Экологическое обоснование использования альтернативных источников энергии на примере жилого дома

Выводы по второй главе

Во второй главе нами спроектирован энергонезависимый дом, использующий альтернативные источники энергии в качестве ресурсов для дома, такие как: солнечные батареи и коллекторы, ветрогенераторы и теплонасосы. Также рассмотрены природно-климатические условия данного региона. Проведена экономическая и экологическая оценка.

Солнечных и ветровых ресурсов в нашем регионе вполне достаточно, чтобы активно использовать альтернативную энергетику. Общая продолжительность солнечного сияния составляет 2198 часов, а в среднем за год 73 дня без солнца. Средняя скорость ветра равна 5,5 м/с, а в год 45 безветренных дней.

Дом по плану одноэтажный, подобно старой русской избе имеет цельный объём, но в современной интерпретации. Экологический дом проектируется с учётом климатических условий. Дом продолговатый, длинной стороной ориентирован на запад-восток, имеет смещённый скат, обращённый на юг, и располагается не перпендикулярно югу(северу), а под углом, чтобы ветры с восточной(западной)стороны не врезались в стену, а обтекали её. Площадь дома S = 122 м².

Скат, обращённый на южную сторону, играет важную роль в энергобалансе дома и позволяет аккумулировать энергию солнца благодаря стратегически расположенным мансардным окнам, солнечным батареям и коллекторам. Все окна оснащены солнцезащитными элементами (маркизетами), которые при открытии увеличивают освещение и обогрев, или при закрытии предотвращают перегрев.

Фундамент нашего объекта представляет собой железобетонный фундамент в виде плиты. Стоимость строительства фундамента нашего объекта составляет 75 000 рублей.

Ограждающие конструкции и внутренние стены представлены в виде каркаса, как в проекте «Активный дом» в России.

Каркасные дома являются прекрасной возможностью для быстрого и экономичного строительства малоэтажных зданий. Каркасный дом представляет собой готовый комплект, состоящий из строительных элементов дома. Рассматриваемый нами объект деревянный дом, в котором стены образованы деревянным теплоизолированным каркасом.

Затраты на деревянную каркасную конструкцию составили1 220 000 рублей.

Расчёты и затраты на солнечные батареи.

Нами рассмотрены солнечные батареи марки марки Exmork 230Вт 24В Mono, состоящий из монокристаллических кремниевых модулей. Рассмотрена схема работы солнечных батарей.

Расчёты проведены двумя способами.

- в первом случае результаты показали, что при использовании максимального значения коэффициента использования энергии и энергосберегающих ламп затраты на солнечные панели высокие (464 600 рублей), также и количество солнечных панелей тоже (25 шт).

- во втором результаты показали уменьшение затрат на солнечные панели в 2 раза. Коэффициент использования энергии был уменьшён и энергосберегающие лампы заменены на светодиодные. В итоге затраты на солнечные батареи равны 232 800 рублям, а солнечных панелей стало 11 штук (16,5 м²).

Расчёты и затраты на ветрогенераторы. Рассмотрена система работы ветрогенератора.

Нами выбран ветрогенератор марки Exmork 750. Для нашего объекта используется один ветрогенератор. Расчёт показал, что в год данный ветрогенератор снабжает электроэнергией 8 % потребителей в зависимости от мощности потребления энергии, к ним можно почти отнести всю бытовую технику и освещение, кроме электроплиты, стиральной машины и холодильника. Ветрогенератор обойдётся в 34 000 рублей.

Солнечные коллекторы в нашем объекте используются для снабжения дома горячей водой. Рассмотрены виды коллекторов и схема водонагревательной солнечной установки. В нашем проекте используется вакуумный коллектор с темотрубками марки ES58-1800-15R4, который работает круглый год.

Расчёты проведены для зимнего периода (с ноября по февраль), т.к. в этот период самые минимальные показатели по солнечной инсоляции. В итоге для нашего объекта в зимний период достаточно 7 штук солнечных коллекторов, на что будет затрачено, с учётом всех оборудований, 151 670 рублей. Однако рекомендуется ещё поставить дополнительно водогрейный котёл, для подстраховки в зимний период. А в летний период ( с мая по август) достаточно использование одного коллектора.

Последней рассмотренной нами системой стал теплонасос. Система теплонасоса в нашем доме используется для отопления и частичного горячего водоснабжения, рассмотрена схема и работа теплонасосов, и определен тип теплонасоса, грунтовый теплонасос (геотермальный) вертикального расположения в виде скважины.

Для дома выбран тепловой насос марки Mammoth ,3 в 1, L024WHE-BLA/CS. Для обогрева нашего дома достаточно потребления электроэнергии теплонасосом мощности равной в 1,5 кВт. Вся система теплонасоса в итоге обойдётся в 508 тысяч рублей, включая всё оборудование.

