Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Энергоресурсосбережение в жилищном фонде российских городов и перспективы дальнейшего развития жилищного экостроительства 13
1.1 Исследование состояния жилищного фонда в России, Ростовской области и г. Ростове-на-Дону 13
1.2 Анализ проблем в сфере энергоресурсосбережения муниципального образования 21
1.3 Анализ современных практик жилищного строительства на примере пассивных зданий, мультикомфортных, активных и экодомов 24
1.4 «Зеленое» строительство и «зеленые» стандарты: анализ проблем и перспектив развития в России 36
1.4.1 Классификация критериев систем оценки экологической эффективности зданий 41
Выводы по главе 1 48
Глава 2. Теоретико-методические основы энергоресурсосбережения на различных этапах жизненного цикла жилых зданий 49
2.1 Особенности энергоресурсосбережения и реализации принципов устойчивого развития на различных фазах жизненного цикла строительного объекта 51
2.1.1 Предпроектная стадия жизненного цикла строительного объекта 55
2.1.2 Проектная фаза жизненного цикла строительного объекта 56
2.1.3 Строительная фаза. Концептуальные положения ресурсосберегающей политики на этапе строительства зданий 59
2.1.4 Эксплуатационная фаза жизненного цикла 63
2.1.5 Фаза ликвидации строительного объекта 69
2.2 Оценка эффективности реализации энергоресурсосберегающих решений в жилых зданиях 75
2.2.1 Анализ существующих методик оценки экономической эффективности ресурсосберегающих решений 76
2.2.2 Разработка теоретико-методических основ комплексной оценки эффективности реализации энергоресурсосберегающих решений в жилых зданиях 79
2.2.2.1 Методика оценки эффективности и выбора энергоресурсосберегающих решений на предпроектной стадии жизненного цикла здания 80
2.2.2.2 Методика комплексной оценки эффективности и выбора оптимальных организационно-технологических ресурсосберегающих решений на этапе проектирования 89
2.2.2.3 Методика оценки устойчивости, достигаемой зданием за счет реализации энергоресурсосберегающих решений 94
2.2.2.4 Методика выбора и оценки эффективности реализации энергоресурсосберегающих решений на этапе эксплуатации здания 110
2.2.2.5 Методика выбора организационно-технологических решений на этапе ликвидации здания 113
2.3 Ресурсно-технологическое моделирование изменения стоимости работ по реализации ресурсосберегающих решений в жилых зданиях 114
Выводы по главе 2 119
Глава 3. Оценка эффективности реализации энергоресурсосберегающих организационно технологических решений в жилых зданиях 121
3.1 Особенности применения ресурсно-технологических моделей для повышения энергетической эффективности жилищного фонда на примере г. Ростова-на-Дону 121
3.2 Пример комплексной оценки эффективности реализации 3 –х альтернативных вариантов энергоресурсосберегающих решений на примере жилого здания в г. Ростове-на-Дону 143
Выводы по главе 3 153
Заключение 154
Список литературы 157
Приложение А 175
Приложение Б 184
Приложение В 192
Приложение Г 194
- Исследование состояния жилищного фонда в России, Ростовской области и г. Ростове-на-Дону
- Строительная фаза. Концептуальные положения ресурсосберегающей политики на этапе строительства зданий
- Методика оценки устойчивости, достигаемой зданием за счет реализации энергоресурсосберегающих решений
- Пример комплексной оценки эффективности реализации 3 –х альтернативных вариантов энергоресурсосберегающих решений на примере жилого здания в г. Ростове-на-Дону
Исследование состояния жилищного фонда в России, Ростовской области и г. Ростове-на-Дону
Одной из важнейших задач органов власти государственного уровня и уровня субъектов Российской Федерации в социальной сфере является улучшение качества среды обитания, обеспечение граждан доступным и комфортным жильем.
