Экологическое обоснование использования альтернативных источников энергии на примере жилого дома

Таблица 2.8 - Расход электроэнергии оборудованием

Электрообо- рудование	Потребляе- мость Wном, кВт	Коэффициент использования Кисп.эн.	Фактическое потребление эл. эн. в час Wфакт/час, кВт	Фактическое потребление эл. эн. год Wфакт/год, кВт
1	2	3	4	5
Электроплита	1,8	0,13	0,23	2050
Посудомоечная машина	1,2	0,02	0,024	210
Кондиционер	4	0,15	0,6	5256
Вытяжка	5	0,13	0,65	5694
Бойлер	1,8	0,15	0,27	2365
Микроволновая печь	1,2	0,005	0,006	52,6
Кухонный комбайн, электромясорубка, др. мелкие приборы	0,3	0,005	0,0015	13,1
Электрочайник	2	0,005	0,01	87,6
Холодильник	0,7	0.07	0,049	429,24
Тёплые полы	1	0,15	0,15	1314
Компьютер	0,4	0,15	0,06	525,6
Домашний кинотеатр	0,6	0,005	0,003	26,3
Телевизор	0,4	0,07	0,028	245,3
Стиральная машина	1,15	0,02	0,03	263
Насосное оборудование	0,3	0,07	0,021	184
Пылесос	1,2	0,01	0,012	105
Утюг	2,4	0,005	0,012	105
Фен для волос	1,2	0,01	0,012	105
Итого	31,4		2,48	21763,44

В результате фактическое потребление электроэнергии за год имеет значение 21763,44 кВт или 2,52 кВт/ч для электрооборудования.

В таблице 2.9 показан расход энергии на освещение.

Таблица 2.9 - Расход энергии на освещение комнат (освещенность рабочих поверхностей и помещений для различных сфер деятельности соответствует государственным нормативам, указанным в СНиП 23.05.2010)

Наименование комнаты	Площадь комнаты, S, м2	Минимальная освещенность, Emin, лк	Номинальная мощность лампы, Pл, Вт	Количество энергосберегающих ламп, n
Гостиная	29,35	150	7	6
Гараж	15,5	50	6	3
Кладовая	3,255	50	6	1
Коридор (вся площадь)	35,8	50	6	5
Кухня	14,5	150	7	3
Спальня	10,4	150	7	2
Сан узел	6,44	50	6	2
Крыльцо	6,6	50	6	1

Из таблицы 2.9 можно увидеть, что мы будем использовать два типа светодиодных ламп по номинальным мощностям 6 Вт и 7 Вт.

Семиватная модель марки SNeppiLamp 7/12 - сверхяркая светодиодная лампа освещения. Обычно монтируется во встраиваемые светильники, однако цилиндрическая поверхность лампы позволяет использовать и другие крепления. Мощность потребления - 7 Вт, 12-24 В, аналог 100-ваттной лампы накаливания, очень удобная и безопасная. В нашем случае такие лампы будут использоваться в гостиной, кухне и спальне.

Шестиватная модель марки Ecos Lx-6w - светодиодная лампа, аналог лампы накаливания мощностью 55 Вт. Имеет широкий спектр применения, как в быту, так и в офисных помещениях. Может использовать в качестве штатного освещения. В нашем случае Ecos Lx-6w будет использоваться в остальных помещениях дома.

Найдем общее количество ламп и определим суммарную мощность освещения.

Количество светодиодных ламп, номинальной мощностью 7Вт и 6Вт, составляет - 23 штуки.

В результате расчётов получилась суммарная номинальная мощность всех ламп, таблица 2.10.

Таблица 2.10 - Суммарная номинальная мощность всех ламп.

Количество и тип ламп.	Суммарная мощность
11 ламп по 7Вт	77Вт
12 ламп по 6Вт	72Вт
Итого:	149 Вт = 0,149кВт

В таблице 2.11 показан расход электроэнергии при освещении

Таблица 2.11 - Расход электроэнергии при освещении.

Потребл. мощн. Wном, кВт	Коэф-т. использов. Кисп .эн. ?5ч в сутки	Факт.потребл. энергии в час Wфакт/час, кВт/ч	Факт.потребл. энергии в год Wфакт/год, кВт/год
0,149	0,2	0,0122	106,87

Суммарное потребление энергии на электрооборудование и освещение составляет:

Если округлить значения, то данные будут следующими: 2,53 кВт/ч и 21870 кВт/год.

Таким образом, рассчитано суммарное потребление энергии при одновременном включении всего электрооборудования и освещения.

Суммарная мощность всех подключаемых устройств с учётом коэффициента использования:

Р_сум= W_{факт/час},

Р_сум = 2,53кВт/час

Мощность инвертора:

Необходимое значение зарядной ёмкости аккумуляторных батарей:

Необходимая мощность и количество фотоэлементов.

Рассчитываем количество энергии за контрольный период (декабрь), вырабатываемое фотоэлементом, так как в декабре самое минимально значение солнечной радиации:

Суммарная энергия фотоэлементов должно быть не меньше суммарного потребления энергии устройствами потребителями.

Из полученных данных количество солнечных батарейравна:

экодом тепловой энергия солнечный

Стоимость всех систем:

- стоимость солнечных модулей Exmork 230Вт 24В Mono: 145200 рублей;

- стоимость контроллера заряда марки CQ2450, 3 штуки: 19 200 рублей;

- стоимость инвертора марки Hefei 1 кВт 24В, 2 штуки: 30 000 рублей;

- стоимость аккумуляторных батарей марки HZY24-200, 2 штуки: 38400 рублей.

- итого: 232800 руб.

Расчет проведен при условии, что все электроприборы и электроосвещение подключены к источнику одновременно и бесперебойно обеспечиваются питанием. После уменьшения коэффициента использования электроприборов (К_исп) и замены энергосберегающих ламп на светодиодные, стоимость всех систем стала дешевле в 2 раза.

Проведём расчёт платежа за энергопотребление в год, жилим домом при отсутствии солнечных батарей. Наши данные имеют следующие значения: W_{факт/год}= 21870 кВт/год, 1 кВт = 2 руб. Перемножив эти значения, найдём платёж за электроэнергию, потреблённую за год. Р_год= 43740 руб/год. Получив данный результат можно найти срок окупаемости (О_ср..) всей солнечной системы, используемой для выработки электрической энергии, разделив итоговую сумму всех систем на плату за электроэнергию за год:

2.6 Характеристика и расчёт ветряного генератора

Использование энергии ветра помогает решить многие проблемы энергоснабжения удаленных объектов и загородных домов и получить независимость от местных энергоснабжающих организаций.

