Аналіз економічної доцільності утеплення будинків в контексті енергетичної ефективності на прикладі міст України та Європи

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Підвищення тарифів на енергоносії, при левовій частці витрат на опалення, спонукає власників житла до ретельної термомодернізації існуючої забудови, забудовника - до врахування чинних норм по тепловій ізоляції огороджучих конструкцій [1-3].

Досвід розвинутих країн свідчить, що сучасний технологічний потенціал дозволяє скоротити витрати на опалення більш ніж на третину, та створює значний резерв для енергозбереження.

Після енергетичної кризи 70-их років минулого століття в світі, а останнім часом також на Україні поряд з традиційними матеріалами для огороджуючих конструкцій стін - цеглою деревом та бетоном при будівництві проваджуються сучасні, енергоефективні будівельні матеріали (арболіт, SIP-панелі, саман, а також солом'яні блоки), в тому числі із вторинної сировини [5].

Мета роботи полягає в кількісній оцінці доцільності збільшення термічного опору огороджуючих конструкцій будинків на прикладі різних природних матеріалів, а також в порівнянні питомої величини кількості градусо-діб опалювального періоду на одиницю термічного опору для будинків у містах України та Європи.

Для України, за даними Савицького М.А. [4] частка тепла, яка витрачається на опалення житлових будинків складає майже три чверті від тепла, яке генерується при спалюванні палива (рис. 1).

Зважаючи на суттєве зростання цін на енергоносії для населення з 2000 року в Україні (газ в 41 раз, електроенергія в 5,8…10,8 рази) (рис. 2), відбулося збільшення частки витратна паливну компоненту в ціні кінцевого продукту у всіх галузях економіки.

Зростання платежів за комунальні послуги, а саме за газ та електроенергію, є головним стимулом до ефективного та ретельного утеплення існуючих будинків, що дозволить мешканцям економити кошти при розрахунках за спожите тепло, що особливо актуально в зимовий опалювальний періодів середньо- та довгостроковій перспективі. В першу чергу утеплення стін потрібно для зменшення витрат тепла на підтримку комфортної температури в холодний період року та охолодженні внутрішньобудинкового простору влітку під час спеки.

Рис. 1.Орієнтовний розподіл витрат тепла в житлових будинках

Рис. 2. Динаміка зростання цін гривні на електроенергію та газ для населення в Україні на період з 2000 по 2017 рік

Головним фактором, який прямо впливає на енерговитрати при експлуатації будинку, є величина термічного опору R (м2Ч°К/Вт) огороджувального шару, що регламентується нормами [1]. Цей показник опосередковано залежить від градусо-діб опалювального періоду (ГДОП).Як зазначає Личак В.І. [7] «ГДОП характеризують суворість зими будь-якого регіону (чим вище ГДОП, тим холодніше). Без їх урахування неможливо проводити зіставлення рівня енергетичної ефективності будівель, побудованих в різних кліматичних районах». Дудикевич Ю. Б. [8] на простих прикладах розрахунку показує, що величина тепловтрат будинку та кількість градусо-діб пов'язані між собою лінійною залежністю.

Однак методики визначення ГДОП для різних країн відрізняються між собою. Для об'єктивного аналізу порівняння величини термічного опору огороджуючи конструкцій будинків в нашій країні, та наприклад, країн Європи зі схожим кліматом, в якості критерію порівняння було обрано величину саме градусо-діб опалювального періоду, причому обрахованою за однією методикою.

За чинними вітчизняними нормами [9] величина ГДОП визначається як

(1)

де - кількість діб опалювального періоду(температура зовнішнього повітря);

- середньодобова температура зовнішнього повітря за опалювальний період;

- розрахункова для опалення температура повітря внутрішнього середовища основної частини приміщень будинку, .

Методика розрахунку ГДОП (hotdegreedays, HDD) для європейських країн EUROSTAT-method дещо відрізняється від вітчизняної [10]

(2)

де - середньодобова температура зовнішнього повітря за одну добу

(3)

Якщо середньодобова температура вище теплового порогу в , то кількість градусо-діб Розрахунок градусо-діб виконується на добовій основі, додається в календарний місяць та рік відповідно.

Очевидно, що знаючи середньодобові або середньомісячні коливання температури, за результатами спостережень легко перетворити ГДОП за вітчизняними нормами на HDD за європейською методикою та навпаки.

Для порівняння даних ГДОП за [9] з даними HDD[10] їх було перераховано за методикою EUROSTAT-method [10]. Вибірка даних складено для 22 міст України (табл. 1). Критерієм кількості міст вибірки слугувала приблизно однакова величина ГДОП.

