Покрытия Low-E в холодном и жарком климате: комплексное влияние развития рынка энергоэффективного строительства в развивающихся странах на примере Китая

Подобно большинству стран с развивающейся экономикой (т.н. emerging markets — дословно, отсталые рынки, англ. — прим. ред.) процессы урбанизации и строительства жилья в городах Китая вследствие экономической политики центральной власти идут громадными темпами. В течение следующего десятилетия в города там переместится более 400 млн. человек. Эта программа началась в 2005 г. и рассчитана до 2020 г. В результате это означает, что жилая площадь должна прирастать темпами не ниже 2 млрд. м² в год за первое десятилетие, и далее — рост жилой площади на одного человека с 30 до 45 м².

• Share

• Share

Более половины ежегодного нового мирового строительства сейчас приходится на Китай, где строительство потребляет около 40% всех энергоресурсов. Развитие этой страны оценивается как 75% мирового прироста эмиссии CO₂ в 2005–2030 гг. Схожесть проблем, возникающих в области энергетики и строительства в странах с развивающейся экономикой (к которым относят и Украину — прим. редакции), заставляет всех внимательно присмотреться к потенциалу энергосбережения за счет применения энергоэффективного остекления. Анализ результатов исследований показывает, что именно развивающиеся страны имеют огромный потенциал прироста энергопотребления на душу населения. С учетом того, что именно в этих странах живет три четверти населения планеты, то отсюда следует и огромный рост общего энергопотребления на планете.
Минимум 25% энергопотерь в зданиях Европы происходит через светопрозрачные конструкции. Окна и стеклянные фасады занимают примерно 33% наружной площади зданий. В Китае, где климат на большей части суровее европейского, энергопотери через стекла будут еще больше еще и потому, что примерно 85% всех светопрозрачных компонентов зданий выполнено из однослойного стекла.
Улучшение, во-первых, путем создания стеклопакетов и, во-вторых, созданием Low-E покрытий и теплового отражения, т. н. управления инсоляцией, дальше развилось в появление пакетов с контролем затененности, поступления дневного света, устранения бликов, естественной вентиляции и в получение возобновляемой энергии наряду с получением дополнительной естественной энергии и энергосбережения в зданиях. Прозрачные части зданий — наибольший источник теплопотерь в зданиях, они же служат самым мощным резервом для энергосбережения.
Это особенно видно на примере Китая. Многообещающие планы правительства по энергосбережению означали план интеллектуальной кооперации между правительством и научными институтами в сотрудничестве с промышленностью. Даже после того, как были приняты энергосберегающие стандарты по внедрению стеклопакетов, и новое строительство должно их придерживаться, есть широкое поле деятельности для улучшений. Однако фрагментарные действия в промышленности, недостаточные знания и нехватка детальных регламентов и норм, особенно по стройнадзору при установке изделий, сдерживают развитие. Это воспринимается, и сейчас MOHURD (Ministry of Housing and Urban Development, министерство по строительству жилья и развитию городов) и региональная власть в сотрудничестве с NDRC (National Development and Reform Commission, национальная комиссия по развитию и реформам) стали движителем в Китае в этой области.
Урбанизация континентального Китая происходит с громадной скоростью. Одновременно происходит и общий рост населения, и рост уровня жизни, поэтому строительство идет опережающими темпами. В этих условиях энергосбережение — жизненно важное требование. Если энергосбережение и меры по снижению прямых потерь энергии не достигнут цели, то строительство станет главным потребителем энергоресурсов.

