Энергосберегающие и энергоактивные здания

Высокая эффективность работы системы обуславливается использованием в холодный период года запасаемого в тёплый период года избытка тепла, и соответствующего увеличения термического коэффициента теплового насоса, обусловленного повышением температурного уровня низкопотенциального источника тепла (сезонного аккумулятора тепла). В тёплый период увеличивается холодильный коэффициент теплового насоса, что обусловлено снижением температурного уровня конденсатора;

4) Приточно-вытяжная система вентиляции с рекуператором тепла совмещённая с центральным фанкойлом отопления-кондиционирования;

5) Низкотемпературная система отопления;

6) Крыша и фасады (отдельные участки) выполнены в виде энергоактивных ограждающих конструкций на базе гелиопрофиля;

7) Оснащение энергоактивного здания элементами системы "умный дом".

Концепция энергоактивного здания наиболее эффективно может быть реализована при строительстве новых и реконструкции старых зданий следующего назначения: торгово-культурные сооружения, коттеджи, объекты рекреационного назначения (пансионаты, больницы, дома отдыха), многоквартирные дома и административно-жилые комплексы, объекты дошкольного воспитания и образования.

Общежития

Общежития с солнечным эпергоснабжением для временного проживания учащейся, рабочей и семейной молодежи проектируют по норме 6 м2 жилой площади на одного человека с общественными помещениями обслуживания для города, поселкового и сельского строительства.

В сельской местности и рабочих поселках городского типа, для поселков с постоянным и сезонным проживанием населения общежития могут быть квартирными для семей из 2...6 человек, бригадными для рабочих производственных групп на 10...100 человек (полеводческие и животноводческие бригады), общежитий-комплексов для больших производственных коллективов (200...1200 человек).

Основные требования проектирования общежитий: компактность объемно-планировочного решения с учетом обеспечения комфортных условий в различных природно-климатических условиях, сохранение теплоты или солнцезащиты от перегрева.

Одноэтажное мобильное общежитие с отдельно стоящими жилыми ячейками (упрощенного типа) с энергоснабжением от солнечных батарей ветроагрегатов (МАРХИ). Архитектурно-планировочное решение предусматривает объединение в едином общежитии комплекса жилых комнат, помещений общественного назначения и обслуживания. Конструктивно-планировочные элементы выполняют в виде контейнеров, которые изготовляются цельнометаллическими, из клеефанерных панелей или из панелей, облицованных фанерно-стружечной плитой.

Отопление и горячее водоснабжение предполагаются от плоских солнечных коллекторов типа "горячий ящик", от этой же системы работает и охлаждение зданий. Резервным является отопление от котельной, размещенной в отдельном энергоблоке. Электроснабжение -- автономное, в основном от солнечных батарей, ветряных установок и дополнительное -- от дизельных, размещаемых в отдельном энергоблоке (возможно подключение к сетям). Гелиотехнические установки размещаются в специальных панелях, опирающихся на сборно-разборную конструкцию, которая устанавливается на крыше здания, но может размещаться и отдельно на опорах. Панели с солнечными коллекторами и солнечными батареями могут поворачиваться вокруг горизонтальной оси для лучшего улавливания солнечной радиации. Размещение гелиотехнических установок на крыше здания имеет то преимущество, что они служат солнцезащитой для крыш. Ветроагрегаты размещаются отдельно от зданий.

Одноэтажное мобильное общежитие с системами автономного энергоснабжения, включаемыми в конструкцию здания (МАРХИ). В основу архитектурно-планировочного решения сезонного общежития-комплекса положен принцип объединения жилой и культурно-бытовой частей зданий в единый комплекс.

Конструктивно-планировочной основой проектов является объемный элемент -- контейнер с наружным размером 6,5X3 м в плане, высотой 2,8 м при внутренней высоте 2,5 м. Доборными элементами являются контейнер размером 3Х3 м в плане, высотой 2,8 м и контейнер-энергоблок с наклонной стеной размером 3Х3 м в плане, высотой 6,5 м.

Планировочные элементы, включающие основное инженерное оборудование, размещают только в жилых ячейках при максимальной концентрации санитарно-технических устройств. Размещение гелиоустановок и ветроэнергетических устройств осуществляют в специальном контейнере с наклонной стеной, в котором находятся аккумуляторы тепла и электроэнергии.

