.png)
Существует как минимум два варианта решения этой задачи. Первый - не включать свет, отапливать здание по минимуму и пользоваться только холодной водой. Второй способ - построить или реконструировать здание в соответствии с принципами энергоэффективности.
В прошлом номере были рассмотрены морфологические принципы возведения энергодома (ориентация дома по сторонам света, планировочное решение и т. д.). В этом номере речь пойдет об инженерно-инфраструктурных особенностях малоэтажного энергоэффективного жилья.
Регулирование микроклимата
Пожалуй, самое главное для жильцов любого дома – здоровый и комфортный микроклимат. Особое внимание стоит уделить качеству воздуха. Необходимых характеристик можно достичь только тогда, когда происходит постоянная замена отработанного воздуха свежим наружным. Обычного форточного проветривания 2 раза в день для этого недостаточно.
В энергоэффективных зданиях применяется более сложная система: вместо окон с открытыми пазами используются звукоизолирующие герметичные стеклопакеты, а приточно-вытяжная вентиляция помещений осуществляется централизованно через установку рекуперации тепла. Дополнительного повышения энергоэффективности можно добиться, если воздух выходит из дома и поступает в него через подземный воздуховод, снабженный теплообменником, в котором нагретый воздух отдает тепло холодному.
Зимой уличный воздух входит в подземный воздуховод, нагревается там за счет тепла земли и затем поступает в рекуператор. Дело в том, что грунт на определенной глубине зимой имеет в среднем более теплую, а летом – холодную температуру, чем окружающий воздух. Свежий приточный воздух можно нагреть или охладить в толще грунта. Это возможно либо напрямую через воздушные каналы (воздух обменивается энергией со стенками грунтового теплообменника), либо косвенно - через гидравлическую систему (грунтовый теплообменник имеет замкнутый контур с жидким агентом, например, гликолем или соляным раствором; наружный воздух сначала проходит через него, а потом через пластинчатый рекуператор).
В рекуператоре отработанный домашний воздух нагревает поступивший свежий и выбрасывается на улицу. Свежий нагретый воздух, поступающий в дом, имеет в результате температуру около 17 градусов. Летом теплый воздух, поступая в подземный воздуховод, охлаждается там от контакта с землей приблизительно до этой же температуры.
За счет такой системы в пассивном доме постоянно поддерживаются комфортные условия.
Использование пассивной энергии солнечной системы
Итак, значительно уменьшить затраты на отопление вашего дома можно за счет множества бесплатных натуральных ресурсов. Один из них – пассивное использование солнечной энергии. Использование пассивной солнечной энергии предполагает аккумулирование и сохранение солнечной энергии без дополнительных технических устройств, с помощью правильного ориентирования дома в пространстве, выбора оптимальной формы и особого конструктивного решения. То есть дом, способный пассивно, без дополнительных устройств использовать солнце, поддерживает оптимальную температуру в помещениях.
Основные компоненты пассивной солнечной системы:
1. Окна
Они должны быть ориентированы на юг и иметь большую площадь. Стекла таких окон должны обладать низкой теплопроводностью: обычно используют тройное остекление, а зазоры между стеклами заполняют инертным газом.
2. Теплоизоляция
Наружные стены должны обладать высокими теплоизолирующими свойствами, чтобы не выпускать тепло наружу. В качестве теплоизоляции нужно использовать материал с низкой теплопроводностью и высокой пористостью. Наружные стены из соломенных блоков максимально отвечают требованиям теплоизоляции.
3. Тепловые стенки
Невысокие стенки из термомассы*, расположенные перед окнами, ориентированными на юг, аккумулируют солнечную энергию и отдают в помещение тепло.
Справка. Термомасса - это материал, обладающий высокой теплоемкостью. Он способен поглощать тепло и в течение длительного времени дозированно отдавать его в помещение. В качестве термомассы может выступать любой тяжелый темный материал с высокой теплоемкостью (кирпич, бетон, природный камень, саман).
