WEB-ресурс научно-практических конференций

ЕКОНОМІЧНИЙ ТА ЕКОЛОГІЧНИЙ ЕФЕКТ ПРИ ВПРОВАДЖЕННЯ ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧОЇ ТЕПЛОІЗОЛЯЦІЙНОЇ СИСТЕМИ

Євтушенко Є.О., к.ф.-м.н.   Крючковський В.В.

Херсонський національний технічний університет

Постановка проблеми та її актуальність. В умовах підвищеного попиту на вуглеводневу сировину, яка використовується в якості енергоносія, трансформація економічного, соціального та екологічного просторів, скорочення періодів економічної стабільності, збільшення ступеня невизначеності економічного розвитку вимагають якісно нового науково-технічного переходу до питання енергозберігаючої системи. Необхідність дослідження проблеми енергозбереження шляхом монтажу теплоізоляційних конструкцій на побудовах в межах Херсонської області на сучасному етапі обумовлена економічними, соціальними та екологічними чинниками. Дійсно, в загальних рисах і в певних локальних формаціях доцільність впровадження енергозберігаючої теплоізоляційної системи вивчена досить повно, проте с точки зору конкретних географічних, кліматичних, соціально-економічних та екологічних умов Херсонської області проблема досліджена мало, якщо не сказати зовсім не досліджена. Ймовірно, саме з цим пов’язана низька активність населення області в намаганні термомодернізації власних помешкань.

Багатостороння оцінка різноманітних аспектів проблеми в контексті Херсонської області має гостро напрямлену практичну необхідність. Вивчення даного питання зрушить практичні надбання і теоретичні дослідження в точку практичної ефективності проекту і допоможе вирішити ряд гострих питань та позбутися загрози реалізації негативних прогнозів. Адже низька забезпеченість області енергоресурсами не може вирішитися на даний момент ані шляхом використання нетрадиційних альтернативних джерел енергії, ані шляхом обміну інших ресурсів на необхідні ресурси, тобто енергоносії.

Аналіз публікацій і досягнень за вказаною проблемою показує, що в вітчизняних наукових періодичних виданнях відомості про ефективність та доцільність впровадження і використання енергозберігаючої теплоізоляційної системи в межах Херсонської області відсутні [1-4].   Мало досліджене питання в Україні навіть на загальнодержавному рівні. Крім того, відсутні в дослідженнях вказаної проблеми   системність і комплексність. Причини цього вбачаються у недостатньо чітко обробленому статистичному апараті, так як необхідні дані або носять випадковий характер, або відсутні зовсім. Проте аналіз численних публікацій, передрукованих з зарубіжних видань, або таких, які ґрунтовно спираються на іноземний досвід і присвячені вказаній проблемі [5-7], показує, що публікації такого роду містять дуже цінну інформацію, яка може бути адаптована та використана в контексті Херсонської області, за умови, що будуть вивчені і враховані всі особливості окресленого регіону.

До невирішених задач проблеми належить відсутність будь-яких досліджень, які б доводили необхідність застосування енергозберігаючої теплоізоляційної системи в особливих економічно-соціальних та кліматичних умовах Херсонської області.

Викладення основного матеріалу. За останнє десятиліття склалася ситуація, яка характеризується гострим дефіцитом природних енергетичних ресурсів в Україні. Споживання енергії в світі завжди йшло за експонентним законом. Кількість використаної енергії зростає за рахунок вуглеводневої сировини. У екологічному відношенні найбільш ефективним енергоносієм є природний газ.

Якщо розглянути структуру споживання природного газу в Україні та світі, то за [4; с. 9] в країнах Євросоюзу газ становить 22% від загальної кількості використовуваних енергоносіїв (окрім газу, це нафта, вугілля, уран, відновлювальні ресурси), в США – 24%, в світі в середньому – 21%, натомість в Україні – 41%. Це один з найбільших світових структурних показників. За даними НАН України, власні запаси природного газу в Україні відносно невеликі і становлять загалом 1 трлн. м ³ , за умови, що будуть враховані всі розвідані на сьогоднішній день родовища. Для порівняння, в Росії такий показник складає 53 трлн. м ³ , на Близькому Сході 33 трлн. м ³ , в Ірані – 13 трлн. м ³ . Україна не є країною з великим ресурсним потенціалом і не належить до економічно розвинених країн. Тому існує значний дисбаланс в народному господарстві. Визначним і одночасно обмежуючим економічний розвиток чинником є саме енергетичні ресурси, і, як випливає з наведеної структури споживання енергоресурсу, в Україні стратегічно важливим ресурсом є природний газ. Річне споживання газу в Україні становить приблизно 120 млрд. м ³ , при власному щорічному видобуванні 24 млрд. м ³ [8; с. 153].

