Энергопотоки в жилище

Дом сравнивают с раковиной, второй одеждой или третьей кожей,  поэтому его допустимо  рассматривать  как  единую со своими обитателями живую систему. Как через всякую такую систему, через дом проходят потоки различных энергий. Прежде всего, дом обменивается тепловой энергией с окружающей средой, и в зависимости от географических условий и сезона этот поток может быть суммарно направлен как внутрь дома, так и наружу. Для России как северной страны актуальна, в первую очередь, потеря домом тепловой энергии в холодный период года. Хотя существующие дома могут требовать и охлаждения летом, для экодомов вследствие их хорошей теплоизоляции летнее охлаждение в условиях России не потребуется, поэтому в данной работе будет рассматриваться только тепловой баланс дома в холодное полугодие.

В дом поступает энергия солнца в виде прямого, отраженного и рассеянного излучения. Оно может нагревать непрозрачные поверхности (крышу, стены) или проникать внутрь дома через окна. Даже в средней полосе падающая на дом за год солнечная энергия в несколько раз превышает все его энергетические потребности за тот же период. Но уловить и полезно использовать солнечную энергию довольно сложно. Эта задача частично решается с помощью солнечных коллекторов, устанавливаемых обычно на крыше, о чем будет сказано в дальнейшем.

В дом поступает то или иное топливо, например, газ, которое расходуется на отопление, нагрев горячей воды и приготовление пищи. Электроэнергия расходуется на освещение и привод различных бытовых приборов и устройств. В конечном итоге она вся рассеивается внутри дома в виде тепла. Продукты питания, которые мы приносим в дом, также добавляют в него энергию. Тепловыделения от бытовых и осветительных приборов, а также от людей и домашних животных (энергия продуктов питания) объединяются под понятием внутренних тепловыделений, и учитываются строительными нормами обычно как 10 Вт/м2. Это немалая величина, она сопоставима по мощности с отопительной системой, которая в средней полосе составляет 60 — 100 Вт/м2.

Феномен внутренних тепловыделений объясняет, почему в принципе возможны дома без отопления, или так называемые пассивные. Действительно, если снизить теплопотери дома за счет хорошего утепления в 8—10 раз, то внутренних тепловыделений окажется достаточно для его отопления.

Теряет дом тепловую энергию путем «нагрева улицы» теплопередачей и излучением через внешнюю оболочку, с вентилируемым воздухом и воздухом из топки котла, если таковой имеется.

Энергоэффективные дома

Всплеск интереса к энергоэффективным зданиям произошел после мирового энергетического кризиса 1974 г. Строительные проекты, в которых доминирующим показателем качества было энергопотребление, бывшие дотоле единичными, стали, по рекомендации МИРЭК, инициироваться десятками и сотнями. В докладе МИРЭК отмечалось, что энергоресурсы могут быть использованы более эффективно путем применения мер, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и социальной точек зрения, т. е. использованы с минимумом изменений привычного образа жизни. На пути реализации этих возможностей и возник энергоэффективный дом — дом, у которого существенно снижено (относительно среднего современного уровня) потребление энергии без потери качества проживания.

В обычных домах более 90% потребляемой энергии тратится в виде тепла на отопление и горячее водоснабжение (ГВС), причем на последнее тратится 15—30%. Поэтому энергоэффективный дом начинается со снижения теплопотребления.

Отопительное теплопотребление снижают по трем основным направлениям, первые два из которых относят к пассивным мероприятиям, третье — к активным:

• усиление теплоизоляции внешней оболочки здания;

• снижение тепловых потерь с вентилируемым воздухом;

• использование энергии окружающей среды.

Усиление теплоизоляции внешнего контура здания требует не только усиления теплоизоляции, но и минимизации мостиков холода, неизбежных в любой строительной конструкции. Утепление различным образом выполняется для стен, крыш, перекрытий, фундаментов и прозрачных конструкций, т. е. окон. Немаловажное значение имеет и выбор рациональной архитектурной формы здания, которая в идеале должна соответствовать местному климату и ландшафту.

Теплопотери через окна снижаются как использованием более теплосберегающих их конструкций, так и с помощью устройств, временно увеличивающих их теплосопротивление в периоды, когда в светопропускании нет необходимости.

В старых зданиях около трети всего тепла улетучивалось с вентиляционным воздухом. Экономить это тепло сокращением объемов вентиляции ниже санитарных пределов нельзя, но можно — сокращением бесполезной вентиляции и применением рекуператоров, которые передают тепло удаляемого воздуха приточному.

