С 1880 года до нашего времени содержание парниковых газов в атмосфере выросло более чем на 20 %, одновременно увеличилась температура планеты, последствия чего каждый может наблюдать своими глазами. По данным Международного энергетического агентства (International Energy Agency), при сохранении нынешней тенденции температура планеты вырастет так же на 1–3,5 °С в ближайшее столетие (www.iea.org). В этой, прямо скажем, безрадостной картине вклад строительной сферы в усиление парникового эффекта весьма ощутимый. все - таки примерно половина энергии, расходуемой в промышленно развитых странах, идет на кондиционирование и освещение зданий, а также производство строительных материалов, таких как сталь, алюминий, стекло, цемент, кирпич, пластмассы, давая при этом большие объемы СО2 и других загрязняющих веществ.

В 1997 году Европейский Союз взял на себя обязательство в рамках Киотского протокола, вступившего в силу 16 февраля 2005 года, уменьшить в период с 2008 по 2012 годы выбросы парниковых газов на 8 % по сравнению с уровнем 1990 года, в том числе путем возведения более эффективных городов и зданий. Известно также, что с 2006 года станет обязательной энергетическая сертификация зданий, что должно сделать прозрачной их фактическую эффективность и стимулировать проектирование энергетически эффективных объектов. Строительство энергетически эффективных объектов означает не только сокращение энергетической зависимости страны от импорта энергоносителей и снижение вредных выбросов в атмосферу, но и ощутимую экономию средств как для государства, так и для каждого отдельного потребителя. По данным комитета Enea (www.enea.it), в домах итальянцев расходуются в среднем 160 кВт•ч/м2 в год, из которых 106 –  на отопление, 20 – на приготовление горячей санитарной воды, 9 –  для кухни и 25 – на электричество. Кроме того, здания жилого сектора и предприятий обслуживания являются наиболее крупными потребителями энергии вообще – на их долю приходится свыше 30 % общего объема потребляемой в Италии энергии.

На на данный момент стандартизированные параметры энергопотребления на отопление в Европейском Союзе варьируются от 250 кВт•ч/м2 в год для зданий, построенных до введения нормативов энергосбережения (1950–1975 годы), до 70 кВт•ч/м2 в год для зданий с низким энергопотреблением (с 1980х годов до настоящего времени) и ниже, до 30 кВт•ч/м2 в год, для зданий класса CasaClima A и даже 15 кВт•ч/м2 в год для объектов категории passivhaus.

В Италии 86 % потребляемой энергии добывается из невозобновляемых источников, таких как нефть, природный газ и уголь. В 2002 году внутренние потребности в нефти были удовлетворены на 94 % за счет импорта. Спрос на твердые виды топлива практически стопроцентно покрывался импортом. Постоянно растущая энергетическая зависимость от пост природного газа составляет на данный момент более 80 %. При такой структуре энергопотребления используются, в основном, невозобновляемые источники, дающие сильное загрязнение окружающей среды, как для расширения строительства зданий с низкими показателями загрязнения необходимо, в первую очередь, снизить потребности в первичной энергии, а для удовлетворения оставшейся потребности шире использовать возобновляемые источники.

Действующая нормативная документация и задачи энергосбережения
Сокращение энергопотребления и соответствующие регламенты и нормативная документация имеют безусловное фундаментальное значение как с политикоэкономической, так и технической и технологической точек зрения. Первый национальный законодательный акт в отношении энергосбережения в Италии был принят в 1976 году, и его применение в строительной отрасли, в частности, позволило существенно уменьшить энергетические потребности за счет введения ограничений на энергопотребление и выполнения соответствующей теплоизоляции на объектах с высоким индексом теплового рассеяния. В 1991 году был принят действующий до сих пор закон 10, призванный заменить и интегрировать предыдущий и окончательно устаревший закон 37 Среди наиболее значительных новшеств нового законодательного акта, где впервые вводится понятие интегрированной системы инженернотехнического обеспечения строительного объекта, хотя и только в отношении кондиционирования воздуха в зимний период, следует в первую очередь упомянуть ст. 30, касающуюся энергетической сертификации зданий. Принятый впоследствии указ президента республики 412/93, считающийся механизмом применения данного закона, регламентирует среди прочего вопросы применения, проектирования, исполнения и ответственности в части эксплуатации и обслуживания тепловых сетей зданий различного назначения. Следует, однако, подчеркнуть, что соблюдение указанного закона на на данный момент все так же не стало нормой и слабо контролируется как на уровне правительства, так и на уровне областных и местных администраций, особенно в отношении фактического контроля исполнения, проводимого лишь эпизодически. Что же касается европейской нормативной документации, то основным в этом вопросе является европейский регламент 2002/91/СЕ об энергетической эфф. строительной отрасли, введенный в действие в Италии законом 192 от 19 августа 2005 года. Задача, выдвигаемая европейским регламентом, – повышение общей энергетической эффективности сооружений в странахчленах Евросоюза и защита окружающей среды.