Таблиця 1. Градусо-добидля міст України та Європи

Для спів вимірного співставлення результатів необхідно враховувати величини термічного опору R огороджуючи конструкцій стін. Для температурних зон України [1] та міст Європи [10] величини термічного опору наведено у таблиці 2, 3.

Таблиця 2. Мінімально допустима величина термічного опору Rq, min, м2 К/Вт, огороджуючи конструкцій міст України

Таблиця 3. Існуючі величини термічного опору R м2ЧК/Вт, огороджуючи конструкцій міст Європи (для вибірки табл. 1 за даними)

Для міст Європи дані HDD, зазначені у порівняльній вибірці взято за 2007 рік [10].

Якщо позначити співвідношення кількості HDD на одиницю R як коефіцієнт ефективності утеплення,то для стін, покриттів та перекриттів будинків для міст України та Європи графічне порівняння коефіцієнту б за даними представлено на рис. 4-6.

Рис. 4. Коефіцієнт ефективності утеплення будинків б для стін

Рис. 5. Коефіцієнт ефективності утеплення будинків б для горищних покриттів та перекриттів неопалювальних горищ

Рис. 6. Коефіцієнт ефективності утеплення будинків б для перекриттів, над проїздами та неопалювальними підвалами

Якщо позначити як коефіцієнт ефективності утеплення стін, покриттів та перекриттів будинків українських міст у порівнянні з європейськими, що характеризує співвідношення кількості HDD на одиницю R, то отримаємо графік (рис. 7).

Рис. 7. Коефіцієнт в для стін покриттів та перекриттів будинків українських та європейських міст

Середньозважені, мінімальні та максимальні значення коефіцієнту в наведено у таблиці 4.

Таблиця 4. Значення коефіцієнту в

Аналіз табл. 4 свідчить про те, що ефективність утеплення огороджуючи конструкцій українських міст у порівнянні з європейськими за співвимірним порівнянням для стін коливається від «+53» до «-248» відсотків, для покриттів від «+55» до «-179» відсотків, для перекриттів від «+49» до «-258» відсотка. Знаки «+» та «-» означають відповідно краще та гірше у порівнянні з європейськими містами утеплення огороджуючих конструкцій українських міст. Варто відмітити, що дані для європейських міст було взято за 2007 рік, та в зв'язку з загальносвітовими тенденціями здорожчання енергоносіїв цей розрив буде тільки збільшуватись не на користь вітчизняних норм [1].

Для того, щоб оцінити доцільність утеплення в коротко- та довгостроковій перспективі, необхідно визначити економічний ефект від економії коштів на опалення в певний період часу.

Економічну ефективність будівництва індивідуального житла з ефективних природних матеріалів, у т.ч. зі соломи порівняно з будівництвом традиційними матеріалами і засобами можна визначити за формулою запропонованою Андрушків Б.М.

економічний комунальний ефективний

(4)

де Вт.м. - витрати на будівництво будинку з традиційних матеріалів; Вп.м. - витрати на будівництво будинку з ефективних природних матеріалів.

На думку авторів [5] окупність будівництва в контексті його експлуатаційних показників (економія енергетичних ресурсів, екологічність тощо, що не може бути виміряна економічними показниками), скорочується до 3-4 років, витратна частина коштів зменшується більша як на третину. Це дещо відрізняється від запропонованої Гагаріним В.Г. формули розрахунку граничного значення безрозмірної величини для окупності утеплення будинку, так званого критеріального числа

, (5)

де -одноразова витрата коштів на утеплення будинку;

- одноразова витрата коштів на зменшення коефіцієнту теплопередачі(Вт/м2Ч°К) при утепленні будинку;

0,024 = 24/1000 перехідний коефіцієнт, кВтЧгод./ВтЧдобу;

- вартість теплової енергії (грн./кВтЧгод);

- ставка рефінансування плюс відсоток на ризик, в долях одиниці.

Ліву частину формули (5) можна використовувати при оцінці інвестиційної привабливості утеплення.

Якщо представити формулу (5) дещо в іншій формі то отримаємо нерівність

(6)

Нерівність (6) виражає умову окупності одноразових витрат на підвищення теплозахисту огороджувальних конструкцій - питоме значення одноразових витрат має бути менше граничного значення, яке залежить від ГДОП, вартості теплової енергії та облікової ставки по кредитах банку. Саме така формула дає можливість оцінити в першому наближенні доцільність або недоцільність утеплення з точки зору окупності витрат.

