KURS_LEKTsIJ_IOB

ліфтів, а також захисні та пускові апарати для них повинні бути доступні тільки для обслуговуючого персоналу. Винятком можуть бути кнопки управління пожежними насосами та вентиляторами. Всі кнопки повинні мати відповідні надписи.

Слабкострумові системи. У будівлях крім електропостачання є також і слабкострумові системи. За допомогою слабкострумових установок здійснюють телефонізацію, внутрішній оперативний зв'язок, радіо- і телетрансляцію, забезпечують пожежну і охоронну сигналізацію.

5.3 АВТОМАТИЗАЦІЯ ТА СИГНАЛІЗАЦІЯ СИСТЕМ ІНЖЕНЕРНОГО ОБЛАДНАННЯ

Автоматизація пристроїв систем інженерного обладнання будинків підвищує надійність та ефективність роботи цих систем і створює комфортні та безпечні умови життєдіяльності. Сучасні багатоповерхові будинки повинні мати автоматичні або автоматизовані системи керування та диспетчеризації вертикального транспорту, теплових та насосних пунктів, лічильників обліку споживання електроенергії, води та тепла. За будівельними нормами визначають необхідність застосування пожежної сигналізації, автоматизованих протипожежних пристроїв, пристроїв для димовидалення на шляхах евакуації жителів при пожежах.

Крім того, доцільно використовувати автоматичне керування освітлення сходових кліток, що дає значну економію електроенергії. Для цього можуть використовувати спеціальні вимикачі, які мають реле часу і світло вмикається лише на певний час із розрахунку перебування людини в під'їзді або вимикачі з

фотоелементами, які у світлий час доби вимикають освітлення.

Впровадженню сучасних схем диспетчеризації споживання енергоносіїв буде сприяти застосування лічильників із цифровим виходом для обліку тепла, електроенергії та води. Автоматизоване керування системами опалення, вентиляції та кондиціювання повітря залежно від заданих параметрів мікроклімату приміщення не тільки забезпечить заощадження енергоносіїв, а і створить комфортні умови для життєдіяльності людини.

Досить часто керування роботою інженерного обладнання будинків здійснюють за допомогою системи регулювання, яка складається із об'єкта регулювання та регулятора. Задача системи регулювання полягає в ціленаправленому впливі на об'єкт у тому випадку, коли процес у ньому відхиляється від заданого. Наприклад, автоматично може регулюватись температура повітря в приміщенні терморегуляторами, які встановлюються на вході в опалювальний прилад.

Більш надійне і досконале регулювання температури повітря в приміщенні в сучасних системах опалення можливе залежно, як від внутрішньої температури, так і від температури зовнішнього повітря (рис.5.5, 6.6). Система функціонує наступним чином: при зміні температури зовнішнього повітря у чутливому датчику утворюється сигнал, який передається на регулятор. Регулятор передає сигнал на вентиль приладу опалення, який регулює кількість потоку теплоносія, що потрапляє в прилад, і тим самим змінюється надходження теплоти в приміщення.

171

•забезпечення регулювання теплоносія в зворотному трубопроводі відповідно до графіка роботи тепломережі залежно від температури теплоносія на вводі в будинок;

•контроль тиску теплоносія в трубопроводах;

•керування насосами, контроль їх роботи та захист від холостого ходу; контроль стану теплообмінників (ступеню їх забрудненості);

•керування циркуляційними насосами;

•візуалізація роботи обладнання на моніторі робочої станції диспетчерського пульта;

•видача аварійної сигналізації на диспетчерський пункт.

Система гарячого водопостачання:

•регулювання температури гарячої води; контроль тиску в трубопроводах;

•керування насосами, контроль їх роботи та захист від холостого ходу;

•контроль стану теплообмінників (ступеню їх забрудненості);

•керування циркуляційними насосами;

•візуалізація роботи обладнання на моніторі робочої станції диспетчерського пульта;

•видача аварійної сигналізації на диспетчерський пункт.