Таким чином, склалася ситуація, яка вимагає термінових пошуків шляхів мінімізації, економізації споживання природного газу. Зокрема, Херсонська область є регіоном енергозалежним. Енергетичні ресурси для забезпечення потреб області імпортуються, оскільки власних традиційних природних енергетичних ресурсів не має.   Щороку Україна використовує 70% газу в промисловості і 30% йде на потреби населення, теплоелектроцентралі (ТЕЦ) і бюджетних установ та організацій. Проте в Херсонській області фактична частка газу, що використовується в промисловості значно нижча і становить 40% від обсягу загально спожитого газу. Тому в Херсонській області є перспективним скорочення рівню споживання природного газу фондами ОДА за рахунок монтажу енергозберігаючої системи на житлових спорудах. В цьому випадку невисокий рівень індустріалізації області справляє позитивний економічний ефект.

Дослідження та аналіз динаміки споживання природного газу для опалення в Херсонській області за період 2000-2006 років [9] показує, що впродовж досліджуваного періоду зберігається стійка тенденція зростання рівнів споживання газу всіма споживачами (рис. 1).

Рис. 1. Динаміка споживання природного газу для опалення в Херсонській області за роками (2000-2006 рр.)

Проте найбільш негативна тенденція спостерігається у ТЕЦ. Лише цей споживач не мав за 7 років жодного факту зниження рівня споживання природного газу для опалення відносно попередніх років. Обсяг споживання палива населенням та бюджетними установами і організаціями протягом років мав нерівномірний характер, спостерігалися численні підвищення та зниження рівня споживання газу, обсяги знижувалися відносно попередніх років, проте в   загальному вигляді і ці споживачі стали використовувати природного газу для опалення більше. В процесі дослідження проблеми були проаналізовані показники середньодобової температури повітря в опалювальний період (табл. 1).

Таблиця 1. Середньодобова температура опалювального періоду в Херсонській області

     За формулою кореляції Спірмена   (де   - значення першого признаку,   - значення другого признаку, n – кількість ознак) розрахована коефіцієнтна залежність між температурою повітря в опалювальний період оточуючого середовища і рівнем споживання природного газу різними споживачами в Херсонській області за період 2000-2006 рр. (табл. 2) .

Таблиця 2. Кореляційна залежність між рівнем споживання природного газу для опалення та середньодобовою температурою повітря в опалювальний період

Коефіцієнт кореляції ТЕЦ прямує до 1, а це означає що залежність дуже висока в порівнянні з населенням і з кожним роком вона посилюється, а це необ’єктивна, невиправдана залежність. Рівень споживання природного газу для опалення населенням та бюджетними організаціями досить чітко детермінується коливанням температури, проте це носить інший характер, об’єктивний. Натомість динаміка використання газу ТЕЦ має ряд чітких негативних рис і тенденцій: спостерігається нерівномірне і непропорційне збільшення рівня спожитого газу, немає закономірності між зниженням (збільшенням) температури повітря в опалювальний період та збільшенням (зниженням) кількості спожитого газу. Система опалення ТЕЦ поступово вичерпує себе, основні фонди потребують комплексної та дорогої модернізації, на даний момент ТЕЦ не виправдовує себе, бо врешті-решт у квартирах та приміщеннях, які опалюються ТЕЦ температура значно нижче припустимих норм. Проте й населення і бюджетні установи не зовсім раціонально споживають блакитне паливо. В Херсонській області існує значна проблема з температурою повітря в приміщеннях в опалювальний період, незалежно від того, чи опалюється житло ТЕЦ, чи власним котлом. Комфортною є температура 22°С, а для сімей з дітьми до 1-го року за нормою вона повинна становити 25°С. Проте на практиці досягти таких показників досить важко. Населення встановлює опалювальні пристрої на низьку потужність, а при опаленні ТЕЦ значна кількість теплової енергії втрачається при транспортуванні через довгу систему теплотрас. В обох випадках страждає кінцевий споживач. До того ж, значна частка теплової енергії втрачається непродуктивно – через стіни, дах, вікна, підвали, двері і вентиляційні системи відбуваються значні тепловтрати. Чим більше витрачається теплової енергії, тим менше її залишається для утворення теплового комфорту, тобто тим більше необхідно її забирати від джерела тепла – це значні перевитрати коштів.

