Инженерное оборудование энергоэффективных домов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инженерное оборудование энергоэффективных домов

Интерес к энергоэффективным домам возник после мирового энергетического кризиса 1974 г. Ученые подсчитали, что при существующих темпах использования угля, газа и нефти уже через 50 лет природные источники энергии могут иссякнуть. Тогда началась работа над проектами, способными снизить темпы энергопотребления, в том числе и в жилищном строительстве [1]. В настоящее время особое внимание уделяется снижению энергопотребления зданий, что подтверждает актуальность данного исследования.

В Европе существует следующая классификация зданий в зависимости от их уровня энергопотребления:

1. «Старое здание» (здания построенные до 1970-х годов) - они требуют для своего отопления около 300 кВт·ч/мІгод.

2. «Новое здание» (которые строились с 1970-х до 2000 года) - не более 150 кВт·ч/мІгод.

3. «Дом низкого потребления энергии» (с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов более низкого стандарта) - не более 60 кВт·ч/мІгод.

4. «Пассивный дом» - не более 15 кВт·ч/мІгод.

5. «Дом с нулевым энергопотреблением» (здание, архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно оснащенное таким образом, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую само и вырабатывает) - 0 кВт·ч/мІгод.

6. «Дом с положительным энергобалансом» или «активный дом» (здание, которое с помощью установленного на нём инженерного оборудования вырабатывало бы больше энергии, чем само потребляло) [2].

Концепция «энегргоэффективного дома» стала настоящим прорывом в повышении энергоэффективности мировой экономики. Такой дом не только не зависит от внешних коммуникаций, но может и сам служить источником энергии. Это становится возможным благодаря рациональному использованию источников тепла и энергии самого дома и окружающей его территории. При этом теплопотери предотвращаются благодаря конструктивным особенностям здания, в которых используются современные энергосберегающие технологии и высокоэффективные теплоизоляционные материалы [3].

Преимущества энергоэффективного дома очевидны - он экологичен и экономен. Кроме того, энергоэффективный дом предоставляет своим жильцам значительно более здоровые условия, чем обычный: здесь великолепно организованы освещение и снабжение свежим воздухом, исключены сквозняки, в любое время года обеспечена комфортная для человека температура, максимально эффективно использовано пространство [4].

Все вышеперечисленные критерии обеспечиваются оптимальным объемно-планировочным и конструктивным решением, герметичностью оболочки здания, теплоизоляцией, правильной ориентации здания, инженерным оборудованием, выбором материалов и другими решениями продуманными еще на этапе проектирования.

Однако немаловажную роль в экономичности и экологичности здания имеет инженерное оборудование состоящее из множества инженерных установок и систем в большей степени инновационных. Теперь подробнее о каждом из них:

· Система вентиляции без потерь тепла

В энергоэффективных домах используется более сложная система, чем в обычных домах: вместо окон с открытыми пазами используются звукоизолирующие герметичные стеклопакеты, а приточно-вытяжная вентиляция помещений осуществляется централизованно через установку рекуперации тепла. Дополнительного повышения энергоэффективности можно добиться, если воздух выходит из дома и поступает в него через подземный воздухопровод, снабжённый теплообменником. В теплообменнике нагретый воздух отдаёт тепло холодному воздуху [2]. КПД рекуператора должен составлять более 75% (рекомендуется более 80%) [1].

Зимой холодный воздух входит в подземный воздухопровод, нагреваясь там за счёт тепла земли, и затем поступает в рекуператор. В рекуператоре отработанный домашний воздух нагревает поступивший свежий и выбрасывается на улицу. Нагретый свежий воздух, поступающий в дом, имеет в результате температуру около 17°C.

Летом горячий воздух, поступая в подземный воздухопровод, охлаждается там от контакта с землёй примерно до этой же температуры. За счёт такой системы в пассивном доме постоянно поддерживаются комфортные условия. Лишь иногда бывает необходимо использование маломощных нагревателей или кондиционеров (тепловой насос) для минимальной регулировки температуры. [2]

Сегодня известны пять основных видов рекуператоров тепла в вентиляционной индустрии: роторный, рекуператор с промежуточным теплоносителем, камерный рекуператор, тепловые трубки и пластинчатый. Данные рекуператоры различаются по типам конструкций, применению и КПД.

