Медиева Г.А. к.э.н., ассоциированный профессор

Ажибаев М.М., магистрант

Казахская Государственная архитектурно-строительная академия,

Алматы, РК

Экономическая целесообразность энергосеберегающих технологий в организационно-технических решениях

строительства

Функционирование строительных объектов на этапах жизненного цикла характеризуется сложностью, неопределенностью, наличием огромного количества взаимосвязанных внутренних и внешних факторов, обусловленных, в первую очередь, техногенными, технологическими, информационными, экономическими и социальными обстоятельствами. Общими являются предъявляемые требования высокой организации, экономичности, гибкости, надежности, приспособляемости. При этом в последнее время особое значение приобрели требования энергоэффективности и экологичности.

Такая ситуация определяется насущными требованиями практического строительства, обусловленными постоянным ростам цен на энергоносители, продиктованным уменьшением их запасов. Кроме того, ратификация Киотского протокола, направленного на предотвращение глобального потепления, требует соответствующих исследований и обоснований.

В основе современных системных подходов к принятию организационно-технических решений (ОТР) в строительстве (в части энергосбережения) лежит методология получения результата в три этапа [1]:

· комплексный подход к объекту как к энергопотребляющей системе, установление и описание связей между элементами этой системы;

· анализ ограничений и формулировка показателя эффективности. Формулировка оптимизационной задачи;

· решение оптимизационной задачи.

Однако такой подход нельзя рассматривать в виде совокупности стандартных правил - в каждом конкретном случае решение задачи требует изобретательности и творческого подхода.

Основная цель, преследуемая при проектировании энергоэффективных зданий - сокращение энергоемкости объекта путем применения соответствующих технических решений. При этом рассматривается оптимизация трех энергетически взаимосвязанных подсистем:

· энергетическое воздействие на оболочку здания атмосферных факторов;

· тепловая энергия, накапливаемая оболочкой здания, то есть наружными ограждающими конструкциями здания.

· тепловая энергия, накапливаемая воздухом помещений и элементами интерьерной среды (оборудованием, внутренними ограждающими конструкциями и т.д.).

Предлагается реализовывать оптимальные варианты, исходя из совокупности взаимосвязанных архитектурно-планировочных и инженерных решений, в основе которых лежат показатели тепловой эффективности проектного и инженерного решений ή = ή_A ή_E, полученные с учетом ограничений («дисциплинирующих условий»), где

ή_A = QA_min /Q_A, ή_E = Q_{E, min} /Q_E , (1)

QA_min /Q_A - затраты энергии на климатизацию и тепловую защиту здания с оптимальными и предлагаемыми архитектурно-планировочными решениями, соответственно.
Q_{E, min} /Q_E - затраты энергии на климатизацию и тепловую защиту здания с оптимальными и предлагаемыми инженерными решениями, соответственно.

В основе такой методологии лежит предположение о возможности нахождения оптимальных архитектурных и инженерных решений с использованием современных методов системного анализа, в первую очередь, средств САПР.

С другой стороны

ή = ή₁ ή₂ ή₃ , 0 ≤ ή ≥1, I = 1,2,3, (2)

где ή₁ — показатель тепловой эффективности в части оптимального учета климатических параметров;

ή₂ — то же в части оптимального выбора теплозащиты ограждающих конструкций;

ή₃ - то же в части оптимального выбора системы обеспечения благоприятного теплового режима в помещениях здания.

При этом предполагается возможность учета в тепловом балансе зданий региональных особенностей климата, в первую очередь, за счет использования данных многолетних наблюдений за среднемесячной температурой, солнечной радиацией и розой ветров

А оптимизационная задача рассматривается как задача минимизации интегрального функционала:

W = I {[t₀ , t₁],Q(t)}, (3)

где t₀ , t₁ -временные пределы интегрирования; W - затраты энергии. Q(t) - расход энергии (по отношению к W - управление) на отопление помещения. При этом между W и Q( t ) существуют сложные математические связи, определяющиеся содержанием задач теплопередачи и теплового баланса, решение которых сводится к. системе дифференциальных уравнений в частных производных. В [1,2] для ее решения используют совокупность действий, основанных на принципе максимума Понтрягина.

То есть, фактически решается задача сокращения количества энергии, необходимой для обеспечения в здании определенного теплового режима за счет оптимизации воздействия климатических факторов и рационального использования энергии, которая аккумулируется оболочкой здания и его «начинкой».

Вместе с тем нельзя забывать об экологической составляющей эффективности энергосберегающих технологий, значение которой особенно возросло после ратификации Киотского протокола, а также о количественном и качественном выражении полученных оценок, сравнении этих оценок с затратами на реализацию энергосберегающих мероприятий [2].