Система господарсько-питного водопостачання:

•контроль за тиском та витратами води на вводі;

•керування насосами, контроль їх роботи та захист від холостого

•ходу;

•візуалізація роботи обладнання на моніторі робочої станції диспетчерського пульта;

•видача аварійної сигналізації на диспетчерський пункт.

Система електропостачання та електроосвітлення:

•переключення електричних навантажень;

•керування системою безперебійного постачання;

•керування системою електроосвітлення до рівня розподільних шаф;

•керування зовнішнім освітленням, світловою рекламою із моніторингом стану фотореле та магнітних пускачів, а також забезпеченням потрібних затримок вмикання та вимикання відносно стану фотореле;

•видача аварійної сигналізації на диспетчерський пункт.

Все обладнання для виконання основних функцій автоматизації і диспетчеризації систем інженерного обладнання будинків може бути встановлено в диспетчерському центрі. Як правило, це стандартне обладнання (датчики, клапани, приводи, контролери, модулі, інтерфейси, пульти керування, центральні станції тощо), основним елементом якого є сервер та робочі станції диспетчерів. Перелік існуючого комунікаційного, вимірного та керувального обладнання повністю задовольняє вимоги замовника для різних рівнів автоматизації систем керування.

173

5.4 НЕТРАДИЦІЙНІ ТА ВІДНОВЛЮВАЛЬНІ ДЖЕРЕЛА ЕНЕРГІЇ

До основних нетрадиційних та відновлювальних джерел енергії відносять: енергію сонця, вітру, тепла землі, біомаси (органічні відходи в господарській діяльності людей, енергетичні плантації), океанів та морів (наприклад, припливи та відливи, температурний градієнт); нетрадиційні види гідроенергетики (малих річок, гідроакумулюючих систем), а також вторинні енергетичні ресурси (теплові відходи промислових та сільськогосподарських підприємств).

Розвиток в Україні нетрадиційних та відновлювальних джерел енергії обумовлено:

•можливим дефіцитом традиційних для України паливно-енергетичних

ресурсів;

•дисбалансом в розвитку енергетичного комплексу України, який орієнтовано, по-перше, на централізоване електрота теплопостачання і, подруге, на значне (більше 40 %) виробництво енергії на АЕС при фактичній відсутності підприємств отримання ядерного палива, утилізації та переробки відходів, а також підприємств з виготовлення та модернізації обладнання АЕС (ядерних реакторів тощо);

•наявністю науково-технічної та промислової бази, яка придатна для виробництва практично усіх видів обладнання нетрадиційної енергетики;

•сприятливими кліматично-метеорологічними умовами для використання основних видів нетрадиційних та відновлювальних джерел

енергії.

Використання енергії відновлювальних джерел дозволить знизити споживання дефіцитних для України нафтопродуктів на 5-6 %, у тому числі за рахунок використання енергії сонця – на 1,7 %, вітрової енергії – на 2,8 %, геотермальної енергії – на 0,1 %, біогазу – на 0,2 %, гідроенергії річок – на

0,9 %.

5.4.1. Використання енергії сонця для енергопостачання будинків

Перспективним джерелом тепла в Україні є енергія сонця. Рівень інсоляції становить від 3,8 ГДж/м2 на заході до 4,99 ГДж/м2 – на півдні країни. Інтенсивність сонячного випромінювання в Україні складає приблизно 3,48 МВт·год на рік. Тому сонячну енергію можна достатньо ефективно використовувати для теплопостачання будинків. Здійснюють таке теплопостачання переважно за двома принциповими схемами, які передбачають пасивне або активне використання сонячної енергії. Будинки з пасивним використання енергії сонця можна визначити як кліматично збалансовані будівлі, в яких максимально використовується теплота сонячної радіації для обігріву приміщень. Задача проектування будинків із пасивним використанням енергії сонця полягає в застосуванні оптимальних взаємоузгоджених архітектурно-конструктивних і об'ємно-планувальних заходів, які сприяють максимальній утилізації теплоти сонячної радіації у тепловому балансі приміщення у холодну пору року і не приводять до перегріву приміщення в теплий період року. Архітектор повинен пам'ятати, що

174

найбільший ефект економії енергії досягається у будинках, де одночасно використовують активні і пасивні системи утилізації енергії сонця.