     У житловому будівництві минулих років в Херсонській області не звертали увагу на відповідну термоізоляційність. Теплова енергія, яку отримували з природного газу, була дешевою. Проте дешевою вона була при купівлі, фактична ціна знижувалася датуванням. Індивідуальне будівництво обходилося доступними матеріалами: звичайна цегла (часто силікатна), іноді пустотіла. Виходило досить швидко і недорого. Термоізоляційних матеріалів практично не було. Втрати тепла, часто невиправдано значні, компенсувалися більшим споживанням досить дешевого палива. Необхідність економно витрачати енергоносії виникла після ряду підвищення ціни на газ. Тож для Херсонської області з двох варіантів нормалізації температури повітря в приміщеннях (пасивного – встановлення потужності опалювальних устаткувань на максимальний рівень, та активного – використання енергозберігаючої теплоізоляційної системи) одразу відпадає пасивний шлях, і надзвичайно актуальною залишається термомодернізація приміщень. В неутеплених будинках тепловтрати крізь вікна та перекриття становлять 15-20%, крізь вентиляцію – 12-17%, крізь стіни – 37-43%, крізь поверхню підвалу – 10%. Це приблизні показники, адже на тепловтрати впливає багато чинників: розташування будинку відносно сторін світу, напряму вітрів, наявність дерев навколо будинку, його захищеність рельєфом місцевості. Цікавим прикладом використання енергозберігаючої теплоізоляційної системи є польський досвід. Він може стати в нагоді при аналізі ідентичної проблематики в ракурсі Херсонської області. Приміщення редакції польського періодичного видання «Домовий фахівець» знаходиться у житловому багатосімейному будинку, спорудженому у 60-х роках. Взимку температура у приміщеннях була 13-14°С. Причиною цього вважали стару, заексплуатовану систему опалення. Але після утеплення стін будинку 5 см полістиролу і заміни вікон на однорамні пакетні (трійні) при тій самій температурі опалення температура повітря в приміщенні підвищилися до 20-22°С, що цілком відповідало тепловим комфортним умовам [7; с. 21]. Цей приклад свідчить, що встановлення системи опалення повинне розпочинатися від виконання енергозберігаючих перегородок і елементів – стін, вікон, даху. Сучасне світове   будівництво базується на нормі PN -91/ B -02020, згідно якої коефіцієнт теплопроникнення к не може перевищувати 0,55 Вт/м ² К для стін; 0,3 Вт/м ² К – для перекриття даху; 0,6 Вт/м ² К – для перекриття підвалу і 2,0 Вт/м ² К – для вікон [7, с. 22]. Зниження показника коефіцієнта к (що досягається підвищенням ступеня термоізоляції) – це зменшення споживання енергії і коштів, витрачених на обігрів. Якщо к стіни відповідає нормі, це ще не означатиме, що стіна утеплена – вона відносно утеплена. Для дійсно теплої стіни к повинна знаходитися в межах 0,2 Вт/м ² К, що є цілком можливим в умовах Херсонської області. Пропонується утеплювати приміщення області 20 см шаром пінопласту, що допоможе споживати в 3,5 рази менше природного газу щороку.

