Энергомоделирование зданий – инвестиции в прошлое и будущее

Для этих популярных и модных за рубежом, а теперь и в России, рейтинговых систем энергетическое моделирование зданий (Building Energy Modeling) является неотъемлемой частью и позволяет успешно пройти сертификацию, а также привлечь инвестиции.

Складывается мнение, что энергомоделирование – это специализированный инструмент для зелёной сертификации, и российским заказчикам и инвесторам абсолютно не нужен, если они не заинтересованы в получении зарубежных сертификатов. Но это не так.
Рассмотрим области перспективного применения энергетического моделирования, непосредственно относящиеся к инвестициям в российской проектной и эксплуатационной практике. Тема энергосервисных контрактов стремительно набирает обороты с введением в действие федерального закона 261‑ФЗ «Об энергосбережении…».

Энергосервисная компания (ЭСКО) выбирает объект, проводит его обследование, анализирует и заключает контракт на реализацию мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности объекта заказчика. При этом, по модели контракта с разделением экономии*, энергосервисная компания несёт все расходы по реализации энергоэффективных мероприятий, как правило, используя заёмные средства финансирующей организации.

Общую стоимость энергосервисного контракта (энергоаудит, инженерная разработка, строительство, измерения и верификация, обслуживание долга и управление проектом) заказчик постепенно выплачивает в течение периода действия контракта за счёт получаемой экономии в плате за энергоресурсы. Контрактом гарантируется сохранение эффекта энергосберегающих мероприятий после срока его окончания. По истечении срока контракта сэкономленные средства за плату энергоресурсов уже полностью поступают в «карман» владельца объекта. Таким образом в энергосервисном контракте обязательно содержатся:

И только профессиональный и грамотный подход позволит установить себестоимость и доходность энергосервисного контракта, исключит ситуацию, когда в течение срока действия контракта инвестиции в проект не будут полностью возвращены. А как адекватно оценить предполагаемое сокращение платы за энергоресурсы?

В случае замены наружного освещения, просчитать энергопотребление объекта в будущем несложно. В Минэнерго России разработана «Методика определения расчётно-измерительным способом объёма потребления энергетического ресурса…». А если на объекте запланировано одновременное внедрение нескольких энергоэффективных мероприятий, таких как: улучшение теплоизоляции стен; нанесение солнцезащитной плёнки на южный и западный фасады; установка датчиков освещённости; замена оборудования на более эффективное и др. Ведь большинство энергоэффективных мер оказывают влияние друг на друга, и эффект от комплекса внедрённых мер отнюдь не равняется сумме эффектов от каждого отдельного решения. На этом важнейшем этапе заключения энергосервисных контрактов энергомоделирование является незаменимым.

Энергетическое моделирование позволяет заложить в компьютерную модель все характеристики существующего объекта (материал ограждающих конструкций, величину инфильтрации, характеристики систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, эффективность осветительных приборов и пр.). Затем необходимо изменить модель с учётом предлагаемых энергоэффективных проектных решений. Просчитав для каждого из вариантов потребление зданием энергоресурсов в течение года, можно получить величину ожидаемой экономии за год. Подобные расчёты имеет смысл провести как на среднестатистический (для рассматриваемого региона) год, так и на экстремально тёплый и экстремально холодный года, с целью оценить пределы, в которых может изменяться величина экономии в платежах за энергоресурсы.

Перед заключением контракта ЭСКО проводят инвестиционный энергоаудит здания, без которого невозможно определить состав энергосберегающих мероприятий, перечень требуемого оборудования и инвестиционную привлекательность проекта. И вот, энергосервисный контракт заключён, инвестиции вложены, энергоэффективные мероприятия на объекте заказчика внедрены. Ура!

Теперь, в ходе исполнения энергосервисного контракта, необходимо правильно оценить получаемую на объекте экономию. Для этой цели существует адаптированный к российским условиям протокол IPMVP (International Performance Measurement and Verification Protocol) – ГОСТ Р 56743–2015 «Измерение и верификация энергетической эффективности. Общие положения по определению экономии энергетических ресурсов». Документ разработан Ассоциацией энергосервисных компаний «РАЭСКО» и утверждён приказом Росстандарта от 20 ноября 2015 г. № 1929‑ст. Данный стандарт описывает четыре метода измерений и верификации энергетической эффективности (A, B, C и D). Понятно, что величина экономии – это та сумма, которую удалось сэкономить на оплате за энергоресурсы после внедрения энергоэффективных решений. Вроде просто. Было – стало, но это до тех пор, пока не копнуть глубже. Например, на объекте произвели замену традиционных ламп накаливания на энергосберегающие. Можно сузить границу измерений (методы А, В), для того чтобы снизить затраты и усилия на мониторинг потребления энергоресурсов всеми системами здания (метод С) и измерять экономию только по отдельному прибору учёта, отделяющего зону, в которой реализуется энергосберегающее мероприятие. А теперь вспомним, что системы кондиционирования удаляли теплоту, выделяемую лампами накаливания. В итоге при переходе на энергосберегающие лампы уменьшилась и необходимость в охлаждении здания. Но с другой стороны, увеличилась потребность в отоплении.