Для небольшого загородного дома при наличии среднегодовой скорости ветра более 4 м/с достаточно ветроустановки (ВЭС) мощностью:

Около 150-200 Вт для покрытия базовых потребностей в электроэнергии - освещение, телевизор, связь, радио, другая маломощная нагрузка. Если в доме есть небольшой холодильник, то нужна ветроустановка мощностью 0,5-1 кВт.

От 1 до 5 кВт для электроснабжения почти полностью потребителей в загородном доме, включая стиральную машину, холодильник, компьютеры и т.п. В периоды сильного и продолжительного ветра излишки вырабатываемой электроэнергии могут использоваться для отопления помещений.

Перед тем как будет продемонстрирован пример выбора ветроэлектростанции (ВЭС), следует узнать, какие бывают ветрогенераторы, каким образом поток воздуха трансформируется в электрическую энергию и сколько такой энергии можно будет получить на своем участке.

По устройству ветряка и положению его в потоке ветра системы ветродвигателей разделяют на три класса:

Крыльчатые ветрогенераторы. Имеют ветроколесо с тем или иным числом крыльев. Плоскость вращения ветроколеса у крыльчатых ветродвигателей перпендикулярна направлению ветра, следовательно, ось вращения параллельна ветру (рисунок 2.6,а). Коэффициент использования энергии ветра этих ветродвигателей достигает о = 0.42.

Карусельные и роторные ветрогенераторы. Имеют ветроколесо (ротор) с лопастями, движущимися в направлении ветра. Ось вращения ветроколеса занимает вертикальное положение (рисунок 2.6,б). Коэффициент использования энергии ветра этих ветродвигателей равен от 10 до 18 %.

Барабанные ветрогенераторы. Имеют такую же схему ветроколеса, как и роторные, и отличаются от них лишь горизонтальным положением ротора, т. е. ось вращения ветроколеса горизонтальна и расположена перпендикулярно потоку ветра (рисунок 2.6,г). Коэффициент использования энергии ветра этих ветряков от 6 до 8 % [8-37]. На рисунке 2.6 показаны системы ветродвигателей.



а) - крыльчатые ветродвигатели; б) - роторные ветрогенераторы; в) - карусельные ветрогенераторы; г) - барабанные ветрогенераторы

Рисунок 2.6 - Системы ветродвигателей

Так как крыльчатые ветрогенераторы работают значительно эффективнее карусельных и роторных, то для нашего дома эффективнее будет использовать крыльчатые ветрогенераторы.

Классификация по количеству лопастей:

- двухлопастные;

- трехлопастные;

- многолопастные (4 и более лопастей).

Для выработки необходимого количества электроэнергии требуется не факт вращения, а выход на необходимое количество оборотов.

Каждая лопасть (дополнительная) увеличивает общее сопротивление ветрового колеса, что делает выход на рабочие обороты генератора более сложным. Таким образом, многолопастные установки действительно начинают вращаться при меньших скоростях ветра, однако они применяются в случае, когда имеет значение сам факт вращения, то например, при перекачке воды. Для выработки электроэнергии ветрогенераторы с большим количеством лопастей практически не применяются. К тому же на них не рекомендуется установка редуктора, так как это усложняет конструкцию, а также делает ее менее надежной.

Рассмотрим принцип действия и схему ветроэлектростанции [17].

Как видно из рисунка 2.7 поток ветра, стремящийся к лопастям ветряка, активирует ротор и сами лопасти. Далее ротор и лопасти приводят в движение главный вал, а он в свою очередь вращает редуктор и в результате вращения генератора на выходе получаем электричество. На рисунке 2.8 показана схема ветроэлектростанции.

Рисунок 2.7 - Принцип получения электричества



Рисунок 2.8 - Схема ветроэлектростанции

Схема ветроэлектростанции идентична солнечной электростанции, которая состоит из ветрогенератора, зарядного устройства (контроллера), обеспечивающего зарядку аккумуляторных батарей, и инвертора, преобразующего постоянный ток в переменный. Вся система также работает в автоматическом режиме.

Так как схемы систем электростанций идентичны, можно будет использовать комбинированные электростанции, объединив в одну цепь солнечные батареи и ветрогенераторы, тем самым мы уменьшим затраты на солнечные панели и увеличим электрическую выработку, при этом застраховавшись от безветренной либо без солнечной погоды.

Перед установкой ветрогенератора необходимо понять, есть ли смысл ставить его в нашей местности. Для оценки эффективности установки ветрогенератора из кадастра ветроэнергетических ресурсов должны быть определены следующие основные показатели для предполагаемого места установки ветроэлектростанции:

- среднегодовая V_сp.год.и среднемесячная V_cp.мес. скорость ветра (м/с);

- время энергозатиший и отключения ВЭУ из-за сильного ветра t, (час).

В таблице 2.12 даны средние скоростные показатели ветра Оренбургской области [21].

Таблица 2.12 - Среднемесячная скорость ветра на высоте 12-30 метров над поверхностью земли

Название месяца	январь	февраль	март	апрель	май	июнь	июль	август	сентябрь	октябрь	ноябрь	декабрь	Среднее за год
Среднее значение скорости ветра, м/с	6	6,25	6	5,6	5,9	5	4,4	4,5	5,1	5,7	5,75	6	5,5

Всего в году примерно 45 безветренных дней, или t = 1080 часов.

Нами выбрана модель ветрогенератора марки Exmork 750 Вт, 24. Рассмотрим основные характеристики и выработку электроэнергии ветрогенератора.

Данные изделия производятся для эксплуатации в быту: частные коттеджи, личные строения, небольшие потребители электричества: 220В 50 Гц. Ветрогенератор при вращении генерирует электричество, которое используется для заряда аккумуляторов. Накопленный в аккумуляторах ток с помощью инвертора преобразуется в 220В 50 Гц.

Характеристика Exmork 750 Вт, 24:

- Мощность при 10 м/с - 900 ватт;

- Мощность при 9 м/с - 825 ватт;

- Мощность при 5 м/с - 100 ватт;

- Начало вращения - с 2,5 м/с;

- Дипазон ветра генерации 3-25 м/с, свыше 20 м/с включается защитное торможение

- Количество лопастей - 3 штуки

- Диаметр ротора - 2,7 м.

