Методы экономического анализа повышения уровня теплозащиты ограждающих конструкций зданий

Часть 2

В. Г. Гагарин, доктор техн. наук, профессор

Сравнение предельных значений удельных единовременных затрат на повышение теплозащиты

ограждающих конструкций зданий

Неравенство (13) выражает условие окупаемости единовременных затрат на повышение теплозащиты ограждающих конструкций – удельное значение единовременных затрат должно быть меньше предельного значения, которое зависит от ГСОП, стоимости тепловой энергии и учетной ставки по кредитам банка:

(13)

Сравнение значений ГСОП

Методики вычисления ГСОП в различных странах являются разными. Для возможности сравнения значений ГСОП для городов России и других стран вычисления были проведены для периода с температурой наружного воздуха менее или равной 8 °С и при значении t_в = 18 °С (это несколько отличается от принятой в РФ методики). Расчеты проводились на основе данных СНиП «Строительная климатология» и других справочных изданий по климату различных стран мира. Результаты расчетов представлены на рис. 5.

Рисунок 5 (подробнее)   Вычисленные значения ГСОП: а) для городов России и стран СНГ; б) других стран

Значения ГСОП для городов на большей части России существенно превосходят значения ГСОП для городов Западной Европы. Значения ГСОП столиц северных европейских стран Швеции и Норвегии практически равны значениям ГСОП на южных границах европейской части России. Значения ГСОП для городов на большей части России также существенно превосходят значения ГСОП для городов США и Канады, за исключением севера Канады и Аляски, где населения почти нет. Только на черноморском побережье нашей страны (Сочи) значения ГСОП соответствуют югу Западной Европы. На Дальнем Востоке нашей страны значения ГСОП существенно превосходят значения ГСОП для Японии и Китая.

Сравнение цен на тепловую энергию

Часто указывается, что цены на тепловую энергию в России значительно ниже мировых и эти цены должны подняться до этого уровня. Вопрос сопоставления цен на тепловую энергию чрезвычайно сложный. Прежде всего, следует отметить, что понятие «мировая цена тепловой энергии» не определено и, в общем-то, бессмысленно.

Цены на тепловую энергию зависят не только от страны, но и от региона, вида энергоносителя, используемого для производства тепловой энергии, вида теплоснабжения, типа отопления, отопительных приборов и т. д. В наибольшей степени цена тепловой энергии зависит, по-видимому, от цен на энергоносители. Однако и «внутренние цены одного и того же энергоносителя в разных странах различаются в 3 раза и более» [9]. Россия является страной-экспортером энергоносителей, поэтому компании-производители, при отсутствии административного регулирования цен государством, могут отпускать энергоносители внутренним потребителям по цене равной «мировой» за минусом экспортных пошлин и цены транспортных расходов. При этом под «мировой» понимается цена продажи энергоносителей на границе какой-либо страны-импортера [10].

Внутренняя цена энергоносителей в странах-импортерах складывается из «мировой» цены и внутренних налогов, т. е. цена приобретения энергоносителей в таких странах выше мировой. Поскольку налоги в разных странах различны, то цены приобретения энергоносителей в России следует сравнивать только с ценами конкретной страны. Другая особенность заключается в том, что в условиях рыночной экономики адекватным является сравнение не по валютному курсу, а по паритету покупательной способности (ППС). Обзор цен на тепловую энергию в западных странах выполнен в [11]. Исходя из изложенного, представляется целесообразным принять для расчетов цену тепловой энергии в Западной Европе равной 5 центам за 1 кВт•ч, основываясь на данных, приведенных в [11], хотя в настоящее время это значение является заниженным.

Цена тепловой энергии в России также зависит от региона и от источника энергоснабжения. Имеются различные прогнозы изменения этой цены. Динамика изменения средней отпускной цены тепловой энергии по отчетам РАО «ЕЭС России» до 2008 года (представленным в Интернете) приведена на рис. 6. В предыдущих работах [2, 3 и др.] для расчетов была принята средняя цена тепловой энергии в России, равная 2 центам за 1 кВт•ч, к началу 2008 года она не была достигнута. Эта цена принята в последующих расчетах. Хотя в последний год это значение, возможно, выросло.

