Проект энергообеспечения энергоэффективного дома для климатических условий города Екатеринбурга

Энергосбережение и энергоэффективность - являются важнейшими приоритетами эффективного развития экономики страны, что было заявлено Президентом России в его послании Федеральному Собранию.

Энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных мер, направленных на уменьшение потерь энергетических ресурсов, и вовлечение в хозяйственный оборот нетрадиционных источников энергии.

Энергоэффективность - достижение максимальной экономически обоснованной величины использования топливно-энергетических ресурсов, при соответствующем уровне развития техники и технологии с одновременным снижением техногенного воздействия на окружающую среду.

Эффективное использование энергии на промышленном предприятии снижает первичную себестоимость продукции, что в свою очередь отражается на ее стоимости. Она в дальнейшем оказывает влияние на ценовую политику и экономический эффект. Поэтому увеличение энергоэффективности производства является важной задачей, решение которой позволит повысить устойчивость экономической системы. Энергосберегающие технологии позволяют добиться экономного использования ресурсов при производстве продукции или оказании услуг (например, в коммунальном хозяйстве). Это в свою очередь также оказывает влияние на механизм ценообразования и развитее экономической системы.

Особое значение отводится роли энергосбережения в коммунальной отрасли, которая является одной из главных потребителей тепловой энергии (30 % от всего объема энергоносителей). Но ввиду несовершенства используемого оборудования и технологий очень велики потери, которые могут достигать 50 - 80 %, вследствие чего увеличивается стоимость тепловых коммунальных энергоносителей и как следствие − рост тарифов. Уменьшение количества теряемого тепла, возможно, при применении более совершенных организационных мероприятий и улучшении теплоизоляционных систем.

Чтобы снизить тепловые потери, необходима точная оценка эффективности работы коммунальных систем, которая может быть проведена на основе анализа теплоизоляции трубопроводов. Это может быть сделано по коэффициенту теплопроводности материала, применяемого для теплоизоляции. Также точное значение коэффициента теплопроводности необходимо при проектировании новых трубопроводов или ремонте и реконструкции уже имеющихся.

К сожалению, в настоящее время отсутствуют точные методики определения теплопроводности материалов. Использование экспериментальных методов во многих случаях является затруднительным. Кроме того, возникают сложности при анализе справочных данных по теплоизоляционным материалам. Для многих из них эти данные являются недостоверными из-за искажения их поставщиками и изготовителями. Для других материалов, эти данные имеют приближенный характер или отсутствуют (огнеупорные материалы, базальтовое волокно и др.).

Теплоизоляция зданий и сооружений преследует несколько практических, целей: повышение уровня комфортности, тепло- и звукоизоляции; экономию топливных ресурсов и сокращение эксплуатационных расходов. Однако в концепцию энергоэффективного дома входит не только изоляция конструкций при помощи теплоизолирующих материалов, но и специфические инженерные решения системы вентиляции и теплоснабжения.

Для развития концепции энергосберегающего дома, безусловно, необходимо опираться на богатый опыт эксплуатации различных зданий. Очевидно, что энергоэффективность здания определяется совокупностью многих факторов. Исследования показывают, что при эксплуатации традиционного многоэтажного жилого дома через стены теряется до 40% тепла, через окна - 18%, подвал - 10%, крышу - 18%, вентиляцию - 14%. Поэтому свести теплопотери к минимуму возможно только при комплексном подходе к энергосбережению. Из приведенных данных следует, что недостаточное термическое сопротивление осаждающих конструкций наиболее существенно снижает энергоэффективность зданий. Однако утеплением лишь ограждающих конструкций нельзя добиться значительного уменьшения теплопотерь, поскольку существенная их доля приходится на так называемые "мостики холода", то есть участки интенсивного теплообмена с окружающей средой. Такие участки чаще всего образуются в местах контакта плит перекрытий с несущими стенами, в местах примыкания к наружным стенам внутренних стен и перегородок, а также при проседании некачественного теплоизоляционного материала в трехслойных ограждающих конструкциях с утеплителем в качестве среднего слоя. Поэтому современные системы утепления предусматривают создание комплексной защитной термооболочки вокруг конструкций здания. Такая оболочка включает в себя утепление контактирующих с грунтом конструкций фундамента в сочетании с утеплением скатных или плоских крыш, а также устройство вентилируемых фасадов, передвигающих зону положительных температур в несущие конструкции. Этот комплекс мер исключает появление "мостиков холода", повышает тепловое сопротивление ограждения и предотвращает выпадение конденсата, пагубно влияющего на теплоизолирующие и другие эксплуатационные характеристики конструкций. Еще одной немаловажной проблемой являются теплопотери через окна. Наиболее простой подход к решению этой проблемы - уменьшение площади окон - далеко не всегда приемлем, поскольку ухудшает комфортность и микроклимат помещений. Эта дилемма наилучшим образом разрешается использованием современных трехслойных стеклопакетов с низкой теплопроводностью.

Помимо вышеперечисленных аспектов пассивного энергосбережения, также стоит упомянуть о новейших решениях с привлечением высоких технологий. Имеются в виду интеллектуальные системы отопления, позволяющие оптимизировать поступление и распределение тепла в здании - то есть обеспечить необходимое и достаточное его количество, когда и там, где это необходимо. Однако такой подход требует внесения значительных и порой радикальных изменений в распространенную, в частности, в России схему централизованного отопления. Строительство энергоэффективных зданий широко осуществляется сейчас во всем мире. Особенно впечатляющи в этом отношении успехи стран Западной Европы и Скандинавии.