- Способ крепления на мачту «труба в трубу» (внешний диаметр мачты под фланец ветряка - 89 мм.)

Рассчитаем мощность, вырабатываемую ветроустановкой, и построим зависимость вырабатываемой мощности от скорости ветра для заданного участка.

Методика расчета:

Площадь, ометаемая ветроколесом равна:

(11)

где D - диаметр ветроколеса, м.

Определяется мощность, вырабатываемая ветроустановкой:

(12)

где с- плотность воздуха, равная 1,23 кг/м3;

v - скорость ветра, м/с;

о- коэффициент использования энергии ветра;

з - коэффициент, учитывающий потери при передаче мощности от вала ветроколеса до рабочей машины (КПД ВЭУ). Для расчёта принимаем з = 0,8.

Мощность, вырабатываемая ветроустановкой, рассчитывается для всего

Диапазона скоростей, указанных в технической характеристике ВЭУ. Данные расчета мощности в интервале от v_min до v_р занесём в таблицу 2.12. Поданным таблицы 2.12 построить зависимость Р=f(v), указав на ней характерные точки: v_min, Р_min, v_р, Р_р, v_max.

Определить годовую выработк уэлектроэнергии W_Г за счет ВЭУ:

(13)

где Т - время работы ветроустановки в год, ч.

Определить среднегодовую обеспеченность электроэнергией частного дома от ВЭУ:

(14)

Расчёт мощности. Исходные данные берём с технической характеристики ветрогенератора Exmork.

Площадь, ометаемая ветроколесом:

Мощность, вырабатываемая ветроустановкой при рабочей скорости вращения ветроколеса:

Аналогичнымобразомсчитаетсямощностьдлядругихскоростейветравдиапазонеотv_minдоv_рсинтерваломв 1,0 м/с. Данные заносятся в таблицу 2.13, по которым строится зависимость Р=f(v). В нашем случае v_min= 2,5 м/с.

Таблица 2.13 - Результаты расчета зависимости мощности ВЭУ от скорости ветра

v, м/с	2,5	3,5	4,5	5,5	6,5	7,5	8,5
Р, Вт	18,47	50,67	107,71	196,65	324,6	405,4	725,8

Годовая выработка электроэнергии W_Г за счет ВЭУ при условии постоянства среднегодовой скорости ветра v=5,5 м/с (см. таблица 2.13).

Среднегодовая обеспеченность электроэнергией частного дома от ВЭУ:

То есть, в нашем случае потребность в электроэнергии электробытовых приборов в частном доме примерно на 8% может быть обеспечена за счет ветроэнергетической установки.

Поставив на своём участке хотя бы небольшой ветрогенератор вместо дизель- или бензоэлектростанции, вы внесете свой вклад в дело сохранения природы, сокращения выбросов вредных и парниковых газов и предотвращения изменения климата.

Даже если вы подключены к сети централизованного электроснабжения, использование энергии ветра для ваших нужд тоже будет полезно природе, потому что сети получают электроэнергию, сжигая уголь, мазут или газ, или даже на атомных станциях.

2.7 Характеристика и расчёт солнечного коллектора

Существуют различные виды солнечных коллекторов, имеющих свои положительные и отрицательные стороны:

- вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде;

- вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником;

- вакуумный коллектор с термотрубками;

- плоский солнечный коллектор.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде. В таком коллекторе вакуумные трубки соединены с накопительным баком. Из контура теплообменника вода течёт прямо в трубки, нагревается и возвращается обратно. Такие системы еще называют термосифонными. К преимуществам этих систем относится непосредственная передача тепла воде без участия других элементов. Термосифонные системы работают на принципе явления естественной конвекции, когда теплая вода стремится вверх. В термосифонных системах бак должен быть расположен выше коллектора. Когда вода в трубках коллектора нагревается, она становится легче и естественно поднимается в верхнюю часть бака. Более прохладная вода в баке течет вниз в трубки, таким образом, обеспечивается циркуляция во всей системе. В маленьких системах бак объединен с коллектором и не рассчитан на магистральное давление, поэтому термосифонные системы нужно использовать либо с подачей воды из вышерасположенной емкости, либо через уменьшающие давление редукторы. Такая система имеет минимальное гидравлическое сопротивление.

Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником. Такой коллектор имеет все преимущества и особенности предыдущего типа коллекторов. Отличием является наличие встроенного в бак эффективного теплообменника, что позволяет подсоединить коллектор с баком к напорной сети водоснабжения. При этом в трубках по-прежнему практически нет давления. Одним из преимуществ также является возможность заполнения водонагревательного контура незамерзающей жидкостью, что позволяет использовать его и при небольших минусовых температурах(до минус 5-10 градусов). Другим преимуществом является то, что в коллекторе не откладываются соли жесткости и другие загрязнения, так как объем теплоносителя один и тот же, а расходуемая вода проходит только по внутреннему медному теплообменнику.

Вакуумный коллектор с термотрубками. Главным элементом солнечных коллекторов данной конструкции является термотрубка - закрытая медная труба с небольшим содержанием легкокипящей жидкости. Работа высокотехнологичных вакуумных трубок основана на простом принципе тепловой трубы, которая представляет собой полый медный стержень, запаянный с обоих концов с расширением в верхней части. Внутри него находиться нетоксичная жидкость (иноргатик). При нагревании жидкости до температуры кипения она закипает и в парообразном состоянии поднимается в верхнюю часть - наконечник (конденсатор), температура на котором может достигать 250-380°С. И там конденсируется, отдавая тепло. А конденсат стекает по стенкам трубки вниз и процесс повторяется. Тепловая трубка вставляется в стеклянную трубу и фиксируется между двумя алюминиевыми ребрами. Форма ребер такова, что площадь их контакта с тепловой трубкой и внутренней поверхностью вакуумной трубы максимальна. Такая модель ребер обеспечивает максимальную передачу тепла к медной тепловой трубке, а потом теплоносителю в проточном теплообменнике. Внутренняя полость тепловой трубки - вакуумирована, поэтому эта жидкость испаряется даже при температуре около 30 °С. При меньшей температуре трубка «запирается» и дополнительно сохраняет тепло. Вакуумные трубки показывают превосходные результаты и в облачные дни, потому что трубы способны поглощать энергию инфракрасных лучей, которые проходят через облака. Благодаря изоляционным свойствам вакуума воздействие ветра и низких температур на работу вакуумных труб незначительно.

