XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Энергоэффективный дом – это здание, в котором очень малое потребление энергии сочетается с комфортным микроклиматом.

В странах Евросоюза принята следующая классификация домов:

Дома низкого энергопотребления

Используют как минимум на 50% энергии меньше, чем стандартные здания, построенные в соответствии с действующими нормами энергопотребления.

Дома ультранизкого энергопотребления

Расходуют на 70-90% энергии меньше, чем обычные здания. Примеры домов ультранизкого энергопотребления с четко обозначенными требованиями – это немецкий Pаssive House, французский Effinergie, швейцарский Minergie.

«Пассивный» дом – это дом с отличной теплоизоляцией, минимальным потреблением электроэнергии и тепловой энергии. В нем поддерживается комфортный микроклимат в основном за счет человеческого тепла, энергии солнца и бытовых электроприборов, таких как чайник, плита и т.д. Технологии «пассивного» дома (здания с ультранизким потреблением энергии, без традиционной системы отопления) эффективны и уже опробованы в суровом скандинавском климате. Такие дома практически не имеют тепловых потерь.

Дома, генерирующие энергию

Это здания, которые производят электричество для собственных нужд. В некоторых случаях излишки энергии летом могут быть проданы энергетической компании и куплены обратно в зимнее время. Хорошая теплоизоляция, инновационный дизайн и использование возобновляемых источников энергии (солнечные батареи, грунтовые тепловые насосы) делают эти дома главной составляющей современного домостроения.

Дома с нулевыми выбросами CO₂

Термин, чаще всего используемый в Великобритании. Данный дом не выделяет CO₂, а сам обеспечивает себя энергией из возобновляемых источников, включая энергию, расходуемую на отопление или охлаждение помещений, горячее водоснабжение, вентиляцию, освещение, приготовление пищи и электрические приборы. В Великобритании все новые дома с 2016 года строятся в соответствии с этим стандартом.

Методы создания комфортного и экономного дома:

1. Правильное ориентирование дома относительно сторон света.

Рис. 1. Правильное ориентирование дома относительно сторон света

Одним из наиболее важных факторов, влияющих на потребление домом энергетических ресурсов, является его расположение относительно сторон света. Большая часть окон дома должна быть направлена на юг. При этом отклонение до 30° от азимута на юг незначительно уменьшает использование солнечной энергии. Если дом расположить иначе, то стены и крышу здания следует производить утепление более эффективно, чтобы компенсировать недостаток тепла, попадающего в помещение с лучами солнечного света.

Из-за больших окон проблемой может стать слишком высокая температура в доме в летнее время. Эта проблема решается применением специального покрытия стекол, а также использованием автоматических систем затемнения, свесов крыш, балконов. Их располагают так, чтобы позволить проходить прямым солнечным лучам через окна только при низком положении солнца в зимнее время. Летом окна на солнечной стороне дома затеняют деревья. Зимой же солнечный свет легко проникает в дом между голыми ветвями.

2. Проектирование компактной конфигурации строений.

Чем больше наружная поверхность здания при одинаковом объёме его помещений, тем выше потери тепла. Поэтому при строительстве, реконструкции или расширении дома, следует по возможности избегать всевозможных ниш, уступов, выступов на стенах. Имеет смысл возводить необогреваемые пристройки на северной стороне дома. Например, помещения для хранения садового инвентаря и велосипедов, технические помещения, защищающие отапливаемую часть дома от ветра и холода. Дом компактной конструкции не только потребляет меньше энергии, но и требует меньших затрат на строительство.

3. Наружные стены, конструкции и свойства применяемых строительных материалов.

З
начительная часть тепла уходит из дома через его наружную оболочку. Чем выше перепад между температурами в помещениях и вне дома, тем больше потери тепла.

Рис. 2. Наружные стены

Степень теплоизоляции дома определяется коэффициентами сопротивления теплопередаче его ограждающих конструкций (пол, стены, окна, кровля). Чем он выше, тем качество утепления лучше.

5. Шумозащита дома.

Звукоизоляция стен и конструкций дома напрямую зависит от плотности и структуры материала, из которого они изготовлены. При проектировании дома, очень важно уделять внимание изоляции от ударных и звуковых шумов.

