Выбрать страницу

Привет, друзья!

Сегодня я хотел бы прояснить некоторые вопросы о сфере энергоэффективности и энергомоделировании зданий, с которыми я регулярно встречаюсь, и которые связаны, на мой взгляд, с недостатком информации. Поэтому, позвольте мне представить Пять главных заблуждений об энергомоделировании и энергоэффективности зданий.

Все эти ваши предложения по энергоэффективности окупаются через 150 лет, а в России не окупаются вообще.

Во-первых, нужно сказать, что энергоэффективные мероприятия не обязательно связаны с выбором оборудования — чтобы снизить энергопотребление можно обойтись и без солнечных батарей, толстенного слоя утеплителя или новомодного чиллера. Зачастую самыми эффективными решения оказываются недорогими или вовсе бесплатными: взять хотя бы различные варианты пассивных стратегий или грамотное проектирование хладоцентра.

Отдельно отмечу, что энергомодель здания позволяет избежать переразмеривания оборудования, что не только снижает капитальные затраты на оборудование, но и повышает его срок службы и эффективность за счет работы в благоприятном (не в минимальном) диапазоне нагрузок. Это в первую очередь касается подбора холодильного оборудования, так как физически обоснованные расчет теплопоступлений связан с расчетом изменяющей в течение дня прямой и рассеянной солнечной радиации для помещений на различных фасадах с учетом затенения, тепловой инерции конструкций и неодновременности пиков нагрузок по помещениям. Практическая сложность учета всех этих факторов при ручном расчете вынуждает проектировщиков брать коэффициенты запаса или значения из опыта, что не всегда приводит к желаемому результату. Дополнительно, имея готовую модель здания, можно оценить, сколько времени в году оборудование работает в пиковом и других диапазонах нагрузок и уже с учетом этой информации выбрать желаемый уровень обеспеченности покрытия холодильной нагрузки.

Относительно особенностей России в отношении энергоэффективности и окупаемости инвестиций в энергоэффективность я бы выделил относительно низкие тарифы на энергоресурсы и короткий срок возврата инвестиций, предпочитаемый большинством заказчиков.  Все это, однако, вовсе не означает, что нельзя предложить решения, которые бы имели короткий срок возврата инвестиций и помогали бы экономить энергию, снижать стоимость эксплуатации и повышать уровень комфорта в здании. Резюмируя: всегда существует возможность либо сразу снизить капитальные затраты на строительство здания, либо предложить решения с желаемым для заказчика сроком окупаемости.

Не понятно, зачем заказчику платить дополнительные деньги за моделирование здания, если применение энергоэффективных и комфортных решений и так должно быть в компетенции проектной фирмы. Все же проектировали без вашего моделирования последние %случайное число% лет, и ничего, нормально.

На мой взгляд, моделирование нужно воспринимать как следующий шаг в эволюции проектирования: точно также как переходили от черчения на кульманах к черчению на компьютере, затем к черчению в 3D и теперь к BIM и моделированию функционирования зданий. Что же такого нового в этом моделировании? Дело в том, что моделирование позволяет радикально расширить возможности анализа инженерных и архитектурно-строительных решений и их влияния на комфорт и потребление энергии зданием. Достигается это за счет того, что реальные физические процессы, протекающие в течение периода жизни здания, заменяются их математическими аналогами. Таким образом, появляется возможность детально анализировать функционирования зданий, его компонентов и альтернатив. В случае же более простых или ручных методов оценки энергоэффективности и комфорта, возможности для анализа здания значительно ниже, как и области применимости таких методов.

Тут нужно сказать, что никто не говорит о необходимости отбросить все известные проектные практики и срочно начать моделировать — у любого подхода есть свои плюсы и минусы и своя область применимости, и моделирование в этом плане не исключение. Зачастую гораздо удобнее и правильнее посчитать или прикинуть что-то вручную, нежели пытаться что-то моделировать. То есть, в каждом конкретном случае, нужно выбирать наиболее простой, но достаточный с точки зрения точности результатов, подход к решению задачи.

По поводу окупаемости дополнительных затрат на сервисы моделирования недавно вышла хорошая статья, которую я очень рекомендую. В целом можно сказать, что в случае правильного применения моделирования, особенно на ранних стадиях проекта, та выгода или экономия, которую получает заказчик, не соизмерима со стоимостью услуг. В статье на основе данных крупной архитектурной фирмы приводятся результаты расчета окупаемости моделирования, которые в среднем составляют всего один-два месяца.  Стоит отметить, что статья не лишена недостатков — не совсем корректно считать окупаемость услуг по моделированию с помощью деления проектного энергосбережения на стоимость услуг по моделированию, что, однако, не меняет основного вывода статьи.

Никто не знает что вшито в эти ваши программы, которые написали коварные американцы/масоны/рептилоиды с нибиру/фашисты с темной стороны луны, поэтому они не показывают достоверный результат. И вообще, нужно писать свои программы!