Плоский солнечный коллектор. Плоский коллектор - самый распространенный вид солнечных коллекторов, используемых в бытовых водонагревательных и отопительных системах. Этот коллектор представляет собой теплоизолированную остекленную панель, в которую помещена пластина поглотителя. Пластина поглотителя изготовлена из металла, хорошо проводящего тепло (чаще всего меди или алюминия). Чаще всего используют медь, т.к. она лучше проводит тепло и меньше подвержена коррозии, чем алюминий. Пластина поглотителя обработана специальным высокоселективным покрытием, которое лучше удерживает поглощенный солнечный свет. Это покрытие состоит из очень прочного тонкого слоя аморфного полупроводника, нанесенного на металлическое основание, и отличается высокой поглощающей способностью в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в длинноволновой инфракрасной области.

Благодаря остеклению (в плоских коллекторах обычно используется матовое, пропускающее только свет, стекло с низким содержанием железа) снижаются потери тепла. Дно и боковые стенки коллектора покрывают теплоизолирующим материалом, что еще больше сокращает тепловые потери.

В нашей работе мы будем использовать вакуумный коллектор с термотрубками марки ES58-1800-15R4. Данный коллектор состоит из вакуумных трубок 15 штук, возможна круглогодичная эксплуатация в наших условиях. Цена одного солнечного коллектора 15 800 рублей. Наш выбор остановился именно на вакуумном коллекторе с термотрубками, т.к. эффективность работы данного солнечного коллектора 100% круглый год, которая видна из таблицы 2.14.

Таблица 2.14 - Эффективность работы солнечных коллекторов

Тип коллектора	Сравнительная эффективность апрель-октябрь, в зависимости от площади, %	Сравнительная эффективность ноябрь-март, в зависимости от площади, %	Проблема размножения бактерий	Ремонтопригодность, %	Нагрев теплоносителя до температуры, 0С
1	2	3	4	5	6
Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде	90	0	Есть	70	95
Вакуумный коллектор с прямой теплопередачей воде и встроенным теплообменником	95	70	Нет	60	95
Вакуумный коллектор с термотрубками	100	100	Нет	100	250
Плоский солнечный коллектор	60	33	Есть	30	95

Рассмотрим схему обвязки стандартной солнечной водонагревательной установки (рисунок 2.9) для приготовления горячей воды с описанием основного оборудования и запорной арматуры. Эту схему можно использовать как базовую.

Рисунок 2.9 - Схема солнечной водонагревательной установки

Первичный контур состоит из солнечных коллекторов, системы трубопроводов, насоса, мембранного расширительного бака и теплообменника. В виду того что в солнечных коллекторах возможны высокие температуры трубопроводы необходимо делать из металлических труб - медных или из нержавеющей стали. Медные трубы целесообразно соединять твердой пайкой. Во всяком случае, на расстоянии не менее 5 метров от солнечных коллекторов все соединения должны быть выполнены на твердой пайке. Теплообменники могут быть как встроенные в баки-аккумуляторы (обычно змеевиковые), так и расположенные отдельно (например, пластинчатые). Обычно для баков-аккумуляторов объемом до 1000 литров используются встроенные в бак теплообменники, свыше пластинчатые. Можно использовать как баки-аккумуляторы свыше 1000 литров со встроенными теплообменниками, так и баки-аккумуляторы меньшего объема с пластинчатыми теплообменниками. Но в этих случаях необходимо особенно внимательно относится к расчету достаточности поверхности теплообмена, и сравнивать стоимости полученных решений. Достаточным условием для определения поверхности теплообмена встроенных змеевиковых теплообменников является соотношение 0,15 - 0,2 мІ поверхности теплообмена на 1 мІ поверхности солнечного коллектора. Шаровые краны 3 и 4 предназначены для отсечения теплообменника бака-аккумулятора. Краны 7 и 8 предназначены для перекрытия насосной сборки. Кран 7 совместно с кранами 9 и 10 используется для заправки теплоносителя. Кран 11 используется как спускной кран при сливе теплоносителя, слив теплоносителя через краны 9 и 10 затруднен из-за обратного клапана 13. Шаровой кран 12 предназначен для выпуска воздуха через воздухоотводчик 17 в процессе заправки теплоносителем системы. После запуска системы и удаления воздуха из нее кран 12 должен быть закрыт во избежание испарения теплоносителя через открытые воздухоотводчики в периоды стагнации солнечных коллекторов. Так же первичный контур должен быть укомплектован фильтром 18, манометром, предохранительным клапаном 15 настроенным на 6 бар. В поле солнечных коллекторов нужно стараться избегать установки запорной арматуры, иногда целесообразно устанавливать предохранительный клапан 6 бар в поле солнечных коллекторов.Со стороны бака-аккумулятора горячей воды необходимо на вводе холодной воды предусмотреть установку обратного клапана 14, для избежания попадания горячей воды в холодный водопровод, в случае расширения при нагреве воды. Так же предусмотреть в случае если данное оборудование отсутствует в комплектации бака-аккумулятора, предохранительный клапан 16 в 6 бар и кран 5 для выпуска воздуха во время заполнения бака водой. Возможна установка дополнительного мембранного бака для системы ГВС. В качестве догревателя дублера на схеме показан ТЭН 18.

Рассчитаем площадь солнечного коллектора для обеспечения потребителя горячей водой в количестве m килограмм в сутки с заданной температурой Т_К, ^оК в зимний период (с ноября по февраль). Определим количество коллекторов n для выработки необходимого объема горячей воды и рассчитаем их стоимость. Расчет проведём для каждого месяца заданного периода.

Методика расчета:

Определяется количество удельной энергии, вырабатываемой солнечным коллектором в зимний период для каждого месяца:

(15)

где К_f- коэффициент переноса солнечной энергии к жидкости. Этот коэффициент показывает долю теплового потока Q_в.уд., передаваемого воде, и в расчетах принимается равным 0,85;

Н - суммарная солнечная дневная радиация на горизонтальную поверхность;

ф - коэффициент пропускания солнечного излучения прозрачным покрытием (с учетом поглощения солнечного излучения поверхностью коллектора принимаем ф =0,9 - для одинарного стеклянного покрытия, ф = 0,8 для двойного стеклянного покрытия, ф = 0,81 для силикатного стекла);

Т_П- температура приемной поверхности коллектора, ⁰К;

Т_О.С. - температура окружающей среды, ^оК;

R_П- термическое сопротивление приемной поверхности типичного коллектора (R_П= 0,13 м^{2 о}К/Вт - для одинарного стекла, R_П= 0,22 м^{2 о}К/Вт - для двухслойного стекла; R_П= 0,4 м^{2 о}К/Вт - для силикатного стекла).

