В современных экономических условиях нельзя рассчитывать на успехи в осуществлении хозяйственной деятельности, производстве и реализации выпускаемой продукции, не уделяя самого серьезного внимания сбережению ресурсов. Эффективное экономическое развитие Республики Беларусь в значительной степени связано с решением проблемы энергосбережения, в том числе при эксплуатации зданий и сооружений, на отопление и горячее водоснабжение которых ежегодно приходится свыше трети расходуемых энергоресурсов.
Необходимость осуществления кардинальных мер по экономии и бережливому использованию топливно-энергетических ресурсов, широкого применения отечественных энерго- и ресурсосберегающих конструктивных элементов, материалов и инженерных систем установлена Директивой Президента Республики Беларусь № 3 (от 14 июня 2007 г.) “Экономия и бережливость – главные факторы экономической безопасности государства”.
Во исполнение поручений Главы государства и правительства Республики Беларусь по обеспечению энергетической безопасности страны Министерство архитектуры и строительства планомерно и последовательно реализует комплекс мероприятий, направленных на снижение энергопотребления как при возведении объектов жилищного и гражданского назначения, так и в процессе их эксплуатации. Эти мероприятия включают создание прогрессивных проектно-технических решений, энергоэффективных систем жизнеобеспечения, использование альтернативных источников энергии, совершенствование нормативной и законодательно-правовой базы и ряд других. Новые подходы к потребительским качествам жилья, современные тенденции в области энерго- и ресурсосбережения требуют разработки и внедрения принципиально новых конструктивных решений зданий, современных организационно-экономических направлений развития отрасли, базирующихся на прогрессивных достижениях строительной науки и техники, что позволит в ближайшей и среднесрочной перспективах внедрить в производство современные эффективные материалы и технологии, решить вопросы создания комфортной среды обитания.
Главный приоритет – комплексное решение проблемы энергосбережения
Снижение энергопотребления объектами жилищно-коммунального сектора требует решения комплекса задач, включающих:
- создание проектов и строительство энергосберегающих зданий;
- разработку и внедрение энергоэффективных систем жизнеобеспечения;
- тепловую модернизацию эксплуатируемых зданий и сооружений;
- использование нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для энергообеспечения зданий;
- совершенствование нормативной и законодательно-правовой базы;
- информирование и обучение населения энергосбережению при эксплуатации зданий и сооружений;
- создание системы стимулов для населения, обеспечивающих массовое внедрение энергосберегающих мероприятий.
Один из главных путей, позволяющий снизить энергопотери жилых домов и, следовательно, потребление тепловой энергии на отопление, – повышение теплозащиты зданий за счет увеличения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций и применение энергоэффективных инженерных систем. В последние годы схожие по климатическим условиям с Республикой Беларусь страны Скандинавии, Балтии, Германия, Польша приняли в этом направлении кардинальные меры.
Следует отметить, что повышение сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций жилого дома не в полной мере решает проблему энергосбережения при эксплуатации жилищного фонда. Строительная практика последних лет показала, что применение утепленных ограждающих конструкций и окон нового поколения с повышенным термическим сопротивлением обостряет проблему обеспечения качественной воздушной среды в жилых помещениях. При утепленной стене, герметичных оконных конструкциях и герметичной заделке окон в стеновую конструкцию возможность поддержания нормативного уровня воздухообмена в помещениях жилого дома без открывания окон или форточек исключается. Однако при этом теряется смысл в установке герметичных окон с высоким термическим сопротивлением. Кроме того, система вентиляции, базирующаяся на принципе инфильтрации воздуха через окна, не обеспечивает качество воздушной среды в квартирах нижних этажей вследствие сильного загрязнения нижних слоев наружного воздуха, необходимый уровень защиты от шума, к тому же имеет место интенсивный выброс тепла в атмосферу.
Совершенно очевидно, что проблему энергосбережения необходимо решать в комплексе: как за счет совершенствования конструктивной системы зданий, так и за счет применения энергоэффективных инженерных систем.