Рассмотрим рекуператоры, которые используются в энергоэффективных домах (КПД более 75%):

Роторные рекуператоры. Тепло передается вращающимся между вытяжным и приточным каналами ротором, покрытым металлической фольгой. Скорость вращения ротора регулирует уровень рекуперации тепла. У роторного рекуператора есть подвижные части. Он характеризуется высокой эффективностью (75-85%). Минусом данных рекуператоров является возможность смешивания воздуха, что влияет на запах в помещении. До 3% вытяжного воздуха может попасть в приточный. Несомненные плюсы - высокий КПД и небольшой размер. Конденсата нет.

Камерные рекуператоры. Заслонка разделяет камеру на две части. Одна часть нагревается удаляемым воздухом, затем заслонка изменяет направление воздушного потока. Благодаря этому, приточный воздух нагревается от теплых стенок камеры. Загрязнение и запахи могут передаваться из удаляемого воздуха в приточный. Заслонка - единственная подвижная часть этого теплообменника. Его эффективность достаточно высока (70-80%). Необходим отвод конденсата.

Пластинчатые перекрестноточные рекуператоры. Удаляемый и приточный воздух проходят с обеих сторон большого количества металлических теплопроводящих пластин. Удаляемый и приточный воздух не контактируют друг с другом, что является большим плюсом этих установок Рекуперацию тепла можно регулировать при помощи перепускного клапана (при наличии). Он контролирует расход проходящего через рекуператор воздуха. Пластинчатый рекуператор обладает средней эффективностью (50-75%). Более высокой эффективностью обладают рекуператоры с пластинчатыми теплообменниками с навстречу направленными потоками воздуха, их эффективность находится в диапазоне 75-96%. Необходим отвод конденсата.

Пластинчатые перекрестноточные рекуператоры с несколькими теплообменниками из специальной влагопрочной бумаги с бактерицидной пропиткой. Данные рекуператоры из-за применения нескольких (два и более) теплообменников обладают самой высокой эффективность 75-96% (в зависимости от влажности воздуха), очень низкой вероятностью к замерзанию за счет возврата большей части влаги в помещение, из которого отводится воздух. Потоки приточного и удаляемого воздуха не перемешиваются. За счет отсутствия конденсата, такой тип рекуператоров не имеет ограничений по положению при установке (вертикально, горизонтально и под любым углом). Конденсата нет. Недостаток - не рекомендуется установка в бассейнах, душевых то есть в помещениях с высокой влажностью воздуха [5].

· Отопление

Для отопления в энергоэффетивных домах можно использовать как централизованные источники, так и их комбинацию с альтернативными источниками: тепловыми насосами, солнечными коллекторами, фотогальваническими панелями, ветрогенераторами и другими источниками.

Теперь подробнее об основных системах отопления энергоэффективных домов.

Принцип работы теплового (геотермального) насоса аналогичен принципу работы бытового холодильника. Жидкий теплоноситель под давлением поступает в испаритель, где за счет резкого уменьшения давления происходит испарение жидкости и превращение ее в пар. При этом теплоноситель быстро остывает и забирает тепло из окружающей среды - атмосферный воздух, водоемы, грунтовые воды или сам грунт. Затем компрессор засасывает из испарителя теплоноситель в виде пара, сжимает его, повышая давление, в результате чего температура теплоносителя растет, и потом он выталкивается в конденсатор. Там нагретый при сжатии теплоноситель остывает, отдавая тепло во внешнюю среду (нагревает воду для системы отопления), и конденсируется, то есть превращается в жидкость. Далее процесс повторяется [6]. Система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Зимой система тепло неостывшей земли передает в дом. Летом излишки тепла в доме передаются через теплообменник в обратном направлении [7].