Критическое мышление и доля скептицизма — это, конечно, хорошо, но в данном случае недоверие не совсем обосновано. На самом деле, известные и серьезные программы хорошо тестируются, а их математические методы задокументированы. Методы тестирования программ для энергомоделирования подробно представлены в стандарте ASHRAE Standard 140 и включают сравнение с натурными экспериментами, с аналитическими решениями и сравнение результатов с другими программами. Исходные файлы для моделей, выполненные в соответствии с этим стандартом, результаты моделирования и соответствующая документирования предоставляется разработчиками софта, так что любознательные дамы и господа имеют возможность все проверить. Отмечу, что существует софт с открытым исходным кодом — тот же популярный движок для моделирования EnergyPlus, используемый во многих графических оболочках. Так что для любителей теорий заговора есть возможность исследовать тонны кода до полного удовлетворения.

Я, кстати, таки начал с себя и написал программу по моделированию хоть и не всего здания, но отдельной сложной задачи нестационарной теплопередачи между подвалом здания и массивом грунта. Тем не менее, с радикальными сторонниками использования собственноручно написанного или отечественного софта я соглашусь только после того, как станет известно, что в Европе и Америке действуют другие законы физики.

Вы же пользуйтесь сертифицированной программой, значит, она автоматически дает достоверные результаты (заблуждение, противоположное предыдущему).

Точно так же как если человеку дать «сертифицированный» молоток, то он не обязательно качественно сделает вам ремонт или построит дом, так и любая программа не гарантирует правильный результат. Из-за большого числа исходных данных и допущений, с которыми необходимо иметь дело специалисту по моделированию, а также сложности самих программ и наличия моделей с разной степенью детализации, львиная доля ошибок в результатах связана именно с человеческим фактором, но не с точностью математических методов. Таким образом, программы являются лишь инструментом, и корректность результатов и выводов зависит от уровня исполнителя. Аналогичные соображения привели к появлению сертификации в области моделирования энергопотребления зданий, таких как ASHRAE Building Energy Modeling Professional или AEE Certified Building Energy Simulation Analyst.

Вы получаете какие-то свои виртуальные результаты, и никто не знает, как они соотносятся с реальностью.

Вопрос точности предсказания потребления энергии с помощью моделирования возникает регулярно, и сравнение реального и прогнозируемого потребления энергии уже не раз было произведено. Как отмечается в исследованиях, реальное потребление энергии зданием, в некоторых случаях, было до 74% выше, чем по результатам моделирования. Означает ли это, что энергомоделирование не годится для прогнозирования потребления энергии? Давайте разбираться.

Модель здания неминуемо включает в себя ряд допущений и предположений, таких как погодные условия в течение года, графики пребывания людей, графики работы инженерного и бытового оборудования, использование ГВС, установочные значения температуры воздуха в помещении и т.д. Таким образом, потребление энергии в значительной мере зависит от таких неконтролируемых факторов, как погода и поведение людей. Также отметим, что эффективность работы и автоматизация оборудования задается в модели в соответствии с проектной документацией и все недочеты при пуско-наладке и эксплуатации непременно отразятся на потреблении энергии. Подобные соображения отражены в стандарте по моделированию зданий ASHRAE 90.1 appendix G, применяемом, в том числе для LEED сертификации, где сказано:

«Neither the proposed building performance nor the baseline building performance are predictions of actual energy consumption or costs for the proposed design after construction. Actual experience will differ from these calculations due to variations such as occupancy, building operation and maintenance, weather, energy use not covered by this procedure, changes in energy rates between design of the building and occupancy, and the precision of the calculation tool.»

Таким образом, энергетическая модель здания в первую очередь подходит для оценки различных вариантов архитектурных и инженерных решений здания при фиксированных допущениях. То есть, мы можем с высокой точностью определить разницу в энергопотреблении между вариантами, но не абсолютные значения каждого из вариантов по отдельности.

Но можно ли в таком случае использовать модель для работы с реальными показателями здания, если мы не можем заставить людей вести себя как работы, а погоду следовать написанному сценарию?

Ответ на вопрос положительный. Энергетическая модель здания успешно применяется для функционирующих зданий после процедуры калибровки модели, что включает в себя использование климатических данных реального года, корректировку графиков пребывания людей и работы оборудования и т.д. Такой подход, кроме всего прочего, позволяет определить оборудование, функционирующее менее эффективно, чем это было намечено в проекте. Более подробно процедура рассмотрена в международном протоколе по измерению и верификации и в ГОСТ Р 56743–2015 «Измерение и верификация энергетической эффективности. Общие положения по определению экономии энергетических ресурсов». Откалиброванные энергомодели применяют для энергосервисных контрактов, где заказчик платит за уже измеренную и верифицированную экономию, что рассмотрено в следующей статье.


На этом закончим. Надеюсь, что этот текст поможет избежать заблуждений относительно достаточно новой для России темы энергомоделирования зданий. Будьте здоровы!

Посмотреть дополнительную информацию по затронутым темам можно в следующих источниках:

 

  1. Franconi, E., et al. (2013) Building Energy Modeling for Owners and Managers: A guide to Specifying and Securing Services. Rocky Mountain Institute, Boulder, Colorado.
  2. http://energy.gov/eere/buildings/articles/shockingly-short-payback-energy-modeling
  3. https://en.wikipedia.org/wiki/International_performance_measurement_and_verification_protocol
  4. Standard, A. S. H. R. A. E. «Standard Method of Test For The Evaluation of Building Energy Analysis Computer Programs.» American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers, Inc.: Atlanta (2007).
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Energy_Savings_Performance_Contract
Share This