Наиболее перспективным направлением в решении этой проблемы является переход к строительству энергоэффективных жилых домов.
В республике разработан и реализован проект энергоэффективного панельного жилого дома, строительство которого завершено в 2007 г. в микрорайоне Красный Бор в Минске. В здании использованы различные методы снижения энергопотерь, в том числе за счет применения окон нового поколения с термическим сопротивлением более 1 м2•°С/Вт и стеновых панелей с увеличенным сопротивлением теплопередаче, а также квартирных блоков систем принудительной вентиляции и отопления с рекуперацией тепла отходящего из помещений воздуха. Квартирные блоки изготовлены преимущественно из материалов и комплектующих отечественного производства, они компактны, имеют приемлемый вес, гармонично встраиваются в интерьер современной квартиры. Потребление данной системой электрической энергии для подогрева холодного воздуха с температурой –24°С до температуры +20°С не превышает 2 кВт•ч.
Мониторинг эксплуатации в осенне-зимний период показал, что расход энергии на отопление квартиры в энергоэффективном доме в среднем в 3 раза ниже, чем в аналогичной квартире обычного дома той же серии.
Стоимость квадратного метра общей площади такого жилья возрастает на 50–100 долларов США в зависимости от этажности. Однако при снижении энергопотребления на отопление здания затраты окупятся в среднем через 6,5 лет, а с возрастанием стоимости энергоресурсов срок окупаемости будет сокращаться. При этом следует отметить, что средний срок службы жилых домов крупнопанельного строительства составляет около 100 лет.
Учитывая положительный опыт эксплуатации экспериментального энергоэффективного жилого дома правительством Республики Беларусь принято решение о поэтапном переходе к проектированию и строительству жилья на основе инновационных технологий. На первом этапе предполагается возведение домов-представителей в каждой области республики (в Гомеле, Гродно, Витебске они уже строятся), на втором – массовое проектирование и строительство энергоэффективного жилья.
Для успешной реализации поставленных задач разработана и постановлением правительства № 706 от 1 июня 2009 г. утверждена Комплексная программа по проектированию, строительству и реконструкции энергоэффективных жилых домов в Республике Беларусь. Она включает совокупность организационно-технических, нормативных и законодательно-правовых мер, охватывающих все этапы жизненного цикла здания, и определяет прогнозные объемы строительства энергоэффективных жилых домов на 2009–2015 гг. и на период до 2020 г. Главной целью при этом является снижение удельного потребления топливно-энергетических ресурсов на отопление до уровня 60 кВт•ч/м2 в год и в перспективе – до 30–40 кВт•ч/м2 в год на основе использования новых конструктивно-технологических, инженерных решений и оборудования, а также повышение качества жизни граждан за счет обеспечения комфортных условий проживания.
Альтернатива централизованному теплоснабжению
Повышение цен на энергоносители и проведение энергосберегающей политики вызвало необходимость наряду с разработкой комплекса мер по снижению потребления тепловой энергии на нужды отопления и горячего водоснабжения вести поиски более экономичного способа получения и передачи теплоты. Альтернативой централизованному теплоснабжению зданий, которое наиболее широко применяется в настоящее время, является децентрализованная система выработки тепла.
Один из ее вариантов – поквартирное отопление, автономно обеспечивающее каждую квартиру многоэтажного дома теплом и горячей водой. Основными элементами данной системы отопления являются отопительный котел, устанавливаемый в каждой квартире, системы дымоудаления (дымовые трубы) и подачи воздуха на горение, а также отопительные приборы (радиаторы). Системы поквартирного отопления с газовыми автономными отопителями позволяют исключить прокладку теплотрасс, строительство тепловых пунктов, использование теплосчетчиков, обеспечивая индивидуальную комфортность проживания. Проведены всесторонние исследования безопасности систем поквартирного отопления на газовом топливе (пожаробезопасность, гигиеническая и экологическая безопасность).