Активные мероприятия заключаются в использовании энергии окружающей среды, т.е. возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Это, прежде всего, солнечные и ветровые установки, энергогенераторы на биомассе и тепловые насосы. Возможны и другие менее распространенные виды ВИЭ, такие, как микроГЭС, приливные и волновые станции, геотермальные установки и т.д.

Экономить энергию, затрачиваемую на нагрев горячей воды, можно экономным ее использованием, в чем могут помочь специальные сантехнические устройства, и отбором от нее тепла перед выпуском из дома.

Список различных мероприятий по повышению энергоэффективности дома включает десятки и сотни наименований. Каждое из них имеет свое соотношение затрат и выгод, зависящих и от того, в каком составе они используются. Кроме того, в плане эффективности мероприятия влияют друг на друга. Поэтому выбор оптимального набора энергосберегающих конструктивных решений требует обширных знаний и является до некоторой степени искусством.

В руководстве по энергетическому аудиту зданий Министерства окружающей среды Финляндии отмечается: «В сфере эксплуатации зданий меры по экономии энергии не обязательно очень выгодны, если рассматривать их только в энергетическом аспекте. Однако, если возможности экономии энергии здания рассматривать в связи с другими усовершенствованиями здания, тогда доходность предложенных мер возрастает. Например, после дополнительной изоляции стен сэкономлено тепло и уменьшены проблемы локального промерзания и сквозняков. Установка дополнительной изоляции требует, как правило, и нового внешнего покрытия стен, которое, в свою очередь, увеличивает срок службы здания. Таким образом, экономия тепла приносит много других положительных последствий».

Энергоэффективный дом можно определить как дом, в котором на современном уровне оптимизированы все энергетические процессы. Поскольку основные энергозатраты в средних и высоких широтах (а мы, естественно, ведем разговор прежде всего о России) связаны с отоплением, прежде всего, в энергоэффективном доме должны быть до минимума снижены теплопотери. Это достигается усиленной, в 2-4 раза больше нормативных требований, теплоизоляцией оболочки здания, уменьшением потерь тепла через окна и вентиляцию. Применением более совершенных осветительных и других электроприборов экономится электроэнергия. Такие дома обычно комплектуются солнечными тепловыми и иногда электрическими приемниками энергии, коллективными или индивидуальными ветроустановками и т.д. При наличии хороших условий для работы возобновляемых источников энергии энергоэффективные дома могут быть энергоавтономными или даже энергоизбыточными и, например, отдавать энергию в сеть. Примеры таких домов приведены в шестой части.

Существуют разные степени энергоэффективности. Они определяются удельным, на единицу общей площади здания, расходом тепловой энергии на отопление. По принятой в Европе классификации различают дома неэнергоэффективные, дома низкого, ультранизкого и нулевого теплопотребления. Последние еще называют пассивными, как видно из названия, они не нуждаются в отоплении вообще. Н еэнергоэффективные — это, как правило, старые дома, постройки 70—80-х и более ранних годов.

Объективной характеристикой степени суровости зимы, с точки зрения энергозатрат на отопление зданий, является ГСОП (градусосутки отопительного периода). ГСОП тем больше, чем ниже опускаются температуры и чем дольше они держатся. ГСОП по российским правилам подсчитывается как сумма разностей температуры в 18°С (по новым СНиП — 20) и среднесуточных температур, за период, когда эти температуры опускались ниже 8°С, причем сумма считается не по конкретному году, а по усредненному по многолетним наблюдениям. В некоторых зарубежных, странах, в частности в США и Англии, ГСОП считается иначе: берется период с температурой ниже не 8, а ниже 18°С. Естественно при таком подсчете длительность периода подсчета увеличивается, и ГСОП получается больше. У тех, кто этого не знает, создается впечатление о западном климате как о более суровом, чем он есть на самом деле. Не все авторы об этом знают, и иногда в литературе зарубежные данные по ГСОП напрямую сопоставляются с российскими, чем вводятся в заблуждение как читатели, так и сами авторы. С другой стороны, если известны среднемесячные температуры, пересчитать российский ГСОП в англосаксонский и обратно несложно.

Соотношение теплоэнергетических характеристик малоэтажных зданий Германии и России приведено в таблице № 1. Климатические условия Германии можно считать типичными для центральноевропейских стран. При составлении таблицы были приняты ГСОП для Германии 2200, для России — 4800 (Подмосковье). В последней графе приведены примерные расходы энергоносителей за отопительный сезон в пересчете на жидкое топливо. Из таблицы видно, что на отопление в России в силу более сурового ее климата уходит в несколько раз больше энергии.

