Иванов Г.С. - «Новый» подход вызывает недоумение

«Новый» подход вызывает недоумение

автор Г.С.Иванов

Журнал "Окна и двери" ? 5 (74) 2003 год

В статье В.К. Савина [1] отмечается, что идея принятой в 2001 г. Федеральной целевой программы "Энергоэффективная экономика" на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года - "на деле остается политическим лозунгом, упакованным в красивые слова". В качестве иллюстрации приводится отрицательный пример реализации программы Госстроем РФ, которым в 1994 г. была поставлена задача при разработке новых строительных норм (изменений ? 3 СНиП И-3-79*) обеспечить снижение потребности в тепловой энергии на отопление зданий на 20% (первый этап) и на 40 % (второй этап) с 2000 г.

Автор умалчивает о том, что в целях получения указанной экономии в новых нормах были установлены без экономических обоснований повышенные более чем в три раза требования к уровню теплозащиты наружных стен зданий, т.е.решение проблемы энергосбережения ошибочно сведено к утеплению зданий, поскольку декларируемое 40% снижение энергопотребления физически недостижимо по двум причинам:

а) доля теплопотерь теплопроводностью через оболочку не превышает 20%;

б) из-за   гиперболической  зависимости  теплопотерь  от толщины дополнительного слоя теплоизоляции, при которой эффект энергосбережения быстро затухает.

Приводимые автором в табл.1 сведения об объемах ввода новых жилых домов нуждаются в некоторых уточнениях: почти вдвое возросла стоимость строительства;, объемы ввода нового жилья в 2000 г. сократились до 30 млн. кв.м (около 50% к уровню 1990 г.), достигнув абсолютного минимума за последние 40 лет, что совпало с первым годом внедрения второго этапа повышенных нормативных требований к теплозащите зданий. При этом в решении проблемы энергосбережения в градостроительном комплексе заметных сдвигов не произошло: экономия топлива в стране составила менее 0,1%. Да их было нельзя и ожидать по указанным выше причинам.

Автор наивно полагает, что проблему энергосбережения в России возможно решить путем создания всего лишь "простого и надежного метода расчета энергоэффективности оболочки здания... с помощью безразмерных чисел, которые легко превращаются в размерные". Попытка обоснования такого подхода сводится к бездоказательной критике существующих методов нормирования уровня теплозащиты ограждающих конструкций, например:

"ранее в нормах было предусмотрено два этапа расчета уровня теплозащиты наружных ограждающих конструкций";

"во всех вариантах расчетов применялся нормативный коэффициент срока окупаемости, который показывает, за какое время более капитальный вариант ограждения окупится за счет экономии текущих эксплуатационных затрат";

"другой метод, основанный на соизмерении доходов и расходов с привлечением метода дисконтирования, не использовался";

"экономические методы расчета ...ведутся в денежном выражении: рублях...или долларах, которые не являются эквивалентом при обмене товарами...";

"по сроку окупаемости за счет экономии текущих эксплуатационных затрат нельзя судить о теплоэнерго-эффективности наружных ограждающих конструкций";

"в экономических расчетах не учитывается срок службы отдельной ограждающей конструкции и всего здания в целом".

Невозможно принимать всерьез эти замечания в качестве доказательств целесообразности отказа от экономических методов в пользу безразмерных чисел, о чем свидетельствуют следующие факты:

В СНиП 11-3-79** было предусмотрено два независимых уровня (а не два этапа) теплозащиты ограждающих конструкций: минимально допустимый , определяемый по формуле (1), и экономически целесообразный , определяемый по формуле (17) СНиП, которая отменена в 1995 г. изменениями ? 3.

Дисконтирование применимо в строительной теплотехнике лишь при условии несовпадения дисконта цен на материал утеплителя и тепловую энергию, дисконтирование невозможно при отсутствии категории прибыли, например, при оптимизации уровня теплозащиты ограждений по минимуму приведенных затрат [2].

Нормативный коэффициент срока окупаемости неизвестен, ранее применялся коэффициент экономической эффективности дополнительных капиталовложений = 0,08-0,12, являющийся, по современной терминологии, показателем рентабельности.

Во всем мире денежные единицы служат товарным эквивалентом.

В экономических обоснованиях учитывают расчетный срок службы ограждающих конструкций и зда-ний;стены в зданиях не окупаются в отличие от срока окупаемости дополнительного слоя утеплителя, определяемого при учете стоимости сэкономленной тепловой энергии в период эксплуатации здания.

Срок окупаемости, t = 1 / Е, год - это обратная величина показателя рентабельности Е, 1/год. Эти величины используют в мировой практике для оценки экономической целесообразности дополнительных капиталовложений, например,на утепление зданий.

Статья В.К. Савина содержит множество других неточностей и необъяснимых ошибок, которые приводят к недостоверным результатам вычислений и выводам. Укажем на главные из них с краткими пояснениями:

1 .Формула (1) этой статьи, , при размерности Вт/м2, некорректна, т.к. плотность потока не является удельными энергетическими затратами, а слагаемые при одинаковой размерности имеют различный физический смысл.

