«Цифровые двойники» жилых домов помогут застройщикам сэкономить до 15 млрд рублей в год и учесть все погодные аномалии

После трех лет мониторинга и анализа показателей 1300 точек учета в жилых домах Москвы и Подмосковья АО «Фонд стратегического развития энергетики «Форсайт» пришел к выводу, что моделирование совмещенных нагрузок и реального энергопотребления поможет снизить затраты на обеспечение жилых домов электроэнергией. Собранные данные убедили Минстрой изменить устаревшие нормативы, что позволит строительным компаниям сэкономить 10-15 млрд рублей в год и тем самым снизить стоимость квадратного метра жилья. Новые нормативы, которые стимулируют развитие инновационных технологий в энергетике, опубликованы 8 апреля 2021 и вступят в силу 8 октября 2021, поэтому проектировать жилые здания с учетом измененных правил можно уже сейчас. Дополнительно снизить затраты на строительство позволит моделирование работы систем тепло- и холодоснабжения, нормативы по которым еще ждут своего обновления.

Жара в первые месяцы лета в России привела к рекордному спросу на электроэнергию: 22 июня этот показатель достиг исторического максимума для лета — 122,7 ГВт. По данным Фонда «Форсайт» (компании, применяющей технологии интернета вещей в энергетике, энергоменеджменте и системах искусственного интеллекта), пиковые нагрузки в новых жилых домах с кондиционерами в каждой квартире превысили обычный для лета уровень на 30-40%. Днем, когда повсеместно включаются кондиционеры, чаще происходят сбои электросетевого оборудования, что приводит к отключению потребителей. Парадоксально, но даже в таких условиях современные здания тратят существенно меньше электричества, чем предусматривают законодательные нормативы, основанные на исследованиях и измерениях полувековой давности. Фонд «Форсайт» собрал данные в жилых домах комфорт-класса, построенных ведущими российскими девелоперами — группами компаний «Самолет» и ПИК и компанией «Брусника» — в Москве, Подмосковье, Екатеринбурге, Тюменской и Курганской областях. Фактические нагрузки в жилых зданиях оказались в 2-3 раза ниже запланированных — и это при том, что, по оценкам ПАО «Россети», на строительство подстанций для нового жилья ежегодно уходит 40-50 миллиардов рублей. Данные убедили законодателей изменить требования СП 256.1325800.2016 к проектированию нагрузок электроустановок жилых и общественных зданий и уменьшить нормы энергопотребления на 19%. В новой методике расчета электрических нагрузок Правительство Москвы также снизило расчетную мощность квартир в жилых домах, строящихся по программе реновации, на 35%. Этого достаточно, чтобы обеспечить надежное энергоснабжение жилых домов с учетом резерва. Фонд «Форсайт» продолжает исследования для обновления нормативов при проектировании тепло-, холодо- и водоснабжения.

«Чтобы обеспечить комфортные условия для жильцов даже во время аномальной жары, которую мы наблюдаем сегодня, застройщики оснащают современные дома централизованными системами холодоснабжения, — пояснил управляющий партнер Фонда «Форсайт» Андрей Абрамов. — Но эти системы обычно также проектируются по старым нормативам и оказываются переразмеренными. Все это — дополнительные капитальные затраты, из-за которых растут цены за квадратный метр и выплаты за эксплуатацию. На помощь приходит «цифровой двойник» энергосистемы здания, который предсказывает нагрузки в зависимости от погоды, различных параметров дома, уровня заселенности. Мы три года измеряли реальные нагрузки жилых домов в разных условиях — жарким летом, холодной зимой, в праздники — и продемонстрировали, что только на одном доме экономия капитальных затрат может составить 60-80 млн рублей без снижения качества микроклимата».

В 2018 году Фонд «Форсайт» установил Систему интеллектуального энергоменеджмента в шести многоквартирных домах и начал мониторинг нагрузки на сеть. Информация собиралась с 390 поквартирных приборов учета с поминутным интервалом и возможностью посекундного сбора данных. 800 датчиков анализировали общедомовые нужды индивидуально по каждой нагрузке, также собирались данные по нежилым помещениям и групповым приборам. В дополнение к этому использовались данные АСКУЭ почасовых нагрузок крупного микрорайона Москвы, других российских регионов и иностранных баз.

«На ряде объектов, в частности, для лифтов, проводились секундные замеры, благодаря которым мы создали «цифровые двойники» энергопотребления зданий. Данные об энергопотреблении объектов непрерывно собираются, хранятся и анализируются. Подчеркнем, эти данные уникальны, и в дальнейшем мы можем использовать их как для целей BIM-проектирования, так и для применения других инновационных технологий», — комментирует Абрамов.

Нагрузки разделили на три категории: базовые нагрузки (действуют постоянно, но с низкой мощностью, как холодильник и отопительные приборы), полупиковые (требуют больше мощности, но включаются реже, как освещение или телевизор) и пиковые (относительно высокие, как от плиты или стиральной машины, но с ограниченным временем действия). В исследовании учитывалось множество значимых факторов — от отключения горячей воды до карантина, от направления стен до массового возвращения из летних отпусков. Три года мониторинга подтвердили, что даже с учетом резерва и всех экстремальных обстоятельств проектируемые нагрузки значительно превышают реальные. При аномальной жаре летом этого года в центре внимания оказались дома с кондиционерами в большинстве помещений. Нагрузки в этих домах достигли максимального значения за период мониторинга, но остались в пределах допустимых значений, предсказанных моделированием. А анализ работы электробойлеров показал: если в жаркую погоду не отключать горячую воду, то пиковые нагрузки здания снизятся более, чем на 20%.

«Цифровые двойники» уже помогают снизить энергопотребление в жилых домах, школах и других зданиях, выстроенных с применением этой технологии. С их помощью застройщик может еще при проектировании выбрать тип стекол, ориентацию здания по сторонам света, направление стен, управление энергооборудованием и другие эффективные решения, чтобы найти баланс между капитальными затратами и комфортом при эксплуатации. Кроме того, снизить нагрузки помогают новые инженерные решения и искусственный интеллект. В одном из микрорайонов солнечные панели, системы накопления энергии, устройства для перераспределения нагрузок между независимыми вводами и балансирования фазных нагрузок, технологии «интернета вещей», накопители холода и другие интеллектуальные климатические системы, в которые вложили 36 млн. рублей, позволили сэкономить на строительство инфраструктуры 53 млн. рублей, а на эксплуатации — до 10 млн. рублей в год.

«Пиковые нагрузки можно не только предсказывать — ими можно управлять. Все чаще девелоперы обращаются к нам для моделирования будущих нагрузок здания, что позволяет разумно распоряжаться ресурсами в будущем и экономить капитальные затраты уже на стадии строительства. Так, в одном из подмосковных микрорайонов нам удалось снизить первоначально спроектированную мощность с 4032 кВт до 1838 кВт (это примерно 55%) за счет цифрового моделирования будущих нагрузок и запланированной установки системы интеллектуального энергоменеджмента для школы, дошкольного образовательного учреждения и ритейла (экономия 943 кВт), установки стеклопакетов с зеркальными стеклами (экономия 133 кВт), установки комбинации энергетического роутера с накопителем и солнечных панелей для снижения пика нагрузки (экономия 659 кВт) и планирования отключения горячего водоснабжения 458 кВт)», — делится успехами Андрей Абрамов. Благодаря изменениям в законодательстве, поддерживающим новые решения, в ближайшее время таких «умных» зданий станет больше.