Следует учесть, что далеко не все дома в России, в особенности малоэтажные, строятся в настоящее время в соответствии с новым, более требовательным СНиПом по теплотехнике, поэтому их реальное теплопотребление больше, чем указано в таблице.

Подобно тому, как при покупке автомобиля интересуются расходом топлива на 100 км, также и при покупке дома логично было бы выяснять расход тепловой энергии на отопление. Этот показатель за рубежом сейчас считается одной из основных характеристик дома, влияющих и на его стоимость. Для удобства сравнения его можно приводить к какому-либо одному виду топлива. В таблице № 1 приведено потребление различными домами тепловой энергии в пересчете на жидкое топливо. Потребление горючего за сезон удобно использовать для сравнения домов, находящихся в схожих климатических условиях. Если климатические условия разные, можно пользоваться удельным теплопо-хреблением Вт.ч/м2 град.-сут. или пересчитывать его, исходя из соотношений ГСОП в этих регионах.

Зная цену топлива в определенный период в том или ином месте, по его расходу можно рассчитать топливную составляющую стоимости отопления. Общая стоимость отопления слагается из топливной и аппаратной. Последняя включает в себя расходы на обслуживание системы отопления и распределенную по сроку службы стоимость самой системы отопления. Аппаратная стоимость зависит от многих факторов, если они неизвестны, аппаратную стоимость для автономного отопления можно грубо оценить как половину или 2/3 от топливной составляющей.

Цены на различные виды топлива меняются от страны к стране и со временем, поэтому затруднительно дать точные оценки стоимости отопления. По крайней мере, можно с уверенностью утверждать, что строительство домов низкого энергопотребления и, тем более, пассивных позволяет экономить многие сотни долларов в год уже сейчас.

Энергоэффективные дома можно считать самыми близкими родственниками экологических, и с них можно начинать современную историю экодомостроения. Несмотря на то, что энергоэффективность далеко не исчерпывает всех сторон экологического дома, она является главным атрибутом экологического дома, и степень его энергоэффективности является одной из основных его характеристик. Успешные проекты энергоэффективных домов являются хорошей основой для конструирования домов экологических.

________________________________________4___________________________________________

Общее определение энергоэффективности

Общее определение энергоэффективности:

Энергоэффективность - совокупность мероприятий, осуществляемых при строительстве домов, направленных на снижение абсолютных или удельных величин потребления или потерь энергетических ресурсов при оптимальном соотношении между стоимостью затрат на энергосберегающие конструкции и оборудование дома, стоимостью тепловых потерь и стоимостью подключения к энергоресурсам.

Признаки энергоэффективного дома:

1. Снижение энергопотребления относительно действующих норм.

2. Доля энергии, выработанная альтернативными источниками энергии.

3. Баланс затрат на энергосберегающее оборудование и подключение к сетям инженерно-технического обеспечения.

4. Цена за кв. метр.

Пассивный дом

Пассивный, или энергоэффективный дом (англ. passive house) — это дом с малым энергопотреблением — около 10 % от обычного энергопотребления. В идеале он должен быть независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выделяемому живущими в нём людьми, бытовыми приборами и альтернативными источниками энергии.

Горячее водоснабжение в таком доме осуществляется за счет установок возобновляемой энергии, например, тепловых насосов или солнечных коллекторов. В русском языке иногда употребляется термин «экодом». Иногда понятие "Энергоэффективный дом" путают с системой "Умный дом", одной из задач которой является обеспечение контроля энергоэффективности и энергопотребления здания.

Один из первых  пассивных домов был построен в 1990 г. в городе Дармштадте.

Красивой иллюстрацией пассивного дома служит солнечный дом, который отличает большая площадь остекления окон с южной стороны и солнечные батареи на крыше, аккумулирующие энергию для хозяйственно-бытовых нужд. 

Почему пассивный дом обходится без отопления? Это становится возможным благодаря рациональному использованию источников тепла и энергии самого дома и окружающей его территории. Источников тепла в жилом доме немало - это кухонная плита, работающие бытовые электроприборы, лампы освещения. Выделяют тепло люди и животные. Например, спокойно сидящий человек имеет тепловую мощность 120 ватт. Суммарно эти тепловыделения достигают немалых величин, сравнимых с мощностью систем отопления.

По отечественным строительным нормативам рекомендуется принимать внутренние тепловыделения в жилых домах на уровне 10 вт/м² (против 50-80 вт/м² систем отопления), на практике они могут быть и больше. Их достаточно для «отопления» наших жилищ в период до достижения среднесуточными температурами значения в 8ºС, ниже которого включается система отопления.