О.Н. Милашечкина, И.К. Ежова

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЗДАНИЯ

Учебное пособие

2006

Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Саратовский государственный технический университет

О.Н. Милашечкина, И.К. Ежова

ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ЗДАНИЯ

Учебное пособие по спецкурсу для студентов

специальности 290100

Саратов 2006

Введение

Совсем недавно энергобеспечение зданий за счет солнечной энергии в России считалось экономически невыгодным, тогда как за рубежом: в Канаде, Финляндии, США, Японии, Австралии, Израиле, Греции и многих других странах такие дома давно уже существовали. В связи с постоянным ростом стоимости энергоносителей в России постепенно стал расти интерес к вопросам энергосбережения и использования возобновляемых источников энергии, среди которых одним из основных является солнечная энергия. Работы в этом направлении велись в том числе в Ассоциации производителей энергоэффективных окон (АПРОК) и в Московском государственном строительном университете (МГСУ).

На основании этих исследований, архитектором Захаровой Т.В. была разработана программа «Солнечный дом» и запроектирован архитектурный проект «Сол-1», в котором реализован концептуальный подход к вопросам формирования комфортной, экологически чистой среды обитания при максимальном использовании активных и пассивных систем энергосбережения, а грамотные архитектурно-конструктивные и планировочные решения создают эффект энергоресурсосбережения и позволяют сэкономить от 30 до 80% энергии по сравнению с традиционными решениями.

«Солнечный дом» – это оптимальное комплексное сочетание архитектурно-планировочных и инженерных решений для создания комфортной среды обитания современного человека. Этот дом предполагает не перекраивание природы под свои нужды, а максимальное врастание человека в окружающую среду, установление гармонии между ними, использование современных материалов и технологий, инженерных систем позволяет отказаться от многих традиционных подходов к строительству. Совершенно бессмысленно из-за недостаточной теплоизоляции здания отапливать за свой счет окружающее пространство или сжигать высококалорийное и дорогое топливо в огромных количествах, когда необходимую энергию можно извлечь из протекающей рядом реки или моря, из земли и даже из ветра и Солнца. Весь вопрос в том, сколько это будет стоить. И мы хотим, чтобы наш дом, созданный из экологически чистых материалов и использующий при эксплуатации самое современное инженерное оборудование, обходился при строительстве и эксплуатации дешевле, чем дом традиционной конструкции.

Архитектурно-планировочные и конструктивные решения для каждого такого дома индивидуальны. По мнению экспертов в области строительства и архитектуры в недалеком будущем наши здания должны будут стать более энергоэффективными и приспособленными к окружающей среде. При этом комфорт, эстетические качества и экономичность таких зданий будут более высокими. Для отопления, охлаждения и освещения таких зданий будут использовать минимум природных ресурсов. Такие здания должны стать не только источником экономии средств, но и предметом моды.

В 1993 г. в Москве был создан Научно-исследовательский и проектный центр «Энергоэффективные здания» являющийся структурным подразделением фирмы «Сол». Основной функцией этого центра являлись исследования в области экономии энергии, инсоляции, солнцезащиты и производства энергоэкономического остекления, стеклопакетов, солнцезащитных устройств, тепловых солнечных коллекторов, фотоэлектрических элементов, тепловых насосов и другого оборудования зданий. Кроме того, задачей центра являлась разработка новых типов зданий использующих для теплоснабжения и охлаждения возобновляемые источники энергии. Центр занимается, также вопросами экономии энергии для освещения, в том числе – автоматическим регулированием искусственного освещения.

Опыт проектирования и строительства зданий с системами солнечного теплоснабжения в нашей стране не велик: проектирование индивидуальных домов с пассивными гелиосистемами, используя стены тромба, гравийные теплоаккумуляторы, а зимние сады и ряд таких элементов конструкций здания, как атриумы, веранды, теплицы служат средством привлечения заказчиков. Такие элементы пассивного использования солнечной энергии, как зимние сады и встроенные теплицы показали свою высокую эффективность для энергосбережения. Кроме того, эти элементы повышают комфорт и уют дома, позволяют снежной российской зимой наслаждаться окружением естественной зелени. Правильно запроектированные теплицы обеспечивают в центральных районах России значительную экономию топлива.

Пассивные гелиосистемы могут быть эффективны как в индивидуальных, таки многоэтажных домах. Методы расчета таких систем зависят от формы и объема здания, местных климатических условий, инсоляции и других факторов.

Активные системы солнечного тепло и холодоснабжения зданий дороже пассивных гелиосистем, но они и более эффективны, с их помощью возможно также приготовление горячей воды. Наряду с плоскими солнечными коллекторами в гелиозданиях могут применяться и концентрирующие системы. Это удорожает строительство и эксплуатацию зданий, но дает в ряде случаев большую эффективность. Выбор типа системы солнечного обеспечения и гелиотехнического оборудования в каждом конкретном случае индивидуален.

Одним из путей снижения затрат топлива является использование возобновляемых источников энергии особенно нетрадиционного типа, которые ранее либо совсем не использовались, либо использовались в очень ограниченных масштабах. Это солнечная энергия, энергия биомассы, гидротермальная, приливная и многие источники низкопотенциального тепла природного и искусственного происхождения.

Несмотря на то, что Россия обладает существенными запасами ископаемых топлив и является одним из крупнейших поставщиков природного газа и нефти на мировой рынок, от этого проблема рационального использования энергоресурсов в нашей стране не теряет своего значения. Потенциальные запасы угля, природного газа, нефти у нас действительно велики, но прирост добычи в дальнейшем будет осуществляться в основном за счет освоения новых месторождений в отдаленных и труднодоступных районах. Это требует очень больших капиталовложений на добычу и транспортировку топлива, что вызывает его существенное удорожание.

Возобновляемые и нетрадиционные виды энергии привлекают внимание также и относительно высокой экологической чистотой по сравнению с традиционными, т.к. экологическая обстановка в России одна из самых тяжелых.

Применение возобновляемых источников энергии, особенно солнечной, является обоснованной для объектов, оторванных от централизованных электроснабжения, таких как ряд небольших поселков в районе озера Байкал и на севере Иркутской области, Красноярского края, в Саха-Якутии.

В Саратовской области использование возобновляемых источников энергии при проектировании зданий, особенно использование энергии ветра и солнца является, несомненно, перспективным направление. При применении солнечной энергии для теплоснабжения зданий в нашем регионе необходимо обеспечить долговременное аккумулирование, а также использовать дополнительный источник энергии – дублер (например, ветер или традиционные виды энергии) на время недостаточной солнечной активности.

Проектирование энергосберегающих и энергоактивных зданий является в настоящий момент одной из наиболее перспективных областей развития архитектуры, как в жилом строительстве, так и в общественных и промышленных зданиях и сооружениях.

Здания подобного типа позволяют значительно снизить затраты на энергообеспечение, т.е. уже сегодня, несмотря на высокую стоимость специального оборудования, являются экономически рентабельными. В дальнейшем цены на оборудование будут снижаться, следовательно, интерес к подобным зданиям будет постепенно возрастать.