Наряду с этим в Евросоюзе действуют и другие инструменты, призванные стимулировать проектировщиков создавать объекты с низкими показателями энергопотребления. В качестве примера можно упомянуть швейцарский стандарт Standard Svizzero Minergie – это городской технический регламент, применявшийся в г. Фрибурге для проектирования квартала Ваубан и текущей энергетической сертификации объектов категории CasaClima в итальянской провинции Больцано.

Швейцарский знак качества Minergie, появившийся в 1999 году, присваивается изделиям и услугам, обеспечивающим рациональное использование энергетических ресурсов при сокращении вредных выбросов в атмосферу. Чтобы быть удостоенным знака качества, изделие или услуга должны отвечать целому ряду требований, среди которых сокращение потребления ископаемого топлива не менее чем на 50 %, высокий уровень комфорта пользователя, при этом общая дополнительная стоимость строительного объекта не должна превышать 10 %. Для того, чтобы иметь право обратиться с заявлением о присвоении знака качества Minergie отдельным элементам или частям здания, необходимо, чтобы они отвечали установленным требованиям, таким, например, как звукопоглощающая способность кровли и кирпичных стеновых перегородок не ниже 45 дБ, предельно допустимый коэффициент теплопередачи U 0,20 Вт/м2•°С для непрозрачных элементов и Uw 1,30 Вт/м2•°С для элементов с оконным остеклением.

В г. Фрибурге в 1992 году муниципальные власти приняли решение стимулировать энергосбережение и распространение опыта возведения объектов с низким энергопотреблением. Такая политика, в частности, нашла применение в квартале Ваубан, раскинувшегося на площади 38 га и чрезвычайно соблазнительного с точки зрения недвижимости, поскольку отсюда до центра города все лишь три километра. на данный момент квартал застроен зданиями, расходные параметры которых варьируются в диапазоне от 65 кВт•ч/м2 в год до категории passivhaus и даже plusenergiehaus, куда относятся здания, кровля которых обращена строго на юг и целиком выполнена из солнечных батарей, что позволяет таким домам иметь положительный энергетический баланс.

Внутри квартала земля поделена на участки в индивидуальном и кооперативном владении. Это обстоятельство дало проектировщику абсолютную свободу выражения при условии соблюдения некоторых основных требований – энергетическая эффективность, строительное разнообразие, садовопарковые зоны, естественный отвод и вторичное использование дождевых вод, приоритет общественному транспорту и, как следствие, развитие пешеходных зон и велосипедных маршрутов.

При помощи сертификации CasaClima провинция Больцано решила стимулировать развитие новых строительных технологий, направленных на экономию энергоресурсов и охрану окружающей среды, и на то, чтобы предоставить пользователю полностью понятную информацию об энергетических параметрах здания его дома. Цель данной сертификации вполне совпадает с целями будущей энергетической сертификации, а именно: сделать полностью прозрачной стоимость отопления сооружения и таким образом способствовать его продаже или аренде как объекта недвижимости. Все здания здесь классифицированы по энергетическому индексу (отопление), выражающемуся в кВт•ч/м2 в год и имеющему буквенное обозначение от А (потребление менее 30 кВт•ч/м2 в год) до G (потребление более 160 кВт•ч/м2 в год).

