Энергоэффективные дома
Энергоэффективные домаБезотопительные здания
Экологические дома
Соломенные дома
Экологические дома в мире
Новые подходы к оценке эффективности инвестиционных проектов в области энергосбережения
Интеллектуальное здание, согласно краткому определению, это безопасность, комфорт, экономичность. Экономичность же для здания – это в первую очередь энергоэффективность. Но энергоэффективность должна достигаться не любой ценой, а выбором наименее затратных, но эффективных технических решений, поскольку, реализация мер по энергосбережению требует значительных финансовых ресурсов, а значит и организации продуманной инвестиционной политики. Ошибки в выборе инвестиционного решения нежелательны, поскольку, идя на финансирование энергосберегающего проекта из собственных или заемных средств, инвесторы берут на себя значительный финансовый риск.
Как показывает опыт, внедрение технологий повышающих энергоэффективность весьма затруднительно без их достоверной оценки. Для этого необходим методологический инструментарий адекватный существующим экономическим реалиям. В настоящее время, сложилась ситуация, при которой, в то время как, для анализа экономической эффективности крупных инвестиционных проектов имеется адекватный инструментарий в виде достаточно больших и сложных программ, для проектов среднего и малого масштаба такой инструментарий отсутствует. Для проектов повышения энергоэффективности, относящихся к средним и малым, используются упрощенные методики экономического расчета, основанные на экспоненциальных моделях поведения основных макроэкономических показателей (инфляция, кредитные ставки, цены, тарифы, курсы валют). В то же время малые и средние проекты повышения энергоэффективности часто оказываются типовыми, многократно повторяющимися, поэтому цена ошибки определения их эффективности в масштабе экономики страны оказывается очень большой. Это делает разработку современного инструментария для анализа таких проектов весьма актуальной.
Хотя инвестиционные проекты в области энергоэффективности сейчас наиболее актуальны, методически они наименее разработаны. Эти проекты имеют множество специфических особенностей, что затрудняет использование для них программ общего инвестиционного анализа. Т.е. с одной стороны, мероприятия по повышению энергоэф-фективности довольно сложны технически, так что аналитик должен иметь обширные технические знания именно в этой сфере, с другой стороны программы общего инвестиционного анализа носят слишком общий и тяжеловесный характер для целей анализа ЭСМ. Обычно аналитиком выступает экономист, который не может учесть все технико-экономические последствия этих мероприятий.
С математической точки зрения, экспоненциальными является зависимости со скоростью роста/снижения пропорциональной текущему уровню. Примером является хорошо знакомый всем рост на определенное число процентов за равные промежутки времени, иными словами, геометрическая прогрессия. В живых системах этой динамике подчиняются многие процессы , например, процессы размножения: чем больше в наличии организмов, тем больше в абсолютном исчислении рост при той же рождаемости. Также и цены и тарифы обычно ведут себя подобным образом, при этом рост на те же проценты в текущем году в абсолютном исчислении оказывается большим, чем в предыдущих.
Лет 20 – 40 назад такие модели более или менее удовлетворительно описывали происходившие экономические процессы. Однако в последние десятилетия мир вступил в эпоху нестабильности, когда процессы развиваются неравномерно, со скачками и обвалами. В этих условиях экспоненциальные модели становятся неадекватными, а их волевое применение приводит к недопустимо большим ошибкам.
Это может быть проиллюстрировано следующим примером. На диаграмме 1. показаны реальное изменение цен на нефть в странах ОЭСР и на газ в странах ЕС в 1990 – 2001 годах [1]. Предположим, что в 1996 году прогнозист на основании уже известных за период 1990 – 1996 годов данных построил оптимальный экспоненциальный прогноз (на диаграмме – практически горизонтальные линии). Из-за того, что в 2000 и 2001 годах произошел резкий скачок цен, как видно из диаграммы, ошибки экспоненциального прогноза цен достигли почти 100% - ной величины. Таким образом, хотя математический аппарат экспоненциального дисконтирования-прогнозирования прост, привычен и удобен, он не дает достоверных результатов, т.е. неадекватен современным экономическим реалиям.
Эффективным способом повышения точности расчетов по экономической оценке ЭСМ, является применение имитационных (сценарных) схем расчетов с использованием компьютеров. Имитационное моделирование является одним из мощнейших методов анализа экономических систем. Оно представляет собой серию численных экспериментов призванных получить оценки степени влияния различных факторов (исходных величин) на некоторые зависящие от них результаты (показатели). С развитием средств вычислительной техники и программного обеспечения, спектр применения имитации в сфере экономики существенно расширился.