К теплонасосу подключается система теплого пола для отопления дома, марки ArnoldRak, производство Германия. Отапливаемая площадь дома равна S = 108,5 м², из них 12 м² составляет северная сторона стены дома. Общая сумма затрат на теплый пол составит 141 050 рублей.

В итоге затраты на обеспечения дома отоплением составят 649 050 рублей. Затраты большие по сравнению с другими системами, но вполне оправданные:

- во-первых, у теплонасоса большой срок службы (не менее 20 лет);

- во-вторых, КПД теплонасосов 150-200 %, они используют 80 % получаемой энергии, нам придётся платить за оставшиеся 20 %, которые в нашем случае оправдают солнечные панели.

Заключительным шагом нашего проекта стало подключение нашего дома в систему умного дома, т.е. автономного дома, управляемого компьютером. Нами выбрана местная компания по установке такой системы «Точка комфорта», использующая бельгийскую технику «Micros+»(компании Teletask). Затраты на обеспечение дома системой умного дома составят 585 600 рублей.

Экономическая оценка показала, что срок окупаемости исследуемого объекта велика, составляет 16 лет. Который связан с большими затратами на теплонасосы (649 050 руб.) и подключением системы умного дома (585 600 руб.).

Экологическое обоснование использования альтернативных источников энергии. 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. Поэтому за экологическим домостроением, будущее нашего общего дома - планета земля.

Заключение

Литературный обзор показал, что разработкой экологических домов учёные занимаются почти с середины 20 века. Уже тогда учёные считали использование альтернативных (возобновляемых) источников энергии в архитектуре малоэтажных жилых домов непосредственно связано с проблемой энергосбережения в жилищном строительстве. Первыми исследователями СССР в этой области были А.Н. Сахаров и И.И. Анисимова (1970-е года).

На современном этапе развития экожилья приоритетными задачами являются не только энергосбережение (экономичность), а сбалансированное использование природных ресурсов и уменьшение вредных воздействий на окружающую среду.

В данном проекте мы рассмотрели строительство энергонезависимого дома, использующего альтернативные источники энергии в качестве энерго- и теплообеспечения. Нами рассмотрены и проведены расчёты по следующим системам энергообеспечения:

- низкопотенциальная тепловая энергия (теплонасос);

- энергия солнца;

- энергия ветра.

Сперва мы рассмотрели характеристики и схемы работ всех используемых инженерных систем.

Далее были проведены расчёты.

Расчёты по солнечным батареям показали, что для нашего исследуемого объекта, потребляющего около 22 000 кВт/год электроэнергии, понадобятся 11 штук солнечных панелей, которые обойдутся нам в 232 000 рублей.

Расчёты по солнечным коллекторам были проведены для зимнего периода (ноябрь-февраль). В итоге для нашего объекта в зимний период достаточно 7 штук солнечных коллекторов, на что надо будет затратить, с учётом всех оборудований, 151 670 рублей.

Расчёты по ветрогенераторам показали, что в год выбранный нами ветрогенератор может снабжать электроэнергией 8% потребителей в зависимости от мощности потребления энергии, к ним можно почти отнести всю бытовую технику и освещение, кроме электроплиты, стиральной машины и холодильника. Один ветрогенератор обойдётся в 34 000 рублей. А подключать его можно будет к системе солнечных батарей, т.е. в одну единую цепь.

Расчёт по тепловому насосу. Тепловой насос в нашем объекте используется в качестве отопительной системы. Вся система теплонасоса обойдётся в 508 тысяч рублей, включая всё оборудование. Отапливаемая площадь дома равна S = 108,5 м², из них 12 м² составляет северная сторона стены дома. Общая сумма затрат на теплый пол составит 141 050 рублей. В итоге затраты на полное обеспечение дома отоплением составит 649 050 рублей.

Заключительным шагом нашего проекта стало подключение нашего дома в систему умного дома, т.е. автономного дома, управляемого компьютером. Нами выбрана местная компания по установке такой системы «Точка комфорта», использующая бельгийскую технику «Micros+»(компании Teletask). Затраты на обеспечение дома системой умного дома составят 585 600 рублей.

Проведя экономическую и экологическую оценку можно сделать следующее заключение:

- с экономической точки зрения, после включения в наш исследуемый объект всех инженерных систем, срок окупаемости нашего дома составил 16 лет, что не очень-то смотрится на фоне экономичности энергонезависимых домов. Однако на это следует смотреть оптимистично, т.к. цены на энергию и ресурсы будут расти, а стоимость инженерных систем уменьшаться в нашем быстро развивающемся и конкурирующем рынке. Также надо заметить, что в нашем проекте мы предлагаем комплексно использовать всю инженерную систему, использующую альтернативные источники энергии, плюс включаем систему умного дома, который является не дешевой роскошью (около 600 000 рублей).