Зданию может быть присвоена также категория CasaClimapiu’, если в его конструкции использованы экологические материалы, а для отопления используются возобновляемые источники энергии (в любом случае, здание такой категории должно иметь тепловую потребность для отопления менее 50 кВт•ч/м2 в год).

Результатом развития конструкторских и строительных технологий и материалов стало строительство зданий со все более низкими параметрами энергетической потребности, что достигается, с одной стороны, улучшением теплопроводных характеристик материалов, с другой стороны, применением возобновляемых источников энергии.

На на данный момент из всех современных энергосберегающих технологий чрезвычайно интересным представляется стандарт passivhaus, введенный в обиход в конце 1980х годов институтом Passiv Haus Institut в Дармштадте (Phi). В соответствии с ним зданию присваивается категория «пассивного объекта», если его отопительные потребности ниже 15 кВт•ч/м2 в год.

При таких низких значениях дом категории passivhaus может вообще обойтись без традиционной системы кондиционирования, поскольку регулирование микроклиматических условий и качества воздуха в этом случае можно обеспечить за счет одной лишь системы регулируемой механической вентиляции с регенерацией тепла.

В странах северной Европы, где здания такого рода успешно прошли широкое апробирование, энергетическая классификация выразилась во вполне конкретных и точных функциональных параметрах, определяемых для всех компонентов системы инженернотехнического обеспечения.

На объекте класса passivhaus, прежде чем оптимизировать получ. и переработку непосредственно получаемой зданием солнечной энергии, проводятся работы по сокращению рассеяния, для чего выполняется полная тепловая изоляция оконных блоков и стеновых перекрытий с тщательной проверкой объекта на наличие тепловых мостов.

Вентиляция в объемах, предусмотренных действующими регламентами, обеспечивается системой регулируемой механической вентиляции, хотя в периоды более мягкой погоды для проветривания помещений можно просто открывать окна. Такая система зачастую дополняется различными устройствами, такими как подвальный теплообменник, регенератор тепла отработанного воздуха с интегрированным последующим нагревом (тепловой насос, отопительный котел на стружечных брикетах, централизованное отопление и проч.), дополняющими систему регулирования микроклимата.

Отличительной чертой зданий класса passivhaus является повышенная герметичность строительной коробки, параметры которой тщательно проверяются на этапе приемочных испытаний путем тестирования продувкой (www.passiv.de).

В североевропейских странах для компонентов здания данного вида установлены следующие предельно допустимые параметры:

k теплопередачи непрозрачных компонентов – 0,15 Вт/м2•°C;

k теплопередачи оконных блоков – < 0,80 Вт/м2•°C;

линейный k теплового моста – y 0,01 Вт/м•°C;

система механической вентиляции с регенератором тепла – h 80 %.

Благодаря широко проводившимся в последнее десятилетие экспериментам на данный момент строительство дома категории passivhaus в северной Европе вполне конкурентоспособно, поскольку дополнительные расходы при этом не превышают 10 % по сравнению с расходами на строительство объекта по действующим нормативам энергосбережения.

В странах со средиземноморским климатом, таким как в центре и на юге Италии, лишь в самые последние годы стали появляться такие дома. С одной стороны, климатические условия здесь в зимний период более благоприятные по сравнению с центральной Европой; с другой стороны, для организации летней эксплуатации требуются новые конструкторские подходы вплоть до пересмотра определенных параметров Phi в целях предотвращения перегрева здания, в том числе за счет оптимизации его тепловой емкости, организации экранирования и вентиляции, свойственных нашим конструкторским традициям.

Чрезвычайно интересным представляется опыт проекта Cepheus (Cost efficient passive houses as European standards), в рамках которого на протяжении четырех лет (1998–2002 годы) тестировались различные энергосберегающие методики, а затем поставлена задача провести мониторинг эксплуатации 250 зданий в пяти странах Евросоюза.

