Французские решения для создания умного города в России.
Эрик Обспен
В России 85 % энергии производится из ископаемого топлива (нефть, уголь, природный газ), 82 % выбросов парниковых газов связаны с энергетическим сектором. Принимая во внимание долю энергетического сектора в экономике страны сложно представить быстрый переход к безуглеродной экономике, т. к. для этого необходимо пересмотреть всю энергетическую стратегию России. Это как потребовать быстрого отказа от атомной энергетики во Франции.
По данным отчета Всемирного Банка 2008 года потенциал повышения энергоэффективности в России составлял 45 % общего потребления первичной энергии, что равно годовому энергопотреблению всей Франции. Для изменения ситуации были предприняты некоторые шаги. Так был Указ Президента РФ от 4 июня 2008 года N 889 "О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики", согласно которому к 2020 году энергоемкость ВВП России (а значит и выбросы загрязняющих веществ) должна быть снижена на 40 % по сравнению с 2007 годом. Затем в 2009 году принят федеральный закон по энергосбережению (№ 261-ФЗ), запустивший механизмы регулирования реализации программ по повышению энергоэффективности регионов. Данная политика создала инструмент, позволяющий финансировать переход на экологичные решения при модернизации энергетического сектора.
На 70-й сессии Генеральной Ассамблеи ООН было объявлено, что Россия поставила цель к 2030 году сократить свои выбросы парниковых газов на 25-30 % по сравнению с уровнем 1990 года. Кроме того повышение энергоэффективности зданий и создание умных городов – внесены в число приоритетных направлений деятельности Минстроя России.
Город будущего – французская концепция устойчивого развития
Устойчивый город – это, прежде всего, концепция, которая объединяет технические аспекты (энергоснабжение и инновационные технологии) и культурологические (интеграция и взаимопроникновение). Именно, исходя из этих принципов, во Франции появились два стандарта:
Сертификация HQE
HQE,Высокое Экологическое Качество, - это движение в сторону устойчивого развития зданий, инфраструктурных объектов, территорий на благо людей, объединений и компаний. Сертификация HQE призвана применять, разрабатывать, улучшать знания и новые решения. Для распространения французских принципов биоклиматической инженерии компания PHOSPHORIS стала референтом сертификации HQE во Франции и на международном уровне.
Сертификация HQE Устойчивое Здание нацелено на улучшение здания, на оценку достижения критериев для такого типа зданий. Она включает в себя ряд критериев устойчивого развития: экологических, социальных, экономических, цифровых, а также ответственное управление проектом. Ее качественный подход позволяет дать количественную оценку или смоделировать показатели экологической устойчивости для здания с целью создания оптимальных условий для пользователей: комфорт, здоровые условия, безопасность, доступность, наличие услуг и т. д. Это наилучший способ подтвердить соответствие здания или территории высоким стандартам и требованиям к качеству жизни в устойчивых городах.
Данная сертификация применима к территориям вне зависимости от их уровня развития, территориальной принадлежности или назначения. Сертификация территории, как экоустойчивой, по стандарту HQE должна соответствовать требованиям, сформулированным на саммитах ООН в Рио-де-Жанейро и Йоханнесбурге, таким как:
- борьба с изменениями климата;
- сохранение биоразнообразия, окружающей среды и природных ресурсов;
- социальная связь между территориями и поколениями;
- социальное развитие всех слоев общества;
- динамика развития, определяемая экоответственными способами производства и потребления.
Набор критериев на местном территориальном уровне является специфическим аспектом и определяется в самом начале процесса сертификации для каждого конкретного случая. Например, ожидания жителей России, особенно северных территории, будут отличаться от ожиданий жителей Франции вследствие климатических и культурных особенностей. Универсальность сертификации HQE для территорий позволяет сочетать ее с другой французской маркировкой Eco Quartier (ЭкоКварталы).
Сертификация Eco Quartier (ЭкоКварталы)
Концепция экокварталов, появившаяся в 2010-х годах, изначально основана на принципах устойчивого города. Создание экологических кварталов означает формирование нового уровня территориального развития. Что в свою очередь является стимулом для формирования нового энергетического и экологического видения развития. Для компании PHOSPHORIS «оптимизированная» концепция позволяет изучать энергетические потоки на более высоком уровне, чем отдельные здания. Максимальная энергетическая автономность может быть достигнута на неурбанизированных территориях.
Стандарт Eco Quartier охватывает все аспекты устойчивого территориального планирования: водные ресурсы, отходы, биоразнообразие, доступность и мобильность, а также экологические «коридоры», связывающие естественные объекты природы: озера, леса, парки. Создание экокварталов способствует улучшению качества жизни, ускорению темпов развития территории и адекватному ответу на климатические и экологические вызовы.