Крупные инвестиционные проекты, где инвесторы рискуют большими суммами, в настоящее время, рассчитываются по имитационным моделям. Это означает, что эксперты задаются набором наиболее вероятных с их точки зрения сценариев, в которых экономические процессы могут иметь любой, в том числе, скачкообразный, кризисный характер. Далее эти сценарии моделируются на компьютере с определением чувствительности к изменению тех или иных параметров, рисков, сроков окупаемости, рентабельности и т.д. Объем работы при этом больше, требования к квалификации экспертов выше, но и результаты надежнее и реалистичнее. Такой подход превращает, расчет экономической эффективности, до некоторой степени, в искусство.
В русле решения задачи создания имитационного инструментария, для экономического анализа эффективности средних и малых энергосберегающих проектов, автором разработана имитационная методика в среде офисного приложения Exel .
Как уже отмечалось, мероприятия по повышению энергоэффективности довольно сложны и специфичны как технически, так и экономически. В описываемой методике учтены многие эффекты ЭСМ, которые часто выпадают из поля зрения разработчиков. Так например, при определении затрат на утепление вновь возводимых зданий обычно учитывают стоимость материалов, оборудования и работ, но не учитывают возможное снижение затрат на систему отопления, стоимость которой может уменьшиться из-за снижения ее потребной мощности. Аналогичным образом энергосберегающие мероприятия изменяют эксплуатационные характеристики здания: наряду с уменьшением некоторого числа эксплуатационных затрат, отдельные статьи затрат могут возрасти или возникнуть новые. Так, при наружном утеплении стен в процессе реконструкции здания снижаются затраты на отопление, но могут увеличиться расходы на ремонт фасада. Все эти факторы необходимо учитывать на этапе проектирования, с тем, чтобы энергосберегающие мероприятия не превратились в свою противоположность.
С точки зрения пользователя программная среда обладает усовершенствованным интерфейсом, позволяющим быстро вводить новые сценарии и получать соответствующие результаты в удобной графической форме. Поскольку она представляет по сути методику анализа в среде Exel , она обладает большой гибкостью и универсальностью, позволяющей учитывать любые особенности как хозяйственной деятельности предприятий и налогообложения, так и особенности используемых технологий.
Рамки небольшой статьи не позволяют вдаваться в подробности используемых в методике подходов, отметим только, что они основаны на комбинации метода сценариев и анализа финансовой, экономической и экологической эффективности. Так экономическое окружение представлено стандартным блоком, который позволяет задать прогнозируемый уровень инфляции, ставку рефинансирования ЦБ, курс основной и дополнительной валют, налоговое окружение, и т.д. Экологические критерии учитывают внешнюю цену энергии, количество системно сэкономленной физической энергии и другие.
По описываемой методике были проведены ориентировочные расчеты ряда типичных для строительной отрасли ЭСМ , начиная от простейших – утепления ограждающих конструкций, и кончая комплексными мероприятиями, сочетающими в себе утепление, различные решения по инженерному оборудованию и применение возобновляемых источников энергии .
Первые три мероприятия заключаются в утеплении стен и других непрозрачных ограждающих конструкций зданий по мокрой технологии минераловатными плитами различной толщины в климатических условиях Москвы. Первые два проекта относятся к малоэтажным зданиям, третий - к многоэтажным. В качестве базы сравнения было взято типичный жилой многоэтажный дом постройки 70-х 80-х годов с сопротивлением теплопередаче стен 1 м 2 * о К/вт, что соответствовало теплотехническим нормам того времени.
Как видно из Таблиц № 1 - 3, по рентабельности в списке рассмотренных ЭСМ мероприятия по утеплению стен занимают нижние места, хотя по сложившейся, в силу отсутствия адекватных методик расчета, традиции их применяют в первую очередь. При существующих достаточно дорогих технологиях утепления они не окупаются с финансовой точки зрения, хотя, целесообразны с более общей экономической. Этот пример демонстрирует возможные экономические потери инвесторов из-за выбора не самых эффективных мероприятий. Следует отметить, однако, что существуют и другие, эффективные решения по утеплению зданий.