Рисунок 6 (подробнее)   Изменение средней отпускной цены тепловой энергии по отчетам РАО «ЕЭС России». Минимальная цена тепловой энергии в Западной Европе принята равной 5 цент/кВт•ч

Сравнение процентных ставок по кредитам банков

Вероятно, правильнее всего для рассматриваемой цели взять фиксированную процентную ставку по долгосрочным кредитам. Однако для России такая ставка если и существует, то она велика в связи с неустойчивой экономикой. Поэтому представляется целесообразным использовать ставку рефинансирования центрального банка, увеличенную на поправку на риск. По этой ставке центральный банк кредитует коммерческие банки, которые в свою очередь кредитуют своих клиентов. Малая величина ставки рефинансирования, не более 5 %, свидетельствует о малой инфляции и характерна для стран с устойчивым экономическим положением. Это страны Западной Европы, Северной Америки и Япония. Большие значения ставки рефинансирования свидетельствуют о противоположных тенденциях в экономике страны, они характерны для бывших социалистических стран и особенно бывших республик СССР. При небольших значениях ставки рефинансирования (менее 5 %) ставка по долгосрочным кредитам превышает ставку рефинансирования, ставка по краткосрочным кредитам незначительно отличается от нее, причем может быть как больше, так и меньше. Небольшие значения ставок по кредитам свидетельствуют о превышении предложения финансовых средств над спросом и о небольших прибылях в сфере финансовых спекуляций.

Динамика изменения ставок рефинансирования для стран Западной Европы и Северной Америки в 1990 годы приведена в [2, 3]. В начале этого периода в некоторых странах ставки рефинансирования достигали 12 %, однако они неуклонно снижались и к концу периода составляли менее 5 %, это положение сохраняется в настоящее время. На рис. 7 приведено изменение ставки рефинансирования ЦБ России начиная с 1992 года. В настоящее время она равна 13 %.

В соответствии с рекомендациями [6] поправка на риск должна приниматься от 3 до 5 %, однако в дальнейших расчетах она принята равной 0 %. Это несколько увеличивает величину параметра w (т. е. предельного значения удельных единовременных затрат) для условий России и позволяет считать, что данное значение p может быть принято для ближайших лет. Итого общая учетная ставка по кредитам банка для России в дальнейших расчетах принята равной 13 %.

Сравнение значений параметра w

В табл. 1 приведены значения параметра w, рассчитанные для некоторых городов России для 2007 года. Там же приведено сопоставление значений этого параметра w для городов России и различных стран, выполненное для условий 2000 года. Чем больше величина параметра w, тем благоприятнее условия для повышения теплозащиты ограждающих конструкций.

Поскольку значения цен тепловой энергии и учетных ставок по кредитам банка приняты весьма приближенными, то значения параметра w являются еще менее точными. Тем не менее, некоторые выводы на основании данных этой таблицы могут быть сделаны.

Значения параметра w для 2000 года для России и бывших социалистических стран близки между собой и на порядок меньше, чем для западных развитых стран. Главным образом это объясняется большой разницей в величинах процентных ставок при относительно небольших различиях в значениях ГСОП. Для некоторых западных стран (Италия, Испания) значения параметра w близки к соответствующим значениям для России. Это объясняется низкими значениями ГСОП в этих странах.

В 2007 году значения параметра ω для городов России примерно в 2 раза больше, чем были в 2000 году. Это объясняется снижением ставки рефинансирования ЦБ.

Рассмотрим примеры оценки окупаемости затрат на повышение значений сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций с использованием приведенных данных.