Жилищное строительство является важнейшей сферой инвестиционно строительной деятельности, поскольку оно обеспечивает стабильное функционирование и необходимый уровень обновления социально-культурного потенциала страны. Современные проблемы в жилищном фонде муниципальных образований РФ затрагивают два аспекта: количественный – нехватку жилья и качественный:
- высокий процент морального и физического износа зданий;
- низкое качество предоставляемых жилищно-коммунальных услуг и технического обслуживания жилых домов;
- несоответствие существующего и строящегося жилья современным требованиям комфортности.
Рассмотрим особенности и существующие тенденции жилищного строительства в России с позиции количественного критерия.
С точки зрения объемов жилищного строительства наша страна существенно отстает от развитых стран. При этом стоимость жилья остается достаточно высокой при сравнительно низком уровне валового внутреннего продукта (ВВП) на душу населения: по данным Международного валютного фонда в 2017 г. Россия занимала 72 место в общемировом рейтинге по этому показателю [1].
По данным статистики 2017 г. объем жилищного фонда Российской Федерации насчитывает 3 653 млн. м2 [2]. При этом 61,4 % общей площади жилых зданий (2 245 млн. м2) в России занимают многоквартирные дома численностью 3 789 тыс. зданий [2].
На основе анализа статистических данных [2, 3, 4] нами была исследована динамика объемов жилищного строительства в России за период с 1996 по 2017 гг. Полученные результаты представлены на рисунке 1.1.
Отметим, что в соответствии с международными стандартами качества жилья Организации объединенных наций (ООН), на одного жителя должно приходиться не менее 30 м2 общей площади [7]. При этом средний для Российской Федерации показатель социальной нормы жилья составляет всего 18 м2 общей площади на одного проживающего (для семьи из трех и более человек) [8].
Параллельно обновлению жилищного фонда идут процессы выбытия жилья в следствие его устаревания. По данным статистки жилищный фонд России имеет высокий уровень физического износа. Причиной этого является систематическое не проведение или не своевременное проведение ремонта, в том числе капитального. Так, в 2014 г. порядка 272,9 тыс. многоквартирных домов нуждалось в капитальном ремонте и только для 25,6 % зданий он был проведен [6]. В среднем каждый год ремонтируется не более 10 % жилья, нуждающегося в капитальном ремонте [2].
Ниже на рисунке 1.3 представлены результаты исследования жилищного фонда регионов России по уровню ветхого и аварийного жилья, выполненного экспертами «РИА-Аналитика» [9].
Наибольшая доля аварийного жилья характерна для следующий регионов России: Республика Ингушетия (7,1 % жилищного фонда республики относится к аварийному), Чукотский Автономный округ (4,9 %), Астраханская область (4,6 %), Магаданская область (3,2 %), Республика Саха (3,2 %). Наименьшая доля аварийного фонда (менее 0,1 %) характерна для Брянской, Московской и Псковской областей, Хабаровского края [9]. Лидерами по снижению доли ветхого и аварийного жилья за прошедшие 5 лет стали: Республика Дагестан, Ненецкий Автономный округ, Республика Ингушетия. Лидерами по отрицательной динамике, согласно данным Росстата, стали Чукотской АО, Забайкальский край, Республика Саха (Якутия).
В целом по России доля ветхого и аварийного жилищного фонда составляет 3,1 % от общей площади жилищного фонда страны, и за последние 10 лет, согласно данным Росстата, возросла в 1,5 раз [6]. Общая потребность в замещении ветхого и аварийного жилья составляет 160 млн. м2 [6].
В Ростовской области доля аварийного и ветхого жилья составляет 1,7 % от общего жилищного фонда или 1531,2 тыс. м2 [9]. Проведенный анализ статистических данных позволил выявить следующую динамику изменения объемов жилищного строительства в Ростовской области за последние 15 лет (таблица 1.1 и 1.2). Дополнительный импульс развитию жилищного строительства в Ростовской области придала реализация программы, направленной на улучшение жилищных условий граждан, – национального проекта «Доступное и комфортное жилье – гражданам России». Так, объемы жилищного строительства в Ростовской области увеличились в 2008 г. до 2,0 млн. м2 по сравнению с 2006 г., а в кризисный период удалось не допустить значительного снижения объемов вводимого жилья (таблица 1.2) [11].