Если реновация или создание нового квартала отвечает социальной потребности, необходимо также и внедрение инновационных технических решений; именно для таких проектов могут быть использованы наработки компании PHOSPHORIS.
В течение последних десятилетий концепция форм городских зданий трансформировалась и стала учитывать местные климатические условия. А ведь именно они определяет возможность оптимизировать энергопотребление в зданиях: использовать активную или пассивную рекуперацию солнечной энергии, управление термическим комфортом в зимний и летний периоды. Это является важным фактором улучшения качества жизни. Анализ климатических условий также позволяет продумать пешеходные дорожки, пространства дворов в зависимости от их использования, степени освещенности и возможности защиты от ветра. Приблизительно 75 % энергопотребления определяется на стадии выработки концепции, именно на этой стадии необходимо сравнивать различные решения.
Во всех проектах компании PHOPHORIS при реновации общественных зданий применяется принцип экоэффективности. Это означает улучшение общепризнанных нормативов и максимальное сокращение энергопотребления для того, чтобы здание было либо пассивным, либо активным (производящим энергию).
Энергетическая автономность здания может быть достигнута не только за счет использования возобновляемых источников энергии, но также и за счет архитектурных решений, которые играют ключевую роль в сокращении энергопотребления.
Двойной вентилируемый фасад
Прежде всего, должно быть изучено местоположение и ориентация здания: интенсивность солнечной радиации (определяет приток тепла и естественное освещение), местный климат и наличие природных ресурсов вблизи строительной площадки. Данные параметры являются первичными для выбора местоположения и для того, чтобы минимизировать влияние на окружающую среду.
Теплоизоляция также является детерминирующим фактором: здания с различной степенью герметичности будут отличаться по энергетическим затратам на отопление и на кондиционирование. Именно на этом принципе основана концепция двойных вентилируемых фасадов: воздух между стеклами позволяет регулировать температуру здания и проникновение тепла и света через стеклянный фасад. Это решение может быть широко использовано для российских регионов с достаточно суровым климатом и большим количеством солнечных дней.
С помощью таких архитектурных решений энергетические затраты здания могут быть сокращены и дополнены альтернативными экологичными способами выработки энергии.
При определении оптимального источника энергии компания PHOSPHORIS изучает все природные возможности. Иногда можно использовать несколько альтернативных источников (мини-ветровая, термическая солнечная, геотермальная станции и т. п.). Также рекомендуется выбрать технологии с высоким потенциалом энергосбережения, особенно Free chilling или естественное кондиционирование за счет прохлады внешнего воздуха и основанного на передаче тепла через воду. Данное решение применимо в течение всего года в общественных зданиях (торговые центры, офисные здания и т. д.) с минимальными затратами и с экономией энергии от 20 до 60 %.
Помимо этого, производство холода может быть организовано с помощью термических солнечных панелей на кровле, которые подключаются к адсорбционным машинам. Данная схема называется система солнечного кондиционирования.
Применение биогазовых котлов (на органических отходах), тепловых насосов CO2 или когенерационных установок (производят и электрическую и тепловую энергии) также являются альтернативами традиционной выработки тепловой энергии.
Помимо производства зеленой энергии важнейшей задачей является создание технологий ее хранения (аккумуляторы, водородные накопители и др.).
Накопители электроэнергии должны быть адаптированы к источнику производства энергии и к внутренним потребностям в энергии. При условии разумного управления возможно в реальном времени скорректировать производительную мощность в зависимости от объема накопления и мощности зарядки и разрядки технических устройств. К примеру, в случае использования фотовольтаических установок, необходимо максимально увеличить потребление в часы выработки энергии, а избыток полученной энергии передать в накопитель для расходования в ночное время. В некоторых случаях экономически выгодно накапливать энергию в период ее пониженной стоимости.
Контур энергетического обмена между зданиями
Хранение тепловой энергии позволяет in fine уменьшить стоимость доставляемой энергии, даже для тепловых сетей небольшого размера. Это может быть пригодно для России, где исторически тепловые сети являются главным источником теплоснабжения.
В случае реорганизации или создания новых кварталов, необходимо максимально использовать местные источники энергии, заменять ими традиционные, применяемые для всех зданий.
Представленные выше решения направлены на уменьшение энергопотребления отдельного здания, но не учитывают взаимосвязи между несколькими зданиями.
Компания PHOSPHORIS разработала проект «ValEnTis» с целью создания программного продукта для анализа энергетических потоков на уровне экокварталов: электроснабжения, отопления, децентрализованного производства, возобновляемой энергетики, рекуперации тепловой энергии и т. д. Данный программный продукт используется на стадии проектирования здания, когда возможно сопоставить несколько вариантов энергоснабжения. Анализ заключается в создании базы данных параметризованных профилей энергопотребления и их дальнейшего сравнения.
