Экожилье - ключ к будущему - Юрий Лапин

Экономия энергии где бы то ни было всегда благоприятно отражается на состоянии природной среды поскольку позволяет сократить ее производство (или наращивать меньшими темпами) и избежать загрязнения и отходов по всей, как правило весьма длинной, цепочке ее производства, распределения и использования. По подсчетам специалистов энергосбережение оказывается в 4-5 раз экономически выгоднее чем выработка эквиваленнтного количества энергии.

Энергоэффективные дома

Энергоэффективные дома можно считать самыми близкими родственниками экологических, и с них почти можно начинать современную историю экодомостроения. Несмотря на то что энергоэффективность далеко не исчерпывает всех сторон экологического дома, она является одним из главных свойств экологического дома и степннь его энергоэффективности является одной из главных его характеристик. Успешные проекты энергоэффективных домов являются хорошей основой для конструирования экологических домов.

Потребление энергии в жилищном секторе

На энергоснабжение жилых и общественных зданий в странах с умеренным климатом тратится около трети всей потребляемой энергии, таким образом потенциал энергосбережения в жилищном секторе весьма велик.

Энергопотоки в жилище

Дом представляет собой единую теплоэнергетическую систему с проходящими через нее потоками различных энергий.

Рисунок

Энергопотери дома

Дом теряет энергию почти исключительно в виде тепла, поскольку все виды поступающей энергии превращаются в нем в тепло. Основных каналов теплопотерь дрма три: через ограждающие конструкции, через окна и с теплом вентилируемого воздуха. Поскольку в последнее время появились конструкции окон с достаточно большим сопротивлением теплопередаче, то впервые появилась возможность кардинально утеплять дома до такой степени, что им становится не нужна система отопления даже в весьма холодном климате. Таким образом становится реальным лозунг "лучше один раз утеплить дом, чем всю жизнь его отапливать".

Неотопительные теплопоступления

В доме помимо функционирования системы отопления, постоянно идут множество других энергетических процессов, сопровождающихся выделением тепла. Суммарно эти тепловыделения для средней величины коттеджа в среднероссийских условиях составят порядка 10 мвт*час за отопительный сезон. С другой стороны теплопотери за этот же период могут быть сделаны несколько ниже этой величины.

Система терморегулирования

Вместо системы отопления в хорошо изолированном доме для компенсации в экстремально холодные периоды достаточно иметь маломощную систему терморегулирования. Действовать она будет эпизодическии выполнена может быть по лучистому типу.

Вентиляция

На вентиляции в существующих домах теряется ориентировочно около трети всего тепла. Исходя из этого естественно было бы ее сократить , однако при этом могут ухудшиться качество внутреннего воздуха, что также недопустимо. Анализ показыват, что возможно проведение системы различного характера мероприятий нацеленных на замедление или компенсацию ухудшения гигиенических показателей внутреннего воздуха. При этом без ухудшения качества внутреннего воздуха окажется возможным сократить объемы вентиляции и вместе с тем потери тепла. Потери тепла на вентиляцию могут быть сокращены также применением искусственных сосредоточенных приточно-вытяжных систем вентиляции с теплообменниками или тепловыми насосами.

Энергоснабжение экодомов

Возобновляемые источники энергии

Для снабжения энергией экодомов естественно использование энергии возобновляемых источников (ВИЭ). Было бы неверным утверждать что ВИЭ экологически безупречны, но экологический ущерб от них несравненно меньше чем от традиционной энергетики.

Солнечная энергия

Первичной энергией для жизни на земле за небольшим исключением является солнечная. Она как показывают расчеты, в большинстве районов Земли может быть и основным источником энергии для экодома. Идея "солнечного дома" имеет солидный возраст, а если обратиться к традиционным верованиям, имеет еще и мистическое обоснование. Она составной частью входит в концепцию экологического жилища.

В центральной Европе годовой приход солнечной радиации составляет 1.1 мвт*час/м[2],[ ]в районах Сахары - 2.3 мвт*час/м[2]. В России приход солнечной энергии на горизонтальную поверхность колеблется от 0.7 мвт*час/м[2]*год на севере до 1.5 мвт*час/м[2]*год на юге.

Таблица 1. Среднегодовой приход солнечной энергии на горизонтальную площадку.