Жилые ячейки рассчитаны на 6 человек. Здания запроектированы из объемных блоков-контейнеров полной заводской готовности. Контейнеры размером в плане 6,5X3 и 3X3 м могут быть изготовлены на любом предприятии, занимающемся производством легких самонесущих объемных блоков. Перевозка, монтаж и демонтаж контейнеров организуются обычным способом. Контейнеры-электроблоки с гелиоустановками перевозят на железнодорожных платформах и трайлерах попарно в горизонтальном положении, сложенными коллекторами друг к другу.

Общественные здания

Проектирование общественных гелиоэнергоактивных зданий (детских дошкольных учреждений, школ, лечебных здании, спортивных и оздоровительных учреждений, культурно-зрелищных зданий, торговых, административных зданий, гостиниц) осуществляется как в нашей стране, так и за рубежом.

Особенно эффективно проектирование многофункциональных кооперированных общественных зданий, содержащих в едином объеме функционально изолированные блоки различных учреждений общественного обслуживания (сельсовет -- отделение связи -- гостиница; школа -- клуб -- спортивный комплекс и др.).

По характеру размещения гелиоприемников известны общественные здания с пассивными и активными системами, с коллекторами, совмещенными со стеновыми ограждениями или покрытием, а также отдельно стоящими вне здания, Коллекторы-солнцеуловители, могут быть размещены на покрытии плоском, скатном или, что особенно эффективно, пространственном (оболочки, складки, купола, мембраны и т. п.). Коллекторы, органически входящие в состав конструкции общественного здания и выполняющие одновременно функции несущие, ограждающие и теплотехнические, рационально размещать в ограждениях с учетом образования системы плоскостей с различным наклоном к горизонту и ориентацией по азимуту для лучшего использования суточного и сезонного перемещения солнца. При этом коллекторы попеременно воспринимают солнечную энергию в течение светового дня, имея различную ориентацию.

Отражающие поверхности или коллекторы на большой солнцеулавливающей плоскости общественных зданий должны составлять унифицированный модульный ряд, взаимосвязанный с основной конструктивной системой функционально-планировочных элементов, с шагом колонн или несущих стен и высотой этажей. Модульный ряд основывается на величине единого модуля М-10 см и кратных ему укрупненных модулей ЗМ, 6М, 12М, 15М и т. п.; дробных модулей 1/2М, 1/4М и др.

Примером общественных энергоактивных зданий, является проект общественного центра жилого комплекса научного городка в Ашхабаде. Принятые архитектурные формы свода зрелищной части комплекса, а также плоское покрытие смежного блока общественного назначения обеспечивают максимальное улавливание солнечной энергии.

Интересные архитектурно-планировочные решения общественных зданий гелиокомплекса "Солнце" осуществлены в Средней Азии. Малоэтажное здание серии "С" с солнечной установкой горячего водоснабжения имеет энергоактивные свойства пассивной солнечной системы за счет применения "стен Тромба" в плоских покрытиях остекленных элементов, а также устройства "гелиотеплиц" в покрытиях.

В этом административном энергоактивном здании со столовой, конференц-залом, библиотекой и парадным четырехсветным атриумом осуществлено повышение степени эффективности солнечного энергоснабжения и утилизации энергии. Коллектор, занимающий часть ограждающих конструкций, выполнен из звеньев на основе унифицированной системы. Звенья коллектора состоят из плоских панелей или панельных блоков с гелиоприемниками, а также солнечной ловушкой из селективного остекления. Звенья коллектора состыкованы горизонтально или наклонно, ориентированы торцами и образуют выпуклый по отношению к падающему солнечному лучу двугранный угол, а также вогнутый угол по ходу солнечного луча между смежными торцами панелей. Верхнее звено коллектора отклонено от вертикали в сторону ствола центрального лестнично-лифтового блока.

В вариантных решениях многоэтажного здания возможно выполнение гелиоприемника из фотоэлектрических преобразователей, дополненных каналами теплообменника.

Рассматриваемое энергоактивное общественное здание выполнено из бетона, железобетона, стали, алюминия, стекла, пластмассы, эффективных теплоизоляционных материалов.

По данным техноэкономических расчетов данное решение обеспечивает повышение энергетической эффективности улавливания коллектором концентрированной солнечной энергии в многоэтажных общественных зданиях башенного типа в 1,8....4,7 раза по сравнению с другими известными решениями, в которых солнечный коллектор располагался лишь на крыше здания.