Различают следующие конструкции тепловых (геотермальных) насосов:

? насос с открытым циклом: теплоноситель подается непосредственно из водоемов и после прохождения цикла охлажденным возвращается обратно;

? насос с закрытым циклом: теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, который может быть проложен глубоко земле или по дну водоема. Это более экологически безопасный метод, чем открытый цикл;

? насос с горизонтальным теплообменником: замкнутый контур теплообменника укладывается горизонтально в глубокие траншеи;

? насос с вертикальным теплообменником: замкнутый контур теплообменника устанавливается вертикально в подготовленные отверстия. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченности пространства участка. Наиболее эффективным считается насос с замкнутым циклом: теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, который может быть проложен глубоко в земле или по дну водоема.

При работе этих систем используется возобновляемое тепло солнечного излучения, которое накоплено в земле. Поэтому применение тепловых насосов снижает затраты энергии полученной путем сжигания топлива и соответственно снижает выброс в атмосферу токсичных веществ. Кроме того, применение воздушных систем отопления позволяет контролировать состояние воздуха в доме, удалять вредные примеси, частицы пыли, споры, различные аллергены и запахи [8].

Принцип работы солнечного коллектора и его главная функция состоит в сборе солнечного излучения и передаче этой тепловой энергии непосредственно теплоносителю (воздушному, жидкостному). Причем происходит сбор не только прямого солнечного излучения, но и рассеянного, а так же отраженного от земли и соседних зданий [9].

Устройство состоит из двух частей: собственно сам солнечный коллектор и теплообменный аккумулятор. Внутри замкнутой системы циркулирует антифриз(теплоноситель), который нагревается на солнечном свете и отдает свое тепло через специальный теплообменник, вмонтированный в бак с водой. В этом баке вода находится до тех пор, покуда её не используют, затем заливается холодная вода, вместо использованной горячей и циркуляция возобновляется. В баке-аккумуляторе может быть установлен электрический нагревательный элемент для дополнительного подогрева, в случае если вода очень активно используется а также, если небо заволокли тучи. Структура вакуумных труб для нагрева очень похожа на конструкцию обычного термоса: одна труба вставлена в другую, между ними вакуумная полость, которая создает идеальную теплоизоляцию. Из-за цилиндрической формы трубок солнечные лучи постоянно попадают перпендикулярно и передают максимум тепловой энергии. Это позволяет значительно повысить КПД для устройства [10].

Солнечные коллекторы бывают двух типов:

а) плоский солнечный коллектор. Гелиосистемы часто используют такой тип солнечных коллекторов, но эффективность плоских коллекторов высока в теплых регионах

б) вакуумный солнечный коллектор (трубчатый).

Основное преимущество вакуумного солнечного коллектора ? работа при минусовых температурах Вакуумные солнечные коллекторы подразделяются по способу нагрева воды на СВК прямого нагрева воды (сезонные) и косвенного (всесезонные). В остальные месяцы необходимо будет использовать дополнительную энергию [11].

Самыми важными преимуществами являются: коллектор дает энергетическую независимость; экономию с первых дней запуска; чистая бесконечная энергия (пока не погаснет солнце) [10].

Тепловой аккумулятор. Принцип действия теплового аккумулятора заключается в том, что в процессе работы котла часть его энергии направляется на нагревание дополнительного объёма теплоносителя, находящегося в большой по объёму ёмкости. Сначала они набирают тепло, которое вырабатывают водогрейные котлы, а затем, после полного накопления, раздают его в случае перебоев или отказа основной системы отопления. С прекращением работы котла, помещение начинает охлаждаться. Датчик температуры воздуха (или температуры воды в системе отопления) включает циркуляционный насос, который подаёт горячую воду из бака-аккумулятора в систему отопления. Температура воздуха (воды) повышается до установленного значения, и датчик выключает насос. Циклы включения и выключения насоса продолжаются до тех пор, пока температура воды в баке будет оставаться выше, чем в системе отопления.

Тепловой аккумулятор может обеспечить тепло и комфорт в доме в течение длительного времени (от нескольких часов до 1,5-2 суток).