В практиці проектування будинків із пасивним використанням теплоти сонячної радіації для зниження витрат електроенергії на обігрів приміщень враховують таке: орієнтацію будинку, площу вікон у зовнішніх огороджувальних конструкціях, місце розташування світлових прорізів, спосіб регулювання теплота сонцезахисту світлового прорізу, теплотехнічні показники матеріалів огороджувальних конструкцій. Раціональною вважають таку конструкцію будівлі, яка забезпечує максимальне теплонадходження у житлові приміщення. Для південних районів рекомендується приймати будинки широтної орієнтації, витягнуті у плані, щоб забезпечити найбільше надходження теплоти сонячної радіації у холодну пору року і найменше – у теплу. Захист приміщення від перегріву у теплу пору року можливо досягти за рахунок архітектурно-конструктивних і об'ємно-планувальних рішень. Так, наприклад, спальні кімнати слід розташовувати так, щоб вони освітлювались сонцем лише в ранкові години, а решту житлових кімнат – у денні години. Якщо влітку спальні кімнати будуть нагріватись у вечірні години, то вночі їх важче буде охолоджувати.

Для забезпечення найбільших надходжень теплоти сонячної радіації у холодний період року світлові прорізи слід орієнтувати на південь і при цьому передбачати захист від надходження теплоти сонячної радіації в теплу пору року. В цьому випадку досить ефективне застосовування зовнішніх або міжвіконних теплоємних сонцезахисних пристроїв типу штор, ставень, жалюзей чи інших екранів із теплозахисних матеріалів, які в нічний час забезпечують додатковий теплозахист і зниження добових витрат енергії на обігрів приміщення. Для огороджень південної орієнтації з метою збільшення надходжень теплоти від сонячної радіації в холодну пору року при низькому стоянні сонця і зменшення надходжень теплоти від сонячної радіації в теплу пору року при високому стоянні сонця доцільно проектувати світлові прорізи, в яких ширина більша за висоту або передбачати спеціальні козирки.

Збільшення коефіцієнта засклення огороджень, що орієнтовані на південь, і одночасне використання теплоємного регульованого сонцезахисту сприяє покращенню добового теплового балансу приміщень.

У малоповерхових будинках для пасивного використання енергії сонця використовують конструкцію «масивна стіна» Тромба-Мішеля (рис. 5.7). В цих конструкціях біля зовнішнього огородження, що орієнтоване на південь, влаштовують екран із одноабо двошарового засклення таким чином, щоб між шарами скла були прошарки повітря. Нагріте повітря у прошарку через спеціальні отвори у верхній частині стіни надходить у приміщення і в холодну пору року нагріває його, а охолоджене – через отвори в нижній частині стіни, вертається у прошарок. Влітку перегріте повітря скидається за межі приміщення.

175

додаткове джерело енергії, наприклад електронагрівач, який підігріває воду в зимовий період або в холодну чи хмарну погоду.

Геліоустановки класифікуються: за способом перетворення сонячної енергії (крім безпосереднього нагріву теплоносія, відомі електрохімічний, фотоелектричний, барогальванічний та інші); за формою сонячного колектора (плоскі та концентруючі параболоциліндричної форми); за типом теплоносія (вода, повітря).

Геліоустановки використовуються

колекторів на даху під кутом 45-50° або на вертикальних південно орієнтованих огороджуючих конструкціях. Площа сонячного колектора займає значну площу і тому є визначним формоутворюючим елементом будинку. Крім того, поверхня сонячного колектора може бути гладкою плоскою, хвилястою,

176

трубчастою або ребристою і до того ж чорного кольору для кращого поглинання сонячної енергії.

Архітектору слід пам'ятати, що традиційне розташування колекторів на даху може дати економію коштів на влаштування самого даху, але при цьому можлива деяка монотонність забудови. У випадку встановлення на будинку замість сонячних колекторів сонячних концентраторів, як правило, параболоциліндричної форми, задача архітектора спрощується, оскільки їх можна розташовувати на плоскому даху, тобто розташувати так, щоб вони були невидимі з землі і не впливали на зорове сприйняття будинку в цілому.