Ожидаемые результаты эксперимента – техникоэкономическое обоснование новой энергетической модели, дополнительная стоимость которой не превышает 10–15 %, компенсируемых экономией эксплуатационных расходов в обозримо приемлемые сроки. Кроме того, поставлена задача установить, какой воспринимается новая модель строителями, конструкторами и конечными пользователями.

Как демонстрирует опыт ряда реализованных проектов, хотя конструктивно типология такого строительства весьма близка к конструкторской практике североевропейских стран, она может дать лишь общие рекомендации о типах используемых материалов и общей методике возведения зданий класса passivhaus в Италии.

В Италии такие объекты уже существуют. Строились они по различной технологии: деревянные или железобетонные конструкции с легкими наполнителями или керамическим заполнением либо даже металлическая структура с легким наполнителем.

Методология
В рамках осуществляемого проекта изучения зданий с низкими показателями энергопотребления и внедрения объектов класса passivhaus с целью установить, насколько реалистично применение таких моделей в строительной отрасли центральной Италии, была предпринята первая попытка перерасчета параметров строительного объекта, имея в качестве ориентира энергетический класс порядка 15 кВт•ч/м2 в год.

Для этого был выбран жилой объект в центральной Италии, простой по конструкции и с применением материалов, отвечающих требованиям действующего регламента в части параметров энергопотребления. После изучения здания были предложены определенные меры по улучшению его энергетической эфф. в режиме зимней эксплуатации.

Использованная методика имеет два фундаментальных момента: первая проверка позволила определить функциональные параметры в целом по классу passivhaus, вторая велась только в отношении показателей энергоэффективности по отоплению с менее жесткими показателями.

В аналитической статье публикации представлены результаты именно второй работы, которые доказывают, что в менее суровых климатических условиях, чем на севере Италии, нет нужды в применении столь жестких показателей теплопроводности, которые предлагаются институтом Rhi. И действительно – результаты первой работы дали энергетический индекс ниже 15 кВт•ч/м2 в год, который является предельно допустимым значением для класса passivhaus.

Вторая работа выполнялась методом аналитического анализа с использованием метрических расчетов экономических показателей и экологических факторов, коррелирующихся с установленными показателями.

Приводимые ниже результаты показывают, насколько реальной представляется реализация объектов класса passivhaus со сроками окупаемости капиталовложений порядка 10–15 лет, что по сравнению со сроком службы здания новой постройки представляется вполне приемлемыми, особенно с учетом мер стимулирования, осуществляемых администрацией города, где проводилось исследование.

В частности, энергетические показатели рассчитывались на весь отопительный период и сезонную полезную энергетическую потребность в непрерывном режиме Qh (МДж) согласно требованиям европейского регламента 832 при помощи уравнения:

где Ql – энергия, рассеянная за счет теплопередачи и вентиляции через строительную коробку;

hu – индекс использования, учитывающий поведение здания в динамике;

Qi – доля энергии, генерируемой внутренними источниками;

Qs – доля энергии, генерируемой солнечным излучением через прозрачные и непрозрачные конструкции.

Для определения энергетической потребности на отопление в отношении полезной отапливаемой площади qh (кВт•ч/м2 в год) необходимо разделить сезонную полезную энергетическую потребность в непрерывном режиме Qh на используемую отапливаемую полезную площадь А:

Чтобы с экономической точки зрения оценить, насколько реализуемы предложенные меры экономичности энергоресурсов, и, следовательно, определить степень экономической выгоды, необходимо убедиться, что дополнительные затраты окупятся в приемлемые сроки. Поэтому необходимо рассчитать при помощи формул финансовой математики некоторые экономические индексы: срок окупаемости (СО) и полученная экономия (ПЭ) в абсолютных и сравнительных показателях в случае использования новых энергосберегающих технологий.

Срок окупаемости есть наиболее распространенный экономический показатель, и во множественных случаях его вполне достаточно для определения рентабельности капиталовложений: этим показателем определяется число лет, требующихся для того, чтобы сумма ежегодно сэкономленных средств (кассовый поток (КП), представляющий сбережения, возникающие изза уменьшения эксплуатационных энергетических затрат, создаваемых произведенными капиталовложениями) сравнялась со стоимостью или дополнительной стоимостью таких капиталовложений (К). Чем меньше значение СО, тем выгодней вложение капитала. В случае, если СО превышает срок, определяемый как полезный срок службы произведенных работ по экономии энергоресурсов, вложение капитала нецелесообразно.