Конструкции административного здания, входящего в состав главного корпуса, выполнены из стандартных железобетонных элементов антисейсмических серий ИИС-20 и ИИС-04, ограждающие стены -- из навесных керамзитобетонных панелей с фактурным слоем из белого цемента с белой мраморной крошкой. Плоскости стен облицованы белым мрамором. Для защиты от перегрева в проветриваемой кровле устроена солнцезащита в виде трехмерной решетки с солнцезащитными экранами из солнцеотражающего стекла. Экраны расположены в зависимости от ориентации фасадов вертикально или горизонтально.

Ниже приведены примеры общественных гелиозданий за рубежом.

Одноэтажное здание автобусного парка (США) в составе зала операций и отдыха пассажиров, помещений администратора, диспетчера и обслуживания. Плоскости ограждений стен, выполненные из стеклоблоков, аккумулируют тепло, необходимое для энергоснабжения здания. Оборудование здания предусматривает воздушное отопление, кондиционирование и вентиляцию воздуха. Площадь здания -- 1395,5 м2.

Центр физического образования (США) включает в состав помещений главную спортивную арену площадью 9290 м2, бассейн площадью 2146 м2, теннисные корты, студию танцев, помещения секций каратэ и другие обслуживающие помещения. Большие плоскости стекла в стеновых ограждениях, а также использованное в конструкции покрытия стекловолокно аккумулируют солнечную энергию, обеспечивающую энергоснабжение здания. Общая площадь здания 22 854 м2.

Здание общеобразовательной школы (г. Вашингтон) -- проект весьма рациональный в части освещенности и аккумуляции энергии по сравнению с имеющимися школьными зданиями, потребляющими 30...40% энергии для искусственного освещения помещений. Аккумуляция солнечной энергии достигается ориентацией большей части остекления оконных проемов на солнечные стороны горизонта; при этом высота окон невелика -- всего 1,5 м, высота помещений от пола до потолка 2,8 м. Эффект энергоснабжения достигается также применением рациональных смесей при оборудовании инженерных коммуникаций и тщательным контролем освещения при эксплуатации. Площадь здания 6503 м2.

Центральный парк отдыха (Калифорния) является одновременно выставочным центром. Энергия солнца аккумулируется ландшафтом -- массами земли, зеленых насаждений, водных зеркал -- и преобразуется в требуемую энергию в результате применения специального оборудования. Комбинация термического эффекта природных масс, особенно массивов земли, примененных для внешней декоративной засыпки павильонов с пассивной энергией солнца обеспечила успешное решение энергообеспечения комплекса.

Спортивный комплекс университета (г. Мехико) представляет архитектурно-планировочное решение в виде атриума, где расположены амфитеатр для проведения показательных выступлений и спортплощадки. Атриум формируют спортивные корпуса, размещаемые с трех сторон. Завершает комплекс территория университета. Гелиоприемники, размещаемые в покрытиях здании и малых формах атриума, аккумулируют солнечную энергию и обеспечивают водяное отопление, вентиляцию и освещение зданий комплекса.

Гелиокомплексы жилых и общественных зданий

Гелиокомплексы жилых и общественных зданий создают возможность иметь централизованное энергоснабжение зданий и предпосылки перераспределений тепла в зависимости от потребностей, каждого жилища или общественного здания. При этом возможна организация комплексного способа получения, хранения и распределения полученной энергии.

Еще в 1973 г. на выставке в ЮНЕСКО были представлены проекты городов на 100 тыс. жителей и более со снабжением от централизованных солнечных электростанций. Основой энергоснабжения являлись направленные солнечные лучи (проект "Экополис" (Франция), расположенный террасами на склоне холма)

Гелиокомплексы групп жилищно-общественного назначения или небольших поселков, многочисленные разработки которых ведутся в нашей стране и за рубежом, очень перспективны. В мире широко известен научно-производственный многофункциональный гелиокомплекс по созданию концентрированной солнечной энергии полигон "Солнце", разработанный и осуществленный в Средней Азии.