Температура приемной поверхности коллектора рассчитывается по выражению:

⁰К, (16)

где Т_Б- температура воды в баке-аккумуляторе к концу дня (в расчетах принимается равной заданной конечной температуре Т_К).

Определяется количество энергии для нагрева необходимого количества воды в сутки до заданной температуры для каждого месяца расчетного периода i:

, (17)

где m - масса горячей воды, кг;

C - теплоемкость воды (С=4,19 кДж/кг? ^оК);

Т_К- конечная температура нагрева, ^оК;

Т_Н- начальная температура нагрева (принимается равной температуре окружающей среды для расчетного периода времени).

Площадь солнечного коллектора определяется отношением

, (18)

Исходя из расчетной площади СК, определяется количество коллекторов n для расчетного периода времени использования. Для расчета принимаем площадь одной вакуумной трубки коллектора 0,08 м² .

Рассчитывается стоимость требуемого количества коллекторов по их максимальному значению из расчетных месяцев.

Расчёт солнечного коллектора.

Возьмём следующие исходные данные:

Масса горячей воды, m =50 кг; конечная температура нагрева, Т_К= 70 ^оC; вид стеклянного покрытия - двухслойное; расчетный период - с ноября по февраль, период с минимальным поступлениемсолнечной радиации; суммарная солнечная дневная радиация на горизонтальную поверхность Н=1,2 кВт (ноябрь) или 4,3 МДж, Т_О.С.= 269 ⁰К.

Температура приемной поверхности СК:

⁰К

Количество удельной энергии, вырабатываемой солнечным коллектором в зимний период за ноябрь:

Количество энергии для нагрева воды в сутки до заданной температуры для ноября:

Площадь солнечного коллектора:

Количество вакуумных трубок солнечных коллекторов для ноября:

Наш коллектор состоит из 15 вакуумных трубок, т.е. нам понадобятся примерно 5 штук коллекторов.

Для других месяцев расчет количество СК аналогичный. Для рекомендации к установке принимаем наибольшее количество СК, полученное для каждого из месяцев.

Расчёт для декабря. Исходные данные те же, кроме: Н=0,8 кВт=2,87 МДж; Т_О.С.= 263 ⁰К

Температура приемной поверхности СК:

⁰К

Количество удельной энергии, вырабатываемой солнечным коллектором в зимний период за декабрь:

Количество энергии для нагрева воды в сутки до заданной температуры для декабря:

Площадь солнечного коллектора:

Количество вакуумных трубок солнечных коллекторов для декабря:

Отсюда следует, что нам понадобятся примерно 9 штук коллекторов для декабря.

Расчёт для января. Исходные данные те же, кроме: Н=0,97 кВт=3,48 МДж; Т_О.С.= 260 ⁰К

Температура приемной поверхности СК:

⁰К

Количество удельной энергии, вырабатываемой солнечным коллектором в зимний период за январь:

Количество энергии для нагрева воды в сутки до заданной температуры для мая:

Площадь солнечного коллектора:

Количество солнечных коллекторов для января:

Из этого следует, что на январь месяц нам понадобятся 7 штук коллекторов.

Расчёт для февраля. Исходные данные те же, кроме: Н=1,85 кВт=6,64 МДж; Т_О.С.= 261 ⁰К

Температура приемной поверхности СК:

⁰К

Количество удельной энергии, вырабатываемой солнечным коллектором в зимний период за февраль:

Количество энергии для нагрева воды в сутки до заданной температуры для мая:

Площадь солнечного коллектора:

Количество солнечных коллекторов для января:

Из этого следует, что на февраль месяц нам понадобятся примерно 4 штуки коллектора.

Из расчётов видно, что наибольшее количество солнечных коллекторов понадобиться в декабре, 9 штук. Однако такое большое количество коллекторов в летнее время не понадобиться, например, в мае с солнечной радиацией в 5,85 кВт/м²нам понадобиться всего лишь один коллектор для нагрева 50 литров воды. Поэтому для зимнего периода можно взять среднее количество солнечных коллекторов (примерно 7 штук), а в летний период использовать только один коллектор (с мая по август).

Рассмотрим стоимость всей установки солнечного коллектора в зимний период времени, т.к. максимальное количество используемых коллекторов приходится именно в это период.

Цена одного солнечного коллектора - 15 800 рублей. Нам понадобятся 7 штук, что составляет 110 600 рублей.

Контроллер в сборе стоит - 6000 рублей. Система автоматического управления солнечными коллекторами.

Накопительный бак (бойлер) марки SR100/1 (100 л), цена - 20 570 рублей.

Насосная рабочая станция для циркуляции жидкости в системе солнечного коллектора косвенного нагрева. Цена - 14 500 руб.

Всего система обойдётся 151 670 рублей.

2.8 Характеристика и применение теплонасоса в доме

Система теплонасоса в нашем доме будет использоваться для отопления и частичного горячего водоснабжения. Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии (электрических, газовых и дизельных) заключается в том, что при производстве тепла до 80 процентов энергии извлекается из окружающей среды. Тепловой насос «выкачивает» энергию из окружающего воздуха, грунта, скальной породы или озера, накопленную за теплое время года.

На сегодняшний день в России стоимость производства тепловой энергии значительно зависит от вида «топлива»: самым дешевым является природный газ, затем электроэнергия и дизельное топливо. Однако цена на энергоносители неуклонно растет.

Устройство теплового насоса имеет модульную конструкцию, занимает мало места и не нарушает интерьер дома. Тепловые насосы представляет собой законченное изделие, готовая теплоснабжающая установка. Внутри установки находится бойлер емкостью 150-180 литров (либо внешний бойлер до 1000 л). Установка состоит из внешнего контура (коллектора), собирающего тепло окружающей среды и несущего антифриз (гликоль или 30% этиловый или метиловый спирт), насоса системы отопления и внутреннего насосного контура, несущего хладагент (фреон) систем автоматического регулирования и контура системы отопления помещения. При установке необходимо подключить ряд трубопроводов - контуры коллектора и отопления, горячую и холодную воду. Устройство занимает мало места, имеет приятный внешний вид, напоминающий холодильник. Что касается уровня шума - работу установки можно сравнить с работой бытового холодильника. При производстве установки используются проверенные годами схемные решения, и можно считать, что такая котельная собрана в заводских условиях, подтвержденных сертификатом ISO 9001. Схема работы теплового насоса представлена на рисунке 2.10.