Технічна причина того, що тепловтрати у споруд значні полягає в тому, що не існує такого будівельного матеріалу, який задовольняв би норми теплоізоляції при традиційній товщині стіни (табл. 3). В Херсонській області, зокрема, в таких містах як Херсон, Каховка, Нова Каховка, Берислав в 60-х рр. 20 століття за державною програмою було зведено велику кількість п’ятиповерхових стандартних будинків на п’ять під’їздів кожен. Ці будівлі збудовані з керамзитобетонних плит. За табл. 4 товщина стіни повинна становити 119 см , аби задовольняти максимально припустиме значення коефіцієнту теплопроникнення.

Таблиця 3. Товщина стін з різних матеріалів як фактор проникнення тепла

   Проте товщина стін згаданих будинків становить 30 см . Тож коефіцієнт теплопроникнення в них становить 2,18 Вт/м ² К, що у 3,97 разів перевищує   норму      PN -91/ B -02020 . Це означає, що відбуваються перевитрати палива на 297%. При цьому фактичного тепла в квартирах немає. Такими будинками забудовані великі масиви: наприклад, в м. Херсоні лише на одній з вулиць їх 16. Площа стін однієї стандартної забудови без врахування вікон і дверей та з урахуванням шатрового даху становить 3179,4 м ² . Енергозберігаюча теплоізоляційна система складається з таких компонентів: утеплювач (мінеральна вата, пінопласт), клей для утеплювача, кріплення для утеплювача, сайдинг, кріплення для сайдингу.   Ціна оздоблення 1 м ² складає 45 гривень. Термомодернізація одного п’ятиповерхового   будинку обійдеться в 140 000 гривень. З одного боку ціна велика. З іншого – це ціна не лише за теплу квартиру сьогодні, але й інвестиція в наступні покоління в якості зекономлених мільярдів м ³ природного газу. В п’ятиповерхових будинках області по 100 квартир. В перерахунку на одну квартиру монтаж енергозберігаючої   теплоізоляційної системи обійдеться в середньому у 1 400 гривень.

     Ситуація з приватними будинками приблизно аналогічна, проте є певні особливості: по області спостерігається стійка тенденція в прагненні зробити фасади приватної власності більш привабливими, на відміну від мешканців квартир, які займаються, в переважній кількості випадків, вдосконаленням безпосередньо самих приміщень (внутрішнього простору). Щодо приватних будинків, оздобити площу в 150 м ² (відповідає 120 м ² жилого простору), наприклад, гранітною крихтою, природним каменем без утеплення коштуватиме від 3 000 до 7 000 гривень. І можна стверджувати, що велика кількість власників саме це і робить. Проте така модернізація не несе жодної, окрім естетичної, користі. Натомість, за ті ж самі гроші можна зробити набагато кориснішу інвестицію – утеплити будинок.   До того ж, здавалося б пасивна агрегація (в економічному плані) приносить суттєву економію коштів (за коштами стоять ресурси та інші реальні, а не номінальні цінності).

     Ціна на газ для населення становить 0,407 грн. На обігрів будинку площею 120 м ² в місяць взимку споживають 1300 м ³ газу. За умови утеплення споживатиметься 400 м ³ палива. Розрахуємо період окупності інвестиції за формулою:

,

де П _ок - період окупності інвестиції;

І ₀ – первісні інвестиції;

Д –   сума доходу з одиниці інвестиції [9; с. 140].

     За розрахунком, термомодернізація будинку площею 120 м ² окупається за 14 місяців опалювального періоду. Для активно нефункціонуючої системи це досить високий показник.