Строительная фаза. Концептуальные положения ресурсосберегающей политики на этапе строительства зданий
Строительство – это процесс создания объекта путем реализации разработанных в проекте архитектурных, конструктивных, инженерных решений в ходе выполнения строительно-монтажных работ. От качества выполняемых строительно-монтажных работ напрямую зависит качество будущего здания, в связи с чем, особое значение должно уделяться входному, операционному и приемочному контролям качества.
Производство строительно-монтажных работ находится под влиянием большого числа факторов: климатических, экологических, организационно экономических (например, обеспеченность строительной площадки необходимыми материально-техническими ресурсами, квалифицированность основных рабочих-строителей и инженерно-управленческого персонала) и др. При этом и само строительство оказывает влияние, прежде всего, на окружающую среду, поскольку на этом этапе происходит качественное преобразование ее свойств как непосредственно на территории застройки, так и далеко за ее пределами. Рассмотрим основные этапы (направления) ресурсосбережения на строительной фазе жизненного цикла зданий (рисунок 2.7).
Этап 1. Организация рационального ведения СМР для снижения потребляемых на строительной площадке ресурсов, что достигается внедрением инновационных технологий, материалов и конструкций, применения неэнергоемких строительных машин, а также за счет сокращения сроков строительства и научной организации строительного производства. Поскольку давление на окружающую среду начинается уже с расчистки территории строительства, на этом этапе должны быть предусмотрены мероприятия по сохранению древесных насаждений и снятого растительного слоя для последующего его использования при обустройстве ландшафта.
Снижение потребления ресурсов на строительной площадке можно добиться путем грамотной организации работ на ней, рационального проектирования подъездных путей, размещения мест выгрузки и складирования грузов. Рациональная организация складского хозяйства и правильного хранения строительных материалов на площадке, снижает их возможные потери и материалоемкость строительства.
Применение на строительной площадке местных строительных материалов снижает потребление топливо-энергетических ресурсов на доставку сырья, выбросы вредных веществ в атмосферу.
Установка приборов учета потребления воды и электроэнергии на строительной площадке – еще один инструмент рационального использования природных ресурсов при строительстве. На строительной площадке рекомендуется осуществлять сбор и повторное дождевой воды для целей хозяйственного водоснабжения.
Этап 2. Реализация политики управления строительными отходами и предотвращения загрязнения окружающей среды
На этапе строительства отходы образуются как во время подготовки территории, ранее уже занимавшейся под застройку, так и в процессе выполнения строительно-монтажных работ. Доля отходов, образующихся в процессе выполнения СМР, относительно невелика и составляет 1-5 % от общего числа строительных отходов. Однако степень из воздействия на окружающую среду может быть значительной.
Предотвращение загрязнения окружающей среды отходами, образующимися в процессе производства строительно-монтажных работ, получает особую актуальность в связи с изучением состава и свойств этих отходов. Существующая опасность загрязнения окружающей среды продуктами разложения строительных отходов делает актуальным и значимым решение вопроса о грамотном управлении отходами строительного производства.
Ниже, в таблице 2.1 представлены основные способы обращения с отходами, применяемые в нашей стране.
Методика оценки устойчивости, достигаемой зданием за счет реализации энергоресурсосберегающих решений
Экологическая устойчивость, достигаемая зданием при реализации энерго- и ресурсосберегающих решений, оценивается на основе следующего, предложенного в данном исследовании, показателя Sуст. - интегрального показателя устойчивости строительного объекта Расчет введенного показателя выполняют по формуле (2.5):
V = IiI"=A- х w100, (2.5)
где Ху - оценка в баллаху-го показателя /-й группы факторов устойчивости; п - количество показателей устойчивости; Wi - весомость /-го фактора устойчивости; m - число факторов устойчивости [111].
Рассматриваемые факторы устойчивости образуют 3 группы: социальные, экономические и экологические. Значимость, вес (wi) каждой группы факторов приняты на основе результатов их экспертной оценки.