Во многих моделях тепловых насосов установлен дополнительный электронагреватель для подогрева в дни резкого похолодания, которые бывают не так часто. При проектировании отопительной системы, мощность теплового насоса рассчитывается из максимальной потребности тепла, т.е. для покрытия тепловой нагрузки в самый холодный зимний день.

Необходимые требования к источнику энергии. Источником энергии может служить грунт, скальная порода, озеро, воздух (для специальных моделей), вообще любой источник тепла с температурой плюс 1 градус Цельсия и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, сточные воды, выход теплого воздуха из системы вентиляции или дымовых труб, а также система охлаждения какого-либо промышленного оборудования. Внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду.

Рисунок 2.10 - Схема работы теплового насоса

Преимущества использования тепловых насосов заключаются в следующем:

- компактные размеры отопительной установки (размеры теплового насоса, зачастую не превышают размеров бытового холодильника);

- срок службы теплового насоса до капитального ремонта составляет 10-15 отопительных сезонов, а срок службы остального оборудования - 20-50 лет;

- возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы;

- безопасность, которая обусловлена отсутствием открытого огня и продуктов горения (тепловые насосы взрыво и пожаробезопасны);

- экологически чистая технология производства тепловой энергии (в тепловых насосах используется озонобезопасный вид фреона);

- надежная автоматическая работа системы отопления, не требующая постоянного контроля;

- комфорт. Отсутствие неприятных запахов жидкого топлива и мусора от использования твердого топлива, отсутствие дымовых труб.

Технология позволяет вырабатывать 2,5-5 кВт тепловой энергии при расходе 1 кВт электроэнергии. Т.е. эффективность (или условный КПД) системы составляет 250-500 % в сравнении с традиционным преобразованием электроэнергии в тепловую. Экономия энергетических ресурсов достигает 70 %.

При этом важно понимать, что теплопотери в обогреваемом помещении не должны составлять более 100 Вт/м² площади.

В таблице 2.15 показаны приблизительные данные зависимости площади помещения и параметров оборудования.

Таблица 2.15 - Данные зависимости площади помещения и параметров оборудования

Отапливаемая площадь, м2	Мощность Теплового насоса, кВт/потребляемая мощность, кВт и стоимость (руб.)	Длина внешнего коллектора, п.м. и цена шлангов (руб.)	Альтернативный источник тепла и стоимость монтажа
			Скважина глубина, (м) и стоимость монтажа (руб.)	Земляной коллектор, длина, (М) и стоимость монтажа (тыс.руб.)	Работы и пусконаладка, руб.
80 - 120	4,5/1,5 (210000)	140 (10000)	60 (108000)	250(250)	180000
130 - 180	6,0/1,7 (250000)	200 (14000)	90 (162000)	350(350)	210000
200 - 250	8,0/2,8 (350000)	240 (17000)	110 (190000)	450(450)	250000

В нашем объекте нами будет использован грунтовый теплонасос (геотермальный) вертикального расположения в виде скважины. При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину глубину. Из геотермальной скважины теплоноситель подается на теплообменник (испаритель), где во внутреннем контуре ТНУ происходит кипение фреона с поглощением большого количества тепла и переход его из жидкого в газообразное состояние. Далее фреон попадает в компрессор, где происходит сжатие. По закону сохранения энергии, при уменьшении объема увеличивается давление и температура на выходе из компрессора, которая в конденсаторе (теплообменник отопительного контура) передается теплоносителю в контур отопления и ГВС. Передав поглощенное при кипение тепло, фреон поступает через расширительный клапан, на испаритель и цикл повторяется снова. Для теплового насоса мощностью 10 кВт требуется скважина глубиной 170-190 м. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых скважин через 10-20 м друг от друга, не на одной линии течения грунтовых вод. Необходимо получить общую расчетную глубину, на которой трубопровод будет находиться в грунтовых водах. Минимальная теплоотдача от 1 погонного метра скважины составляет 50-60 кВт-ч тепловой энергии в год.

Для дома выбран тепловой насос марки Mammoth,3 в 1, L024WHE-BLA/CS, 1,53 м³/ч. Краткая характеристика данного теплонасоса:

- тепловые насосы Mammoth, 3 в 1 имеет разнообразные варианты монтажа в комбинациях, использующих бойлер\драйкулер, а так же геотермальном использовании с применением грунтовых сточных вод или земли, как источника тепла. Применяемый в них фреон R 410A является экологически безопасным;

- корпус изготовлен из гальванизированной стали G-60. Изоляция корпуса толщиной 15 мм, плотность изолирующего материала 48 кг\м.куб. Днище изолировано тем же материалом для предотвращения конденсации и снижении шумовых характеристик;

- фреоновый контур включает в себя герметичный компрессор, трех сварных пластинчатых теплообменников фреон-вода, терморасширительного вентиля, впускных вентилей, реверсивного вентиля и контрольно-защитных устройств. Высокоэффективные пластинчатые теплообменники изготовлены из нержавеющей стали и обладают высокими антикоррозийными характеристиками;

- подключение насосов. Система предусматривает подключение трех насосов;

Как видно из таблицы 2.15 для обогрева нашего дома достаточно потребления электроэнергии теплонасосом мощности равной в 1,5 кВт. Вся система теплонасоса в итоге обойдётся в 508 тыс. рублей включая всё оборудование.

К нашему теплонасосу мы подключим систему теплого пола для отопления дома. Марка теплого пола ArnoldRak, производство Германия. Теплый пол ArnoldRak представляет собой двужильный нагревательный мат который очень удобен при монтаже, т.к. второй конец кабеля теплого пола не нужно тянуть обратно к терморегулятору. Подключается теплый пол только с одной стороны. Это самый тонкий (диаметром всего 2 мм) двухжильный экранированный кабель с односторонним подключением на стекловолоконной сетке (мате). Изоляция - тефлон. Полногранный экран из луженой меди. Рабочее напряжение 220-230 V. Холодные провода подключения от 2 до 3 метров. Ширина мата 50 см, длина от 2 до 26 м. Мощность 160 Вт/м². Предназначен для укладки в пол под плитку без формирования бетонной стяжки. Теплый пол полностью безопасен в применении, как в сухом, так и во влажном помещении. Теплый пол укладывается на полезную площадь, под мебель теплый пол не укладывается.