Суммарный эффект экономии тепла во вновь возводимых жилых и коммерческих зданиях здесь составляет 50 - 70%. Столь существенная экономия позволяет быстро окупить затраты от применения энергосберегающих технологий. В частности, в Дании уже сейчас возводятся здания, при эксплуатации которых расходуется 16 кВт/м2, что на 70% ниже текущих энергетических затрат. Отличным примером комплексного подхода к энергоэффективному строительству стало здание Исследовательского Центра ROCKWOOL. Этот проект получил приз "Офис 2000 года" и был признан одним из самых энергоэффективных зданий в мире. Применение новых инженерных решений позволило полностью исключить возможность возникновения "мостиков холода". Трехслойные окна особой конструкции с низкой теплопроводностью создают впечатление изобилия дневного света и пространства, а естественная вентиляция, оптимизируемая с помощью компьютерной системы, позволяет еще значительнее уменьшить потери тепла.

Концепция энергосберегающего дома хоть и с заметным запозданием, но находит признание и в России. До недавнего времени дешевизна энергоносителей в нашей стране не позволяла ощутить максимальный экономический эффект от использования современных теплосберегающих материалов и соответствующих инженерных решений. Наблюдался такой парадокс: стоимость строительства в России ниже уровня мировых цен всего на 20-30%, а стоимость энергоресурсов отличалась в 6-7 раз. Но поскольку Россия взяла курс на построение эффективной экономики и вхождение в мировое сообщество, баланс цен на энергоносители начал восстанавливаться стремительными темпами. Только за два последних года цены на электроэнергию выросли на 45,8%, а на газ - на 63,5%.

В связи с этим вопрос строительства энергоэффективных зданий в России становится одним из ключевых, а проблема рационального использования энергоресурсов приобретает все большее значение. Особенно остро эта проблема встает в коммунальном хозяйстве, которое потребляет до 20% электрической и 45% тепловой энергии, производимой в стране. На единицу жилой площади в России расходуется в 2-3 раза больше энергии, чем в странах Европы (в Германии в настоящее время расход теплоэнергии на отопление составляет 80 кВт ч/м2, а в Швейцарии - 55 кВт ч/м2) и не столько из-за более сурового климата, сколько благодаря существенно меньшей жесткости строительных стандартов и нормативов.

Таким образом, было принято решение создания проекта энергоэффетивного дома с независимым теплоснабжением, для климатических условий России (на примере Свердловской области),

Для осуществления данной цели, были поставлены следующие задачи:

1) проанализировать рынки теплоизоляционных материалов, солнечных коллекторов и тепловых насосов;

2) рассчитать ожидаемые теплопотери, при выбранных ТИМ;

3) оценить суммарное энергопотребление здания;

4) подобрать, необходимое оборудование;

5) определить рентабельность и окупаемость вложений.

• Проблемы энергосбережения. Нормативно-правовая база
• Мероприятия, применяемые при оценке энергоэффективности
• Примеры домов. Образцовый солнечный дом «Лейпциг»
• Солнечный дом Лоренца
• Источники энергии энергоэффективного дома. Теплоизоляция
• Основные технические характеристики
• Общие принципы устройства теплоизоляции
• Солнечные коллекторы
• Типы солнечных коллекторов
• Принцип действия солнечного коллектора
• Принципиальные схемы систем солнечного теплоснабжения
• Использование ск в регионах с высоким значением ГСОП
• Тепловой насос. Принцип действия
• Режимы эксплуатации
• Типы тепловых насосов, по виду теплоносителя
• Рабочий цикл
• Преимущества тепловых насосов
• Основные характеристики бытовых тепловых насосов для автономных систем теплоснабжения
• Проект энергообеспечения энергоэффективного дома
• Исходные данные
• Объемно-планировочное решение и конструктивная система здания
• Характеристики наружных ограждающих конструкций
• Конструктивные элементы здания
• Расчет теплопотерь. Основные положения
• Общие трансмиссионные теплопотери
• Расчет параметров солнечного коллектора
• Определение цели
• Расчет системы солнечного теплоснабжения и доли тепловой нагрузки обеспечиваемой за счет солнечной энергии
• Расчет системы теплоснабжения с помощью теплового насоса. Расчета теплого пола
• Выбор теплового насоса
• Геотермальный контур
• Выбор грунтового теплообменника
• Технико-экономическое обоснование проекта. Расчет затрат на отопление и горячее водоснабжение для 1 года
• Расчёт срока окупаемости системы
• Расчёт себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой гибридной системой
• Анализ технико-экономических показателей проекта
• Безопасность жизнедеятельности
• Краткая характеристика объекта
• Характеристика рабочего места
• Характеристика опасных производственных факторов и мероприятий по обеспечению травмобезопасности оборудования
• Электробезопасность
• Гигиеническая оценка условий и характера труда. Освещенность
• Состояние воздуха рабочей зоны
• Виброакустические факторы
• Защита от электромагнитных и ионизирующих излучений
• Эргономичность рабочего места
• Пожарная безопасность. Определение категории помещения
• Мероприятия по противопожарной защите
• Устройство молниезащиты зданий и сооружений
• Чрезвычайные ситуации
• Природопользование и охрана окружающей среды
• Основные источники загрязнения окружающей среды