Слід зазначити, що вартість теплової енергії та відсоток по кредитній ставці (ставка рефінансування+ризик) носять наближений характер, що в свою чергу робить значення параметру ще більш наближеним. Проте інформативність даної величини дозволяє зробити відповідні висновки на етапі розгляду проекту утеплення.

Якщо прийняти за ставку рефінансування p = 14 % [12], середньозважену вартість одиниці теплової енергії по Україні на 2017 рік [13] = 1036 грн./Гкал =то для міст України граничне значення параметру окупності утеплення будинків щ буде наступним (табл. 5).

Таблиця 5. Граничне значення параметру щ за окупності витрат на утеплення будинків для міст України

Варто зазначити, що кількісний показник ефективності утеплення щ (табл. 5) залежить від методики визначення ГДОП.

Так, для вибірки з табл. 3 ГДОП за [12] більше на 1-8% від визначених за [11].

Очевидно, що розрахунок слід вести за меншим значенням параметру щ, який в своєму розрахунку містить значення ГДОП за [11].

З точки зору практичного застосування доречно також навести граничну вартість утеплювача або матеріалу огороджуючи конструкцій при досягненні заданого термічного опору,

(7)

Значення гранично допустимої вартості утеплювача для м. Вінниці пораховані за формулою (7) наведено у табл. 6

Таблиця 6. Граничне значення вартості 1 м3 утеплювача за окупності витрат на утеплення для міста Вінниця

Якщо розглядати нове будівництво, то використовуючи наприклад солом'яний блок, що має габарити 0,3Ч0,4Ч0,8 м та усереднене значення теплопровідності л = 0,06 Вт /(мЧ °К), то для І температурної зони України [1] вартість 1м3 солом'яних блоків не має перевищувати 859 грн. для стін, 666 грн. для перекриття та 382 грн. для горищного покриття. Тоді вартість одного блоку з соломи без урахування роботи на його вкладання не має перевищувати

(8)

де - кількість блоків в 1 м3огороджуючої конструкції будинку, шт.

Тоді за формулою (8) Для прикладу вартість арболітового блоку з костри коноплі 0,5Ч0,3Ч0,2м з коефіцієнтом теплопровідності л = 0,07Вт /(мЧ °К) сягає 45,45 грн./шт.(1500 грн./м3)[16].За формулою (8) вартість блоку без урахування роботи на його вкладання не має перевищувати Тобто навіть при використанні даного блоку для утеплення стін економія від скорочення витрат на опалення не окуповується.

Таким чином вищенаведена методика оцінки економічної ефективності використання різних утеплювачів або матеріалів огороджуючих конструкцій дозволяє оцінити в першому наближенні доцільність використання того чи іншого утеплювача ще на етапі проекту, проаналізувати економічний ефект від скорочення витрат на опалення при використанні широкого спектру сучасних енергоефективних природних матеріалів. Слід також зазначити, що вищенаведені умови окупності є необхідними, але не достатніми для однозначного висновку про використання того чи іншого матеріалу для утеплення.

Висновки:

1. Проаналізувавши динаміку зростання цін на енергоносії в Україні за останні 17 років виявлено, що оплата за газ збільшилась для населення в 41 раз, електроенергії в 5,8…10,8 рази у гривні. Саме стрімке зростання тарифів на енергоносії спонукає до суттєвої термомодернізації існуючих будівель.

2. Для адекватного співставлення рівня енергетичної ефективності будівель в містах України та Європи доцільно порівнювати співвідношення величини термічного опору R для стін, покриттів та перекриттів до градусо-діб опалювального періоду HDD, що визначає суворість зими будь-якого регіону.

3. Аналіз ефективності утеплення українських міст у порівнянні з європейськими для вибірки з 22 міст за критерієм співвідношення величини термічного опору R стін, покриттів та перекриттів до градусо-діб опалювального періоду HDD показав, що міста України утеплені здебільшого гірше у порівнянні з європейськими містами, а саме для стін на248%, для покриттів на179%, для перекриттів на258%.

4. Для окупності витрат утеплення стін солом'яними блоками з усередненим значенням теплопровідності л = 0,06 Вт /(мЧ °К) вартість блоку габаритом 0,3Ч0,4Ч0,8 м не повинна перевищувати 36,7 грн. Якщо використовувати арболіт з костри коноплі з розміром блоку 0,5Ч0,3Ч0,2 м та теплопровідністю л = 0,07 Вт /(мЧ °K)економія від скорочення витрат на опалення не окуповується.