Потенциал и область его применения

Европа давно разработала системы экологически дружественных зданий, минимизирующих эмиссию CO₂, и стандарты по затратам природных ресурсов — стройматериалов и энергии. Эти системы опираются на возобновляемые материалы из развивающихся источников, представляют собой решение, способствующее устойчивому развитию в массовом производстве оболочек зданий. Имеющиеся в Европе решения для стеклопакетов сберегают в десять раз больше энергии, чем обычное однослойное остекление. Потенциал энергосбережения во многих странах Европы, например, в Германии, реализован на 80%. Перенос таких технологий в Китай означал бы сокращение энергопотребления страны минимум на 20%.
Есть огромная разница в климате северной и южной частей Китая. Обогрев нужен только в Северном Китае. Энергопотребление в частных домах также отличается от городского жилья. Общественные строения имеют огромную разницу в показателях энергопотребления. Крупные общественные здания площадью помещений свыше 20000 м² с центральной системой обогрева и кондиционирования потребляют в 3÷8 раз энергии на 1 м² больше, чем такие же, но без систем центральной подготовки воздуха.
Отопление в северных городах потребляет до 40% всей энергии, используемой в зданиях. Энергия, отнесенная к 1 м² и пересчитанная на стандартный уголь, составляет 20 кг/м²/год. Эффективность систем бойлерного подогрева в микрорайонах не превышает 55%. Все частные дома в Китае потребляют 12% общего количества энергии, затрачиваемой в Китае. Общественные здания обычного размера потребляю 7% общего расхода электроэнергии в стране (без учета затрат на отопление). Крупные общественные здания потребляют в целом на 1 м² в 5÷15 раз больше энергии по сравнению с обычным частным домом.
В Европе на счет плохого конструирования и некачественного строительства относят только 25% энергопотерь через оболочку зданий. Плохое качество изделий и монтажа в Китае сейчас снижает эффект от практически достижимого энергосбережения примерно вчетверо.
Неправильное регулирование отопительных систем и отсутствие систем измерения приводит к неэффективности систем. 20÷25% потерь тепла вызвано несбалансированностью температур в комнатах. Ограничение отопительного сезона (например, не ранее 15 октября), так же как и более низкие допустимые температуры в жилище зимой и более высокие летом — только временные меры по снижению затрат энергии, приводящие к снижению теплового комфорта, а иногда (из-за погодных явлений) ведущие к перерасходу энергии — например, применение жителями местного электрообогрева помещений осенью при еще не включенном центральном отоплении.

• Share

• Share

Прогнозы и перспективы энергосбережения в строительстве

В 2020 г. 56% всего населения Китая будет жить в городах и мегаполисах. Энергопотребление в строительстве и при эксплуатации зданий увеличится очень существенно. До 2020 г. ожидается прирост ежегодно вводимого жилья на 2 млрд. м². Общая площадь введенного в эксплуатацию жилья в Китае за период 2005–2020 гг. составит не менее 30 млрд. м², см. рис. 3.

СЕГОДНЯШНЯЯ СТАРТОВАЯ ПОЗИЦИЯ

Стандарты и в Европе, и сейчас в Китае отражают «лучшую практику», позволяющую китайской промышленности использовать европейский опыт и достижения в исследованиях и разработках плюс опыт в менеджменте. На этом основании руководство совместной китайско-европейской экспертной группы в стекольной отрасли предложило с моей помощью поддержку Еврокомиссии. Эта группа консультирует правительство Китая по вопросам развития базы стандартов по применению стеклопакетов, схем вывода изделий на рынок через процедуры сертификации и всех видов испытаний изолирующего остекления по китайским, американским и европейским стандартам. Экспертная группа вдобавок курирует соответствующие тренинговые программы и обучение специалистов. Итальянский институт Stazione Sperimentale del Vetro (SSdV) в Венеции, голландский институт TNO и швейцарский строительный институт задействованы в работе экспертной группы.
На выходе — евростандарт EN 1279 в качестве нового китайского стандарта по стеклопакетам, причем тексты стандартов совпадают более чем на 80%, также в Китае был принят в качестве национального стандарт ISO по защите от ультрафиолетового излучения. Однако отсутствие в Китае единой концепции энергосбережения очень сказывается и затрудняет взаимоувязку вопросов по отраслям, особенно по энергосберегающему остеклению и встроенной фотовольтаике.
Общий теоретический потенциал энергосбережения в Китае от повсеместного применения стеклопакетов составляет около 8%, но это в случае достижения такого же уровня качества изделий, что и в Центральной Европе.
В зданиях это величина в целом означает 20% общего энергопотребления. В новом строительстве практически достигнут 85% уровень применения стеклопакетов (остальное — все еще одинарное простое стекло). Срок эксплуатации китайских изолирующих стеклопакетов (IGU) из-за некачественных уплотняющих материалов и брака при изготовлении несравнимо меньше с установленным в Европе гарантированным сроком эксплуатации 25 лет. Правильные уплотнители — вот еще резерв и для энерго- и для ресурсосбережения за счет увеличения практического срока службы изделий.