Отапливаемая площадь дома равна S=108,5 м², из них 12 м² составляет северная сторона стены дома.

Стоимость 10 м² теплого пола ArnoldRak составляет 13 000 рублей. Общая сумма затрат на теплый пол составит 141 050 рублей.

Общая сумма затрат на полное обеспечения дома отоплением составит 649 050 рублей.

2.9 Автономность исследуемого объекта

«Автономный дом» - это «энергонезависимый дом», «умный дом» с системой жизнеобеспечения замкнутого цикла.

Принципы проектирования «автономного дома»:

- дом является «энергонезависимым домом»;

- в доме присутствует система жизнеобеспечения замкнутого цикла.

Автономный дом должен управляться компьютерной системой, т.е. вся система жизнеобеспечения дома должна быть запрограммирована. В идеале - владелец такого дома может прожить без внешних коммуникаций и общения с «внешним» (вне дома) миром.

Система «умный дом» - это высокотехнологичная система, позволяющая объединить все коммуникации в одну и поставить её под управление искусственного интеллекта, программируемого и настраиваемого под все потребности и пожелания хозяина. Отопление, освещение, водопровод, сигнализация - всё это можно подчинить централизованному контролю с помощью системы «умный дом».

«Умный дом» - единая система управления в доме, офисе, квартире или здании, включающая в себя датчики, управляющие элементы и исполнительные устройства. Управляющие элементы принимают сигналы с датчиков и контролируют работу исполнительных устройств, действуя согласно заданным алгоритмам. Современный «умный дом» объединяет следующие системы:

- отопление дома (посредством радиаторов или теплых полов);

- вентиляция и кондиционирование;

- охранная и охранно-пожарная сигнализация;

- система контроля доступа;

- контроль аварийных ситуаций: утечки воды, газа, аварии в электросети;

- видеонаблюдение (локальное и удаленное);

- сети связи (интерком, телефония, компьютерные локальные сети и интернет);

- управление внутренним и уличным освещением;

- управление распределением видео и аудиопотоков и по помещениям (мультирум);

- управление обогревом ливневой канализации, ступеней лестниц и дорожек;

- контроль над энергопотреблением, ограничение пиковых нагрузок и распределение нагрузок по фазам питающей сети;

- управление источниками резервного электропитания: аккумуляторными ИБП и дизель-генераторами;

- управления канализационных насосных станций и системам автополива зеленых территорий;

- управление воротами и шлагбаумами;

- управление шторами, рольставнями и жалюзи;

- контроль лифтов и эскалаторов;

- удаленный мониторинг и управление всеми системами дома через интернет.

- «умный дом» представляет собой совокупность датчиков, детекторов, извещателей, выключателей и кнопок, электроклапанов, реле, контроллеров, различных исполнительных механизмов и устройств управления (пульты дистанционного управления, карманный или персональный компьютер, мобильный телефон, сенсорный экран). Между собой устройства могут быть связаны посредством слаботочных и силовых кабелей, а также радиоканала.

По типу топологии система может быть нескольких типов:

- распределенная система. Системы такого типа появились на рынке первыми. Система состоит из связанных между собой автономных элементов ввода и вывода, связанных общей шиной, радиоканалом или электросетью. Наиболее известные системы такого типа: ModBus, X10, LonWorks, EIB, C-Bus и прочие. Преимущество такого подхода в легкой расширяемости системы, недостаток в ограниченных возможностях и более высокой стоимости;

- централизованная система. Такая система состоит из контрольной панели, управляющей множеством исполнительных и извещательных устройств, каждое из которых связано с контрольной панелью кабелем или по радиоканалу. Преимущества системы в практически неограниченных возможностях и легкости программирования;

- частично централизованная система. При этом контрольные блоки управляют устройствами какой-то одной зоны, например, комнаты или этажа. Сами блоки при этом связаны между собой и допускают централизованной управление и программирование.

Контроллеры, датчики, провода и исполнительные устройства спрятаны в стенах дома и управляют процессами электроснабжения, отопления, освещения, вентиляции, создавая комфортную среду для хозяина при его минимальном участии. Элементы освещения сами меняют яркость в зависимости от времени суток и местонахождении человека, вентиляция и тёплые полы обеспечивают максимальный комфорт, системы управления энергопотреблением дома автоматически перераспределяют нагрузку в соответствии с программой.

В нашем исследуемом объекте будем использовать систему автономного дома «Micros+». По установке данной системы занимается компания города Оренбурга «Точка комфорта», использующая бельгийскую технику «Micros+»(компании Teletask).

Компания Teletask (Бельгия) - производитель оборудования системы домашней автоматизации (СДА),которая существует на мировом рынке уже 30 лет. Компания, в отличие от других фирм, производящих оборудование для систем Умный дом, изначально разрабатывала системы для домашней автоматизации. Главный офис компании и производство находится в Бельгии (в городе Гент). На российском рынке компания Teletask представляет проект «Micros+».

«Micros+» - это второе поколение модулей Micros. Первое поколение этих устройств выпускалось с 1996 по 2005 годы. «Micros+» начали выпускать с 2006 года. При его разработке были учтены все нюансы и опыт эксплуатации предыдущего модуля «Micros.

Для реализации системы Умный дом к «Micros+» подключаются различные нагрузки, датчики и инженерные системы. Также к нему подключаются устройства управления: от обычных выключателей до сенсорных экранов и компьютера. Управление системой Умный дом на базе «Micros+» может осуществляться с помощью iPhone, iPad, Smartphone.

Система Умный дом на базе модуля «Micros+» позволяет:

- управлять светом, отоплением и тёплыми полами, вентиляцией и кондиционированием, шторами и жалюзи, воротами и калиткой, поливом, системой антиобледенения, запуском генератора и прочими инженерными системами и электрическими нагрузками;

- контролировать и предотвращать аварийные ситуации, связанные с протечками, отключением электроснабжения, аварией котла, следить за уровнем топлива в баке резервного генератора и т.д.;

- осуществлять функцию охранной сигнализации;

- управлять аудио/видео техникой и системой Мультирум;

- программировать систему Умный дом под свои желания;

- экономить средства при эксплуатации загородного дома и квартиры;

- создавать комфортные, удобные для жизни сценарии для себя и своей семьи.