Город

мвт*час/м[2]*год

Город

мвт*час/м[2]*год

Архангельск

0.85

Омск

1.26

Петербург

0.93

Новосибирск

1.14

Москва

1.01

Ростов на Дону

1.29

Екатеринбург

1.1

Астрахань

1.38

Элементарный расчет показывает что в средней полосе России двухэтажный коттедж занимающий в плане 100 м[2] за год получает от солнца более 160 мегаватт*час энергии, что превышает всю его годовую потребность даже при нынешнем расточительном потреблении энергии.

Тепловые гелиоприемники

Тепловые солнечные коллекторы превращают энергию солнечного излучения непосредственно в тепло. Достоинством тепловых солнечных преобразователей является высокий КПД. У современных коллекторов он достигает 45 - 60%. Эффективность термальных гелиоприемников повышается если они снабжены теми или иными концентрирующими излучение зеркальными поверхностями. Весьма перспективными для экодомов обещают стать плоские солнечные элементы с линейными концентраторами излучения - фоконы. Однако потребности в низкотемпературном тепле летом в доме невелики, поскольку в связи с трудностью его длительного хранения, до зимы, когда оно главным образом нужно, его сохранить сложно. Этим объясняется относительно ограниченное их использование в энергоэффективных домах.

В зависимости от этого тепловые коллекторы разделяются на плоские и концентраторные. Плоские коллекторы наиболее просты и дешевы, однако дают лишь низкотемпературное тепло, сфера применения которого в домовом энергохозяйстве ограничена. Концентраторные коллекторы более эффективны, но достаточно сложны в т.ч. в эксплуатации, и дороги из-за необходимости поворотных систем слежения за солнцем. Поэтому их использование в автономной энергосистеме жилищ пока проблематично.

Промежуточное положение занимают появившиеся сравнительно недавно фоконы - плоские солнечные элементы составленные из полос линейных концентраторов лучистой энергии. Концентраторы в сечении имеют V - образную форму (плоскую или параболоидную, последняя дороже, но эффективнее) которые в широком диапазоне углов нахождения солнца концентрируют всю или большую часть излучения в своей сужающейся части где располагаются теплосъемные трубки. Фоконы совмещают в себе преимущества плоских и концентраторных коллекторов - они не требуют строгой ориентации на солнце и в тоже время позволяют получить более высокую температуру теплоносителя, что увеличивает их эффективность.

рисунок

Теплоулавливающие стены

В последнее время стали популярны стены с прозрачной теплоизоляцией которые хорошо улавливают солнечное тепло и передают его внутрь зданий. Они представляют интерес для домов переходного типа, для экологических домов эффективнее использовать все же солнечные батареи.

Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии

Электроэнергия относится к качественным видам энергии поскольку может легко преобразовываться и успешно сохраняться, поэтому потребность в ней экодома достаточно велика. Вот почему экспериментальные дома имеют несмотря на низкий по сравнению с тепловыми батареями КПД большие площади покрытые фотоэлектрическими солнечными приемниками.

Общим недостатком солнечных приемников энергии является нерегулярность поступления энергии и несовпадение этих поступлений с графиком основных потребностей жилища в энергии, в связи с чем они могут успешно применяться только в сочетании с теми или иными энергоаккумуляторами.

Размещение гелиоколлекторов

При отсутствии затеняющих сооружений вся площадь восточных южных и западных фасадов дома, за исключением окон, может быть занята солнечными коллекторами. В первую очередь это относится как к наименее затеняемым поверхностям крыш, всвязи с чем уже появился термин "энергетическая крыша". Сейчас все больше появляется в продаже солнечных батарей выполненных как кровельные элементы.

Проблема доступа к солнцу

Еще в древней Греции незатеняемость дома и прилегающего участка гарантировалась законодательно. В связи с развитием малой солнечной энергетики аналогичное право должно быть введено и в современных поселениях.

При плотной городской застройке может возникнуть проблема взаимного затенения гелиоприемников деревьями , домами или другими сооружениями. На этот случай должны быть приняты нормативные акты и проектировочные правила защищающие определенный сектор солнечного облучения домовладения от затенения высокими деревьями или другими объектами на соседних участках. Опыт законодательного регулирования доступа к солнцу домовладений имелся еще в древней Греции. Расчеты показывают что при достаточно плотном, например шахматном расположении домов, затенение остается в допустимых пределах. Футурологи предсказывают что типичный городской пейзаж близкого будущего будет включать тысячи расположенных на крышах домов накопителей солнечной энергии, которые станут таким же элементом повседневности, как и телевизионные антенны сегодня.