6. Индивидуальное восприятие комфорта и климат в помещении.

Понятие «комфорт в доме» у многих имеет неодинаковый смысл. Одни считают, что самый комфортный — это дом из обожжённого глиняного кирпича, другие предпочитают силикатный кирпич, третьи питают пристрастие к деревянной каркасной конструкции. Однако климат в доме зависит не только от абсорбционной и теплоаккумулирующей способности стен, принципа работы системы отопления, системы вентилирования и деятельности его обитателей. Комфортный микроклимат – это сбалансированное сочетание всех этих элементов в конструкции дома.

7. Теплопотери и мостики холода.

При утеплении дома особое внимание необходимо местам потерь тепла, или так называемым «мостам холода». В этих местах тепло уходит наружу более интенсивно, чем в других. Примером могут служить балконы, исполненные вместе с перекрытием в виде одной сплошной плиты, оконные откосы или стыки между наружными стенами и подвальным перекрытием. Чтобы уменьшить потери тепла и избежать возможных повреждений конструкций (например, образования на них плесени из-за отпотевания), необходимо учесть это ещё в стадии проектирования и строительства дома.
Уплотнению стыков в местах монтажа окон, дверей, кровли и креплению корпусов ролльставен следует обратить особое внимание.

8. Теплоизоляция крыши.

Если раньше считалось, что для теплоизоляции крыши вполне достаточно утеплителя (минерально-волокнистых матов или пенополиуретановых плит) толщиной 10 см, то теперь в отношении утепления крыши действуют значительно более жёсткие нормы. Для крыш энергоэффективных («тёплых») домов сопротивление теплопередаче должно быть не менее не менее 6 м²ºС/Вт, т.е. толщина теплоизоляции из материала с коэффициентом теплопроводности (при равновесной влажности) 0,04 Вт/м2К должна быть не менее 24 см.

9. Система отопления.

В условиях более жёстких норм потребления энергоресурсов, важную роль в их экономии играют системы отопления домов, отвечающие новым требованиям. Существенной экономии энергии можно достичь, например, за счёт применения автоматически регулируемых малоинерционных систем, быстро реагирующих на изменение температуры в помещениях.

Так при прогревании помещений солнечными лучами, проходящими сквозь окна, соответствующие датчики могут подавать на дозирующие клапаны сигнал, на уменьшение подачи теплоносителя в приборы отопления данной комнаты. Соответственно котел будет работать меньшее количество времени и расход газа сократится. В этом случае услугу при отоплении дома могут оказать пластинчатые отопительные батареи и конвекторы, которые обладают малой инерционностью. Отопление посредством нагрева полов и кафельная печь из-за большой нагреваемой массы быстро реагировать не смогут.

Отопительный котёл должен соответствовать стандартам, говорящим об эффективном использовании энергии и отсутствии выбросов вредных веществ в атмосферу. Ныне этим требованиям отвечают конденсационные котлы, работающие на жидком топливе или газе, а также газовые паровые котлы со сверхвысоким КПД.

Однако наиболее эффективной и обеспечивающей наибольший комфорт, является система отопления инфракрасными пленочными обогревателями, их КПД 92-97%.

При желании уменьшить энергопотребление дома возникает важный вопрос, в первую очередь необходимо конструирование более мощной системы отопления или утепление дома. Ответ на этот вопрос однозначный. Сначала следует улучшить теплоизоляцию всех элементов дома. Поскольку для обогрева хорошо утеплённого дома потребуется более компактная и менее мощная система отопления, но хорошо отрегулированная.

10. Пассивное и активное использование солнечной энергии.

10.1 Современные окна.

Экономить энергоресурсы позволяет применение в окнах стеклопакетов с меньшим коэффициентом теплопередачи. Применение стеклопакета с коэффициентом теплопередачи 1,3 или даже 1,11 Вт/м2-К не ведёт к резкому повышению стоимости окна в отличие, например, от использования деревянных рам из склеенной ангарской сосны.

10.2. Преобразование солнечной энергии.