4. Тепловые резервуары
Выполняют ту же функцию, что и тепловые стенки, однако представляют собой керамические резервуары, наполненные водой. Они так же располагаются перед окнами. Вода, обладая высокой теплоемкостью, аккумулирует тепло прямых солнечных лучей.
Прямые солнечные лучи попадают в помещение через окна, ориентированные на юг. Лучи, попадая на термомассу, нагревают ее. Термомасса в свою очередь обладает высокой теплоемкостью, способной поглотить и сохранить большое количество тепла. Чтобы избежать перегрева помещения, используется защитный козырек, препятствующий попаданию излишних солнечных лучей. Для максимальной эффективности защитный козырек может быть поворотным. Ночью термомасса начинает передавать накопленное за день тепло комнате. Таким образом, в помещении поддерживается комфортная температура. При использовании пассивного тепла солнечной системы следует учитывать высоту и интенсивность солнца в разное время года и суток.
Аккумулирование энергии с помощью солнечных батарей
Один из наиболее эффективных способов аккумулирования солнечной энергии - непосредственное преобразование ее в электрическую в фотоэлементах. Фотоэлементы представляют собой светочувствительные пластины из полупроводникового материала: селена, кремния или арсенида.
ВИДЫ солнечных батарей по способу преобразования солнечной энергии:
1. Фотоэлектрические батареи
Полупроводниковые устройства, прямо преобразующие солнечную энергию в электричество. Несколько объединенных солнечных элементов называются солнечной батареей.
2. Гелиоэлектростанции (ГЕЭС)
Солнечные установки, которые используют высококонцентрированное солнечное излучение в качестве энергии для работы тепловых и других машин.
3. Органические батареи
Устройства, преобразующие солнечные лучи в электричество с помощью генетически модифицированных клеток, напечатанных на тонком пластике с проводником (галлий, диселенид кремния и т.д.). Фотоэлектричество производится, когда частицы света (фотоны), поглощенные полупроводником, создают электрический ток. Несколько скрепленных между собой фотоэлементов составляют солнечную батарею.
ВИДЫ солнечных батарей по способу установки:
1. Статичные солнечные батареи собираются в солнечные установки и располагаются под углом 40 – 50 градусов к югу. Данный наклон обеспечивает максимальное попадание прямых солнечных лучей на панель, что значительно увеличивает ее производительность.
2. Динамичные солнечные батареи двигаются вслед за солнцем, достигая оптимального угла падения солнечных лучей в любое время дня. Такие батареи очень эффективны, но требуют дополнительного технического оснащения и ухода.
3. Мобильные солнечные батареи служат для работы гелиомобилей, а также для пропаганды гелиоэнергетики.
Аккумулирование энергии с помощью солнечных коллекторов
Солнечный коллектор – это устройство, преобразующее солнечную энергию в тепло. Он состоит из поглощающей энергию плиты, остекления и расположенных между плитой и стеклом труб. По трубам с помощью насоса циркулирует нагревающаяся жидкость.
Виды солнечных коллекторов:
1. Плоский солнечный коллектор состоит из элемента, поглощающего солнечное излучение; прозрачного покрытия и термоизолирующего слоя. Поглощающий элемент называется абсорбером, он связан с теплопроводящей системой. Прозрачный элемент обычно выполняется из закаленного стекла с пониженным содержанием металлов.
Чем больше падающей энергии передается теплоносителю, протекающему в коллекторе, тем выше его эффективность. Повысить ее можно применяя специальные оптические покрытия, не излучающие тепло в инфракрасном спектре.
2. Вакуумный солнечный коллектор позволяет повышать температуру теплоносителя вплоть до 250-3000 С в режиме ограничения
отбора тепла. Добиться этого можно за счет уменьшения тепловых потерь в результате использования многослойного стеклянного покрытия, герметизации или создания вакуума в коллекторах. Фактически солнечная тепловая труба имеет устройство, схожее с бытовыми термосами. Только внешняя часть трубы прозрачна, а на внутренней трубке нанесено высоко-селективное покрытие, улавливающее солнечную энергию. Между внешней и внутренней стеклянными трубками находится вакуумная прослойка. Именно она дает возможность сохранить около 95% улавливаемой тепловой энергии.