Крім систем сонячного теплопостачання, використовують сонячні фотоелектричні установки, які безпосередньо перетворюють сонячну радіацію на електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектроперетворювачів (рис. 5.9, 5.10). В цих установках для роботи приладів перемінного стуму передбачають інвертори.

Рис. 5.9 Принципова схема сонячної Рис. 5.10 Схема енергопостачання фотоелектричної установки індивідуального будинку від сонячної

фотоелектричної установки

5.4.2 Використання біоенергетики для енергопостачання будинків

У біоенергетиці джерелом енергії є біомаса. В даному випадку під цим терміном розуміють відходи, які мають органічну природу, тобто всі види рослин, відходи сільського господарства (рослинні та тваринні), відходи деревообробної та інших видів промисловості, побутові відходи. Використання біомаси як джерела енергії до недавнього часу зводилося до прямого спалювання її у відкритому вогнищі або в печах і топках з відносно низьким ККД. Крім того, недоліком біомаси як палива є відносно великий, порівняно з іншими видами палива, вміст вологи. При використанні біомаси як джерела енергії перспективнішою є технологія отримання з біомаси біогазу, який є сумішшю метану та вуглекислого газу і який в подальшому використовують як паливо. Біогаз отримують в анаеробних умовах у спеціальних біореакторах, які обладнані і відрегульовані таким чином, щоб при зброджуванні біомаси забезпечити максимальне виділення метану. Якщо реактор працює нормально, отриманий біогаз містить 60-70 % метану, 30-40 % двооксиду вуглецю, невелику кількість сірководню, а також суміші водню, аміаку та оксиду азоту. Енергія, яку отримують при спалюванні біогазу, може досягати 60-90 % енергії вихідного матеріалу, в той час як при прямому спалюванні вихідного матеріалу ця величина становить 35-50 %.

177

Залишок (зброджені відходи), утворений в процесі одержання біогазу, містить значну кількість поживних речовин і може бути використаний як добриво. За сприятливих для збродження умов розкладається близько 70 % органічних речовин, а 30 % утримується в залишку. Метод анаеробного збродження найбільш прийнятний для

Рис. 5.11. Принципова схема роботи переробки тваринних та органічних біогазової установки побутових відходів з точки зору гігієни та охорони навколишнього довкілля,

оскільки забезпечує найбільше знезаражування залишку та знищення патогенних мікроорганізмів. Схема біогазової установки наведена на рис. 5.11.

Одержувати біогаз можна в установках різних масштабів (рис. 5.12; 5.13), як у великих тваринницьких та птахівницьких господарствах, так і в невеликих фермах і, навіть, сільських садибах. Особливо ефективно використання біогазових установок в агропромислових комплексах, де переробляється постійний потік відходів і є можливості повного екологічного циклу.

При проектуванні об'єктів із біореакторами слід пам'ятати, що розташування установок можливо: в спеціальних прибудовах, в окремо розташованих спорудах, в підвалах господарських надвірних прибудов тощо. При проектуванні агрокомплексів або заводів метанові установки повинні бути віднесені від основних цехів на віддаль не менше 60 м із умов вибухота пожежобезпеки. Промислові біореактори слід дублювати. Біореактори індивідуальних будинків влаштовують без резервних ємностей.

5.4.3. Використання енергії вітру для енергопостачання будинків Сила вітру – це одне з найдавніших джерел енергії, яке викристовується

людством. В Україні достатньо високопродуктивного вітрового потенціалу, зокрема в Приазовському, Причорноморському і Карпатському регіонах, і розвиток вітроенергетики в цих районах може стати пріоритетним.

178

Вітроенергетичні установки (ВЕУ), перетворюють кінетичну енергію вітрового потоку в електричну за допомогою генератора. Лопаті ВЕУ використовуються для обертання центральної ступиці, яка під'єднана через коробку передач до електричного генератора.

