Обещанная экономия энергии в зданиях не выполняется. Проблема заключается в неумелых системах моделирования, которые не в состоянии отразить то, как на самом деле работают здания.
Не так давно на юго-западе Англии местное сообщество решило заменить старую школу 1960-х годов новым зданием с окнами с тройным остеклением и сверхизолированными стенами для достижения максимально возможной энергоэффективности. Новая школа с гордостью открылась на том же месте, что и старая, с тем же количеством учеников и тем же директором - и вскоре за месяц сжигала больше энергии, чем старое здание за год.
Теплые полы в новостройке были спроектированы настолько неудачно, что окна автоматически открывались для сброса тепла несколько раз в день даже зимой. Камера на стоянке каким-то образом подключилась, как если бы она была термодатчиком, и подавала запрос на энергию каждый раз, когда что-то проходило перед объективом. Это был «каталог бедствий», по словам Дэвида Коли, специалиста из Университета Бата, прибывшего для расследования.
Многие стихийные бедствия были связаны с энергетической моделью здания, программным моделированием использования энергии, которое является важным шагом в проектировании любого здания, которое должно быть экологичным. Среди других ошибок дизайнеры экстраполировали свой план на основе упрощенной модели изолированного класса, расположенного на плоской местности, где большую часть дня светит солнце.
Это потребовало затемнения и затенения окон, чтобы уменьшить проникновение солнечного света. Кажется, никто не заметил, что новая школа на самом деле стояла в долине, окруженной тенистыми деревьями, и нуждалась в максимально возможном солнечном свете. В классах было так темно, что свет должен был быть включен весь день.
Это был крайний случай. Но, по словам Коли, это был также хороший пример того, как чрезмерно оптимистичное моделирование энергопотребления помогает вызвать «разрыв в энергоэффективности» - проблему, которая стала досадно знакомой в проектах «зеленого» строительства. Разрыв в производительности относится к неспособности улучшений энергопотребления, часто предпринятых с большими затратами, обеспечить часть (а иногда и все) обещанной экономии.
Проведенное в прошлом году исследование отремонтированных многоквартирных домов в Германии, например, показало, что они не достигли прогнозируемой экономии энергии где-то от 5 до 28 процентов. В Великобритании оценка 50 «передовых современных зданий», от супермаркетов до медицинских центров, показала, что они «обычно потребляют в 3,5 раза больше энергии, чем позволяет их конструкция» - и производят в среднем в 3,8 раза больше энергии, чем предусмотрено их дизайном. прогнозируемые выбросы углерода.
Разрыв в производительности - это «огромная, ужасная огромная проблема», по словам одного специалиста по строительным технологиям, и это не преувеличение. Несмотря на то, что общественность обеспокоена потреблением энергии и изменением климата в основном из-за автомобильных миль на галлон, на весь транспортный сектор, включая поезда, самолеты, корабли, грузовики и автомобили, приходится всего 26 процентов выбросов в связи с изменением климата в США. На здания приходится 40 процентов выбросов, вызывающих изменение климата, и они являются самым быстрорастущим источником выбросов.
Здания составляют 40 процентов, и они являются самым быстрорастущим источником выбросов, по данным Совета по экологическому строительству США. Устранение разрыва в производительности особенно важно для стран Европейского союза, которые взяли на себя юридически обязывающее обязательство сократить выбросы на 80-95 процентов по сравнению с уровнем 1990 года к середине века. Но уверенность в том, какая экономия будет получена, важна для любого, кто пытается выяснить, сколько инвестировать в конкретное улучшение энергопотребления.
Исследователи обычно винят в недостатке производительности небрежную работу строителей, чрезмерно сложные энергосберегающие технологии или плохое поведение потенциальных жильцов здания. Но в новом исследовании Коли и его соавторы возлагают большую часть вины на неумелое моделирование энергии. Название исследования задает провокационный вопрос: «Грамотны ли моделисты?» Еще более провокационно пресс-релиз Университета Бата сравнивает вводящие в заблуждение заявления об энергоэффективности здания со скандалом с выбросами Volkswagen, в котором фактические выбросы автомобилей с дизельными двигателями были в 40 раз выше, чем «производительность, обещанная производителем автомобилей»."
Для своего исследования Коли и его соавторы опросили 108 специалистов строительной отрасли - архитекторов, инженеров и консультантов по энергетике, - которые регулярно используют модели энергоэффективности. Чтобы упростить задачу, исследователи попросили участников взглянуть на типичный британский двухквартирный дом, недавно отремонтированный в соответствии с действующими строительными нормами. Затем они попросили испытуемых ранжировать, какие улучшения больше всего повлияли на энергетические показатели.
Их ответы мало коррелировали с объективной реальностью, как показало исследование, отслеживающее фактическую энергетическую эффективность этого дома по часам в течение года. Согласно исследованию, четверть испытуемых сделали суждения, «которые оказались хуже, чем у человека, ответившего наугад», в котором был сделан вывод о том, что выборка моделистов «и, следовательно, население моделистов зданий не может считаться грамотным в области моделирования."
