Все рубрики Обратная связь Карта сайта
Версия для слабовидящих
НовостиЭкономика и бизнесИсследования и анализВсе материалы

Особенности формирования энергоэффективных автономных жилых зданий

3.05.2011

В связи с острыми экологическими проблемами и проблемами экономики, нехваткой традиционных природных источников получения энергии и тепла, возникает потребность в использовании альтернативных, возобновляемых источников энергии. Разработка современного инженерного технологического оборудования в сфере получения электроэнергии и переработки ее в тепло, в комплексе с мерами по энергосбережению и эффективности, дает возможность индивидуальному жилому дому существовать независимо от централизованных коммунальных сетей, что легко адаптирует его к условиям городской среды, к открытым территориям, к различным природно-климатическим условиям.

Несомненно, одним из важнейших факторов является снижение затрат на отопление и электроэнергию автономного дома. Если рассматривать альтернативные источники энергии и применение их у нас в стране, то стоит отметить, что Россия обладает значительными ресурсами ветровой и солнечной энергии, энергией биомассы. В переводе альтернативных запасов энергии на традиционный источник - нефть, это составит примерно 4,5 млрд. тонн топлива в год. И эта цифра превышает объем всех традиционных энергоресурсов страны в пять раз. Кроме того, достижения науки в этой области дают возможность архитекторам разрабатывать градостроительные, планировочные и конструктивные решения автономных жилых домов с учетом новых технических требований, направленных на улучшение жизни человека. В дальнейшем это дает возможность организации целых автономных энергоэффективных поселков, потребляющих возобновляемые источники энергии.

1. Исторический аспект формирования жилья автономного типа

Одной из первых архитектурных построек в истории человечества является юрта. Отвечающая требованиям мобильного (кочевого) образа жизни и быстрого возведения, она появилась в XII—IX веках до нашей эры и распространилась у кочевников от Восточной Азии до Восточной Европы. Юрта является одним из первых примеров организации автономного дома. Для ее установки требуется один час и три человека. Юрта имела строгие функциональные зоны: мужская, женская, и так называемая «культурная зона», являющаяся самой почетной частью, своего рода гостиной. Как правило, в центре юрты, для лучшей тяги огня и равномерного распределения тепла, располагался очаг. Такое зонирование сохраняется и по сей день. Современные юрты представляют собой более удобную для жилья конструкцию. Например, в американских юртах компании Pacific Yurts из штата Орегон, материал стен - полиэфир, покрытый акрилом, а кровля - из тяжелого винила с открывающимся пластиковым сводом, обеспечивающим циркуляцию воздуха. Главное отличие Pacific Yurts от традиционной юрты - наличие окон.

2. Особенности формирования автономного жилого здания

Новейшие достижения науки и техники в области добычи альтернативной энергии позволяют оснастить автономный дом необходимым инженерным оборудованием для поддержания жизнедеятельности в доме такого типа. Изучение современной западной практики показало, что вопрос проектирования энергоэффективных автономных жилых домов актуален не только в нашей стране. В таких странах как Дания, Нидерланды, Германия и США научные и проектные разработки для перехода на использование возобновляемых источников энергии контролируются и поддерживаются государственными программами. Отечественный опыт также является значимым, так как учитывает географические, климатические и экономические особенности нашей страны и возможности применения автономного типа малоэтажных жилых домов как на освоенной, так и на неосвоенной территории. Система «автономный дом», предложенная В. В. Царевым, предлагает полностью автономную схему энергоэффективного жилого дома, главным источником энергии которой является ветрогенератор, а источником тепла - тепловой насос и солнечные коллекторы.