Еще одно важное свойство - обеспечение дома горячей водой, т.е. Устройство теплового аккумулятора накапливает энергию постепенно, а расходует в довольно быстром темпе. Это актуальное качество, особенно при маломощном электроснабжении [17].

Принцип работы ветрогенератора. Ветрогенератор (ветровая турбина) - это устройство для преобразования кинетической энергии ветра в электрическую. Вращения ротора генератора происходит под действием подъемной силы, возникающей при обтекании ветром лопастей. При этом генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере. Постоянный ток контроллера предназначен для заряда аккумуляторов. Одновременно к аккумуляторов подключено другое устройство - инвертор, преобразующий постоянное напряжение аккумуляторов в переменное однофазное напряжение 220 В 50 Гц или трехфазное - 380/220 В, используемое потребителем для питания нагрузки.

Существуют два основных типа турбин: вертикальные - с вертикальной осью вращения; горизонтальные - с горизонтальной осью вращения [12].

Основной задачей ветрогенератора является не только обеспечение электроэнергией бытовых приборов, но и подача электроэнергии на отопительное оборудование дома для отопления жилой площади и подогрева воды.

Конечно, энергоэффективное оборудование даст финансовую отдачу не сразу - сначала оно нуждается во вложениях - стоимость постройки увеличивается на 10-30%. Однако в течение 7-10 лет эти затраты окупаются и дом становится очень выгодным: на его содержание уходит очень мало средств.

На сегодняшний день в мире построено уже более 40 тысяч энергоэффективных зданий и их количество растет [4].

Список использованных источников

технический энергоэффективный оснащение инженерный

1. Каракулова, Т. Пассивный, активный et cetera: терминологический экскурс / Т. Каракулова // Идеи вашего дома. - 2012. - №2. - С. 8 -13.

2. Габриель, И. Реконструкция зданий по стандартам энергоэффективного дома Vom Altbau zum Niedrigenergie und Passivhaus / И. Габриель, Х. Ладенер. - Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2011. - С. 478.

3. Информационная система по строительству [Электронный ресурс] / Энергоэффективный дом. - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.know-house.ru. - Дата доступа: 25.03.2013.

4. Пассивный дом - жилье будущего [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.ecology.md. - Дата доступа: 05.04.2013.

5. Рекуперация тепла и рекуператор [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.recuperator.pro. - Дата доступа: 01.04.2013.

6. Носов, П. Тепло без лимита: конструкция и использование тепловых насосов / П. Носов // Идеи вашего дома. - 2012. - №2. - С. 160 -165.

7. Cмирнова, О. Инженерные решения: отопление / О. Смирнова // Загородный дом. - 2006. - №6. - С. 18.

8. Принцип работы теплового насоса [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.g-mar.ru. - Дата доступа: 03.04.2013.

9. Принцип работы солнечного коллектора [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.solnce-generator.ru. - Дата доступа: 05.04.2013.

10. Принцип работы солнечных коллекторов [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.windsolardiy.com. - Дата доступа: 06.04.2013.

11. Солнечный вакуумный коллектор СВК: Техническое описание [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.teploplen.com. - Дата доступа: 07.04.2013.

12. Ветрогенератор. Принцип работы ветрогенератора [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.vetrodvig.ru. - Дата доступа: 09.04.2013.

13. Чижов, А. Теплое стекло: об окнах с энергосберегающими стеклопакетами / А. Чижов // Идеи вашего дома. - 2012. - №2. - С. 114 -117.

14. Энергосберегающие двери [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.greenwoodhouse.ru. - Дата доступа: 08.04.2013.

15. Носов, П. Экология света: экономия электроэнергии на освещении / П. Носов // Идеи вашего дома. - 2012. - №2. - С. 178 -183.

16. Сорокина, А. Ни капли на ветер: использование дождевой воды / А. Сорокина // Идеи вашего дома. - 2012. - №2. - С. 204.

17. Тепловые аккумуляторы [Электронный ресурс] - Гродно, 2013. - Режим доступа: http://www.homeforlife.ru - Дата доступа: 03.04.2013.

Размещено на Allbest.ru