Материалы, конструкции и устройства на основе нанотехнологии и биотехнологии для повышения энергетической эффективности зданий

Материалы, конструкции и устройства на основе нанотехнологии и биотехнологии для повышения энергетической эффективности зданий

Наблюдающийся в мире рост потребления энергии, связанный с увеличением ростом населения и энергопотребления на душу населения в слабо- и среднеразвитых странах, приведет, в частности, к дальнейшему увеличению эмиссий тепличных газов (диоксид углерода, метан, окислы азота), способствующих изменению климата, при продолжении ее производства на основе ископаемых источников. Этот процесс может быть замедлен в результате перехода на возобновляемые источники энергии.

По разным оценкам, мировое потребление электрической энергии увеличится с 20,1 трлн кВт в 2010 год до 25,5 трлн кВт в 2020 год и 35,2 трлн кВт в 2035 году. Доля возобновляемой электрической энергии составляла в мире в 2011 году 21%, в 2040 году составит около 25%. Необходимость противодействия изменению климату потребует дальнейших усилий по уменьшению эмиссии тепличных газов в энергетическом секторе и повышению эффективности использования произведенной энергии.

Ответственным за высокое потребление энергии является, в частности, строительный сектор. В период до 2050 год ожидается увеличение потребления энергии на отопление и охлаждение на 79% в жилых зданиях и на 84% в коммерческих. Для достижения существенных сокращений расхода энергии в зданиях главным приоритетом должно стать применение строительных норм и правил (СНиП), обеспечивающих высокую энергоэффективность.

Согласно статистическим данным, в США и Европе существующие здания были построены, в основном, до 1970 года. В Германии около 87% жилых зданий построены до 1977 года, в Италии, по меньшей мере, 9 % зданий до 1991 года. Большинство из них расходуют много энергии из-за недостаточной изоляции ограждающей конструкции здания и изношенных систем отопления, вентиляции и кондиционирования.

В последние десятилетия предложено несколько концепций строительства с высокой энергоэффективностью. Программа строительных технологий Министерства энергетики США предусматривает, например, появление на рынке жилых домов с нулевым потреблением энергии к 2020 году, и коммерческих зданий - к 2025 году.

Определения и нормы для таких сооружений остаются, однако, еще предметом дискуссий на международном уровне. В частности, используют понятия ZEB (zero-energy buildings – здания с нулевым энергопотреблением) и NZEB (nearly zero-energy buildings – здания с близким к нулевому энергопотреблением). Нулевое энергопотребление обозначает нулевой баланс между энергией, полученной извне, и возвращенной в энергетические сети за определенный период времени; близкое к нулевому энергопотребление – отрицательный баланс.

Европейский парламент в 2010 году принял директиву об энергетической эффективности зданий (Energy Performance of Buildings 2010/31/EU), предусматривающую введение концепции NZEB. Реализовать ее всеми странами ЕС трудно, так как в соответствии с ней все новые здания к концу 2020 года должны относиться к категории NZEB, а новые общественные здания даже к концу 2018 года. До 2014 года Директиву в свои национальные законодательства включили лишь некоторые страны ЕС.

К тому же, в Европе в фонде зданий ежегодно появляется лишь 1% новостроек от общего количества зданий. Следовательно, в повышении эффективности использования энергии существенную роль должны сыграть уже существующие здания. В принятой в 2012 году директиве об энергетической эффективности (Energy Efficiency Directive 2012/27/EU) в ЕС предусматривалось включение до июня 2014 года в законодательство всех государств положений о повышении энергетической эффективности уже существующих зданий. Государства должны были разработать долгосрочную стратегию мобилизации инвестиций в обновление национального фонда жилых и коммерческих зданий, как общественных, так и частных. Ежегодно с целью повышения энергоэффективности должно обновляться минимум 3 % общей площади отопляемых и/или охлаждаемых зданий. Повысить энергоэффективность в строительном секторе в большей степени можно за счет новых материалов и технологий, в частности наноматериалов и биотехнологии. Они позволят уменьшить по сравнению с традиционными материалами и технологиями затраты на осуществление мероприятий по энергосбережению.

В справке показаны возможности снижения энергозатрат и уровня эмиссии тепличных газов жилыми, производственными, коммерческими и другими категориями зданий за счет применения при их строительстве и модернизации новых материалов. В частности, рассмотрены аэрогелевые и трехмерные материалы, фотосинтетического стекла, материалы с переменой фазы, охлаждающие материалы, вакуумные изоляционные панели, пластмассы и полиуретановые пены на биологической основе, биомиметические легковесные конструкции, полупрозрачные фотовольтаические фасады, органическая фотовальтаика, фотобиореакторы.