7 - 2010

Использование BIM при оценке применения вторичных источников энергии в жилом здании

Игорь Козлов (Аспирант кафедры архитектурного проектирования зданий и сооружений Новосибирского государственного архитектурно-строительного университета (Сибстрин), Новосибирск, Россия)

Как отмечено в работе [1], уверенность в гарантированном обеспечении энергоресурсами, сложившаяся в сознании потребителей, долгое время не вызывала необходимости экономить и не заставляла задумываться об энергетической эффективности осуществляемой деятельности. Но сегодня, в связи с изменением экономической ситуации в мире, вопросы энергосбережения и меры, направленные на обеспечение энергетической безопасности страны, становятся важнейшей частью государственной политики.

Констатируя факты, отметим, что сейчас актуальность энергосбережения очевидна, ассортимент энергосберегающего оборудования и технологий на рынке представлен весьма широко, рекламируемые (в подавляющем большинстве без расчетов) сроки окупаемости этого оборудования — от года до пяти. Тем не менее энергосбережение почему­то широко не применяется в проектной и строительной практике [2].

Желание внести свою лепту в дело государственной важности и понять, почему энергосбережение пока не получило широкого распространения, привело автора к решению применить в проекте жилого дома все возможные и оправданные для этого объекта энергосберегающие технологии и оценить окупаемость такого внедрения.

Совершенно очевидно, что при этом максимальный экономический эффект от внедрения энергосберегающих технологий можно получить при комплексном подходе к решению проблемы. На этапе проектирования экономическая эффективность достигается применением информационного моделирования здания (BIM­технологии) [3, 4], на этапе строительства — применением технологий, аналогичных описанным в [5], на этапе эксплуатации — за счет сокращения расходов на энергоресурсы. В последнем случае есть два пути решения проблемы: применение экономичных систем, снижающих потребление, и использование вторичных источников энергии.

Рис. 1. Жилой дом с автоматизированной парковкой

Рис. 1. Жилой дом с автоматизированной парковкой

Рассмотрим частный случай комплексного подхода — эффективность применения оборудования для получения энергии из вторичных источников в условиях многоэтажной городской застройки. Из оборудования рассмотрим тепловой насос для использования низкопотенциального геотермального тепла, солнечные коллекторы для получения тепловой энергии от солнечной радиации и солнечные батареи для получения электроэнергии.

В качестве объекта, оснащаемого оборудованием, был выбран семнадцатиэтажный двухсекционный жилой дом с пристроенной автоматизированной парковкой (рис. 1). Модель дома полностью выполнена в Autodesk Revit Architecture.

Для оценки энергозатрат был выполнен приблизительный расчет потребления энергоресурсов зданием. Расчет велся по методикам, изложенным в нормативной литературе; результаты представлены в табл. 1.

Таблица 1. Годовое потребление энергоресурсов

Количество тепловой энергии для отопления

Q0 = 1768,7 Гкал/год

Количество тепловой энергии для подогрева воды

Qг = 901,9 Гкал/год

Расход электрической энергии

W = 3 355 740 кВт•ч/год

в том числе на освещение

Wосв = 101 209,5 кВт·ч/год

на автоматизированую парковку

Wпарк = 851 670 кВт·ч/год

Годовые затраты в денежном выражении определялись по действующим тарифам в г.Новосибирске (табл. 2) [6, 7].

Таблица 2. Годовые затраты на энергоресурсы

Тариф

Сумма в год

Электроэнергия

1,46 руб./кВт•ч

4 899 380 руб.

Тепловая энергия

256,37 руб./Гкал

684 661,7 руб.

Характеристики оборудования для использования альтернативных источников энергии

Тепловой насос

Для описанного в статье здания требуется тепловой насос (рис. 2) мощностью 1000­1500 кВт [8]. Мощный насос в условиях относительно плотной застройки требует серьезных подземных работ. В этом случае начальные затраты могут быть соизмеримы с подключением к центральному отоплению. В случае использования теплового насоса в качестве дополнительного источника тепла затраты на установку насоса полностью идут как дополнительные.

Рис. 2. Тепловой насос с системой геозондов REHAU RAUGEO

Рис. 2. Тепловой насос с системой геозондов REHAU RAUGEO

В процессе эксплуатации теплового насоса для получения 4 кВт тепловой энергии затрачивается 1 кВт•ч электроэнергии. Цена тепловой энергии 256,37 руб./Гкал, или 256,37 / 1163 = 0,22 руб. за кВт•ч (1 Гкал = 1163 кВт•ч). Цена 1 кВт•ч электроэнергии — 1,46 руб. Таким образом, 1 кВт тепловой энергии от ТЭЦ стоит 0,88 руб, а от насоса — 1,46 руб. Это делает применение теплового насоса при наличии центрального отопления экономически невыгодным.