2. По формуле (2), , Вт/м2, определяют плотность теплового потока; для определения удельных эксплуатационных затрат, имеющих другую размерность, кВт ч/(м2 год), она непригодна.

3. Формула (3), , Вт/м2, лишена физического смысла и при размерности плотности теплового потока не может применяться для определения "удельной энергоемкости ТЭР наружного ограждения с учетом срока его службы". Возведение в неизвестную степень п безразмерной величины в скобках при ее значении < 1 абсурдно, поэтому формула (3) могла бы быть отнесена к категории "теплофизики шутят".

4. Формула (4), (здесь индекс z - время, час, значение отсутствует; при размерности плотности теплового потока, Вт/м2), также непригодна для определения удельной энергоемкости ТЭР. Отметим, что далее этот же индекс z служит автору и сроком службы ограждения, и продолжительностью отопительного периода.

5. Замена величины сопротивления теплопередаче R0 ее обратной величиной - коэффициентом теплопередачи К = 1/ Ro - приводит автора к формуле (7) при сохранении ранее допущенных и наслоении новых ошибок:

5.1. В формуле (7) выражение автор принимает за коэффициент аккумуляции тепла 1 м2 элемента наружного ограждения. Однако известно, что является коэффициентом теплопередачи, Вт/(м2 К), который измеряется количеством тепла, проходящего в течение 1 ч через 1 м2 ограждения при разности температур воздуха с одной и с другой стороны, равной 1°, и никакого отношения к аккумуляции тепла не имеет.

5.2. Безразмерному коэффициенту, определяемому по формуле (9), , автор приписывает "глубокий теплофизический и экономический смысл", которым на самом деле он не обладает. Раскроем физический смысл этого коэффициента, подставляя в формулу (9) принятые автором значения Ro = 1 и из формулы (4). В результате получим, что , т.е. коэффициент равен коэффициенту теплопередачи со свойствами, указанными в п. 5.1., и другими качествами не обладает.

5.3. Вызывает недоумение замена срока службы ограждения "безразмерной величиной , размерность которой оказывается [ч / сут] * [год], и далее почему-то превращается в , где D - градусо-сутки отопительного периода , 25 - количество лет с общей размерностью [град.-сут. х год ] "безразмерного критерия Sa".

В целом, формулы автора (1-12) представляются ошибочными и непригодными для оптимизации уровня теплозащиты ограждающих конструкций. Результаты вычислений с их использованием (табл. 2 и 3) не могут быть признаны достоверными, так же, как примеры расчета в конце статьи.

Возникает закономерный вопрос о целесообразности использования в экономических исследованиях безразмерных величин, и может ли такой подход быть полезным при условии устранения выявленных в статье ошибок. Простые расчеты показали, что дополнительные энергозатраты на изготовление ограждающих конструкций, приведенные к годовой размерности, С(m) / N, в несколько раз меньше значений ежегодно сберегаемой ограждением тепловой энергии Р(m). Их доля в сберегаемой (теряемой) тепловой энергии ничтожна и может в расчетах не учитываться.

Задача по оптимизации уровня теплозащиты ограждающих конструкций и в целом оболочки зданий может быть решена на строго научной основе, что показано в наших публикациях [2-6], которые связаны со следующей предысторией.

Как известно, ошибочная формула (17) СНиП Н-3-79**, основанная на использовании некорректной записи исходного выражения приведенных затрат, была исключена без замены изменениями ?3 в 1995 г, что явилось одной из причин появления не имеющих экономических обоснований повышенных нормативов (табл.1 а и табл. 16) теплозащиты ограждающих конструкций. Взамен исключенной нами разработана новая концепция и методика [6] определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций - .

В основу новой методики положена следующая расчетная экономическая модель: толщина дополнительного слоя и связанного с ним экономически целесообразного сопротивления теплопередаче П"к, зависят от коэффициента повышения уровня теплозащиты ограждения в m раз и обладает дополнительной стоимостью , руб/м2, которая определяет размер требуемых инвестиций на утепление ограждений. Дополнительный слой теплоизоляции должен снизить трансмиссионные теплопотери через ограждающие конструкции и обеспечить ежегодную прибыль Р(m), руб/ (м2 год), от сэкономленной тепловой энергии при эксплуатации зданий.

Отношение указанных величин является сроком окупаемости, лет, дополнительного слоя теплоизоляции:

(1)

где:

(2)

- единовременные затраты, или стоимость, руб/м2, дополнительного слоя утеплителя;

(3)

- стоимость, руб/м2, ежегодно сберегаемой тепловой энергии.

В формулах (2-3) приняты следующие условные обозначения:

тыс. град ч - характеристика отопительного периода для г. Москвы;

m - безразмерный коэффициент повышения уровня теплозащиты исходной ограждающей конструкции;

- заданное минимально допустимое сопротивление теплопередаче, м2 к / Вт, исходной ограждающей конструкции;

- отношение коэффициентов теплотехнической однородности ограждающей конструкции, соответственно до и после утепления;

- теплопроводность, Вт / (м К), материала дополнительного слоя утеплителя;

- стоимость теплоизоляционного материала, руб/м ;

- дополнительные единовременные затраты на утепление, не зависящие от толщины и стоимости материала теплоизоляции (проектные работы, оснастка и пр.).