- с экологической точки зрения, тут можно сказать результаты на лицо. Весь дом почти независим от окружающего мира, он полностью автономен, всеми энергоресурсами и теплом он обеспечивает себя сам. При этом не будет происходить никаких вредных выбросов в окружающую среду, т.к. дом не использует природный газ, электричеством обеспечивают ветрогенераторы и солнечные батареи, а не происходит где-то добыча и сжигание природных ресурсов для обеспечения дома энергией. Также в экологическом доме здоровый микроклимат, который обеспечивается системой умного дома и рационального использования конструкции здания. Если верить 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.

Подведя итоги можно сказать, что за экологическими (энергонезависимыми, автономными) домами, будущее нашего региона, не только региона, а страны и планеты в целом. Потому что именно такими путями развития можно добиться баланса, гармонии с окружающей средой.

Список использованной литературы

1 АфанасьеваO.K. Архитектура сооружений, использующих альтернативные источники энергии. Ветер / О.К. Афанасьева // Архитектурная наука и образование. - Москва: Архитектура-С, 2005. - с.117.

2 Афанасьева O.K. Архитектура сооружений, использующих альтернативные источники энергии. Солнце / О.К. Афанасьева // Архитектурная наука и образование: Тезисы докладов научной конференции, МАрхИ - Москва: Архитектура-С, 2006. - с.106-107.

3 Афанасьева O.K. Архитектура малоэтажных домов с использованием возобновляемых источников энергии / О.К. Афанасьева // Учебное пособие. - Москва, 2007. - 230с.

4 Афанасьева О.К. Творческие концепции архитектурной деятельности / О.К. Афанасьева // Архитектура зданий и сооружений. Творческие концепции архитектурной деятельности: дисс. работа. - Москва,2009. - 149 с.

5 Безруких П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России / П.П. Безруких, Ю.Д.Арбузов, Г.А. Борисов, В.И. Виссарионов, В.М. Евдокимов, Н.К. Малинин, Н.В. Огородов, Н.В. Пузаков, Г.И. Сидоренко, А.А. Шпак // СПБ, Наука - Москва: Экология и ресурсы РФ, 2002. - 160с.

6 Вавилов А.В.Нучно-технические проблемы перевода производства строительных материалов на альтернативные виды топлива /Вавилов А.В., Саевич С.М.// Солнечная энергетика. Эффективность и анализ. Технические решения: сборник докладов IV ежегодной научно-технической конференции. - М., 2010.- 106с.

7 Давидсон Б. М. Архитектура жилища и местный климат на примере Уральского региона / Б.М. Давидсон // Диссертационная работа на соис. уч. степ.канд. арх. - Москва,1985. - 153с.

8 Дэвис А. Альтернативные источники энергии в строительном проектировании / А. Дэвис, Р. Шуберт // пер. с англ. А.С.Гусева; под ред. Э.В. Сарнацкого. - Москва, 1983. - 200с.

9 Зуборев В.В. Использование энергии ветра в районах Севера / В.В. Зуборев, В.А. Мипин, Н.Р.Степанов // Наука. - Л. 1989. - 240с.

10 Казанцев П.А. Загородный дом / П.А. Казанцев // Дом витражами на юг: ст. журнала Загородный дом - Хабаровск 2010.-№2. - с.36-39.

11 Казанцев П.А. Солнечный дом для Приамурья и Приморья /П.А. Казанцев, О.П. Ковалев, А.В. Волков // Современные технологии / Архитектура и строительство Дальнего Востока - Хабаровск 2007. - № 11-12. - с.50-70.

12 Казанцев П.А. Основы экологической архитектуры. / П.А. Казанцев // Учебное проектирование энергоэффективных зданий / Теория и практика энергоэффективной архитектуры. Lambertacademic publishing, Saarbrucen, Germany - Хабаровск, 2012. - 205 с.

13 Кирпичникова И.М. Возобновляемые источники энергии /И.М. Кирпичникова, Е.В.Соломин //Издательство ЮУрГУ: учебное пособие к К-434 практическим занятиям/ И.М. Кирпичникова - Челябинск, 2009. - 50 с.

14 Кореньков В.Е. Основные природно-климатической типологии жилища / В.Е. Кореньков // М.,1993 - 214с.

15 Лапин Ю.Н. Экожилье - ключ к будущему. / Ю.Н. Лапин //учебное пособие 2004 г.

16 Лучков Б.А. Солнечный дом - Солнечный город / Б.А. Лучков // "Наука и Жизнь", 2002. - № 12.- с.22-26.