Система «автономный дом»: 1 - солнечные коллекторы, 2 - ветрогенератор, 3 - тепловой аккумулятор, 4 - тепловой насос, 5 - скважина, 6 - фильтр-сборник дождевой водыУправление системой осуществляется высокоинтеллектуальной АСУ (автоматизированная система управления). Экономический расчет такой системы показывает, что все затраты окупаются в течении пяти лет, и в дальнейшем владельцу не придется платить за электроэнергию и тепло. Данная система обладает следующими техническими характеристиками:

- количество производимой электроэнергии - 7500 кВт/час в месяц;- максимальная электрическая мощность - до 60 кВт;- средняя тепловая мощность - 30 кВт (равняется количеству тепла, получаемого при сжигании 3500 л дизельного топлива в отопительных котлах).

Система автономного энергообеспечения основана на принципах экологической безопасности, экономии природных ресурсов и использования независимого от централизованных сетей инженерного оборудования. В комплексе с энергоэффективными архитектурно-планировочными решениями и с учетом климатических характеристик это дает снижение экономических затрат и улучшение экологической ситуации в целом. Отсюда и следуют определенные принципы формирования автономного жилого дома. Основное требование к автономному дому -экологичность, то есть применение экологически чистых материалов при строительстве и в ходе эксплуатации, утилизация, сортировка и переработка отходов. Экодом должен быть полностью независим от централизованных сетей. Вся энергия, которая требуется для жизнеобеспечения дома, вырабатывается им же самим. А значит - автономный дом должен быть домом «нулевого энергопотребления», то есть, обеспечиваться энергией, теплом и водой только благодаря возобновляемым источникам энергии (энергия солнца, ветра).

Получение тепловой энергии в этом случае осуществляется путем применения солнечных коллекторов, а получение электроэнергии - применением солнечных батарей и ветроустановок. В свою очередь, альтернативные источники энергии могут работать автономно, обеспечивая экологическую безопасность существования и уменьшение расходов на тепло и энергоснабжение. Весь процесс контроля за работой оборудования полностью автоматизирован и управляется компьютером, что приводит к еще меньшим затратам энергии. Данная технология получила название «Умный дом» и основана на передаче команд по средствам передатчиков (контроллеров) и приемников (модулей). Сейчас эта система стала обслуживаться программным обеспечением Activehome, совместимой с Windows, управляемой при помощи инфракрасного пульта или с дисплея. Такая технология способна контролировать все системы-источники получения энергии, обеспечивающие автономный дом электроэнергией, теплом и водой. Основными источниками являются ветрогенераторы, солнечные батареи, специальные преобразователи-инверторы, аккумуляторы, дизель-генераторы. Обычно схема автономной энергосистемы включает в себя:

- основной источник энергии (один или несколько) - генератор на жидком топливе (дизельгенератор), ветрогенератор (ветроэлектрическая установка), солнечный коллектор (генератор) или солнечная фотоэлектрическая панель;- аккумулятор или аккумуляторную батарею, служащую для возможности непрерывной подачи энергии;- преобразователь (инвертор) постоянного тока в переменный (напряжение 220В);- тепловой насос или теплонасосную установку (ТНУ).

Для получения питьевой воды могут использоваться скважины, осуществляться сбор дождевой воды и грунтовых вод, при взаимодействии со специальными угольными фильтрами.

Сохранение и распределение тепла в доме осуществляется путем использования энергоэффективных мероприятий и проектных архитектурно - планировочных решений. Экономию тепла можно достичь правильным выбором планировки дома. Четкое буферное зонирование предполагает ограничение числа отапливаемых помещений, пристройку различных не отапливаемых или частично отапливаемых подсобных помещений вокруг дома. Например, гараж пристраивается по глухой стене, против преобладающего направления ветра, веранда - с востока на запад и теплица - с южной стороны дома. Главная роль по сохранению тепла отводится тепловой инерции дома, которая обеспечивается, так называемой, термической массой - утеплителем, материалом стен и фундамента. Как правило, это природный экологичный местный материал, который обладает высоким сопротивлением. Например, грунтоблоки и дерево.