На первом этапе создаются модели для нескольких сценариев (независимые источники энергии по зданиям, централизованное производство, создание водяного контура) для определения наилучших из применяемых решений. На дальнейших этапах совмещаются несколько решений, дающих оптимальный результат для данного географического положения и наличных технических возможностей.
Данный метод позволяет использовать обычно вторичную энергию, уменьшить общую установленную мощность, использовать инновационные решения, в том числе, возобновляемые источники энергии. Предварительное исследование для кварталов позволяет разработать концепцию систем для энергетического обмена между зданиями – энергетический контур. Такой подход совместно рассматривает производство и потребление энергии, способствуя применению возобновляемых источников энергии и сглаживанию пиковой мощности, возникающей при сдвиге во времени активных фаз выработки и потребления зеленой энергии (солнечной, ветровой…) с помощью технологий накопления.
Энергетический контур осуществляет обмен между зданиями тепловой энергией. Однако для этого требуется обеспечить разнообразие функциональных назначений зданий внутри квартала, чтобы экоквартал обеспечивал энергетическую связь между зданиями: одни здания сбрасывают энергию, а другие ее утилизируют. Например, здания с повышенным энергопотреблением (дата-центры, аквацентры) могут отдавать образующееся тепло в сеть, которое может использоваться, к примеру, для отопления жилых домов, офисных зданий.
Таким образом, моделирование производства энергии для экокварталов является одним из шагов по внедрению принципов устойчивого развития. Такое энергоснабжение с применением новейших технологий позволяет в дальнейшем создать умный город и открывает доступ местным жителям к новейшим технологиям.
Экокварталы не только реализуют принципы устойчивого развития, но и интегрируют в себе социальные индикаторы и доступ к технологиям. Для жителей это, прежде всего, «подключённый» город, который облегчает повседневное существование.
Например столбы городского освещения могут стать многофункциональными станциями: помимо освещения улиц их можно подсоединить к сети низкого напряжения, параллельно продублированного оптико-волоконным кабелем для передачи данных. В число предоставляемых услуг входят: розетки для подзарядки, управление освещением, движением, камеры видео наблюдения, сигналы тревоги, замеры освещенности, качества воздуха, уровня шума от транспорта, учет свободных мест в паркинге, дефибриллятор, сетевые розетки на скамейках, доступ к WiFi, интерактивный экран с планом квартала и размещением торговых и других объектов.
Таким образом, можно сказать, что для городов будущего готовится настоящая революция. Являясь активным участником данного процесса, компания PHOSPHORIS внедряет представленные здесь решения в свои проекты.
Одним из ярких примеров экоустойчивости является квартал Tian Fu New Area в Чэнду, Китай. Этот проект стал показательным, поскольку интегрирует все обозначенные выше принципы. Концепция, выполненная компанией PHOSPHORIS совместно с архитектурным бюро Agence Française, квартала Tian Fu New Area площадью 80 га разработана на базе комбинирования элементов, связанных с французской культурой. Проект включает в себя набор следующих элементов: деловая зона, торговые центры с улицами во французском стиле, французские учебные заведения, французская жилая зона, зона отдыха вдоль реки, лавандовый парк. Общая площадь зданий составляет 2,6 млн м², из которых 600 тыс. м² занимает инфраструктура.
Экоустойчивый квартал Чэнду
Устойчивый город с низкой эмиссией углекислого газа, который обеспечит связь с естественными элементами природы: озерами, лесами, а также различными видами транспорта (автобус, велосипед, лодка). Особое внимание при проектировании уделено водоснабжению и рациональному использованию водных ресурсов, поскольку данный вопрос очень остро стоит в этом регионе. Для его решения внедрен принцип «города-губки». Проекты зданий с низким энергопотреблением и использованием возобновляемых источников солнечной и ветровой энергии позволяют снизить потребности на отопление в среднем на 70 %. На всех стадиях проектирования будут применяться принципы французского стандарта HQE и американского LEED.
Технологии и наработки необходимые для концепции «Города будущего», умного города уже имеются в России. Теперь необходимо их внедрить наилучшим образом.
Инновации, применимые в экокварталах, будут способствовать появлению новых предложений на локальном уровне, производства солнечной энергии, рекуперации выбрасываемой энергии, управления системами зданий. Совмещение производства тепла (или холода) для городских сетей позволяет уменьшить установленную мощность и износ оборудования. При таком подходе установленная мощность - это сумма реальных измеренных мощностей по каждому из зданий (а не сумма максимальных мощностей при традиционном подходе).
Технологические инновации в руках жителей позволяют их внедрять в процесс управления экокварталом, что делает город экоответственным и улучшает качество жизни.