Таблица 1 Расчетные значения параметра для различных регионов и стран

Страна, город ГСОП, °С•сутки/год Цена тепловой энергии, Ст, долл./кВт•ч Величина процентной ставки, %/год Значение параметра ω, долл•°С/Вт Россия, 2007 год Москва 4 515 0,02 13 16,7 Санкт-Петербург 4 356 0,02 13 16,1 Новосибирск 6 141 0,02 13 22,7 Норильск 9 787 0,02 13 36,1 Владивосток 4 292 0,02 13 15,8 Хабаровск 5 760 0,02 13 21,3 Магадан 7 229 0,02 13 26,7 Сочи 835 0,02 13 3,1 Сравнение с другими странами, 2000 год Россия, Москва 4 515 0,02 25 8,67 Россия, Санкт-Петербург 4 356 0,02 25 8,36 Россия, Новосибирск 6 141 0,02 25 11,79 Украина, Киев 3 274 0,02 35 4,49 Болгария, София 2 409 0,05 180,0 1,61 Венгрия, Будапешт 2 348 0,05 19,4 14,52 Польша, Варшава 3 064 0,05 24,5 15,01 Румыния, Бухарест 2 436 0,05 65,5 4,46 Австрия, Зальцбург 2 615 0,05 2,5 125,52 Бельгия, Брюссель 2 101 0,05 2,75 91,68 Германия, Берлин 2 604 0,05 2,5 124,99 Германия, Мюнхен 2 961 0,05 2,5 142,13 Дания, Копенгаген 2 819 0,05 3,5 96,65 Норвегия, Осло 3 753 0,05 5,5 81,88 Исландия, Рейкьявик 4 168 0,05 6,5 76,95 Швеция, Стокгольм 3 445 0,05 2,5 165,36 Финляндия, Хельсинки 4 232 0,05 4,0 126,96 Япония, Токио 1 487 0,05 0,5 356,88 США, Нью-Йорк 2 009 0,05 5,0 48,22 Канада, Оттава 3 986 0,05 4,5 106,29 Италия, Рим 546 0,05 5,5 11,91 Италия, Милан 1 704 0,05 5,5 37,18 Испания, Мадрид 932 0,05 4,75 23,55 Ирландия, Дублин 1 912 0,05 6,75 33,99

Пример 1

До 1995 года жилые дома в Москве строились согласно действовавшим нормам, с сопротивлением теплопередаче стен, не превышающем 1,0 (м²•°С)/Вт (k = 1,0 Вт/(м²• °С)). Согласно современным нормам требуемое сопротивле-нием теплопередаче стен составляет 3,13 (м²•°С)/Вт (k = 0,32 Вт/(м²•°С)). При дополнительном утеплении стены до выполнения новых требований значение коэффициента теплопередачи снижается: –Dk = 0,68 Вт/(м²•°С).

Согласно (13) единовременные затраты на утепление стены DК не должны превышать величины (–Dk)•w. В рассматриваемом случае получается, что предельное значение единовременных затрат на утепление стены, при которых они окупаются в Москве, составляло в 2000 году (табл. 1): DК_Москва ≤ 0,68•8,67 = 5,90 долл./м². В 2007 году это значение составляло DК_Москва ≤ 0,68•16,7 = 11,4 долл./м². То есть на утепление стен старых зданий до значений сопротивления теплопередаче, соответствующих современным требованиям, можно потратить не более чем 11,4 долл./м², иначе это утепление не окупится. В то же время, например, для Стокгольма эта величина в 2000 году составляла DК_{Стокгольм} ≤ 0,68•165,3 = 112,4 долл./м². При цене жестких минераловатных плит 100–150 долл./м³ и при необходимости использования на утепление стены слоя толщиной 0,1 м цена только теплоизоляционного материала составит 10–15 долл./м². Предельное значение единовременных затрат для Москвы будет превышено, а для условий Стокгольма цена теплоизоляционного материала составит всего 13 % от предельного значения единовременных затрат. То есть в Москве такое утепление стен никогда не окупится, а в Стокгольме – окупится, если цена остальных материалов и работы «уложится» в оставшиеся 87 %.

Пример 2

До 1995 года требуемое сопротивление теплопередаче окон в жилых домах в Москве составляло 0,42 (м²•°С)/Вт (k = 2,38 Вт/(м²•°С)). Согласно современным нормам требуемое сопротивление теплопередаче окон составляет 0,54 (м²•°С)/Вт (k = 1,85 Вт/(м²•°С)). Установка таких окон вместо применявшихся ранее приводит к снижению коэффициента теплопередачи: –Dk = 0,53 Вт/(м²•°С). Следовательно, цена новых окон (по условиям 2000 года) не должна была превышать цену применяемых ранее окон на величину DК_Москва ≤ (-Dk)•w = 0,53•8,67 = 4,59 долл./м². При цене оконных блоков с двойным остеклением в спаренных деревянных переплетах 35 долл./м² новые оконные блоки со стеклопакетами в ПВХ переплетах должны были стоить не более 40 долл./м². Если их цена была выше, то они никогда не окупятся из условий экономии энергии на отопление, и их применение с такой целью не оправдано (это не исключает их применения с другой целью, например, для повышения звукоизоляции). В то же время, для условий Мюнхена предельное значение единовременных затрат составляло DК_Мюнхен = 0,53•142,13 = 75,3 долл./м². То есть в Мюнхене новые оконные блоки могли стоить (в 2000 году) до 110 долл./м² (при одинаковой стоимости старых блоков), и они все равно окупятся.