5. Кількісний показник ефективності утеплення щ залежить від методики визначення ГДОП, що також впливає на величину граничної вартості утеплювача або матеріалу огороджуючих конструкцій Сmax при досягненні заданого термічного опору. Так, за європейською методикою розрахунку кількість градусо-діб опалювального періоду HDD для українських міст більше на 1-8% від кількості градусо-діб обрахованих за чинною методикою розрахунку ГДОП за вітчизняними нормами. Очевидно, що практичний розрахунок окупності витрат на утеплення будинків слід вести за меншим значенням параметру щ.

6. Запропонований математичний апарат оцінки доцільності утеплення базується на припущенні про те, що кошти на утеплення/будівництво беруться в кредит у банку за певний відсоток, опалення централізоване або індивідуальне газове, градусо-доби не враховують погодинне коливання, тощо.

7. Для оцінки доцільності утеплення або будівництва індивідуального будинку з природних екологічних матеріалів вищенаведений параметр щ потрібно відкоригувати, враховуючи диверсифікованість вартості енергоносіїв (газ/біогаз, пелети, щепа, дрова, тощо), наявність реального відсотку кредитування та інші параметри.

Література

1. Теплова ізоляція будівель. Норми проектування. виготовлення і монтажу: ДБН В.2.6-31:2016. - Офіц. вид. - К.: Мінбуд України. 2016. - 38 с. - (Нормативний документ Мінбуду України).

2. Ратушняк О.Г. Управління змістом інноваційних проектів термомодернізації будівель: монографія / О.Г. Ратушняк. - Вінниця: ВНТУ, 2010. - 128 с.

3. Ратушняк Г.С. Оцінка доцільності підвищення термічного опору огороджуючих конструкцій багатоповерхових житлових будівель / Г.С. Ратушняк, А.М. Очеретний. - Вісн. Вінниц. політехн. ін-ту. - 2016. - №6.- С. 11-16.

4. Аналіз міжнародного та вітчизняного досвіду використання енергозберігаючих технологій у галузі будівництва / [Саницький М.А., Позняк О.Р., Бідник І.В. та ін.]; під ред. М.А. Саницького, О.Р. Позняк. - Львів, 2008. - 134 c.

5. Андрушків Б. Прикладні аспекти наукової діяльності кафедри або як здешевити індивідуальне житлове будівництво / Б.М. Андрушків, І. Стойко, Б. Федишин // Соціально-економічні проблеми і держава. -- 2011. -- Вип. 2 (5).

6. Про встановлення тарифів на електроенергію, що відпускається населенню: Постанова №220 від 26.02.2015 р. [Електронний ресурс] / Офіційний вісник України. - 2015. - №15/1. - Ст. 399. - Режим доступу до журн.: http://ovu.com.ua/proceedings/838

7. Тарифи на електроенергію в країнах ЄС та Україні [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://euinfocenter.rada.gov.ua/uploads/documents/28988.pdf

8. Динаміка зростання цін на газ і електроенергію для населення України з 2000 по 2020 рік / Україні [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://www.energosberezhenie.com/articles/dinamika_zrostannya_cin_na_gaz_i_elektroenergiyu_dlya_naselennya_ukrayini_z_2000_po_2020

9. Ливчак В.И. Градусо-сутки отопительного пери ода как инструмент сравнения уровня энергоэффективности зданий в России и в других странах / В.И. Ливчак // Энергосбережение. - 2015. - №6. - С.20-26.

10. Дудикевич Ю.Б. Енергоощадні котеджі: методики проектування будинків без газу / Дудикевич Ю. Б. - Львів: Сполом, 2011. - 192 с.

11. Захист від небезпечних геологічних процесів, шкідливих експлуатаційних впливів, від пожежі. Будівельна кліматологія: ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010. - [Чинний від 2011-11-01]. - К.: Мінрегіонбуд України. 2011. - 127 с. - (Національні стандарти України).

12. Boermans T.U. Values for better energy performance of buildings / T. Boermans, Petersdorff C. - Cologne: ECOFYS GmbH, 2016. - 104 p.

13. Гагарин В.Г. Методы экономического анализа повышения уровня теплозащиты зданий / В.Г. Гагарин // Вентиляция, отопление, кондиционированиевоздуха, теплоснабжение и строительнаятеплофизика (АВОК). - 2009. - №2. - С. 10-18.

14. Учетная ставка НБУ Україні [Електронний ресурс] / Режим доступу:http://index.minfin.com.ua/index/rate

15. Порівняльна таблиця тарифів на теплову енергію у різних країнах світу [Електронний ресурс] / Режим доступу: http://www.nerc.gov.ua/data/filearch/teplo/taryfy/taryfy_teplo_krainy.pdf

16. Арболитовые блоки строительные [Електронний ресурс] / Режим доступу:http://gyvaisol.com/arbolit.html

Размещено на Allbest.ru