Энергию солнца можно использовать не только пассивно (за счёт преимущественного расположения остеклённых поверхностей дома на южную сторону), но и активно. В этом случае речь идёт об использовании солнечных батарей и солнечных водонагревателей, с помощью которых можно подогревать воду для ванной, душа и системы отопления.

Рис. 3. Установка для нагрева воды. 1- жидкостный солнечный коллектор; 2 - щит автоматики; 3 - теплообменник; 4 - разбор подогретой воды; 5 - змеевик контура отопительного котла; 6 - змеевик-теплообменник солнечной станции; 7 - трубопровод подпитки теплообменника; 8 - трубопровод подпитки солнечного коллектора.

При проектировании дома необходимо предусмотреть прокладку теплоизолированных труб от солнечного коллектора к потребителям горячей воды. Процесс преобразования солнечной энергии в электрическую через фотоэлектрические элементы, сегодня уже достаточно совершенен, но пока для частного домостроения экономически оправдано только использование солнечных водонагревателей.

11. Вентиляция

Наряду с потерями тепла через конструктивные элементы здания, оно теряется и при вентилировании помещений.

Проверено, что в условиях хорошо утеплённого дома вентиляционные потери тепла достигают 30-50%. При этом тепло теряется в результате замены тёплого воздуха на свежий, но более холодный.

Этот процесс совершенно необходим для создания нормальных микроклиматических условий в доме. Потребность в вентиляции особенно заметна в энергоэффективном доме, где пути проникновения в дом холодного свежего воздуха надёжно перекрыты уплотнениями.

Эффективным решением в борьбе с теплопотерями, является монтаж системы вентиляции с рекуперацией (возвратом) тепла, которое у современных моделей достигает 80-85%.

На этапе проектирования нужно обязательно предусмотреть место расположения рекуператора и трубопроводов.

12. Бытовые электрические приборы и освещение.

Телевизоры, стиральные машины, электрочайники, утюги, варочные панели, сплит-системы, лампочки - все они потребляют значительное количество электроэнергии. Сегодня сократить ее расход достаточно просто. Нужно при покупке каждого электроприбора обращать на его класс энергопотребления, он должен быть ААА.

Для освещения дома лучше всего использовать лампы на основе LED технологии. Светодиодная лампа является одним из самых экологически чистых источников света. Принцип свечения светодиодов позволяет использовать в производстве и работе самой лампы безопасные компоненты. Они не содержат токсичных веществ, поэтому не представляют опасности в случае выхода из строя или разрушения. Срок службы светодиодной лампы составляет до 100 000 часов. А повышенная энергоемкость позволяет потреблять в 10 раз меньше электроэнергии по сравнению с традиционными лампами накаливания.

13. Экономный расход воды и возврат теплоты от использованной теплой воды.

Производители сантехнического оборудования за последнее десятилетие разработали много различных конструкций смесителей, кранов и других элементов сантехнического оборудования, которые позволяют сократить расход воды на 40-50%, без потери моющих свойств потока воды.

Разработаны инновационные системы полива цветников и газонов частных домов, которые сокращают расход воды на полив 40-60%. Системы объединяют в себе локальные датчики, региональные прогнозы погоды и интеллектуальный алгоритм для выбора оптимального режима полива растений на приусадебном участке. Датчики вставляются в каждую зону полива и отслеживают влажность, температуру почвы и освещенность территории. В систему встроен микроконтроллер, который подсоединяет датчики по беспроводной технологии Wi-Fi к домашней сети для контроля времени и продолжительности полива. А микроконтроллер, анализируя все полученные данные, сам выбирает оптимальный режим полива.

В 2012г. конструкторы систем рекуперации частных домов из Англии и Бельгии представили очень компактные системы, которые позволяют возвращать тепловую энергию от сточных вод обратно в дом. КПД таких систем около 60%.

Используемые источники:

Вольфганг Ф. Основные положения по проектированию пассивных домов. М.: АСВ, 2008. 144 с.

Габриель И., Ладенер Х. Реконструкция зданий по стандартам энергоэффективного дома. - пер. с нем. СПб.: БХВ-Петербург, 2011. 480 с.

Монастырев П.В., Сборщиков С.Б. Энергосбережение в реконструированных зданиях. М.: АСВ, 2008. 208 с.

Код для цитирования: Скопировать