Гелиокомплекс в составе жилищ, пространства для коллективной деятельности и обслуживания. Компактное жилое образование имеет централизованную систему энергообеспечения от единой гелиотермической установки (МАРХИ). Жилые ячейки группируются вокруг водяного зеркала. Гелиотермическая установка оборудована плоскими водяными коллекторами и термосом-накопителем. Сблокированные жилые дома имеют коммуникационные галереи по первому этажу. В центре здания расположен вертикальный двухсветный объем теплицы для выращивания овощей, которая использует энергию от центральной установки. В самом доме размещены лишь коллекторы-концентраторы для приготовления пищи.

Жилой гелиокомплекс в едином здании (Франция). Проект рассчитан па коллективное проживание людей, ведущих общее хозяйство. Жилое образование компактно с четко выраженной геометрической формой. Двухэтажные жилые ячейки чередуются с помещениями общественного пользования -- залами собраний, отдыха и др.

Все жилые общественные и производственные помещения, включая места для содержания домашних животных, объединены внутренней коммуникационной связью по первому этажу. К жилым ячейкам с южной стороны примыкает гигантская коллективная оранжерея со стеклянным полусферическим покрытием, являющаяся пассивным накопителем тепла. Нагретый воздух из нее путем конвекции распределяется в помещения здания.

Гелиопоселок ступенчатой структуры с общественным обслуживанием (Дания). Первичной жилой единицей является трех- и четырехкомнатное одноквартирное жилище (без кухни и хозяйственных помещений). Жилая группа на 15 жителей в составе трех-, четырех домов объединена вокруг общественного блока, в который имеют непосредственный выход все квартиры. Состав общественного блока включает кухню с кладовыми, столовую и помещения для отдыха. Вокруг домов трех жилых групп располагаются подсобные сельскохозяйственные сооружения.

Гелиопоселок с пирамидальными жилищно-общественными комплексами (Бельгия). Объемно-планировочное решение представляет собой восьмигранные пирамиды каркасных деревянных домов, размещенных на общем основании первого этажа, где находятся гараж, мастерские, хранилище. В центре каждого дома находится вертикальная шахта с лестницами, регулирующий термостат, ветряной циркуляционный насос, фильтр водяной очистки и т. д. Солнечные коллекторы вмонтированы в скаты кровли домов.

Гелиокомплекс "Солнце" (Узбекистан). Научно-производственный гелиокомплекс "Солнце" осуществлен на основе глубоких исследований в архитектурно-строительном проектировании. Сооружения этого типа, концентрирующие солнечную энергию, в пространственном решении имеют новые архитектурные формы, отражающие национальное содержание с учетом композиционно-информативной роли цвета в соответствии с функционально-планировочной характеристикой зданий и сооружений. В планировке гелиокомплекса "Солнце" использован исторически сложившийся в условиях жаркого климата прием замкнутой композиции. Повышенная плотность застройки, при этом обеспечивает наибольшую затененность объектов.

Научный гелиокомплекс включает пять структурных подразделений: главный корпус, гелиостатное поле, концентратор и другие, расположенные по продольной оси. Для подъема на концентратор имеется лестнично-лифтовая башня.

Поступающие от гелиостатов солнечные лучи отражаются от элементов зеркала концентратора в виде части параболоида вращения с зеркальной отражающей поверхностью, собираются в фокусе на гелиоприемнике солнечной печи. Лучистый поток отражается на установленном на оптической оси север -- юг концентраторе с гелиостатами, следящими за Солнцем в течении дня. Солнечная радиация улавливается параболической зеркальной поверхностью и собирается в фокусную точку диаметром 40 см. При слежении за Солнцем поворот зеркал осуществляется вертикально и горизонтально. Гелиостатное поле включает систему отдельно стоящих гелиостатов, обеспечивающих направление отраженных солнечных лучей, с площадью зеркальной поверхности каждого 50 см2.

Требования выбора участка и конкретную привязку к нему гелиоэнергоактивного здания в комплексе с другими имеющимися зданиями следует осуществлять с учетом рациональной его удаленности от других объектов. При этом необходимо обеспечить незатенясмость приемных элементов его гелиоустановки рельефом местности, другими зданиями и сооружениями в период работы гелиоустановки или круглосуточно.

Рационально размещать гелиоэнергоактивные здания на открытой горизонтальной площадке, на солнечном склоне или у подножия рельефного образования (естественного или искусственного). В комплексах гелиозданий возможно использование приема полного или частичного расположения энергоактивного гражданского здания на солнечном склоне рельефного образования.

