Foresight tools to enhance energy efficiency in buildings based on the University energy hub

Abstract

Стаття розкриває суть ключових важелів мотивації до енергозбереження та підвищення енергоефективності закладів вищої освіти. Зокрема, відзначається доволі низький рівень зацікавленості ЗВО до реалізації заходів щодо зниження споживання енергетичних ресурсів. Виявлено, що причина відсутності інтересу до ощадливого енергоспоживання перебуває, насамперед, у площині бюджетного законодавства, адже розрахунок обсягу коштів на оплату енергетичних ресурсів здійснювався на основі нормативного обсягу споживання ресурсів для конкретної бюджетної установи і наявних (планованих) тарифів на електричну та теплову енергію. Наразі вирішено, що університети не отримуватимуть бюджетного фінансування на оплату комунальних послуг; обсяг субсидій Міністерства освіти та науки України на виконання державного завдання складатиметься з нормативних витрат на надання державної послуги, що залежить лише від контингенту студентів. Нормативні витрати на утримання майна Міністерством не покриватимуться, внаслідок чого в університеті тягар сплати за комунальні послуги повністю перекладається на доходи, що приносять прибуток. Звідси постає необхідність проведення заходів щодо підвищення енергоефективності та енергозбереження для закладів вищої освіти, що й було реалізовано за допомогою форсайт-методики. У межах цього дослідження, форсайт-методику підвищення енергоефективності будівель на базі університетського енергохаба побудовано на таких розрахунках: витратах тепла для опалення громадських будівель, розрахункового годинного теплового навантаження будівлі на опалення, визначенні доцільності організації чергового регулювання опалення, визначення економії теплової енергії від впровадження чергового опалення через створення автоматизованого теплового пункту, а також річної економії в грошовому виразі. З метою економії ресурсів та підвищення енергетичної ефективності на базі енергохаба університету з використанням автоматизованого теплового пункту запропоновано математично обґрунтувати вибір мінімальних та максимальних значень оптимальних параметрів мікроклімату; зменшити інфільтрацію, підвищити ефективність повітря розподілу в приміщеннях; оптимальні режими місцевого кондиціювання, попереднього нагрівання та охолодження; утилізацію «скидних» та природних теплоти та холоду; "комбінування" систем забезпечення мікроклімату з іншими системами; вдосконалення засобів автоматизації технічних систем. Доведено, що підвищення енергетичної ефективності систем опалення будівель університету на базі власного енергохаба дозволить досягти суттєвої економії теплової енергії на опалення та значно знизити емісію діоксиду вуглецю в атмосферу. Крім того, виявлено, що витрати теплової енергії на опалення залежать від проєкту будівлі, якості модернізації, реконструкції та утеплення, застосованих будівельних матеріалів, об'ємно-планувальних рішень, наявності або відсутності систем управління та автоматизації, режиму експлуатації приміщень та ставлення власників до нововведень. У висновках резюмується, що витрати теплової енергії можуть суттєво різнитися в будинках одного типу.