Развитие концепции энергосбережения — многомерный процесс проектирования

Должен быть задействован синергетический эффект, при этом эффективное здание должно быть построено для гибкого использования

Табл. 1. Передача энергии для светопрозрачных компонентов, важнейшие факторы влияния на величину U

• Share

• Share

Рис. 5. Теплоизоляция и теплопередача в пассивном доме

Передача тепловой энергии, величина U изолирующих стеклопакетов (IGU) с покрытиями Low-E и с заполнением инертными газами (Ar, Kr)

Теплопередача и конвекция

Зависит от эмиссионной способности ИК-излучения с поверхности

РАЗВИТИЕ РЫНКА ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ИЗДЕЛИЙ

Строительство в Китае

Прогнозируется, что к концу 2010 г. общая площадь строительства домов в континентальном Китае займет 51,9 млрд. м², в том числе городское жилое строительство займет 17,1 млрд. м², а к концу 2020 г. общая площадь, занятая новостройками, составит 68,6 млрд. м², в том числе новостройки жилья в городах займут 26,1 млрд. м². Очевидно, что это гигантские цифры.
Однако свыше 93% существующих конструкций на площади свыше 44 млрд. м² — энергонеэффективные здания без энергосберегающих окон и стеклянных фасадов, и энергопотребление в них примерно втрое выше, чем в домах современной конструкции. Опираясь на данные по нынешнему потреблению энергии в зданиях, к 2020 г. общее потребление в домах достигнет 1089 млрд. т (в пересчете на стандартный уголь), и пиковые нагрузки будут происходить из-за применения кондиционеров, причем величина этих пиковых перегрузок будет достигать десятикратной мощности электростанции Three Gorges*.

---

* Дамба Three Gorges Dam (Chángjiāng Sānxiá Dàbà, дамба «Три горла») – гидроэлектростанция на реке Янцзы недалеко от г. Сандупинг, район Йилинг провинции Хубей, Китай – крупнейшая в мире гидроэлектростанция с установленной мощностью генерации 18200 МВт. Примеч. редакции

Китай — страна с острой нехваткой энергии, хотя объем энергопотребления — самый большой в мире, он составляет около 10% всего мирового энергопотребления. Решение энергетической проблемы — императив, и строительство должно быть ориентировано исключительно на энергосберегающие технологии в ориентированном на экономию энергии обществе, это должен быть стойкий тренд развития в Китае.

Энергопотребление в строительстве

Среди разных потребителей энергии именно строительство в континентальном Китае сейчас отнимает 28% от общего энергетического пирога страны, и эта цифра стремительно растет. Остальные 2/3 поровну приходятся на транспорт и промышленность (в развитых странах — 50% идет в строительство и примерно по 25% — на транспорт и промышленность).
На окна и двери приходится от 20% до 30% всех эксплуатационных энергозатрат, а величина энергопотерь через них достигает 50%. Особенно велики эти цифры для гражданского строительства — почти 70%. Теплопотери через наружные окна и двери в Китае выше в 2,5–3 раза, чем в развитых странах; т.е. именно окна и двери — ключевая позиция в энергосбережении.
Исследования для создания адаптированных к местным условиям конструкций окон и дверей — важнейшая тенденция, к счастью, поддерживаемая правительством Китая. Начиная с апреля 2008 г., введен в действие новый энергетический кодекс, который стал основой нынешней национальной экономической политики. Им предусмотрено достижение 50–65% снижения энергозатрат на единицу площади зданий по сравнению с нормами энергообеспечения в 1984 г.