Среди энергоэффективных мероприятий, применяемых для автономного дома, преобладает использование активных систем в комплексе с пассивными. То есть, применение солнечных батарей в комплексе с теплицами и материалами, дающими возможность сохранить полученное тепло, заметно увеличат его количество и сократят расходы на его производство. Пассивные системы делятся на системы с прямым улавливанием солнечного излучения, поступающего через здание или через примыкающую к южной стене здания солнечную теплицу (зимний сад, оранжерею), и непрямым улавливанием солнечного излучения (теплоаккумулирующая стена, расположенная за остеклением южного фасада). Пассивные системы составляют интегральную часть самого здания, которое проектируется таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии. Среди энергоэффективных мероприятий, применяемых для автономного дома, преобладает использование активных гелиосистем в комплексе с пассивными. (Рис. 2)

Комплексный анализ энергоэффективных мероприятий (Онищенко С. В.): 1 - использование блокировки зданий, 2 - пассивное использование солнечной энергии (гелиотеплицы), 3 - применение активных гелиосистем (солнечных коллекторов, ФСМ) в сочетании с пассивными, 4 - применение тепловых насосов, использующих тепло грунта или тепло удаляемого вентиляционного воздуха, 5 - использование систем с автоматическим регулированием температуры внутреннего воздуха, 6 - применение приточно-вытяжных систем с механическим побуждением и с утилизацией тепла отработанного воздуха, 7 - применение систем лучистого отопления, 8 - проектирование воздушных систем отопления, 9 - возведение долговечных зданий (со сроком службы не менее 100 лет)

Солнечные коллекторы или солнечные фотоэлектрические панели на основе фотоэлементов, преобразуют солнечную энергию в электрическую. Впервые такие фотоэлектрические генераторы были использованы в космических технологиях на «Спутнике-3» в 1958г. Применение солнечных батарей положило начало фотоэлектрической энергетики, применяемой по двум направлениям: использование батарей малой мощности в качестве питания энергоемких приборов (часы, калькуляторы) и использование батарей большой мощности, для обеспечения электричеством автономных объектов, где солнечные коллекторы используются в системе с аккумуляторами и люминесцентными лампами, обеспечивающими экономичное потребление энергии. В России, в средней полосе, летом приходит примерно 5 кВт/ч энергии солнца на 1 кв. метр. Фотоэлектрические батареи, основанные на кремниевых панелях, способны преобразовывать около 10% от всей энергии солнца в электрическую энергию. [5] Однако доказано, что это не предел.

Для повышения эффективности работы солнечных коллекторов внедряются панели на основе гетеропереходных элементов, КПД которых составляет примерно 40%, что превышает КПД кремниевых панелей в 2-3 раза. Стоит отметить, что солнечные коллекторы являются экологически безопасными источниками энергии, они безвредны для человека и природы. И поэтому каких-либо дополнительных затрат на компенсацию вредных воздействий не требуется, что нельзя сказать про традиционные электростанции.

Существует мнение, что в России в целом, благодаря суровому климату Севера и Сибири, применение солнечных батарей и аккумуляторов неэффективно. Однако, благодаря исследованиям ИВТ РАН, доказано, что в среднем величина солнечной радиации в течение года более чем на 60% территории нашей страны составляет от 3,5 до 4,5 кВт/ч/м2 в день.

Атлас распределения ресурсов солнечной энергии по территории России. Данные Института высоких температур Российской академии наук (ИВТ РАН)Эти данные получены с учетом угла наклона площадки южной ориентации. Следовательно, для эффективного преобразования энергии необходимо определить выгодный угол луча к поверхности коллектора. Можно сделать вывод, что в России наиболее солнечными районами, наряду с районами Северного Кавказа, являются также районы Приморья и юга Сибири.