В крупных многофункциональных гелиокомплексах рационально применение генеральных планов следующих функционально-планировочных систем:

линейная с размещением объектов по продольной оси (север -- юг);

линейно-поперечная -- зоны и объекты располагаются по продольной оси с одним или несколькими смещениями относительно оси с образованием поперечных второстепенных осей;

центрально-периметрическая -- зоны и объекты располагаются вокруг, центральной площади, которая является пешеходной и общественной зоной, а транспортная зона -- по внешнему периметру;

центрично-фокусированная -- зоны и объекты размещаются вокруг открытого пространства с гелиостатным полем.

В решении проектов планировки гелиокомплексов учитывают природно-климатические особенности района, а также возможности формирования среды обитания людей, размещения жилых и общественных зданий социальной инфраструктуры населенных мест.

Архитектурная композиция в формообразовании гелиоэнергоактивных зданий.

Архитектура гелиоэнергоактивных зданий выражает существо гелиотехнических идей, заложенных в решения конструктивных элементов и соответственно определяющих формообразование объемно-пространственной структуры жилых и общественных зданий в соответствии с функциональным процессом, осуществляемым в здании. Специфика определяется расположением и конструкцией

Использование солнечной энергии для энергоснабжения гражданских зданий вызывает значительные изменения его объемно-планировочной структуры и внешнего вида -- "гелиоархитектуры". Следствием является изменение психологических и социальных установок в отношении к естественным ресурсам земли, разумным способом их потребления и охраны окружающей природной среды.

Формообразование объемно-пространственного решения жилых и общественных зданий с солнечным энергообеспечением обусловлено в активных системах структурой солнечных коллекторов (теплообменников, насосов, датчиков, аккумуляторов и т. д.), элементов пассивных систем (массивных стен, остекленных поверхностей и др.) и их сочетаний. Например, форма здания с солнечными коллекторами простейшего типа в виде плоского застекленного сверху и теплоизолированного снизу ящика с заложенной в него зачерненной металлической панелью, имеющей клапаны с коллекторами, монтируемыми в структуры большой площади, размещаемые наклонно или вертикально на южном фасаде здания. Такая плоскость в виде ассиметричного ската кровли или вертикальной стены придает необычный облик всему сооружению.

Пространственные покрытия, обеспечивающие наилучшие возможности солнечного энергоснабжения гражданских зданий, а также создание естественной вентиляции путем увеличения части помещении (так называемая "солнечная труба") с размещением вентиляционных отверстий, как в нижней, так и верхней зонах, создают условия для распространения атриумных и двух световых пространств в зданиях. Организация вертикальных воздушных потоков в гражданских зданиях позволяет создать эффективную систему проветривания и обогрева интерьера практически без специальных технологических устройств.

Одним из важнейших требований к проектированию энергоактивных гелиозданий является учет факторов окружающей среды, воздействующих на здание и участвующих в формировании его внешнего объёмно-пространственного решения.

Влияние общих требований на проектирование зданий основано на принципе взаимосвязи природного окружения и архитектуры энергоактивных зданий с учетом создания оптимальных экологических и микроклиматических условий среды обитания человека.

Тепловая характеристика здания зависит не только от аккумулируемых свойств его наружных ограждений, но и от структурной формы и размеров здания. Соответствующим формообразованием возможно изменять количество поступления тепла в помещения через ограждения.

Оптимальной является кубическая форма жилых зданий, как сочетающая наибольший объем с наименьшей площадью наружных поверхностей ограждения. Более высокие показатели в отношении сохранения тепла зимой и обеспечения прохлады летом обеспечивают общественные здания полусферической формы или близкие к ней, а также крупные в плане с купольным покрытием.

Исследованиями, проводимыми в нашей стране и за рубежом, установлено, что применение компактных полусферических, усеченных цилиндрических и других подобных форм зданий повышает эффективность гелиосистемы. Традиционные здания параллелепипедной формы с гелиосистемами обеспечивают не более 55... 57% их потребности в энергии.