Четвертое мероприятие представляет рекуперацию тепла вентиляционных выбросов в общественном здании. Оно является стандартным для перевода здания из категории низкого энергопотребления в категорию ультранизкого. При расчете вентиляции с рекуперацией возможны варианты, когда в здании уже имеется приточно-вытяжная вентиляция или таковая отсутствует. Во втором случае в стоимость мероприятия включается и устройство приточно-вытяжной вентиляции. В данной работе предполагался именно этот, более затратный вариант, т.е. установка теплорекуператора и устройство приточно-вытяжной вентиляции. Стоимостные показатели были взяты из работы [2], где рассматривалось несколько примеров устройства теплорекуперации в зданиях общественного назначения. Доля возвращаемого в здание тепла была принята в 50%. Расчет показал высокую рентабельность и быструю окупаемость данного мероприятия.
Следующее мероприятие предполагало установку вместо одного из стекол двойного переплета, вакуумного стекла. Дополнительные расходы на замену обычного стекла в стандартных стеклопакетах вакуумным, за вычетом экономии на снижении мощности отопления были оценены, согласно ценовой информации от производителей, в 55 руб/м 2 общей площади. Экономия энергии, согласно расчетам, составит 105 квт * ч тепла в год в расчете на м 2 остекления, или порядка 10 квт * ч тепла в год в расчете на м 2 общей площади, при нормативном показателе остекления для жилых зданий.
Отличительной особенностью мероприятия является его технологичность, как при новом строительстве, так и при реконструкции. Рейтинг этого мероприятия среди рассмотренных, оказался достаточно высоким, срок экономической окупаемости 1 – 3 года.
Установка солнечных коллекторов для горячего водоснабжения и частичного замещения отопительной нагрузки является одним из самых распространенных мероприятий по повышению энергоэффективности зданий в мире. В строительных нормах некоторых стран уже закреплено требование об обязательном оснащении ими строящихся малоэтажных домов.
Эффективность установки солнечных коллекторов рассчитывалась применительно к радиационно-климатическим условиям средней полосы России куда входит и Московская область. Данные о производительности были взяты из работы [4]. Предполагалось что солнечные коллектора установлены на южном скате крыши под углом 40 о – 50 о и не испытывают затенения от окружающих объектов.
Рассматривалась установка двух видов солнечных коллекторов: производства Ковровского завода и конструкции Е.И. Широкова. Первые могут эксплуатироваться круглогодично, вторые – только сезонно, в теплое полугодие. Оба типа коллекторов отличаются максимальной экономичностью в своем классе.
Эффективность мероприятия сильно зависит от конкретных обстоятельств, и не только от климата, но и от окружающей застройки, которая может создавать затеняющий эффект. В отсутствие нормативных актов, регулирующих доступ зданий к солнцу (а такие акты действовали еще в древней Греции), имеется риск того, что коллектор будет затенен вновь построенным зданием. Оценка такого риска определяется местной спецификой.
Расчеты показали, что с финансовой точки зрения, при отсутствии для них льгот (а во многих странах они имеются) солнечные коллектора указанных типов в Московской области с финансовой стороны не окупаются. В то же самое время они достаточно быстро окупаются экономически (Таблица № 3.), в первую очередь за счет значительного предотвращенного экологического ущерба. Т. е. в целом, экологически, они оказываются выгодными, что лишний раз свидетельствует о необходимости введения соответствующих экономических льгот. Хотя эффективность установки солнечных коллекторов на фоне других мероприятий выглядит низкой, не следует забывать, что это расчет для не самых благоприятных климатических условий.
Следует заметить, что в среде отечественных специалистов распространено ошибочное мнение, что в России, за исключением Краснодарского края, солнечной радиации недостаточно для использования солнечных коллекторов. Солнечные коллектора с успехом используются, например, в Финляндии. В свое время западным коллегам также приходилось преодолевать аналогичный предрассудок европейцев.
Система пофасадного отопления является средним вариантом между случаем отсутствия дифференциации в отоплении помещений и индивидуальным режимом отопления каждого помещения. Это мероприятие неоднократно применялось на практике и доказало свою высокую эффективность. Фактические данные для расчетов по нему взяты из работы [3]. Мероприятие рассчитывалось в двух вариантах: как элемент реконструкции дома 70 – х годов постройки и для нового строительства в соответствии со вторым этапом введения новых теплотехнических норм.
Среди просчитанных в этой работе, рейтинг данных мероприятий оказался самым высоким, что объясняется в первую очередь низкими затратами на их осуществление как при реконструкции, так и при новом строительстве. При новом строительстве эффективность мероприятия оказывается несколько ниже, поскольку оно проводится на фоне, обусловленного новыми нормативами, лучшего утепления ограждающих конструкций.