Модуль «Micros+» может устанавливаться в дом как индивидуально, так и в качестве центрального модуля системы Teletask. Он является модулем, к которому возможно подключать другие устройства системы Умный дом, производимые компанией Teletask. В едином корпусе «Micros+» объединяет превосходный функционал, который позволяет создать комфорт в доме. «Micros+» удобен в монтаже, настройке и программировании.

При индивидуальной установке в загородный дом функционала«Micros+» может хватить на дом до 120-150 м².

При использовании «Micros+» как центрального элемента, к существующему функционалу добавляется любой набор функций. В этом случае «Micros+» может устанавливаться в коттеджи площадью до 650-700м² [40].

Рассмотрим стоимость автоматизации нашего объекта. Стоимость введения системы умного дома компании «Точка комфорта» для 1 м² составляет в среднем 4800 рублей. Для нашего исследуемого объекта площадью 122 м² стоимость установки системы автоматизации «Micros+» составит 585 600 рублей.

Подведём итоги.

Теперь проведём экономическую и экологическую оценку использования альтернативных источников энергии в исследуемом проекте жилого дома. И дадим экологическое обоснование использования альтернативных источников энергии при проектировании жилого дома.

С экономической точки зрения строительные и инженерно-технические затраты составили 2 964 820 рублей, которые видны из таблицы 2.16.

Таблице 2.16 - Общие затраты на строительство объекта

Основное наименование строительных и инженерно-технических затрат	Сумма затрат, руб.
Строительство фундамента	92 500
Строительство ограждающихконструкций( каркас дома)	1 220 000
Общая система солнечных панелей	232 000
Общая система солнечных коллекторов	151 670
Общая система ветряного генератора	34 000
Общая система отопления (теплонасос и теплый пол)	649 050
Автономность дома	585 600
Итого	2 964 820

Без ведённых инженерных систем дом обошёлся бы нам 2,26 раза дешевле, т.е. на 1 652 320 рублей.

Для экономической оценки проведём расчёт срока окупаемости нашего объекта.

Рассчитаем годовые затраты традиционного дома. Для этого надо рассчитать годовую плату за энергопотребление и отопление.

- энергопотребление. В нашем случае такой дом площадью 122 м² потребляет 21 870 кВт/год, но также надо учесть, что горячее водоснабжение осуществляется электрокотлом и поэтому для традиционного дома энергопотребление возрастёт примерно на 7800 кВт/год, т.к. в нашем исследуемом объекте горячее водоснабжение осуществляется солнечными коллекторами и частично теплонасосом. В итоге электропотребление составляет W_{фак/год}= 29 670 кВт/год. Плата за год составит, при цене 1кВт 2 рубля, P_год = 59 340 рублей;

- отопление. Отапливаемая площадь составляет примерно 100 м². В таблице 2.17 показан расход на отопление помещения площадью 100 м², газового отопления. Таблица позаимствована из электронного ресурса компании «Pellet&BriquetteMachine».

Таблица 2.17 - Расход на отопление помещения площадью 100 м²

Топливо	Qтоп, кВт•ч /кг	КПД	Расход топлива, (тонн /сезон)	Расход топлива, (тонн /месяц)	Стоимость отопления, (руб./сезон)	Средняя стоимость отопления в месяц (руб./мес.)
Газ (пропан)	26	0,9	1,034	0,148	42 045	6006

Общая плата за энергопотребление и отопление в традиционном доме составит Р_общ.= 101 385 рублей.

Так как затраты на все инженерные системы составляют 1 652 320 рублей, то в нашем случае срок окупаемости исследуемого объекта составит:

лет

В итоге можно сделать вывод о большом сроке окупаемости инженерных систем. И это, прежде всего, связано с системой теплонасоса, установление которой составляет примерно 650 тысяч рублей, но срок службы теплонасоса примерно 100 лет, замены будет подвергаться только компрессор (примерно раз в 15 лет). Использование инженерных систем по нашему мнению с экономической точки зрения всё равно смотрится выгодным, т.к. с каждым годом растут цены на энергоресурсы, т.е. плата будет только расти. А напротив цены на инженерные системы, использующие альтернативные источники энергии, будет уменьшаться.

Экологическое обоснование.

Строительный и жилищно-коммунальный секторы оказывают мощное негативное воздействие на природную среду. По данным Центра ООН по населенным пунктам использование древесины в жилищном строительстве составляет 25 % от общего ее потребления, камня, песка, гравия - 40 %, пресной воды - 16 %, энергии - 40 %. Выбросы в атмосферу окислов серы и углекислого газа от эксплуатации жилья составляют 70 % и 50 % соответственно. Однако при использовании традиционных и современных экологических технологий дом может не только не нарушать баланса в окружающей среде, но и способствовать его восстановлению.

Об эффективности применения инженерных технологий могут говорить следующие цифры. По данным лаборатории, нетрадиционной энергетики ИМПТ ДВО РАН, используемые нами системы должны обеспечить снижение выбросов в атмосферу (в сравнении жилым домом сопоставимых размеров и традиционной системой отопления,):

- до 5700 кг СО₂, до 185 кг SО₂, до 17,5 кг NО₂, до 17580 кг загрязнённых дымовых газов в год;

- снизить потребление атмосферного кислорода до 3690 кг, в год;

- уменьшить количество отходов до 1325 кг золы, в год.

Актуальность перехода на массовое экологическое домостроение обусловлена острой нехваткой жилья и высоким темпом роста цен на энергоносители. Жилищно-коммунальный сектор, являясь одним из основных источников загрязнения атмосферы и подземных вод, создает большое количество бытового мусора, пагубно влияет на экологическую обстановку в городе.

Экологические проблемы и возрастающий дефицит энергии требуют новых решений в архитектуре малоэтажного жилого дома. Вкладом архитектуры в защиту окружающей среды является создание зданий, которые бы уменьшали затраты энергии на отопление, горячую воду, электрический ток из традиционных источников энергии. Это возможно, благодаря лучшей теплоизоляции зданий, оптимизации технических процессов, применения энергосберегающих решений при проектировании зданий, оснащение зданий приборами по улавливанию энергии от возобновляемых источников и их дальнейшей переработки для потребителя.