«У нас бывают случаи, когда моделисты придумывают меру экономии, превышающую потребление энергии домом», - говорит один ученый.
Как и ожидалось, этот вывод вызвал раздражение. «Эта выборка кажется мне странной, - сказал Эван Миллс, специалист по строительным технологиям Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли, - включать в себя так много молодых специалистов, а затем критиковать отрасль в целом». Он отметил, что почти две трети из 108 испытуемых имели опыт работы в строительстве не более пяти лет. Но Коли и его соавторы обнаружили, что даже испытуемые с «квалификацией более высокого уровня или имеющие многолетний опыт моделирования» были не более точными, чем их младшие.
В любом случае, признал Миллс, «разрыв в производительности реален, и мы должны знать о моделях, которые не фиксируют вещи должным образом. дома, потому что они просто работают с моделью», и не обращают внимания на настоящий дом.
Такого рода проблемы - энергетические модели, показывающие необоснованные результаты - также возникают на предварительном этапе в 50 процентах проектов, проходящих процесс сертификации LEED, говорит Гейл Хэмпсмайр из Совета по экологическому строительству США. У дизайнеров есть тенденция использовать подход «черного ящика», предоставляя любые входные данные, которые требуются для конкретной энергетической модели, а затем принимают выходные данные, «без оценки разумности этих результатов», - сказала она. «У вас всегда есть проблема с мусором на входе/выходе, и способность разработчика моделей определить, выбрасывают ли они мусор, имеет решающее значение."
Итак, что исправить? Нынешние требования к аккредитации специалистов по моделированию энергии «очень мягкие», - сказал Коли, - но «когда вы пытаетесь сделать что-то относительно быстро, вы не можете отправить всех обратно в колледж на три года». В любом случае, проблема не в формальном образовании.
" Это связано с обратной связью," сказал он, или с ее отсутствием. Культура строительства говорит о том, что для архитекторов - но не для разработчиков моделей энергопотребления - вполне разумно путешествовать за сотни миль, чтобы увидеть, как реальное здание соотносится с тем, что они спроектировали.
Разработчики моделей энергопотребления даже не ожидают, что в первый год они позвонят по телефону управляющему зданием и спросят, как энергопотребление соотносится с исходной моделью. В результате, по словам Коли, энергетическое моделирование может стать похожим на теоретическую физику: «Вы можете очень легко создать целую сеть теорий, а затем обнаружите, что изучаете физику своих теорий, а не физику реального мира."
Организация, выдающая сертификацию LEED, теперь требует, чтобы разработчики публиковали фактическое использование энергии в онлайн-базе данных.
Ответ, как он предположил, заключается в нормативном требовании, согласно которому разработчики моделей должны следить за своей работой, регулярно сверяя свои прогнозы с фактическим потреблением энергии зданием. Система скромных поощрений также могла бы сделать эту обратную связь более доступной - например, пообещав взять трехнедельный перерыв в процессе получения разрешений на планирование для разработчиков, которые обязуются публиковать информацию о фактическом потреблении энергии в онлайн-базе данных. По словам Хэмпсмайра, Совет по экологическому строительству начал требовать такого рода отчетность для проектов, претендующих на сертификацию LEED, с онлайн-платформой, которая сейчас находится в разработке, «чтобы владельцы зданий могли отслеживать свои собственные показатели и сравнивать их с другими зданиями».
Вторая проблема, по словам Коли, заключается в том, что правительственные учреждения склонны требовать упрощенных энергетических моделей в начале процесса проектирования. Требования часто включают определенные единые предположения об использовании энергии, что облегчает сравнение одного здания с другим. «Поскольку вы должны сделать это в начале, это становится значением по умолчанию, и это создает своего рода мир «Алисы в стране чудес», и неудивительно, что моделисты моделируют этот искусственный мир».
Но, по крайней мере, в Соединенных Штатах, по словам Хэмпсмайра, в последние годы это стало меньшей проблемой. По ее словам, текущие требования строительных норм и правил «достаточно хороши». «Они не говорят: «Модельное использование энергии для здания, занятого восемь часов в день»» или какой-то другой произвольный стандарт. Вместо этого «они специально заявляют, что все использование энергии должно моделироваться в соответствии с ожиданиями».
Вывод из всего этого не в том, чтобы дискредитировать моделирование энергии, а в том, чтобы улучшить его. Строители все больше нуждаются в реалистичном моделировании, сказал Коли, людьми, обладающими глубокими знаниями в области строительной физики и, по крайней мере, таким же большим опытом работы с реальными зданиями, как и с энергетическими моделями. Без этого в результате получится еще больше офисных зданий стоимостью 500 миллионов долларов с избытком стекла на южной стороне, из-за чего всем внутри будет жарко в жаркий летний полдень. Без интеллектуального моделирования энергопотребления мир будет вращаться еще быстрее к неконтролируемому изменению климата.
«Это не ракетостроение», - сказал Миллс из лаборатории Беркли. «Это сложнее, чем ракетостроение».