Объект оценки - экологические, социальные и экономические факторы устойчивости зданий.
Способ измерения объектов - парное сравнение. Преимущества выбранного метода оценки: данный метод позволяет установить равенство объектов оценки или соответствующие предпочтения среди них путем выявления в каждой паре наиболее значимого объекта [112].
Количество экспертов, привлекаемых к оценке - 3. Парное сравнение выполнено на основе следующей системы градаций оценок значимости факторов: 5 - фактор к оказывает большее влияние на устойчивость здания по сравнению с фактором /; г\і= 3 - сравниваемые факторы равнозначны; 1 - фактор к оказывает меньшее влияние, чем фактор /, где г\/ - экспертная оценка каждой пары факторов устойчивости [111].
По результатам выполненного опроса (парной оценки) степени влияния на общую устойчивость зданий трех различных групп факторов получены следующие матрицы парных сравнений (таблица 2.3) [111].
Из таблицы 2.3 видно, что вклад каждого фактора в общую устойчивость здания оценен экспертом № 1 в виде следующего ранжированного ряда: w3 w1 w2, где w1 – вес экологического фактора, w2 – социального и w3 – экономического. Эксперт № 2 в равной степени оценил значимость экологического и социального факторов, при этом экономический фактор признан более значимым по сравнению с другими двумя факторами. Эксперт № 3 равнозначно оценил рассматриваемые группы факторов.
Для проверки согласованности полученных мнений экспертов был использован коэффициент конкордации, рассчитанный по формуле (2.6):
где S - сумма квадратов отклонений всех оценок рангов каждого объекта экспертизы от среднего значения;
р - число экспертов;
т - число объектов экспертизы.
Коэффициент конкордации изменяется в диапазоне 0 W 1, при этом значение 0 характеризует полную несогласованность мнений экспертов, 1 - полное единодушие экспертов.
Ниже, в таблице 2.4 представлены результаты расчета коэффициента согласованности экспертного мнения.
Проверяем условие сходимости: max (0,314-0,314,0,267-0,267,0,419-0,419)= 00,001, следовательно условие (2.11) выполняется.
Проверяем условие нормировки (2.12):
w=0,314+0,267+0,419=1 – условие нормировки выполняется.
Таким образом, на 3-ем шаге расчета выполняется условие выхода, что позволяет принять за групповую оценку степени влияния на устойчивость здания каждого фактора вектор вида: w= [0,314 0,267 0,419]T, где 0,314 – вес экономической группы факторов в общей устойчивости здания; вес социальной – w2=0,267, экологической – w3=0,419 [111].
Для факторов экологической, экономической и социальной групп предложены показатели, наиболее полно раскрывающие содержание этих факторов, в количестве 6 показателей, минимально необходимых и достаточных, на наш взгляд, для оценки устойчивости строительного объекта и территории застройки на этапе перехода строительной отрасли на стандарты устойчивого развития (таблица 2.6).
Пример комплексной оценки эффективности реализации 3 –х альтернативных вариантов энергоресурсосберегающих решений на примере жилого здания в г. Ростове-на-Дону
Выполним комплексную оценку эффективности реализации 3-х альтернативных вариантов ресурсосберегающих решений, на примере жилого здания по пр. 40-летия Победы, д. 67/1.
Технико-экономические показатели рассматриваемого здания были приведены в подразделе 3.1. Удельный расход тепловой энергии на отопление в здании до капитального ремонта – 212,9 кДж/м2Ссут. Класс энергетической эффективности – Е. Реализации энергетически обязательных ЭРР в указанном здании с учетом его остаточного срока службы экономически оправданна, т.к. Кэ1.
Ниже в таблице 3.14 представлены сформированные группы альтернативных вариантов ЭРР, планируемых к реализации в ходе капитального ремонта здания.
Вариант № 1 предусматривает проведение работ по капитальному ремонту здания с включением в их состав всех энергосберегающих мероприятий, представленных в таблице 3.14. Цель работы – повысить уровень энергетической эффективности объекта.