Статья раскрывает суть ключевых рычагов мотивации к энергосбережению и повышению энергоэффективности заведений высшего образования. В частности, отмечается достаточно низкий уровень заинтересованности ЗВО к реализации мер по снижению потребления энергетических ресурсов. Выявлено, что причина отсутствия интереса к экономному энергопотреблению кроется, прежде всего, в плоскости бюджетного законодательства, ведь расчёт объёма средств на оплату энергетических ресурсов осуществлялся на основе нормативного объёма потребления ресурсов для конкретного бюджетного учреждения и имеющихся (планируемых) тарифов на электрическую и тепловую энергию. Принято решение, что университеты не будут получать бюджетное финансирование на оплату коммунальных услуг; объем субсидий Министерства образования и науки Украины на выполнение государственных задач будет состоять из нормативных расходов на предоставление государственной услуги, что зависит только от контингента студентов. Нормативные расходы на содержание имущества Министерством не будут покрываться, вследствие чего в университете бремя уплаты за коммунальные услуги полностью переводится на доходы, приносящие прибыль. Отсюда возникает необходимость проведения мероприятий по повышению энергоэффективности и энергосбережения для учреждений высшего образования, что и было реализовано с помощью форсайт-методики. В рамках этого исследования, форсайт-методику повышения энергоэффективности зданий на базе университетского энергохаба построено на следующих расчётах: расходе тепла для отопления общественных зданий, расчётной часовой тепловой нагрузке здания на отопление, определении целесообразности организации дежурного режима регулирования отопления, определении экономии тепловой энергии от внедрения дежурного режима отопления в рамках созданного автоматизированного теплового пункта, а также годовой экономии в денежном выражении. В целях экономии ресурсов и повышения энергетической эффективности на базе энергохаба университета с использованием автоматизированного теплового пункта предложено математически обосновать выбор минимальных и максимальных значений оптимальных параметров микроклимата; снизить инфильтрацию, повысить эффективность воздуха распределения в помещениях; оптимальные режимы местного кондиционирования, предварительного нагревания и охлаждения; утилизацию "сбросного" и природного тепла и холода; "комбинирование" систем обеспечения микроклимата с другими системами; усовершенствование средств автоматизации технических систем. Доказано, что повышение энергетической эффективности систем отопления зданий университета на базе собственного энергохаба позволит достичь существенной экономии тепловой энергии на отопление и значительно снизить эмиссию диоксида углерода в атмосферу. Кроме того, обнаружено, что расход тепловой энергии на отопление зависит от проекта здания, качества модернизации, реконструкции и утепления, применяемых строительных материалов, объёмно-планировочных решений, наличия или отсутствия систем управления и автоматизации, режима эксплуатации помещений и отношения владельцев к нововведениям. В выводах резюмируется, что расход тепловой энергии может существенно различаться в домах одного типа.

The article reveals the essence of the key motivation drivers to save energy and increase the energy efficiency in higher education institutions. In particular, a low level of interest of higher education institutions in the implementation of strategies to reduce energy consumption has been observed. The findings suggest that the lack of interest in energy saving is primarily affected by budget legislation since the energy cost calculation was based on the consumption norms for a particular budgetary institution and the current (planned) electricity and heat tariffs. Recently, it has been decided that from now on universities will not obtain budget funding to cover utility costs; the amount of subsidies from the Ministry of Education and Science of Ukraine for the implementation of the government objectives will comprise regulatory costs for public service provision according to the student contingent. Standard property maintenance costs will not be covered by the Ministry anymore which will impose the burden of paying the utility bills upon the University’s gross income. Hence, there is a need to take efforts to enhance energy efficiency and energy saving in higher education institutions which was implemented using a foresight methodology. Within the scope of this study, the foresight project to improve the energy efficiency of buildings in the frameworks of the University energy hub is based on the following calculations: thermal energy consumption for heating public buildings, estimated hourly heating load to ensure heating in the building, verifying the feasibility of heating standby regulation, measuring energy savings through the creation of an automated heat supply station, as well as annual savings in monetary terms. In order to save resources and boost energy efficiency based on the University energy hub using an automated heat supply station, the study offers a mathematical toolkit to justify the choice of minimum and maximum values of optimal microclimate parameters; reduce infiltration, increase the efficiency of indoor air distribution; optimal modes of local air conditioning, preheating and cooling; utilizing of "waste" and natural heat and cold; "combining" microclimate systems with other systems; improving automation devices in technical systems. It is argued that increasing the energy efficiency of heating systems in University buildings on the basis of its own energy hub will contribute to gaining significant savings in thermal energy for heating and significantly reduce carbon dioxide emissions into the environment. In addition, the study reveals that the cost of thermal energy for heating depends upon a building design, modernization quality, reconstruction and insulation, applied building materials, spatial planning solutions, the presence or absence of control and automated systems, maintenance systems and attitude of owner’s attitude to innovations. The conclusions summarize that the cost of thermal energy can vary significantly in buildings of the same type.