Энергоэффективная Германия вчера, сегодня, завтра

Вошедшая в поговорку немецкая бережливость особенно проявилась в «углеводородном периоде» нашей общей истории. И это закономерно, ведь Германия — промышленно развитая страна с высокой плотностью населения, а природные запасы энергоносителей у нее ограничены и добыча их весьма затратна. Планомерные действия по экономии энергии начались в период нефтяных кризисов 70-х годов (однако и до того энергии никогда не было в избытке). Эти первые меры нельзя назвать системными, однако даже благодаря им удалось добиться многого. В период с 1990 по 2006 год энергоэффективность росла почти на 2 % ежегодно, и сейчас Германия тратит менее 7 ГДж на производство 1 тыс. евро ВВП. А значит, по энергоэффективности может считаться одной из ведущих мировых держав. Особое внимание здесь всегда обращали на промышленные предприятия и здания, ведь именно они потребляют львиную долю энергии. В середине последнего десятилетия XX века Европа перешла на единое законодательство в области энергоэффективности (национальные нормы каждого участника должны соответствовать законодательству ЕС). И только в 2007 году произошел переход к системным мерам в этой сфере.

Сейчас ситуация в общих чертах такова: немцы не скрывают, что чем больше «Газпром» зарабатывает в Германии, тем больше они стараются экономить. Неудивительно, ведь счета только за газ в Германии больше, чем все расходы на коммунальные услуги в России. В 2010 году средний немец заплатил за газ вдвое больше, чем в 2005-м. Импортируемое топливо в энергобалансе Германии занимает более 80 %. А ситуацию с поставками газа из России и Средней Азии в последние годы никак нельзя назвать стабильной. Другие же поставщики газа — Норвегия и Голландия — не в состоянии покрыть потребностей Германии. Так что есть резон экономить.

Общеевропейские директивы, несмотря на их рамочный характер, имеют статус обязательных рекомендаций для всех стран, то есть нормы европейских документов должны быть отражены в национальных законах. EPBD содержит лишь общие требования, и каждая страна вправе найти свои решения для реализации предусмотренных директивой мер. В Германии это закон, который называется EnEv (Energieeinsparverordnung). Он был принят в 2002 году, с тех пор несколько раз дорабатывался, последние изменения внесены в 2007 и 2009 годах.

EnEv рассматривает здание, как единую энергосистему, то есть учитывает и потребление первичной энергии (с соответствующим коэффициентом), и теплозащиту здания, которая жестко нормирована. Требования EnEv распространяются на все здания, за исключением построек, имеющих особую историческую ценность. С недавних пор для всех зданий-потребителей энергии в Германии обязателен энергетический паспорт — с середины 2008 года это требование предъявлялось к зданиям, построенным до 1966 года, а полугодом позже распространилось и на более «молодую» недвижимость. Владельцы жилья, например, при его продаже или сдаче внаем обязаны предъявить такой документ. В паспорте помимо энергобаланса здания указываются и основные меры по повышению энергоэффективности объекта.

Технические решения: генерация

Как-то на одной из тематических конференций премьер-министр России Владимир Путин пошутил: что, мол, немцы, газ кончится — дровами топить будете? Особый же колорит этой шутке придает то, что дрова, по мнению немецких энергетиков, — весьма перспективное топливо. Древесина экологична, «нейтральна» с точки зрения выбросов углекислого газа (сколько дерево поглотило, пока росло, столько и отдаст, когда его сожгут) и к тому же полностью возобновляема. Энергоустановки на деревянной щепе (woodchip power plants) тепло от сжигания древесины используют наиболее полно, вырабатывая электроэнергию и тепло для отопления.

Большая часть альтернативных генерирующих мощностей в Германии — это фотоэлектрические батареи и ветряные электростанции, расположенные на суше и на море. Солнечные панели сегодня может себе позволить любой владелец небольшой недвижимости — благодаря государственным субсидиям (которые стали возможны из-за роста потребительских цен на электроэнергию). Рост частных генерирующих мощностей поддерживается еще и тем, что любой владелец солнечной батареи или ветрогенератора может выступить продавцом электроэнергии на относительно свободном рынке. На практике это означает, что «зеленое» электричество можно сдать в сеть и получить за это деньги, что пока, к сожалению, невозможно у нас. Поэтому рост «зеленых» генерирующих мощностей в Германии идет со скоростью взрыва.

К 2050 году в Германии планируется увеличить долю энергии из возобновляемых источников до 60 %. Существует мнение, что таким образом к середине века станет возможно генерировать абсолютно всю электроэнергию в стране. Но соответствующих мощностей (и условий для их создания) в стране пока нет, и в этот переходный период Германия делает ставку на более традиционные источники энергии. Планировалось, например, что последний атомный реактор будет остановлен в 2021 году. Но уже сейчас ясно — срок эксплуатации реакторов придется продлевать на 10–12 лет.