При всей приближенности проведенных расчетов очевидно, что экономическая ситуация в Швеции и Германии значительно более благоприятна для проведения мероприятий по дополнительному утеплению ограждающих конструкций, чем в России. Этим может быть объяснено, почему в Западной Европе с успехом применяются энергосберегающие мероприятия, которые не находят достаточного понимания со стороны отечественных специалистов.

Физико-экономическая оценка теплоизоляционных материалов для утепления ограждений

Полученные соотношения и показатели можно применить для комплексной оценки теплоизоляционных материалов при их применении для утепления ограждающих конструкций.

Неравенство (13) при переходе к пределу при Dk→0  принимает вид:

(14)

Следует иметь в виду, что переход от разностного неравенства (13) к дифференциальному (14) означает, что все следствия из неравенства (14) будут выражать только необходимые условия окупаемости, но не достаточные. Если предположить, что утепление конструкции происходит только за счет увеличения толщины слоя теплоизоляции, без изменения конструкции ограждения и объема необходимых работ (что вообще не верно), то можно записать:

(15)

При утеплении ограждающей конструкции ее сопротивление теплопередаче увеличивается от величины R_o⁰ до величины R_o¹. При этом коэффициент теплопередачи конструкции равен:

(16)

где С_ут – цена теплоизоляционного материала, долл./м³;

К₀ – единовременные затраты на конструкцию ограждения, в том числе на работу по устройству теплоизоляции, но без учета затрат на теплоизоляционный материал, долл./м²;

x – толщина слоя теплоизоляционного материала, м;

l – расчетный коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала, Вт/(м•°C).

Единовременные затраты К являются функцией коэффициента теплопередачи конструкции k. Можно считать, что функция K(k) является параметрически заданной, где в качестве параметра используется x. По правилам дифференцирования таких функций получается:

(17)

Знак «-» объясняется тем, что с ростом толщины теплоизоляции единовременные затраты растут, а коэффициент теплопередачи уменьшается. Подстановка выражения (17) в неравенство (14) дает:

(18)

Параметр С_ут•l является характеристикой материала, а параметр R_o¹ – характеристикой конструкции. Последнее неравенство устанавливает связь трех характеристик: материала, конструкции  и региона строительства w. Если известны две из них, то можно получить ограничение на третью. Например, предельное значение для сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции, которое может быть достигнуто при использовании заданного теплоизоляционного материала при условии, что затраты на этот материал окупятся за счет экономии энергии на отопление, определяется неравенством:

(19)

Неравенство (19) можно использовать при нормировании теплозащиты ограждающих конструкций в конкретном регионе страны, для которого известно значение параметра w и определен рынок теплоизоляционных материалов. Из этого же неравенства следует, что теплоизоляционные материалы нужно сравнивать по параметру С_ут•l, чем он меньше, тем выгоднее применять материал.

Пример 3

Определить предельное значение для сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции здания в Москве при использовании в качестве утеплителя:

1. Минераловатных плит ценой 150 долл./м³ и с расчетной теплопроводностью 0,048 Вт/(м•°С).

2. Пеногипсовых плит плотностью 200 кг/м² ценой 11 долл./м³ и с расчетной теплопроводностью 0,10 Вт/(м•°С).

1. Определяется параметр С_ут•l = 150•0,048 = 7,2 (долл•Вт)/(м²•°С). Расчет для условий Москвы по (19) дает, что (в 2000 году) необходимое условие окупаемости должно было быть: R_o¹ < 1,10 (м²•°С)/Вт. Такой результат означает, что рассматриваемым материалом утеплять стену старого дома по условиям энергосбережения в Москве практически не имело смысла. В то же время для условий Стокгольма (Швеция) даже при той же цене минераловатных плит получается: R_o¹ < 4,83 (м²•°С)/Вт. То есть в Швеции ограждающие конструкции с такой теплоизоляцией могут оказаться выгодными.