Если рассмотреть такие технико-экономические показатели энергетической эффективности, как стоимость вырабатываемой энергии, тепла, ресурсов, гибкость конструктивной схемы, исполнения и использования, широкий выбор технологических решений, позволяющих получать энергию, тепло и ресурсы; адаптация к различным условиям, возможность использования в разных регионах; окупаемость; перспективность и т.д., то можно заметить, что далеко не всем из них можно дать количественную оценку.

В качестве управляющих параметров обычно рассматриваются существенные характеристики, определяющие технологические особенности проекта, такие, как использование возобновляемых источников энергии, альтернативных видов топлива, применение технологий энергосбережения и т.п.

В целом, в качестве критерия эффективности функционирования целесообразно выбирать требование превосходства полезности (в виде ее стоимостного выражения) над суммой первоначальных и текущих издержек на внедрение и функционирование энергосберегающей технологии. В качестве показателя эффективности (целевой функции), соответствующего данному критерию, целесообразно выбрать его количественное (стоимостное) выражение.

Представим показатель эффективности энергосберегающей технологии U (разность полезности F и издержек I на ее внедрение и эксплуатацию) в виде

U (x₁ , x₂ , x₃ , y₁ , y₂ ) = F ( x₁ , x₂ , x₃ ,y₁ , y₂ ) - I (x₁ , x₂ , x₃ , y₁ , y₂ ) (5)

Смысл данного выражения состоит в следующем. Поскольку целью внедрения и дальнейшего использования энергосберегающей технологии является получение конечной выгоды F, превосходящей по своим размерам издержки I, то при организации процесса внедрения следует заранее определить конкретные зависимости F(…) и I (…). В этом случае можно будет прогнозировать результативность использования новых энергосберегающих технологий и, соответственно, предпринимать определенные практические шаги.

Оценка издержек в соответствии с выбранными стоимостными характеристиками может быть осуществлена из следующих соображений.

Издержки (затраты) на внедрение и функционирование энергосберегающих технологий будут складываться из первоначальной и текущей составляющих.

Первоначальная составляющая издержек определяется необходимостью финансирования ранних этапов жизненного цикла технологии. К ним относятся этапы : определения первоначального замысла; маркетинга; проектирования; первоначального обучения и подготовки кадров; разработки и закупки оборудования; опытной эксплуатации и сдачи первой и последующих очередей с учетом необходимых корректировок и доработок; затраты на периодическую модернизацию оборудования; другие первоначальные затраты.

Текущая составляющая издержек включает в себя расходы на обеспечение функционирования технологии: содержание сооружений и оборудования (текущее обслуживание, ремонт, регламентные работы); оплата работы персонала; текущее обучение и подготовка кадров; другие нужды.

В нашем случае, действуя по аналогии, мы можем также распределить частично или полностью первоначальные издержки по этапам жизненного цикла здания. Причем, конкретные варианты такого распределения могут определяться обстоятельствами строительства и эксплуатации и задаваться в качестве исходных требований при планировании процессов внедрения.

Помимо необходимости соотносить первоначальные и текущие издержки внедрения и функционирования сети возникает также задача определения вида зависимости суммарных издержек от масштабов внедрения технологии.

На первый взгляд, естественно считать, что такая зависимость является прямо пропорциональной. Однако в отдельных случаях дает о себе знать так называемый «эффект масштаба» [1]. Причем его проявление может иметь как положительные, так и отрицательные последствия. С одной стороны, этот эффект может выражаться в сокращении издержек на функционирование крупных компаний. Это объясняется тем, что на крупных предприятиях рациональнее используются трудовые ресурсы, с большей интенсивностью работает оборудование, при закупках оборудования и комплектующих и т.п. предоставляется возможность для использования оптовых цен, а, стало быть, издержки на единицу предоставляемых услуг меньше, чем в средних и мелких компаниях. В то же время в крупных компаниях затрудняются процессы управления и контроля над работой отдельных звеньев и подразделений, что является отрицательным проявлением эффекта масштаба.

Однако следует учитывать, что задание конкретной зависимости объемов затрат от того или иного параметра должно определяться конкретными условиями внедрения и функционирования энергосберегающей технологии.

Подводя итог вышесказанному, можно выделить следующие варианты показателей эффективности внедрения энергосберегающих технологий в строительную практику.

Мультипликативный показатель подобный ή, определяющий близость полученного (спроектированного, реализованного) варианта к идеально возможному.

Показатель в виде интегрального функционала W, на основе минимизации которого достигается оптимизация подвода энергии, необходимой для обеспечения благоприятного теплового режима.

Показатель в виде разности полезности и издержек на внедрение и функционирование технологии, учитывающий количественные и качественные оценки технико-экономической и экологической составляющих полезности.

Литература

1. Петров А.А. Энергосберегающие технологии в строительстве. М.: Высш.шк, 2004г.

2. Граб М., Стерн Д. Киотский протокол., 2003г.