Технические решения: экономия и сбережение

Около 40 % всей используемой в стране энергии «потребляют» здания и сооружения. Ограждающие конструкции (стены) в немецких домах, как правило, весьма добротные, и при этом их теплопроводность можно существенно уменьшить с помощью современных материалов. Но основная ставка делается на улучшение ограждающих конструкций, хотя хорошие стены — это базовая мера, без которой все остальные просто не будут иметь смысла.

Основными потребителями энергии в здании являются системы отопления и горячего водоснабжения, система вентиляции и кондиционирования, источники света и бытовая (офисная) техника. Отопление и водоснабжение съедают львиную долю энергии: по различным оценкам, от 60 до 85 % от объема потребления зданий, или примерно треть от потребляемой в стране энергии. Соответственно, основной путь улучшения энергетических характеристик здания — оптимизация этих систем.

Город Фрайбург расположен в земле Баден-Вюртемберг, недалеко от Швейцарии и Франции. Хотя это и курортная зона, однако совсем не тропики. Именно в этом городе вырос экспериментальный район Ваубан, застроенный сплошь пассивными зданиями. Пассивным называется здание, которое (условно) не потребляет энергию. На самом же деле потребляет — из расчета менее 15 кВт•ч в год на квадратный метр площади — и при этом производит примерно столько же.

Ваубан — экологически чистый и зеленый район, в котором жители предпочитают велосипед и трамвай остальным видам транспорта. Машины здесь не принято парковать у домов — в районе построена подземная парковка, поверхность которой покрыта солнечными батареями. Такие же элементы можно встретить на крышах почти всех домов Ваубана. Дома здесь построены исключительно из экологически чистых материалов: дерево, стекло, минимум бетона. Низкое энергопотребление в таких домах обеспечивается благодаря высоким характеристикам ограждающих конструкций и оптимальному ориентированию дома. Здание располагается так, чтобы выработка энергии солнечными батареями была максимальной. Учитываются даже преобладающие направления ветра, что также позволяет снизить потери тепла.

Кроме жилых существуют и другие здания, например офисные. Их энергопотребление, как правило, выше, ведь в офисах установлены более мощные инженерные системы, здесь больше техники и людей. Снизить энергопотребление офиса — существенно более сложная задача, и простыми мерами вроде замены бойлера тут часто не обойтись.

Компания DAIKIN и ее партнер, группа инженерных компаний Zeller, совместно с рядом научных организаций создали свою экспериментальную площадку — офис Zeller Group, известный как nZEB (net Zero Energy Building). Здание можно считать пассивным: солнечные батареи на крыше за год генерируют столько же энергии, сколько потребляют все инженерные системы здания. В здании вовсе нет отопительного котла, нет и когенерационной машины — тепло обеспечивает тепловой насос Altherma типа «воздух — вода» и система кондиционирования с переменным расходом хладагента (VRF, VRV). Насос подогревает пол (температура тепло­носителя 35 градусов Цельсия) и обеспечивает здание теплой водой, система кондиционирования подключается в случае особенно низких температур и увеличенной потребности в тепле.

Оптимизированы, насколько это возможно, и остальные системы. Например, в здании используется комбинация из светодиодных и люминесцентных источников света. Кроме того, площадь остекления довольно велика, и, несмотря на неизбежные тепловые потери, через стекла максимально используется естественный свет. Однако все это не имело бы смысла без мощной системы автоматизации, позволяющей следить за всеми важными параметрами работы систем здания и при необходимости их изменять. Именно эта система и осуществляет собственно экономию, ведь просто установить тепловой насос мало — надо еще найти оптимальный алгоритм его работы.

Пока это единственная в своем роде площадка, но в скором времени таких домов станет много больше — компания DAIKIN планирует возвести несколько таких зданий в разных регионах Германии.

Вместо заключения

Конечно, Россию трудно сравнивать с Германией — различия во всем слишком велики. Разные условия и масштабы, разное отношение к энергоресурсам, разные концепции развития энергетики. Но если Германия с ее традициями экономии открыла у себя такой огромный потенциал для энергосбережения и использования альтернативных источников энергии, то что же можно сделать у нас с нашими пространствами и ресурсами? Свой закон об энергосбережении теперь есть и в России, и он во многом похож на западные нормы. Дело за малым — наладить механизмы субсидий, либерализировать рынок электроэнергии и поменять сознание людей. И немецкий опыт нам в этом, безусловно, поможет.