На архитектурную композицию гражданского гелиоэнергоактивного здания оказывает большое влияние:

введение объема дополнительного автономного коллектора, энергетически связанного со зданием, вынос коллектора за конструктивные габариты здания или размещение его на смежном вспомогательном объекте малых архитектурных форм (беседок, теневом навесе);

введение следящего за Солнцем коллектора;

вращение здания в режиме слежения за Солнцем;

введение внешних и внутренних отражателей, увеличивающих энергоактивность светопроемов и коллекторов солнечной энергии. При этом возможно применение отражателей на трансформируемых элементах здания (защитных створок на окнах, фонарях) в системе коллекторов солнечной энергии, устройство направленных отражателей на смежных зданиях.

Интеграция вышеперечисленных приемов создает большие возможности для повышения архитектурной выразительности гелиозданий.

При этом целесообразен учет основных категорий, видов, средств и свойств архитектурной композиции: тектоники, масштаба и масштабности, пропорций и пропорционирования, цвета, ритма, теней и пластики, симметрии и асимметрии, динамичности и статичности, нюанса и контраста и т. п.

Новые типы небольших энергоактивных зданий.

В ходе разработки принципиально новых типов небольших энергоактивных или точнее, ветроактивных зданий с крышной ветроэнергетической установкой геликоидного типа, имеющей вертикальную ось вращения, авторами ведется поиск их оптимальных архитектурно-технических решений. Под небольшими ветроактивными зданиями подразумеваются здания, которые способны получать, как минимум, всю требующуюся для их эксплуатации энергию (без учета повышенного расхода технологической энергии в некоторых производственных зданиях) за счет расположенной над ними одной вертикально-осевой геликоидной ветроустановки (одно- или двухъярусной) с оптимальной для данного типа ветротехники мощностью генератора (не более 30 - 50 кВт) и экономически целесообразной тепловой гелиосистемы. Пока предлагаемые объекты, которые ассоциируются больше с энергетическими сооружениями, чем собственно со зданиями, воспринимаются даже многими специалистами некоторым скептицизмом. Вместе с тем спрос на рассматриваемые постройки должен появиться тогда, когда приоритетной задачей станет достижение максимально возможной энергоэффективности и экологической чистоты зданий. И произойти это может уже в связанных, главным образом, с динамическими нагрузками, шумом и электромагнитными полями, вызываемыми ветроустановкой, то их можно будет компенсировать за счет специфических строительных и технических приемов. Разрабатываемые ветроактивные здания позволяют, во-первых, экономить территорию, во-вторых, существенно сокращать объемы использования энергии, получаемой за счет сжигания ископаемого топлива, и, в-третьих, производить энергию даже в намного большем количестве, чем требуется для их эксплуатации. Излишки электроэнергии выгодно использовать для обеспечения частной производственной либо сельскохозяйственной деятельности или направлять в централизованные электросети. А такие сети являются самыми эффективными аккумуляторами электроэнергии. Кроме того, избыточная энергия - это и запасной энергетический ресурс для компенсации периодических спадов сезонной выработки возобновляемой энергии. Разрабатываемые ветроактивные здания должны иметь сбалансированные и равноценные по значимости архитектурно-технические, то есть архитектурные, конструктивные, конструктивно-технологические и инженерные решения. Причем объемно-планировочные построения следует осуществлять исходя из вполне определенных энергетических, экологических и экономических ограничений.

Для оптимального функционирования всех инженерных систем предлагаемых зданий их следует автоматизировать. Величина отапливаемого объема ветроактивных зданий регламентируется мощностью и размерами ветроэнергетической установки. Но в любом случае ее габаритные размеры в плане не должны значительно превышать соответствующих размеров отапливаемой части здания. При этом следует решать такую задачу: стремясь к увеличению размеров ветроустановки (для увеличения ее мощности) и уменьшению размеров здания (для уменьшения энергетической нагрузки), находить оптимальный вариант. Кроме того, существует необходимость лимитирования абсолютной высоты и абсолютной мощности ветроустановки.

Представляется обоснованным применять в жилых и подобных им по основным параметрам общественных зданиях по возможности только одноярусные (однокаскадные) ветроустановки, а в производственных (в зависимости от их размеров и энергопотребления) - одноярусные или двухъярусные (двухкаскадные).

Энергоактивные дома в Днепропетровске

Энергоактивные здания: солнце и земля вместо газа

В Днепропетровской области начато строительство двух домов, отопление и горячее водоснабжение которых осуществляется исключительно за счет солнечной энергии и тепла земли. К сожалению, подобные проекты - пока единичные. Внедрение же новых технологий на общегосударственном уровне дальше разговоров не идет.