Все эти факторы, эффекты их взаимодействия существенно зависят от типа здания (жилое, офисное, развлекательный комплекс, промышленное и пр.) и от существующих инженерных систем. Другой пример – допустим, экономия определяется по общему потреблению энергетических ресурсов объекта (метод С), но при этом в отчётном периоде изменилась мощность производственной линии завода или увеличилось количество работников офиса по сравнению с базовым (до внедрения энергоэффективных мер) периодом. Тогда при подходе С, следует вводить поправку на энергопотребление за отчётный период – нестандартные корректировки по ГОСТ Р 56743–2015. А если существенно отличались по погодным условиям года базового и отчётного периодов, тогда необходимо приводить оценки к сопоставимым условиям. Это весьма нетривиальная задача, учитывая нелинейность всех процессов и потоков энергоресурсов, происходящих в здании.

Хорошо, если при выборе метода оценки достигнутой экономии, можно сузить границы измерений (методы А, В). Тогда не нужно рассчитывать поправки на изменения в энергопотреблении здания, которые не относятся к реализации энергосберегающего мероприятия. В случае, когда расчёт поправок на изменения функционирования всего здания не слишком затруднён, успешно применяется метод С.
А что делать, если и внешние условия значительно изменялись, и энергоэффективные меры не изолировать из-за существенных эффектов взаимодействия, либо данные об энергопотреблении за прошлые годы не доступны? Для этого случая как раз и может использоваться метод D, который лишён всех перечисленных недостатков методов А, В и С. Этот супер-метод D – энергетическое моделирование здания.

Энергомоделирование всего здания (метод D) позволяет привести данные энергопотребления к одному погодному году и полностью учесть влияние инженерных систем друг на друга, изменение графиков работы, нагрузки на производственных линиях и пр. Однако на практике в ходе исполнения энергосервисных контрактов данный метод в России не применяется. А ведь адекватно вычисленная экономия для энергосервисной компании очень важна. Отметим, что ГОСТ Р по методу D требует калибровки (подстройки) компьютерной модели по показаниям счётчиков энергопотребления, информации об актуальных погодных условиях, с внесением в модель изменений, сделанных в ходе ремонтных работ и модернизации в здании. А это дополнительные усилия.

Бизнес энергосервиса стремительно развивается в нашей стране. Следовательно, внедрять энергоэффективные решения в уже существующие объекты – это выгодно. Инвестор должен получить информацию о сроке окупаемости вложений в энергоэффективность и оценку величины ежегодной экономии, на которую он может рассчитывать после окончания срока возврата дополнительных инвестиций. Создание энергетической модели здания ещё на стадии технико-экономических исследований позволит проанализировать эффективность различных технических решений, сформировать итоговый комплекс энергоэффективных мер.
Итак, нами выделено три направления, где использование энергетического моделирования зданий актуально, перспективно и будет востребовано в ближайшее время:

Если инвестор идёт на процедуру сертификации своего объекта, то величина энергоэффективности всего здания является составной частью баллов, набираемых объектом. Оценка энергоэффективности производится с помощью энергетического моделирования.

Детальная достоверная оценка срока окупаемости инвестиций на этапе заключения энергосервисного контракта. Корректная оценка экономии энергопотребления после реализации энергоэффективных мер при расчётах по энергосервисному контракту.

Проектирование объектов гражданского и промышленного строительства

Таким образом, энергетическое моделирование зданий является мощным инструментом для оценки энергетической эффективности проектов, для выбора решений, расчёта стоимости и оценок привлекательности инвестиций.

Энергомоделирование – это труд профессионала в области инженерных систем, ответственного за правильный расчёт. Здесь требуется специалист, который умеет правильно анализировать результаты моделирования, выявлять возможности экономии, обоснованно выбирать

решения для внедрения и ориентироваться в современных энергоэффективных технологиях. И ко всему этому, энергомоделирование – это кропотливый труд создания модели в компьютерной программе, начиная с построения 3D-геометрии (зачастую далеко не простых форм), задания характеристик для используемых материалов ограждающих конструкций. Необходимо также определить расписания для работы здания, его помещений, всего оборудования (как систем ОВ и КВ, так и технологического оборудования), уставок и пр.

Отметим, что современные программы энергомоделирования интегрированы на уровне форматирования данных** в процесс проектирования на базе стандартов BIM (Building Information Modeling). Тот факт, что с конца 2014 года Мосгорэкспертиза приступила к рассмотрению комплексных информационных моделей объектов капитального строительства, открывает дополнительные возможности для внедрения метода. Пока поле специалистов в данной области весьма узкое, что является тормозом внедрения энергомоделирования, тогда как его функциональность и полезность в проектном процессе безусловна.

Недавно было принято решение, ввести преподавание основ энергомоделирования и практические работы в учебный процесс студентов СПбГАСУ (Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета). Заметная часть будущих проектировщиков инженерных систем – это студенты и выпускники кафедры теплогазоснабжения и вентиляции строительных ВУЗов. Пока по России количество компаний/организаций, которые своими силами проводят энергетическое моделирование зданий, можно пересчитать по пальцам.

В следующей статье будут представлены этапы энергомоделирования и результаты анализа комплекса проектных решений уже на конкретном объекте. ●

^{* Shared-Savings Financial Model. См. подробнее в отчёте IFC Energy Service Company Market Analysis.}

^{** Формат gbXML позволяет передавать 3D информационную модель в программу для энергомоделирования}

Юрий Бубнов – инженер, магистр техники и технологии, Autodesk BPAC, партнёр ООО «ММ-Технологии».
Дарья Денисихина – к.ф.-м.н., доцент кафедры ТГВ СПбГАСУ, LEED AP BD+C, зам. ген. директора ООО «ММ-Технологии».

Энергомоделирование зданий – инвестиции в прошлое и будущее

Математическое моделирование и оптимизация тепловой эффективности зданий (2-е издание, исправленное и дополненное), в мягком переплете