В настоящее время построено, запроектировано и находится в стадии строительства более 4 тыс. квартир с поквартирной системой отопления с использованием газовых аппаратов как импортного, так и отечественного производства. Сравнительный анализ фактических расходов на отопление и горячее водоснабжение в двух одинаковых жилых зданиях с различными системами теплоснабжения – центральное и поквартирное – показал, что стоимость отопления и горячего водоснабжения в расчете на 1 м2 отапливаемой площади в поквартирной системе приблизительно на 40% меньше, чем в системе централизованного теплоснабжения.
Вопросы эффективного и экономного использования энергоресурсов решаются при широком внедрении автономных и крышных котельных. Для размещения встроенных, пристроенных и крышных котельных требуются минимальные (или вообще не требуются) земельные участки. Эти котельные не имеют внешних тепловых сетей, следовательно, отсутствуют теплопотери при транспортировке теплоты потребителю, сокращается расход электрической энергии на работу насосов.
В среднем применение децентрализованных систем отопления (поквартирное отопление, устройство автономных и крышных котельных) позволяет в 1,5–2 раза уменьшить годовой расход газа по сравнению с системами централизованного теплоснабжения.
Широко внедряемые технические решения по тепловой санации и модернизации жилого фонда с применением отечественных материалов дают возможность снизить расход тепловой энергии на отопление до 50%. Ежегодно в республике утепляется свыше 1,2 млн м2 общей площади ограждающих конструкций.
В целях экономии топливно-энергетических ресурсов планируется введение повышенных нормативных значений сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций при проектировании и строительстве (реконструкции, модернизации) зданий.
Новые конструктивно-технологические решения
Предпринятые в последние годы меры по модернизации конструктивно-технологических систем типовых серий жилых домов крупнопанельного строительства позволили преодолеть кризис в индустриальном домостроении, имевший место в середине 90-х годов прошлого века. В республике созданы конструктивно-технологические системы, позволяющие рационально трансформировать жесткие технологии изготовления типовых серий крупнопанельных жилых зданий и обеспечивающие гибкую планировку как отдельной квартиры, так и блок-секции в целом. При этом на 15–20% увеличивается ширина корпуса, что снижает удельные теплопотери здания, повышает термическое сопротивление ограждающих конструкций, снижает расход бетона на 17–20%. Строительство индустриальных домов ведется высокими темпами.
Тенденции формирования новых потребительских качеств, архитектурно-градостроительных требований к застройке территорий, изменения социальной и демографической ситуации в республике потребовали разработки новой каркасной системы, предназначенной для возведения многоэтажных жилых, общественных и производственных зданий массового назначения при размерах сетки колонн до 7,5 х 7,5 м в плане. Каркас обеспечивает жилье европейского уровня с высокими потребительскими качествами при минимальной себестоимости, позволяет выполнять любые планировочные решения как при строительстве объекта, так и при последующей перепланировке во время эксплуатации. Каркас прост по конструкции и состоит из традиционных многопустотных плит и колонн, объединенных монолитными железобетонными несущими связевыми ригелями, скрытыми в плоскостях дисков перекрытий. Разработаны различные варианты конструктивных решений каркаса и стен. Опыт проектирования и строительства таких зданий опробован в Минске, Гомеле, Бресте, Борисове, Жодино и других регионах Беларуси.
Среди строительных материалов монолитный бетон сегодня по праву занимает ведущие позиции в мире. Прочный и универсальный он позволяет, с одной стороны, воплощать самые смелые архитектурные проекты, с другой – обеспечивает высокие темпы строительства при уменьшении его стоимости за счет ресурсо- и энергосберегающих технологий. Широкое применение в республике монолитного железобетона при возведении современных каркасных и бескаркасных жилых и общественных зданий и уникальных сооружений стало реальностью и доказывает высокую технологическую эффективность в условиях круглогодичного производства работ. Монолитный железобетон открыл новую страницу и в подземном строительстве, существенно повысив долговечность сооружений.