Ветрогенераторы или ветроэлектрические установки служат для преобразования энергии ветра. В основном используются лопастные генераторы, устанавливаемые по направлению ветра. Наибольшее распространение из ветроустановок получили ветроэнергетические установки (ВЭУ) с мощностью от 100 до 500 кВт. Автономные установки киловаттного класса, служащие для незначительного потребления энергии, могут применяться в районах и с меньшими скоростями ветра. В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан, в основном, с автономными электроустановками малой мощности, которые могут использоваться в домах. Они не уступают дизелям, работающим на топливе. Но, если скорость ветра не постоянна, то необходимо параллельно вместе с ветроустановкой устанавливать аккумуляторную батарею. Нужную мощность ВЭУ достигает при скорости ветра 10 м/с. Например, при среднегодовой скорости ветра 4 м/с, для небольшого дома необходима установка мощностью 500 Вт-1,5 кВт.

Следует заметить, что получение энергии от солнца и ветра находится в прямой зависимости, так как если светит яркое солнце, скорость ветра обычно минимальна, и наоборот. Поэтому следует использовать гибрид солнечной батареи и ветроустановки. В зимнее время основная работа по выработке энергии ложится на ВЭУ, а в летнее - на солнечный коллектор.

Тепловой насос или теплонасосная установка является альтернативой традиционной системе теплоснабжения ТЭЦ. Она служит для преобразования тепловой энергии окружающей среды (воздуха, воды, грунта) в тепловую энергию, осуществляемую с помощью компрессора или дополнительным подводом тепла. Применение теплового насоса улучшает теплоснабжение. Примерно в 2 раза сокращается потребление энергии, система теплоснабжения в этом случае не требует организации тепловых сетей. Эффективность ТНУ связана с возможностью выбора источника тепла: тепло грунтовых вод, теплота грунта, воды естественных водоемов и т.п. Энергетическая эффективность теплонасоса характеризуется коэффициентом преобразования энергии - отношением произведенного тепла к затраченной электрической энергии. Теплонасосная установка малой мощности (1-15 кВт) может использоваться для индивидуального теплоснабжения дома 150м2. По принципу действия и конструкции установка не отличается от холодильной машины. В качестве «рабочего» вещества обычно используется дешевый теплоноситель R22.

Особенностью автономных энергосистем, основанных на возобновляемых источниках энергии, является прямая зависимость от местоположения жилого дома и доступности ресурсов возобновляемой энергии на данной территории.

К альтернативным источникам энергии также относится...

Источник: www.zelife.ru

Энергоэффективность в строительстве

В современных экономических условиях нельзя рассчитывать на успехи в осуществлении хозяйственной деятельности, производстве и реализации выпускаемой продукции, не уделяя самого серьезного внимания сбережению ресурсов. Эффективное экономическое развитие Республики Беларусь в значительной степени связано с решением проблемы энергосбережения, в том числе при эксплуатации зданий и сооружений, на отопление и горячее водоснабжение которых ежегодно приходится свыше трети расходуемых энергоресурсов.

2.05.2011
СТРОИТЕЛЬНЫЙ МИР - Энергосберегающее решение энергоэффективных зданий

Формирование новых типов энергоэффективных жилых, общественных и производственных зданий в соответствии с разработанной в ЦНИИпромзданий концепцией основывается на системном подходе к зданию как к единой энергетической системе и экологическому компоненту окружающей среды. Проблемы энергосбережения рассматриваются как совокупность взаимодополняющих объемно-планировочных и конструктивных решений с эффективным инженерным обеспечением при оптимальном стоимостном балансе между затратами на теплозащиту здания и эксплуатацию его инженерных систем.

2.05.2011
и реконструкции энергоэффективных

МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ СТРОИТЕЛЬСТВА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ

ЖИЛЫХ ДОМОВ В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ НА 2009 - 2010 ГОДЫ

-----------------------------------------+------------+-------------------- Наименование мероприятий ¦ Срок ¦ Ответственные ¦ исполнения ¦ исполнители -----------------------------------------+------------+-------------------- Совершенствование технических нормативных правовых актов

2.05.2011
Все статьи

Комментарии

В мире

137 274 411 548 685 685
Реклама