При цьому швидкість вітру і площа, що охоплюється лопатями вітротурбіни, є найважливішими факторами, що впливають на кількість енергії, яку ВЕУ може перетворити в електроенергію. Енергія вітру змінюється пропорційно кубу швидкості вітру. Тобто, якщо швидкість вітру подвоюється, то кінетична енергія, яку отримає ротор, збільшиться у вісім разів.

За розташуванням осі обертання розрізняють два типи ВЕУ (рис. 14). ВЕУ із горизонтальною віссю обертання мають дві або три лопаті, що встановлені на вершині башти. Довжина лопатей переважно становить 15-40 м. Розміри сучасних ВЕУ мають широкий діапазон: від малих 100 кВт-них, що призначені для забезпечення електроенергією окремих будинків та котеджів, до великих – потужністю більше 1 МВт. Сучасні ВЕУ зазвичай мають такі основні компоненти: лопаті, ротор, трансмісію, генератор і систему контролю

(рис. 5.14, 5.15).

Важливими факторами, що впливають на продуктивність ВЕУ, є висота установки та її місце розташування. Оскільки швидкість вітру зростає з висотою, то більшість ВЕУ мають високі башти (приблизно 30 м). Будинки, дерева та інші перепони зменшують швидкість вітру, у той час як значні водні простори чи території аеродромів не спричиняють стримуючого ефекту на вітер. ВЕУ повинна бути вищою за оточуючі перепони, які знаходяться в радіусі 100 м, мінімум на 10 м. Вважається, що мінімальна економічна висота установки – 15 м.

Крім того, архітектору слід пам'ятати, що при виборі ділянки під ВЕУ необхідно враховувати: шум та вібрацію, які утворюються від обертання лопатей; небезпеку зіткнення з літаками під час низьких польотів; зорові ефекти та електромагнітні впливи на роботу телевізійних, радіо і радарних установок.

Критичні рівні шуму (40 дБА) зазвичай досягаються на віддалі біля 250 м від встановленої ВЕУ до житлової забудови. Відомо, що вібрація впливає на комах та невеликих тварин, але це явище недостатньо вивчене.

Енергію вітру використовують також для підняття води з підземних

джерел, тобто для роботи водопідйомних насосів.

В цілому в рідких випадках ВЕУ забезпечують 100 % – ну потребу в електроенергії і, як правило, ВЕУ використовують в комбінації з іншими

179

джерелами електроенергії. У будь якому випадку через непостійність вітру енергія, отримана від ВЕУ, повинна акумулюватись для її використання у безвітрову погоду.

5.4.4. Використання низькопотенціальних альтернативних джерел енергії для енергопостачання будинків

До найпоширеніших низькопотенціальних (слабонагрітих) альтернативних джерел енергії для енергопостачання будинків відносять: воду (ґрунтову, відкритих джерел, геотермальну, підігріту стічну), повітря та грунт (рис. 5.16). Безпосереднє використання теплоти цих джерел для теплопостачання будинків у більшості випадків економічно недоцільне і, тому на практиці для підняття їх потенціалу додатково

застосовують теплові насоси. Принцип роботи теплового

насосу (рис. 5.17) аналогічний принципу роботи холодильної шафи, але його призначення – прямо протилежне. У компресійному тепловому

насосі внаслідок підведення тепла від джерела теплової енергії (наприклад, грунтові води, грунт, повітря, сонячні установки тощо) відбувається випаровування холодоагенту у випарнику при низькій температурі та низькому тиску. У компресорі за рахунок механічної енергії здійснюється стискання холодоагенту, при цьому температура і тиск пари підвищуються. Через підвищення тиску підвищується також температура кипіння холодоагенту. У другому теплообміннику (конденсаторі) при високій температурі, споживачеві тепла віддається тепло випаровування (наприклад, опалювальним контуром), яке було сприйняте при низькій температурі у випарнику. Потім у регулюючому клапані (дроселі) рідкий холодоагент знову дроселюється до низьких значень температури і тиску на вході до випарника.

насосі з робочим коефіцієнтом 4 будуть перетворені на 100 кВт·год теплової енергії. Значення робочого коефіцієнта залежить, передусім, від різниці

180