Значение СО определяется следующей формулой:

Помимо соображений энергетической и экономической целесообразности, необходимо провести оценку экологической выгоды, ожидаемой от здания класса passivhaus. На самом деле, всякое конечное потребление энергии дает определенный объем специфических выбросов СО В Италии по газу метан это значение составляет 230 г/кВт•ч, по электроэнергии – 580 г/кВт•ч. Оценка данных параметров требуется, чтобы оценить, насколько такое здание уменьшит выброс парниковых газов.

Рассматриваемый пример
Здание, выбранное в качестве контрольного образца ( , представляет собой отдельный жилой дом, расположенный на окраине населенного пункта в центральной Италии. Общая площадь дома 104 м2 делится на два уровня: на первом этаже расположены гостиная, кухнястоловая и туалет общей площадью 53 м2 плюс веранда 18 м2, на втором этаже расположены три комнаты и туалет общей площадью 51 м2 плюс лоджия 5 м Строительная коробка прямоугольная железобетонная, перекрытия из керамоцемента, кровля деревянная, выполнена в виде балок со стропилами, черная кровля, сверху стяжка и черепица.

Здание проектировалось с соблюдением всех действующих правил в части энергосбережения. Все энергетические показатели, установленные, в частности, законом 10/91, соблюдены. В табл. 1 приведены основные расчетные показатели.

Реконструкция по стандарту энергосбережения passivhaus
С целью уменьшить годовую энергетическую потребность на отопление рассматриваемого здания, оценивавшуюся в объеме 114 кВт•ч/м2 в год, был предложен ряд мер, призванных сократить этот показатель до 15 кВт•ч/м2 в год. Была улучшена тепловая сопротивляемость непрозрачных и прозрачных компонентов здания с одновременной ориентацией на бесплатную энергию, оптимизацией проемов и применением высокоэффективных систем кондиционирования при сохранении существующей строительной коробки и соблюдении требований действующих национальных регламентов в отношении градостроительства (минимально допустимая высота, расстояния от границ участка, площади, на которых разрешено строительство).

Для этого сначала были проанализированы удельные функциональные параметры, рекомендуемые дармштадским институтом Passivhaus в отношении компонентов строительной коробки и сети кондиционирования. В первом варианте расчета энергетическая потребность на отопление оказалась даже ниже стандарта passivhaus.

Затем был выполнен второй расчет, при этом удельные функциональные параметры не рассматривались, а учитывалась только задача доведения показателя энергопотребности до рекомендуемой стандартом, что, конечно же, потребовало определения удельных функциональных параметров, наиболее подходящих для специфических климатических условий Италии, где погода не такая холодная, как в северной и центральной Европе, где изначально был разработан данный стандарт.

Выполнялось усиление теплоизоляции, и работы по минимизации тепловых мостов (табл. . В частности, выбранная система теплоизоляции укрывного типа значительно уменьшает тепловые мосты и предотвращает образование конденсата, улучшает тепловую инерцию здания, повышает поверхностную температуру различных слоев, образующих строительную коробку, и, как следствие, повышает внутренний комфорт. Поэтому помимо задачи минимизации затрат при выборе строительных материалов конструкторы руководствовались в первую очередь их физикотехническими и экологическими параметрами.

В отношении технологии кондиционирования была предложена система регулируемой механической вентиляции с интегрированным компактным регенератором тепла (h = 85 %), тепловым насосом и небольшим бойлером для приготовления горячей санитарной воды, подключенным к солнечным батареям (габаритные размеры 67 х 60 х 215 см, мощность 1 200 Вт). Система интегрируется с подвальным теплообменником, предназначенным для предварительного нагрева и предварительного охлаждения воздуха (находится на глубине около 2 м), имеет длину около 50 м и уклон 2 % для слива образующегося конденсата. Воздух вытягивается из служебных помещений (кухня, туалеты) и подается в основные помещения (спальни, гостиная, кабинет, столовая). Забор наружного воздуха осуществляется через несколько фильтров на высоте 2 м от земли вдали от вероятных источников загрязнения, отвод отработанного воздуха идет через крышу. В основе выбора оборудования лежит анализ экологических и экономических особенностей существующих на данный момент технологий с самым низким энергопотреблением.