3. Солнечные коллекторы-концентраторы позволяют повышать эксплуатационную температуру до 120-2500 С. Это достигается путем введения в коллекторы с помощью параболоцилиндрических отражателей, проложенных под поглощающими элементами, особых концентраторов. Для получения еще более высоких эксплуатационных температур требуются устройства слежения за солнцем.
Распределение энергии в доме
Коллекторы преобразуют солнечную энергию в тепловую. Правильное распределение тепловой энергии обеспечивает комфортный тепловой режим в помещении.
Для сезонно обитаемого жилища средней полосы (например, дачи или загородного дома) наиболее подходящей является воздушная система теплоснабжения. Воздух нагревается в солнечном коллекторе и по воздуховодам подается в помещение.
Что касается расположения солнечного коллектора на доме, то предпочтение отдается вертикальному варианту. Он много проще и в строительстве, и в дальнейшем обслуживании. По сравнению с наклонным коллектором (например, занимающим часть крыши) при вертикальном варианте не требуется уплотнения от воды, отпадает проблема снеговой нагрузки, плюс с вертикальных стекол легко смыть пыль.
Однако в климатических условиях Сибири солнце светит не целый и не каждый день. Неравномерность солнечной радиации, а также желание обогревать дом ночью и в пасмурные дни диктуют необходимость устройства теплового аккумулятора. Днем он накапливает тепловую энергию, а ночью отдает. Для работы с воздушным коллектором наиболее рациональным считается гравийно-галечный аккумулятор. Он недорог и прост в строительстве.
Гравийную засыпку можно разместить в теплоизолированной углубленной цокольной части дома. Теплый воздух нагнетается в аккумулятор с помощью вентилятора. Для дома площадью 60 м2 объем аккумулятора должен быть от 3 до 6 м3. Разброс определяется качеством исполнения элементов гелиосистемы, теплоизоляцией, а также режимом солнечной радиации в конкретной местности.
В холодные солнечные дни нагретый в коллекторе воздух поднимается и через отверстия у потолка поступает в помещения. Циркуляция воздуха идет за счет естественной конвекции. В ясные теплые дни горячий воздух забирается из верхней зоны коллектора и с помощью вентилятора прокачивается через гравий, заряжая тепловой аккумулятор. Для ночного отопления и на случай пасмурной погоды воздух из помещения прогоняется через аккумулятор и возвращается в комнаты подогретый.
Таким образом, система солнечного теплоснабжения дома работает в четырех режимах:
- отопление и аккумулирование тепловой энергии
- отопление от аккумулятора
- аккумулирование тепловой энергии
- отопление от коллектора.
P.S.
Попробуйте представить на минуту, как будут выглядеть наши дома через полвека? Любому современнику, следящему за стремительным развитием технологий, не сложно вообразить себе жилище будущего. Живо представляется диковинная архитектура, необычные материалы, дизайнерские решения и электронная начинка...
Но прагматичные эксперты напоминают нам еще об одном факторе, который, без сомнения, будет в ближайшие десятилетия влиять на облик и содержание наших жилищ. Как известно, запасы всех видов ископаемого топлива неуклонно сокращаются и в ближайшие десятилетия энергоресурсы будут постоянно дорожать, увеличивая расходы на отопление домов. Поэтому очевидно, что основной тенденцией строительства станет вопрос разработки зданий, в которых функциональность и комфортность сочетались бы с энергоэффективностью и экологичностью. Получается, что экономный энергосберегающий дом с альтернативными источниками отопления – это и есть наше будущее, причем не какое-то отдаленное, а самое что ни на есть ближайшее. И пора уже сегодня при возведении домов учитывать если не все принципы энергоэффективности, то хотя бы некоторые из них… А какой дом будущего представили вы?
Вопросы об особенностях возведения энергоэффективных домов можно задать специалистам Инновационного центра экологического проектирования и строительства Green team по тел. 8-913-218-0696
Назад в раздел