При возведении двух частных коттеджей в Днепропетровске и пгт. Кировское (Днепропетровский район) реализуется система "Альтернативного тепло-энергообеспечения объектов" (АТЭО), позволяющая комплексно использовать возобновляемые источники энергии. Ее внедрение позволяет круглогодично обеспечивать объекты любой площади отоплением, горячей водой, кондиционированием и вентиляцией, затрачивая при этом в 5 раз меньше средств, чем при использовании традиционных источников энергии.

Это первые примеры применения АТЭО в Украине на сегодняшний день. Возможно, в ближайшее время к ним присоединится еще один проект: коммерческий объект площадью 5 тыс. кв. метров в Днепропетровске. Переговоры по этому поводу сейчас ведутся.

Основными компонентами системы являются энергоактивная крыша, сезонный аккумулятор тепла, тепловой насос (ТН), система утилизации вентиляционных выбросов и система распределения теплого и холодного воздуха (фэнкойлы). Принцип работы данной технологии -- крыша здания, выполненная из гелиопрофиля ТЕПС, круглогодично улавливает солнечную энергию и преобразует ее в тепловую. В зимний период полученное тепло напрямую направляется на систему горячего водоснабжения и отопления. А в теплое время года - на подогрев воды, а излишки накапливаются в сезонном аккумуляторе тепла, расположенном под зданием или рядом с домом в толще грунта. За весенне-летний сезон температура грунта в сезонном аккумуляторе повышается с +8Со до +20Со.

Третий компонент системы -- ТН, который в холодный период будет отбирать тепло от нагретого летом грунтового аккумулятора и отапливать дом. Летом ТН работает в режиме кондиционирования, наоборот, "перекачивая" отобранное из самого здания тепло в сезонный аккумулятор, что обеспечивает его дополнительный подогрев.

При классическом использовании грунтовых ТН на 1 кВт затраченной электроэнергии можно получить 3-4,5 кВт тепловой энергии. Использование гелиосистемы и грунтового аккумулятора тепла позволяет увеличить этот коэффициент вдвое (чем выше температура грунта, из которого он будет отбирать тепло, тем выше эффективность его работы). Кроме того, использование ТН в комплексе с энергоактивной крышей и аккумулятором тепла позволяет сократить в 5 раз метраж скважин в земле, необходимых для его работы (пробурить один погонный метр скважины стоит 40 Евро).

Непосредственно поддерживать комфортный микроклимат в зданиях лучше всего с помощью системы фэнкойлов, -- рекомендуют разработчики системы авторы концепции Вячеслав Подлепич, Виталий Страшко и Дмитрий Безнощенко. Они подключаются ТН и "переправляют" от него воздух: зимой подогретый, а летом охлажденный. Кроме того, к ТН можно подключить и систему "теплых полов". А вот использование классических батарей отопления также возможно, однако является менее эффективным, т.к. при этом возникают дополнительные затраты на систему кондиционирования.

При использовании сезонного аккумулятора тепла для системы кондиционирования зданий в мае и июне (когда грунт еще не слишком прогрет) можно вообще не использовать мощности ТН, а соответственно дополнительно экономить на электроэнергии. В этом случае вода для фэнкойлов просто "прогоняется" через сезонный аккумулятор, где охлаждается до нужной температуры.

Еще одним важным компонентом системы АТЭО является приточно-вытяжная вентиляция (ПВВ) зданий. Как известно, в зданиях советской постройки приток свежего воздуха в помещение обеспечивается за счет запланированных неплотностей в домах и дверях (т. е. строители сознательно устраивали "сквозняк" для вентиляции помещений). Сейчас же при строительстве новых зданий и утеплении старых вопрос подачи свежего воздуха зачастую вообще не учитывается, что создает нездоровый климат в помещении. Благодаря использованию ПВВ в домах, оснащенных системой АТЭО, свежий воздух в помещение подается каждый час. Предварительно он подогревается или охлаждается до нужной температуры (для подогрева используется тепло солнца от энергоактивной крыши) и перед подачей в помещение очищается от вредных примесей системой фильтров.

Но отработанный воздух не просто выбрасывается наружу: сначала от него отбирается тепло. Применение системы утилизации вентиляционных выбросов позволяет отобрать до 80% тепла и запустить его по второму кругу как дополнительный источник тепловой энергии для горячего водоснабжения или для подогрева бассейна. Использование этой технологии позволяет сэкономить дому более 30% тепловой энергии.