Разработанные технологии модифицированных бетонных смесей, методы беспрогревного и малоэнергоемкого интенсивного бетонирования (в том числе в зимних условиях) в сочетании с конкурентоспособной опалубочной технологией позволили сделать строительство из монолитного бетона высокотехнологичным и скоростным. Широко применяется энергосберегающая интенсивная технология возведения монолитных каркасных зданий и сооружений из высокопрочного бетона. Создание отечественных опалубочных систем МОДОСТР, опалубочных технологий интенсивного строительства зданий различной этажности, всепогодных технологий монолитного бетонирования с применением современных модифицированных бетонов дало возможность обеспечить высокое качество и темпы строительства, уменьшить расход электроэнергии в зимний период в 1,6–2 раза, снизить стоимость конструкций на 15–25%. Благодаря этому в ближайшей перспективе вполне реально увеличить темпы возведения зданий до 3–4 этажей в месяц вместо 2–3 в настоящее время. Данные технологии позволяют строить 20–25-этажные здания, что является актуальным для преобразования застройки крупных городов.
Объем построенного жилья с применением монолитных каркасных систем только по г. Минску превышает 150 тыс. м2 в год. Технологии монолитного бетона успешно реализованы при возведении важнейших государственных объектов – Национальной библиотеки Беларуси; общественно-торгового центра “Столица”; храма-памятника “В честь Всех Святых в память безвинно убиенных во Отечестве нашем”; многопрофильного культурно-спортивного комплекса “Минск-Арена”, а также при реконструкции здания Национального академического Большого театра оперы и балета, Летнего амфитеатра в Витебске.
Энергосберегающие технологии производства строительных материалов
Производство строительных материалов наиболее энергозатратно. Использование высоких температур необходимо для достижения требуемого минералогического состава и структуры, получения высоких физико-технических свойств материалов. Кроме того, для эффективного проведения технологического процесса и протекания физико-химических реакций формирования структуры необходимо предварительное высокодисперсное измельчение компонентов сырьевых смесей, что влечет за собой большие затраты электроэнергии. В первую очередь это относится к производству цемента и извести.
Одним из направлений экономии невозобновляемых видов топлива является внедрение собственных научных разработок и использование прогрессивного мирового опыта. Так, завершена разработка технологии производства извести сухим способом (вместо ныне существующего энергозатратного мокрого способа) с использованием скоростных методов термообработки. Ожидается, что ее внедрение на 40–50% снизит затраты топлива на выпуск единицы продукции, повысит ее качество, а также производительность труда, эффективность использования сырья. Кроме того, полученная данным способом известь не требует помола, а значит, и расхода электроэнергии, затрачиваемой в настоящее время на данную операцию силикатными предприятиями. Первая технологическая линия производительностью 120 тыс. т извести в год будет введена в эксплуатацию в ОАО “Красносельскстройматериалы” в 2010 г.
Отраслевой наукой разработана энергосберегающая технология производства цемента сухим способом с применением передовых технических решений, основанных на мировом опыте. Реализация данной технологической схемы, позволяющей снизить затраты топлива на обжиг тонны клинкера на 35–40%, планируется при строительстве новых линий на трех цементных заводах страны.
Использование топливосодержащих отходов при обжиге цементного клинкера, как свидетельствует мировая практика, на 20–40% замещает основное топливо. Этот опыт применен в ОАО “Красносельскстройматериалы” и ПРУП “Белорусский цементный завод”, где введены в эксплуатацию установки по утилизации использованных автомобильных шин во вращающихся печах обжига клинкера.