17 Лапин Ю.Н. Автономные экологические дома / Ю.Н. Лапин // - М: Алгоритм, 2005.- 416с.

18 Лидоренко Н. С. Нетрадиционная энергетика / Н.С. Лидоренко, Д.С. Огребков// М. - 1986. - 310с.

19 Маркус Т. А. Здания, климат, энергия./ Т.А. Маркус, Э.Н. Моррис // М. - 1985. - 226с.

20 Молчанов, В.М. К вопросу строительства экодомов и экопоселений в Южно-Российском регионе. Сибирская архитектурно-художественная школа / В.М. Молчанов, Т.Е. Фомина; под ред. Е.Н. Лихачева // Материалы Всероссийской научно-практической конференции (г. Новосибирск, 12 марта 2001). - Новосибирск :Агенство "Сибпринт", 2001. - С. 52-54.

21 Новиков В. А. Солнечный дом с автономной системой обеспечения / В.А. Новиков, А.А. Горшков // научная работа, Региональный конкурс научно- исследовательских, проектных и творческих работ среди молодежи «НАУЧНЫЙ ОЛИМП» - Оренбург , 2012.- 86с.

22 Огородников И.А. Материалы конференции факультета «Технолигии и предпринимательство» Новосибирского государственного педагогического университета / И.А. Огородников // Экодом для России, 2010.- 116с.

23 Поваров O.A. «Использование тепла земли для локального теплоснабжения» / О.В. Бритвин , А.И. Никольский, Г.В. Томаров, Г.П. Василиев // Геотермальные ресурсы 2002.- с.24.

24 Сарнацкий Э. В. Использование солнечной энергии для теплоснабжения зданий / Э.В. Сарнацкий, Ю.А. Константиновский, А.И. Заваров// Киев, 1985 - 256с.

25 Сахаров А. Н. Архитектурное проектирование малоэтажных домов с солнечным энергообеспечением / А.Н. Сахаров, И.И. Анисимова // Курс лекций. М., 1983- 312с.

26 Селиванов Н.П. Энергоактивные здания / Н.П. Селиванов, А.И. Мелуа, С.В. Зоколей [и др.] // под ред. Э.В. Сарнацкого и Н.П. Селиванова. - М. :Стройиздат, 1988. - 376 с.

27 СНиП 2.08.01.-89 «Жилые здания»

28 СНиП 31-02-2001 «Дома жилые одноквартирные».

29 СНиП 11-02-97 «Строительная климатология».

30 СНиП 23.05.2010 Освещенность рабочих поверхностей и помещений для различных сфер деятельности.

31 Старков А.Н. Атлас ветров России / RussianWindAtlas / А.Н. Старков, Л. Ландберг, П.П. Безруких, M.M. Борисенко // Национальная лаборатория Riso и Российско-Датский институт энергоэффективности 2000.

32 Статья издания «Загородный проект»: проект «Первый Активный дом в России». - Москва, 2011-25с

33 Стретенцев В.В.Применение инновационных решений в малоэтажном домостроении / В.В. Стретенцев // Вестник Дальневосточного государственного технического университета: статья изд. - 2010.- № 2 (4) - с. 92-103.

34 Фомина, Т.Е. Природно-климатические факторы, формирующие жилище в Южно-Российском регионе / Т.Е. Фомина // Международная научно-практическая конференция "Архитектура и экология". Тезисы докладов. - Ростов н/Д. : Ин-т архит. и иск-ва ЮФУ, 2007. - С. 260-263.

35 Чибилёв А. А. Оренбуржье -- край благословенный / А. А. Чибилёв// Оренбург: Оренбургское книжное издательство, 2008. -- 256 с.

36 Шершнев В.Н. Солнечные системы теплоснабжения / В.Н. Шершнев, Н.А. Дудаев// М.,2006 - 127с.

37 Шефтер Я.И. Использование энергии ветра / Я.И. Шефтер // учеб.пос. М.:Энергоиздат, 1983 - 200с.

38 Экзархо В.М. Концептуальный проект экожилища / В.М. Экзархо //Статьи журнала «ЭСКО»:М. - 2006 - №12. - 21-27с.

39 http://ecoclub.nsu.ru/altenergy/images/karta2.gif (солнечные ресурсы).

40 http://www.umno.su

Приложение А

(обязательное)

Расчёты энергонезависимого дома

Таблица 1 -Расчет количества энергии, вырабатываемой фотоэлементами

Таблица 2 -Расчёт годовой выработки электроэнергии ветрогенератором

Таблица 3 -Расчёт количества энергии для нагрева воды солнечным коллекторам и количества солнечных коллекторов.

Таблица 4 - Расчёт мощности теплового насоса и теплого пола

Размещено на Allbest.ru