Следует иметь в виду, что данные для расчета брались по конкретному дому, эффективность аналогичных мероприятий может быть и ниже, как и в случае с солнечными коллекторами, в зависимости от ориентации и затенения здания и других местных условий. Тем не менее, для многоэтажных зданий, это мероприятие должно рассматриваться в приоритетном порядке.
Установка тепловых насосов для теплоснабжения зданий относится к весьма распространенным в мире мероприятиям по энергосбережению. Тепловой насос собирает тепловую энергию из окружающей среды при низкой температуре, как правило солнечного происхождения, и преобразует ее, с помощью дополнительных затрат энергии, в тепловую энергию с более высокой температурой.
Анализируемое мероприятие заключается в монтаже теплонасосной системы теплоснабжения использующей тепло поверхностных слоев Земли и удаляемого вентиляционного воздуха. Коэффициент трансформации установки, т.е. отношение затраченной к полученной энергии по проекту составил 3 – 4. Теплонасосную систему дополнительно предполагалось использовать как постоянно действующее демонстрационно-учебное пособие. Летом установка может работать в режиме охлаждения. Данные взяты из проектного предложения для строительства школы.
По рентабельности мероприятие оказалось на последнем месте. Не исключено, что это результат того, что в финансовом плане оно отягощено оборудованием несущим демонстрационно-обучающую нагрузку.
В 2001 в микрорайоне Никулино-2, по адресу ул. Академика Анохина 62, по заказу Минобороны и Управления топливно-энергетического хозяйства правительства г. Москвы был построен экспериментальный энергоэффективный дом. В доме был применен целый комплекс энергосберегающих мероприятий, включающий в себя:
- дополнительное утепление непрозрачных и прозрачных ограждающих конструкций
- двухтрубную горизонтальную систему отопления с термостатическими вентилями и учетом тепловой энергии
- механическую вытяжную систему вентиляции с естественным притоком через авторегулируемые приточные клапаны
- тепловые насосы, утилизирующие теплоту вентвыбросов, сточных вод и грунта
- водяные теплоаккумуляторы.
Таким образом, данное ЭСМ представляет собой пример комплексного мероприятия. По рентабельности мероприятие оказалось на 5 – ом месте, оно характеризуется длительным сроком финансовой окупаемости, но сравнительно коротким периодом окупаемости экономической. Судя по сравнительно хорошим экономическим показателем это пример удачного сочетания проектировщиками различных мероприятий на одном объекте.
Приведенные результаты носят предварительный характер и могут уточняться в дальнейшем. Но, тем не менее, на основе полученных результатов уже можно сделать некоторые предварительные выводы:
- Эффективность ЭСМ весьма чувствительна ко многим конкретным параметрам
- С точки зрения последствий ЭСМ, как правило, существенно влияют друг на друга при совместном осуществлении
- Как правило, ЭСМ экономически выгодны
- Экономическая эффективность ЭСМ ранее, при расчете по старым методикам, существенно недооценивалась
Чувствительность к конкретным входным параметрам означает, что затруднительно говорить об эффективности того или иного типового мероприятия вне времени и места, без учета конкретных условий. Эффективность должна рассчитываться с учетом контекста.
Поскольку в целом ЭСМ оказываются, как правило, высокоэффективными, целесообразно дальнейшее ужесточение строительных норм на теплопотребление зданий, разработка мер экономического стимулирования энергосбережения при строительстве и реконструкции, принятие программ строительства пассивных зданий.
В связи с этим получает новое подтверждение целесообразность отхода в нормативах от требований по отдельным мероприятиям, которые представляют собой не цель нормирования (повышение энергоэффективности), а отдельные, и, кстати, спорные шаги на пути к ней. Целесообразно в соответствии с общей тенденцией в современном строительном нормотворчестве перейти от требований по отдельным направлениям, таким как, например, утеплению ограждающих, к установлению норм максимально допустимого энергопотребления для зданий. В частности, по отоплению целесообразно нормировать верхний предел годового расхода теплоты на метр площади или объема здания, оставляя выбор технических решений по достижению этого показателя за проектировщиками.
Таким образом, изложенная в статье методика может служить как самостоятельным средством для оценки инвестиционных решений по энергосбережению, так и дополнительным блоком, уточняющим аспекты энергоэффективности, в более общих программных продуктах для расчета инвестиционных проектов. Она также может использоваться работниками муниципалитетов при планировании ЭСМ и разработке программ повышения энергоэффективности.