Вариант №2 предусматривает проведение на объекте выборочного капитального ремонта с энергосберегающими мероприятиями в том же составе, что и Вариант №1, за исключением работ по утеплению фасадов здания.
Вариант № 3 предусматривает проведение на объекте выборочного капитального ремонта без мероприятий по утеплению фасадов здания и замены оконных/дверных блоков на металлопластиковые. Цель вариантов № 2 и № 3 – сохранение уровня энергетической эффективности здания на заданном уровне.
Для каждого из рассматриваемых вариантов был выполнен расчет остаточной стоимости жизненного цикла здания и оценка устойчивости, достигаемой им при реализации каждого из 3-х рассматриваемых вариантов ЭРР.
При расчете остаточной стоимости жизненного цикла здания в единовременные затраты включена полученная на основе РТМ величина затрат на реализацию каждого варианта (таблица 3.15). В соответствии с требованиями ФЗ 261 отдельно выделена стоимость энергетически обязательных и необязательных мероприятий.
Выполним оценку достижения каждым вариантом ЭРР показателей устойчивости экологической, социальной и экономической групп.
Х11 для всех трех вариантов будет равен 0, т.к. класс энергетической эффективности здания после реализации 3-х вариантов ЭРР ниже класса «В». X12=0, т.к. проектом не предусмотрены мероприятия по использованию альтернативных источников энергии в работе инженерных систем здания.
Далее выполним расчет снижения выбросов парниковых газов, образующихся при выработке тепла, необходимого на отопление каждого их 3 рассматриваемых вариантов. Количество топлива, требуемое для выработки тепла на отопление жилого дома (таблица 3.16), принимаем на основе данных справочной таблицы 3.17.
Произведем сравнительную оценку соответствия предложенных вариантов ресурсосберегающих решений социальной составляющей устойчивости здания.
Варианты № 1 и № 2 предусматривают замену старых деревянных оконных блоков на энергоэффективные двухкамерные стеклопакеты Rehau, которые будут не только снижать уровень тепловых потерь здания, но и обеспечивать дополнительную защиту помещений от внешнего шума, поэтому X21 =0,15. Планируемые в рамках капитального ремонта мероприятия не затрагивают качество воздуха внутри помещений и защиту здания от ЭМИ, поэтому для вариантов № 1 и № 2 X21=0,15, а для Варианта № 3 X21 примем равным 0.
Автоматизация узлов управления системы отопления, предусмотренная во всех 3-х вариантах, обеспечит регулирование подачи теплоты в системы отопления здания в зависимости от изменения параметров наружного воздуха с целью поддержания заданной температуры воздуха в отапливаемых помещениях, поэтому X22 примем 0,15.
Планируемые варианты ресурсосберегающих решений в рамках капитального ремонта здания не предусматривают изменение его объемно-планировочных решений и не включают в свой состав мероприятия по созданию доступной среды жизнедеятельности для маломобильных групп населения, улучшению визуальной среды города, благоустройству и озеленению прилегающей территории, поэтому X23= X24 = X25 = X26 = 0. (таблица 3.20).
Выполним оценку экономической составляющей предложенных вариантов ресурсосберегающих решений. Расчетный период (интервал проведения комплексного капитального ремонта с учетом энергосберегающих мероприятий) примем в размере 30 лет. Основанием для принятия такого периода стали результаты исследований [139, 140], которые показали, что проведение комплексных капитальных ремонтов, включающих энергосберегающие мероприятия, с такой максимальной периодичностью предотвращает снижение срока эффективной эксплуатации здания, так как на протяжении всего срока службы здание находится в зоне нормальной эксплуатации. Кроме того, средний срок эффективной эксплуатации теплоизоляционных материалов, применение которых, как показали расчеты, приводит к значительному снижению энергетических затрат здания, тоже составляет 30 лет [141].
Расчеты выполним для двух вариантов: при ежегодном росте тарифов на 6 и 7 % и норме дисконтирования 11 %. Ниже в таблице 3.21 представлены полученные результаты расчетов.