственной проблемы необходимо дополнить действующие стандарты на строительные материалы и конструкции, а также на виды строительно-монтажных работ данными (по принадлежности) об их полной энергоемкости, что позволит проектировщику сделать обоснованный технико-экономический выбор энергоэффективного материала для энергоэффективного и экологически чистого дома. Мы должны знать полную энергоемкость всего дома, чтобы дать оценку его влияния на окружающую среду.

Таким образом, по аналогии с расходами энергии на эксплуатацию, в строительные нормы (проектную документацию) необходимо ввести показатель энергоемкости на один метр квадратный построенного здания с учетом предстоящих ремонтов, восстановления и утилизации этого здания.

При определении порядка расчета энергоемкости строительства необходимо учесть:

• энергоемкость производства строительных и конструктивных материалов, использующихся в строительстве зданий (при этом необходимо определиться в отношении энергоемкости импортных строительных материалов и конструкций);

• энергоемкость возвратных материалов, т. е. возможность их повторного использования после ремонта, восстановления и разборки зданий в связи с окончанием расчетного срока службы (этот показатель на стадии проектирования может определяться расчетным путем);

• тот факт, что натуральные природные строительные материалы обладают наименьшей энергоемкостью производства;

• влияние выбора менее энергоемких строительных материалов и конструкций для создания энергоэффективных зданий на объемы производства материалов и конструкций с большей энергоемкостью;

• долговечность применяемых строительных материалов и конструкций и их радиационную безопасность.

На первом этапе полезной информацией для таких расчетов могут быть показатели энергоемкости основных строительных материалов, которые можно найти в технической литературе. Эти данные приведены в приложении.

Главная цель регулирования энергоемкости в строительстве – уменьшение совокупной энергоемкости зданий в течение их расчетного срока службы и, в конечном счете, снижение энергоемкости ВВП в стране.

Энергоемкость основных строительных материалов по данным литературных источников

Наименование материала	Энергоемкость МДж/кг	Энергоемкость МДж/м3
бетон	1,3	3180
бетон преднапряженный	2,00	2780
гипс	51,0	371280
линолеум	116,0	150930
бетонный блок	0,94	2350
кирпич	2,5	5170
сталь	32,00	251200
стекло	15.90	37550
ковер синтетический	148,00	84900
краски	93,30	117500
заполнитель бетонный	0,1	150
камень	0,79	2030
асфальт	9,0	4930
фанера	10,40	5720
медь	70,60	631164
соломенный блок	0,24	31
алюминий	227, 00	515700
латунь	62,00	519560
пиломатериалы	2,5	1380
полистирол	117	3770
минеральная вата	30,30	970