2. Если в качестве утеплителя использовать пеногипсовые плиты плотностью 200 кг/м² ценой 11 долл./м³ и с расчетной теплопроводностью 0,10 Вт/(м•°С), то С_ут•l = 1,1 (долл•Вт)/(м²•°С). Расчет для условий Москвы по (20) дает: <2,65 (м²•оС)/Вт, что превышает нормируемое значение сопротивления теплопередаче стен до введения повышенных требований по теплозащите (то есть до 1995 года) на 1,65 (м²•°С)/Вт. То есть местный материал пеногипс значительно выгоднее применять для теплоизоляции ограждающих конструкций зданий, чем импортные минераловатные плиты, хотя их теплопроводность более чем в два раза ниже, чем у пеногипса.

Выражение (19) позволяет рассчитать максимально допустимую цену теплоизоляционного материала, при которой затраты на утепление ограждающей конструкции до заранее заданного уровня теплозащиты могут окупиться за счет экономии энергии на отопление. Из (19) следует:

(20)

Расчеты по формуле (20) приведены в табл. 2 по условиям 2007 года.

Таблица 2 Расчетные значения максимально допустимой цены теплоизоляционного материала по условиям окупаемости для Москвы (расчет по формуле (20) для условий 2007 года)

Сопротивление теплопередаче ограждения, Ro1, м2•°С/Вт Максимально допустимая цена теплоизоляционного материала, при которой затраты на утепление ограждающей конструкции до заданного уровня теплозащиты могут окупиться за счет экономии энергии на отопление Сут.max долл./м 3, при значениях расчетной теплопроводности теплоизоляционного материала l, Вт/(м•°С) 0,03 0,035 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1 0,12 1,0 557 477 418 334 278 239 209 186 167 139 1,5 247 212 186 148 124 106 93 82 74 62 2,0 139 119 104 84 70 60 52 46 42 35 2,5 89 76 67 53 45 38 33 30 27 22 3,0 62 53 46 37 31 27 23 21 19 15 3,5 45 39 34 27 23 19 17 15 14 11

Пример 4

Требуется определить максимально допустимую цену для теплоизоляционного материала с расчетной теплопроводностью 0,05 Вт/(м•°С) для утепления конструкции покрытия в Москве по данным на 2007 год до достижения значения сопротивления теплопередаче 3,5 м²·•°С/Вт.

Из табл. 2 определяется С_ут.max = 27 долл./м³.

Еще раз следует отметить, что формулы (18)–(20) и табл. 2 отражают лишь необходимые условия окупаемости утепления, а не достаточные. То есть даже при выполнении данных неравенств окупаемость инвестиций может не иметь места.

Литература

1. Пособие к МГСН 2.01-99 «Энергосбережение в зданиях». Вып. 1. Проектирование теплозащиты жилых и общественных зданий. – М. : Москомархитектура, 2000.

2. Гагарин В. Г. Об окупаемости затрат на повышение теплозащиты ограждающих конструкций зданий // Новости теплоснабжения. – 2002. – № 1, с. 3–12.

3. Гагарин В. Г. Экономические аспекты повышения теплозащиты ограждающих конструкций зданий в условиях рыночной экономики // Светопрозрачные конструкции. – 2002. – № 3, с. 2–5; № 4, с. 50–58.

4. Богуславский Л. Д. Снижение расхода энергии при работе систем отопления и вентиляции. – М. : Стройиздат, 1985.

5. Фихтенгольц Г. М. Основы математического анализа. – СПб., 1999.

6. Овсянникова Т. Ю. Экономика строительного комплекса. Экономическое обоснование и реализация инвестиционных проектов. – Томск : изд. ТГАСУ, 2004.

7. Крушвиц Л. Инвестиционные расчеты. – СПб., 2001.

8. СНиП 23–01–99. Строительная климатология. – М., 2000.

9. Кудинов Ю., Кузовкин А. Соотношение российских и мировых цен на энергоносители // Экономист. – 1997. – № 6, с. 35–40.

10. Волконский В., Кузовкин А. Цены на энергоресурсы в России и зарубежных странах // Экономист. – 2000. – № 11, с. 11–40.

11. Дмитриев А. Н., Табунщиков Ю. А., Ковалев И. Н., Шилкин Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия. – М. : АВОК-ПРЕСС, 2005.