Реализация указанной модели с дополнительными граничными условиями приводит к новой формуле для определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче, м2 К /Вт, рекомендуемой для включиния в СНиП взамен исключенной формклы [17]

(4)

где: m >= 1 - коэффициент экономически обоснованного повышения минимально допустимого сопротивления теплопередаче, м2 К /Вт, рекомендуемой для включения в СНиП взамен исключенной формулы [17]:ограждающих конструкций, численно равный абсциссе точки минимума срока окупаемости (или точки максимума показателя рентабельности) стоимости дополнительного слоя теплоизоляции при эксплуатации зданий;

- минимально допустимое требуемое сопротивление теплопередаче, определяемое по формуле (1) СНиП Н-3-79**до внесения в них изменений ? 3. Заметим, что в зарубежной практике срок окупаемости дополнительных капиталовложений на утепление зданий принимают не более 10 лет, сообразуясь с величиной средней ставки банковского кредита.

В заключение следует указать на универсальность нашей методики [6] и расчетных формул, которые полностью применимы для решения задачи оптимизации и при использовании натуральных единиц измерений энергозатрат в зданиях. Для этого достаточно в формулах (2-3) предварительно принять цену тепловой энергии Ст=1, а единовременные затраты разделить на расчетную цену тепловой энергии, руб/кВт ч.

Эффективность от повышения в m раз уровня теплозащиты ограждающих конструкций может быть оценена за расчетный период N, лет, величиной чистой прибыли S(m), руб/м2, от суммарной стоимости ежегодно сберегаемой тепловой энергии Р(m), руб/(м2 год), за вычетом дополнительных затрат , руб/м2 , при расчетном сроке их окупаемости t(m), лет, по формуле:

(5)

Литература

Савин В.К. Энергоэкономический анализ элементов наружных ограждающих конструкций и оболочки здания в целом. - "Окна и Двери", 2002, ? 7-8 (64-65), с. 35-40.

Лобов О.И., Ананьев А.И и др. (всего 24 подписи ученых и специалистов). В защиту отечественного строительства и промышленности строительных материалов. - "Строительный эксперт", 2001, ?10(101), с. 4-5; ?11 (102), с. 10-11.

Иванов Г.С. Дисконтирование при определении эффективности энергосбережения в зданиях. - "Жилищное строительство", 1995. ?9, с. 14-17.

Иванов Г.С., А.Н.Дмитриев А.Н.. Проблема энергосбережения в теплофизическом и экономическом аспектах технического нормирования. - "Промышленное и гражданское строительство",1998, ?10, с. 19-22.

Иванов Г.С., Подолян Л.А. Энергосбережение в зданиях. - "Энергия", 1999, ?12, с. 25-32.

Иванов Г.С. Методика определения экономически целесообразного сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. - "Стены и Фасады", 2002, ? 2 (17-18), с. 29-31.

КОММЕНТАРИЙ РЕДАКЦИИ

В статье д.т.н., проф. В.К. Савина "Энергоэкономический анализ элементов наружных ограждающих конструкций и оболочки здания в целом" (см. "Окна и Двери", 2002, ? 7-8 (64-65), стр. 35-40; ?9 (66), стр. 31-33) предложен метод и методика энергоэкономического расчета, заключающегося в том, что "с целью эффективного использования энергии наружные ограждающие конструкции здания поэлементно (стены, окна, покрытия и полы) рассчитываются по затратам тепла на отопление и затратам энергии на их изготовление и монтаж с учетом срока службы, климатического района строительства и обеспечения в помещении комфортных условий" (цит. но первоисточнику, см. выше). Конечной целью расчета "является нахождение минимального (оптимального) коэффициента теплопередачи и аккумуляции тепла", определяемого по предложенным автором формулам. Задача оптимизации уровня теплозащиты наружного ограждения решается с использованием введенного автором критерия 5а.

Судя по имеющейся информации, статья вызвала интересу специалистов, хотя их оценки далеко не однозначны. Исходя из того, что критические замечания часто даже более важны, чем безоговорочное одобрение, редакция предлагает вниманию читателей статью-отзыв д.т.н., проф. Г.С. Иванова с весьма жесткой критикой основных положений метода и методики д.т.н., проф. в.к. Савина.

Хотя ряд положений, содержащихся в статьях обоих авторов, представляются дискуссионными, редакция ни в коей мере не претендует на роль арбитра и приглашает заинтересованных лиц высказать на страницах журнала свое мнение по данному вопросу. Мы также рассчитываем на аргументированный ответ д.т.н., проф. В.К. Савина.

Следует подчеркнуть, что мнение авторов может не совпадать с мнением редакции. Естественное пожелание авторам - придерживаться норм научной этики и избегать, no-возможности, переходов на личности оппонентов.