Анализ преимуществ, стоимости, экономических и экологических факторов
Чтобы определить и оценить, насколько экономически выгодно выполнение работ по энергетическому улучшению, необходимо детально проанализировать стоимостные показатели здания, сконструированного и построенного в соответствии с требованиями закона 10/91 (qh = 114 кВт•ч/м2 в год), и здания с параметрами, рекомендуемыми стандартом passivhaus (qh = 15 кВт•ч/м2 в год). Оценка стоимостных параметров выполнялась на основе областных прейскурантов, а там, где они отсутствовали, по сметам специализированных организаций, занимающихся монтажом и обслуживанием специальных систем и оборудования, так же мало представленных на итальянском рынке.

На 2 и 3 приведены доли энергозатрат по отдельным видам компонентов здания, выбранного в качестве контрольного образца, и рекомендуемого стандартом passivhaus.

Стоимость строительства без учета затрат на первичное и вторичное благоустройство, гонораров техническим консультантам и стоимости земли, для объекта, возводимого по традиционным технологиям, составляет примерно 89 000 евро или 860 евро за квадратный метр, как для здания, возводимого по стандарту passivhaus, эта стоимость составит 100 200 евро или 920 евро за квадратный метр. Увеличенная стоимость строительства (примерно на 12 %), по расчетам, должна окупиться примерно за 14 лет.

Преимущества в плане экологии проекта весьма существенны. По степени воздействия двух объектов на окружающую среду – традиционного здания и объекта класса passivhaus – были рассчитаны объемы выбросов СО Для здания традиционного типа по газу метан это значение составляет 3 389 кг СО2 в год, по электроэнергии – 1 211 кг СО2 в год, что в целом составляет 4 600 кг СО2 в год. На «пассивном» объекте потребление метана исключено, а расход электроэнергии составляет около 2 554 кВт•ч в год, что соответствует выбросу в атмосферу всего 1 481 кг СО2 в год. строительство здания по технологии passivhaus помимо того, что вполне соблазнительно с экономической точки зрения, вносит значительный вклад в оздоровление окружающей среды и сокращение выбросов парниковых газов, и, следовательно, способствует реализации задач Киотского протокола и энергетической сертификации зданий.

Заключение
Анализ общего состояния энергопотребления и в Европе, и в Италии показывает, что задача скорейшей реализации мер по обеспечению энергетической эффективности строительной области вышла в разряд первоочередных. Особенно в свете требований по энергетической сертификации зданий, вступивший в силу в Италии в январе 2006 года.

Политика энергосбережения и в Европе, и в Италии должна ориентироваться в первую очередь на такие параметры, которые могли бы обеспечить сокращение энергопотребления при сохранении оптимальных комфортных условий в жилых помещениях, в том числе посредством мер экономического стимулирования со стороны местных органов власти.

Экономический анализ проекта энергетической реконструкции показал, что у проекта весьма неплохие перспективы, особенно с учетом новых видов строительных материалов и технологий, которые появятся на рынке в ближайшие годы: в рамках нового равновесия м. спросом и предложением есть основания ожидать появления продукции с лучшим соотношением ценакачество.

И, наконец, весьма важно, как будут осуществляться пилотные проекты, и, особенно, как поведут себя при этом властные структуры, которые, безусловно, должны адаптировать энергетические параметры жилых объектов с низким энергопотреблением (например, категории CasaClima A или B) и класса passivhaus к местным климатическим условиям и специфике местного строительного рынка, чтобы они были практически выполнимы в рамках местной строительной отрасли, и, может быть, даже субсидировать такое строительство, как происходит в провинции Больцано.