Все элементы системы АТЭО работают в автоматическом режиме и, несмотря на множество технических решений, их присутствие внешне практически не заметно. По своей сути АТЭО представляет собой отечественный аналог sustainable building (технология создания зданий, которые находятся в равновесии с природой и человеком). Стоимость внедрения системы АТЭО "под ключ" составляет 200 евро на квадратный метр помещения. Ее окупаемость в среднем -- 6-8 лет. Причем эффективность системы напрямую зависит от числа компонентов, которые она будет обслуживать: чем их больше, тем быстрее она окупится.

Система АТЭО является довольно гибкой: в зависимости от особенностей каждого проекта и наличия средств она позволяет применять дополнительные источники энергии (например, оснащать здания ветро- или биоустановками) или удалять "лишние" компоненты, если их технически невозможно применить на конкретном объекте или необходимо снизить первоначальную стоимость проекта.

Заключение

Наиболее перспективным классом современных архитектурных объектов следует признать энергоактивные здания и комплексы, при этом объективная тенденция к полному замещению в энергобалансе зданий традиционных источников энергии альтернативными с учетом длительных (до 100 лет) сроков эксплуатации большинства капитальных зданий требует проектных решений, которые обеспечивали бы возможность наращивания энергоактивности зданий с течением времени, т.е. возможность поэтапной модернизации энергетической структуры объекта от состояния энергоэкономичности к использованию энергии природной среды пассивными, а затем и активными средствами. Экономически наиболее эффективными, а значит, пригодными к широкомасштабному использованию в массовом строительстве являются сегодня пассивные средства использования энергии природной среды, а также ветроэнергетические установки малой и средней мощности (для получения электроэнергии) и тепловые насосы, позволяющие утилизировать низкопотенциальную энергию различных сред (воздуха, грунта, водоемов и т.п.) в целях отопления и горячего водоснабжения; при этом наилучшие экономические результаты дает комбинированное использование пассивных и активных энергосистем. В современных условиях при выборе средств использования энергии природной среды решающее значение приобретают их потребительские качества - стоимость и простота эксплуатации. Наиболее прогрессивной архитектурной концепцией, опыт реализации которой демонстрирует возможность комплексного и притом высококачественного решения широкого круга экономических, экологических и социокультурных проблем, можно признать концепцию биоклиматической архитектуры.

Однако, следует отметить, что объективная необходимость полной замены традиционных энергоносителей в ближайшие 50 лет в условиях господствующей ориентации на среднюю энергоактивность новых зданий и их все еще небольшое количество в общем объеме обусловливает рост актуальности проблемы индустриализации производства энергии от возобновляемых природных источников, в частности, интеграцией в единые производственные комплексы технических систем, ориентированных на использование и традиционных, и альтернативных источников энергии

Список литературы

1. Программное обеспечение инженерных расчетов в области строительства: состояние и направления строительства. Известия вузов "Строительство". № 6 (498) -2000. 2 ВНИИГМИ-МЦЦ ( www . meteo . ru ).

2. Т.А. Маркус, Э.Н. Моррис. Здания, климат, энергия. Пер. с англ. под ред. Н.В. Кобышевой, Е.Г. Малявиной. - Ленинград, Гидрометеоиздат, 1985. - 544 с.

3. Энергоактивные здания/ Н.П. Селиванов, А.И. Мелуа, С.В. Зоколей и др.; Под ред. Э.

4. У.А. Бекман, С.А. Клейн, Дж.А. Даффи. Расчет солнечного теплоснабжения. - М.: Энергоиздат, 1982. - 79 с.

5. www.engenegr.ru Электронный журнал энергосервисной компании "Экологической системы" №1, январь 2004г, Бумаженко О.В.

6. www.sciteclibrary.com Аналитические обзоры "Энергоэффективное строительство", Жуков Д.Д., Лаврентьев Н.А.

7. www.LIB.ru "Теплоснабжение зданий с использованием систем утилизации солнечной энергии", д.т.н. В.С. Степанов, профессор; к.т.н. И.И. Айзенберг, доцент; к.т.н. Е.Э. Баймачев

8. http://erectiondesign.com/basics.html

Размещено на Allbest.ru