В последнее время в качестве основного вида альтернативного топлива в производстве строительных материалов в Беларуси рассматривается каменный уголь. Его использование не уменьшает удельные расходы условного топлива, но на данном этапе снижает общие затраты на выпуск единицы продукции. Однако при изготовлении лицевого кирпича, плитки всех видов, строительного стекла и санитарно-строительных изделий перейти на уголь из-за присущей ему зольности нельзя. А вот при выпуске цемента качество продукции не пострадает, поскольку зола является необходимым компонентом цементно-сырьевой смеси. Поэтому сегодня поэтапно осуществляется перевод цементной отрасли на применение в качестве топлива каменного угля.
Модернизация и тепловая изоляция стекловаренных печей, широко осуществляемая на предприятиях отрасли, играет большую роль в энергосбережении при производстве стекла. Суть модернизации в изменении конструктивных элементов печей, тепловой изоляции кладки их стен с использованием огнеупорных теплоизоляционных материалов, установке устройств по интенсификации технологических процессов. При тепловой изоляции печи суммарные потери тепла через ограждающие поверхности уменьшаются в среднем в 2,5–3 раза, тепловой КПД стекловаренных печей различной производительности увеличивается на 30–40%, что дает возможность сократить расход топлива на 15–20%.
В отрасли целенаправленно внедряется электрогенерирующее оборудование, благодаря чему предприятия получают собственную, более дешевую, чем от энергосистемы, электрическую и тепловую энергию. В 2008 г. электрогенерирующие установки общей мощностью 8,6 МВт внедрены в ОАО “Керамика”, “Березастройматериалы” и “Красносельскстройматериалы”. В 2009 г. запланирован ввод такого оборудования еще в трех организациях, в результате чего общая мощность электрогенерирующих установок увеличится до 32,4 МВт.
В условиях постоянного роста стоимости энергоносителей важным направлением является сокращение удельных норм расхода топлива при изготовлении стеновых и теплоизоляционных материалов.
В соответствии с программой развития производства поризованных керамических блоков на предприятиях республики и их применения в строительстве выпуск этой продукции организован в акционерных обществах “Минский ЗСМ”, “Радошковичский керамический завод”, “Керамика” (Витебск), унитарном предприятии “Обольский керамический завод”. Ведется работа по созданию аналогичного производства на Горынском комбинате стройматериалов. Этот экологически чистый строительный материал, изготовление которого осуществляется по энергосберегающей технологии, повышает комфортность жилья, делает его долговечным при минимальных затратах на текущее содержание зданий.
На Минском заводе строительных материалов по созданной отраслевой наукой технологии ведется выпуск высокоморозостойкого лицевого кирпича, достигающего параметров клинкерного. Он обладает высокими теплозащитными свойствами, что заметно повышает энергоэффективность зданий и сооружений.
Учеными разработан состав и технологические параметры получения теплоизоляционного материала на основе пенобетона и вспененных гранул полистирола, позволяющие расширить ассортимент и область применения теплоизоляционных полистиролбетонных плит, а в процессе их выпуска снизить энергопотребление.
Для удовлетворения потребности строительных организаций республики в современном эффективном утеплителе в ОАО “Гомельстройматериалы” в 2008 г. введена в эксплуатацию вторая технологическая линия по производству жестких минераловатных плит, соответствующих европейским стандартам качества, производительностью 250 тыс. м3 в год.
Использование большим количеством предприятий стройиндустрии цемента в качестве вяжущего вызвало необходимость разработки технологий с применением высокоэффективных химических модификаторов. Они существенно снижают энергоемкость производства строительных изделий и конструкций, сокращают сроки возведения зданий и сооружений. Важным направлением деятельности в этом блоке задач является создание отечественных химических добавок, так называемых пластификаторов, и на их основе энергосберегающих технологий производства сборного железобетона и выполнения монолитных бетонных работ. Так, многие предприятия сборного железобетона освоили выпуск железобетонных конструкций по беспропарочной технологии, что позволяет при ведении работ даже в зимнее время снизить энергопотребление и себестоимость изделий на 10–20%. Применение пластификаторов в качестве добавок в бетоны обеспечивает возможность возведения монолитных конструкций при любых погодных условиях.