Солнечные коллекторы

Для примера применения был выбран конкретный солнечный коллектор  MZ58/1800­50D (рис. 3). Цена — 48 800 руб., площадь — 6,98 м2. Поток солнечной радиации для Новосибирска составляет 1783,54 кВт/м2 в год [9]. Коллекторов взято ориентировочно в количестве 40 штук, исходя из возможности размещения на свободном пространстве крыши.

Рис. 3. Солнечный коллектор MZ581800-50D.

Рис. 3. Солнечный коллектор MZ581800-50D.

При КПД 100% (вся солнечная радиация используется) выработка тепловой энергии в год составит 497 964,83 кВт•ч (это равно 428,17 Гкал, или 24,2% годовой потребности дома, что определяет источник только как дополнительный) стоимостью 497 964,83 x 0,22 = 109 770,63 руб.

При эксплуатации затраты на оплату электроэнергии ориентировочно составят  3 730,30 руб./год. Прибыль — 109 770,63 – 3 730,30 = 106 040,33 руб./год.

При стоимости комплекта оборудования 2 552 000,00 руб. срок окупаемости солнечного коллектора получается 2 552 000,00 руб./106 040,33 руб./год = 24,1 года. Реальный срок окупаемости может оказаться еще больше.

Солнечные панели

Для примера использования также была выбрана конкретная модель (рис. 4) солнечной панели площадью 1158•990 = 1,2 м2, мощность которой составляет 200 Вт, а цена — 36 000,00 руб. Количество панелей, размещаемых на фасаде здания, — 190 штук.

Рис. 4. Фотоэлектрический модуль

Рис. 4. Фотоэлектрический модуль

Число световых часов в году для Новосибирска — 2555 ч [9]. При 100% КПД (во все светлые часы идет полная выработка энергии) годовая выработка электроэнергии составляет 97 090 кВт•ч. Это равно 3% общей годовой потребности, или 96% потребности на освещение (при использовании обычных ламп накаливания, для энергосберегающего освещения потребление будет в пять раз меньше).

Стоимость сэкономленной электроэнергии — 141 751,40 руб. в год. Затраты на оборудование (панели + АКБ + инвертор) — порядка 7 600 000,00 руб. Срок окупаемости: 7 600 000,00 руб. / 141 751,40 руб./год = 53,6 года. Реальный срок окупаемости может быть еще больше.

Выводы

Проведенный анализ показал, что применение оборудования для получения энергии из вторичных источников в условиях многоэтажной городской застройки для климатических условий г.Новосибирска обеспечивает недостаточно высокий уровень экономической эффективности для привлечения инвестиций по сравнению с центральным энергоснабжением. Ситуация может измениться только в случае принципиального изменения соотношения цен на оборудование и расценок на энергоресурсы.

Литература

1. Артамонов А. Политика энергосбережения // Интеллектуальное здание. Гротек, 2008.  С. 112­113.

2. Государство поддержит компании и регионы в проектах энергосбережения // Финанс. 2010. URL: http://www.finansmag.ru/news/57551.

3. Талапов В.В. Информационная модель здания — опыт архитектурного применения. Архитектура и современные информационные технологии // AMIT:электрон. журн. 2008. № 4(5). URL: http://www.marhi.ru/AMIT/2008/4kvart08/Talapov/article.php

4. Козлов И.М. Оценка экономической эффективности внедрения информационного моделирования зданий. Архитектура и современные информационные технологии //AMIT: Электрон. журн. 2010. № 1(10). URL: http:// www.marhi.ru/AMIT/2010/1kvart10/Kozlov/Article.php.

5. http://www.kolumb.ru.

6. Приказ № 77­Е от 29 декабря 2008 года «Об установлении тарифов на электрическую энергию, поставляемую потребителям Новосибирской области гарантирующим поставщиком ОАО «СибирьЭнерго» в границах зоны его деятельности».

7. Приказ департамента по тарифам Новосибирской области от 17.11.2009 № 72­Е «Об установлении тарифа на услуги по передаче тепловой энергии, оказываемые ОАО “Новосибирскгортеплоэнерго”» (http://www.tarif­nso.ru/tariff).

8. http://www.domteplo.ru/GHP_RAUGEO_sonde.htm.

9. СНиП 23­01­99* Строительная климатология. Взамен СНиП 2.01.01­82. Введ. 1.01.2000 / Госстрой России.  М.: ГУП ЦПП, 2000.  57 с.

САПР и графика 7`2010