Политика применения Low-E остекления на формирование рынка стекла

Национальная промышленная политика Китая, законы и регламенты играют сейчас ведущую роль в формировании спроса на энергосберегающие стеклопакеты с Low-E стеклом (IGU). В 2006 г. в Правительстве были сформированы департаменты, ответственные за энергосбережение в строительстве, где постановили: новое строительство должно полностью отвечать самым строгим энергосберегающим требованиям и стандартам, необходимо скорейшим образом провести энергореконструкцию и модернизацию имеющегося жилого фонда с целью максимального снижения уровня энергозатрат в строительстве. Цели по энергосбережению были обозначены в новом Законе об энергосбережении от 2010 г.: новые здания должны потреблять на 50% энергии меньше, а к 2020 г. — на 65% меньше, чем по ранее действовавшим нормам.
Министерство строительства планирует за период с 2006 г. по 2020 г. провести энергореконструкцию 13 млрд. м² существующих зданий, на что будет инвестировано 2 триллиона юаней. Для этого, исходя из 15% площади остекления оболочки зданий, потребуется 1,95 млрд. м² энергосберегающего стекла, которые позволят сэкономить до 40% энергии. Средний годовой спрос для этого на энергосберегающие окна и двери составит 120 млн. м², а в целом — свыше 200 млн. м².
Несколько цифр. Снижение параметра U для однослойного листового остекления с 6 до 1,1 кВт/(м²К) означает снижение энергозатрат на 21% на дом или на 1 м². Если такую задачу решить только в Пекине, то (из расчета нынешнего потребления 2,5 т стандартного угля на 100 м² или 150 кВт.ч/м²/год) общая экономия составит 3 млрд. юаней, или, в перерасчете на нефть, 0,3 млрд. литров в год. При среднем сроке эксплуатации энергосберегающих стеклопакетов из стекла Low-E, определенном на уровне 25 лет, экономия за этот период только для одного Пекина составит 75 млрд. юаней при затратах на установку окон с таким остеклением всего в 3 млрд. юаней!
Рост товарного производства разовьет производственные мощности в промышленности, позволит приобрести западные комплексы для массового производства стекол с покрытиями и ламинированного стекла для высотных зданий. Это, безусловно, положительно скажется на общем развитии рынка стекол с покрытиями, причем на новой, самой современной технологической базе. Такая задача уже поставлена и уже реализуется.

Спрос на Low-E стекло

Стекло типа Low-E — это сейчас самое лучшее энергосберегающее стекло в мире. По сравнению с обычным стеклом и стеклом с традиционным покрытием оно имеет отличные показатели энергосбережения, отличные оптические и экологические характеристики. Сейчас производственные мощности континентального Китая по производству стекла Low-E достигают 50 млн. м² в год. В 2013 г. рыночный спрос на такое стекло достигнет 150 млн. м² при общем спросе на стеклопакеты 300 млн. м² в год. В течение двух последующих лет, видимо, спрос на Low-E стекло достигнет цифры 300 млн. м² в год, а спрос на стеклопакеты вырастет до 700 млн. м² в год, но это при условии повсеместной замены однослойного остекления.

• Share

Рис. 6. Величина U для разных схем стеклопакетов

• Share

Рис. 7. Рынок энергосберегающих окон в Германии: решения и развитие

ВЫВОДЫ

Сейчас соотношение потребления первичной энергии в строительстве с общим потреблением растет день ото дня (нынешнее соотношение в Китае — 28%), стремясь к показателю 40% (в развитых странах). Общие цифры энергозатрат громадны, поэтому сокращение энергозатрат, особенно в строительстве, — ключевая задача для Китая, причем она имеет глобальное значение.

• Share

Помимо экономии энергии на всех этапах строительства — от грамотного проектирования, применения новых технологий строительства и новых материалов, следует снизить эксплуатационные затраты энергии, которые примерно в 2–5 раз выше, чем в развитых странах со схожими климатическими условиями, причем на счет окон и дверей относят до половины (!) всех тепловых потерь в зданиях. Рынок строительства в Китае прирастает не менее чем двойными темпами по сравнению с ростом его экономики (около 10% за 2010 г.).

---

По материалам доклада д-ра Хельмута Хоэнштайна
(Dr. Helmut Hohenstein, Dr. Hohenstein Consultancy, Prien am Chiemsee, Германия) на конференции Glass Performance Days 2011, июнь 2011 г.,
Тампере, Финляндия