     Ще однією суттєвою проблемою, яку спричиняє нераціональне опалення приміщень, є екологічна. При впровадженні енергозберігаючої системи в Херсонській області вирішиться також цілий ряд екологічних проблем. На сьогоднішній день, не зважаючи на відносну якість повітряного середовища в області, на км ² території області припадає 120 т викидів. Основний вклад у викиди речовин від стаціонарних джерел області вносять ТЕЦ. Лише Херсонська ТЕЦ щороку забруднює повітря 232 т викидів. Продукти забруднення виникають внаслідок згоряння природного газу та слабкого функціонування застарілої системи очищення. Якщо говорити про якісний склад забруднювачів, то він наступний (ідентичний для всіх ТЕЦ області): окис вуглецю, оксиди азоту, сірчаний ангідрид, вуглеводні. Аналіз стану атмосферного повітря в області показує, що в останні роки рівень забруднення атмосфери пилом не змінюється, проте забруднення оксидом вуглецю безперервно збільшується, і не останню роль в цьому відіграє саме нераціональне опалення повітря приміщень. Середньомісячні концентрації станом на 2000 рік становили 0,62-0,72 ГПК, окису вуглецю – 0,36-0,45 ГПК. Середньомісячні концентрації NO ₂ мають тенденцію до зростання. В 2000 році ГПК NO ₂ становило 0,89. Аналіз також показує, що середньорічні концентрації згаданих речовин по області знаходяться у межах норми, і небезпечними є не середні концентрації забруднювачів у повітрі, а разові в окремих районах. Максимальні разові концентрації забруднюючих речовин по області поблизу ТЕЦ в 2000 році становили: окису вуглецю – 2,5 мг/м ³ , двоокису азоту – 0,4 мг/м ³ , вуглеводню – 2,4 мг/м ³ [10, с. 12]. Внесок у забруднення повітря діяльність ТЕЦ значний.

     Повітряний басейн області зазнає окрім хімічного, фізичне забруднення. Повітря штучно підігрівається взимку шляхом значних тепловтрат. Це в свою чергу впливає на перебудову атмосферної трансформації, зокрема на посилення процесів опустелювання. Проявляється це тим, що літо стає більш посушливим, бездощовим, річна норма опадів випадає в декілька днів, переважно восени, а перша половина зими дуже тепла, що сприяє розмноженню шкідників та знищення ними озимих. Для Херсонської області ця проблема є вкрай актуальною. Адже головна спеціалізація області – сільськогосподарська. Великі тепловтрати при опаленні приміщень завдають збитків не лише прямо (перевитрати палива), але й опосередковано (через погіршення клімату) на господарство. Термомодернізація допоможе значно знизити рівень хімічного та фізичного забруднення повітряного басейну області та повністю ліквідувати локальні небезпечні концентрації забруднюючих речовин. Такого ефект буде   досягнуто шляхом значного скорочення обсягів споживання природного газу для опалення приміщень та зниження тепловтрат.

Висновок. Дана проблематика має дуже широкий спектр першопричин і наслідків, проте дослідження виявило той факт, що впровадження енергозберігаючої системи в Херсонській області має високу сьогоденну актуальність, оскільки вирішує різноспрямовані економічні та екологічні питання. В роботі були дослідженні кліматичні та економічні в ракурсі споживання природного газу для опалення особливості Херсонської області. Запропонований шлях вирішення проблеми ресурсозалежності області. Енергозберігаюча теплоізоляційна система забезпечить значне скорочення витрат на паливо та оптимізацію екологічної ситуації, що має беззаперечний позитивний характер в умовах сучасної нестабільної ситуації у всіх сферах та галузях господарювання.

Список використаних джерел:

1. Геєць В.М. Питання взаємопов’язаного розвитку економіки та енергетики України//Вісник НАНУ. – 2006. - №2. – С. 39.

2. Єрмолов Є.Ф. Енергетична політика в контексті сталого розвитку країни//Економіка і прогнозування. - №2. – С. 9.

3. Лір В.Є. Аналіз та прогнозування енергетичного балансу України//Економіка і прогнозування. - №2. – С. 101.

4. Слинько Ю., Томах А. Энергетическая стратегия Украины//Инвестгазета. - №11(539). – С. 8.

5. Энергосбережение в зданиях и сооружениях//Реестр А.С.С. – 2000. - №2(63). – С. 18.

6. Австрийский опыт энергосбережения//Технологии энергоэффективности будущего. – 2003. - №1. – С. 12.

7. Системи центрального опалення //Ринок інсталяційний. – 1998. - №7. – С. 21.

8. Сафранов Т.А. Екологічні основи природокористування: Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів, 2-ге вид., стереотип. – Львів: Новий світ-2000, 2004. – 248 с.

9. http :// mpe . kmu . gov . ua

10. Грідасов В.М. Інвестування. – К.: Вища школа, 2002. – 214 с.

11. Бойко М.Ф., Чорний С.Г. Екологія Херсонщини. – Херсон: Терра, 2001. – 254 с.