 |
Результаты исследования и их анализ
|
|
|
|
ВВЕДЕНИЕ
Существует два пути повышения энергоэффективности объектов строительства:
1. Экономии энергии (путем снижения энергопотребления и энергопотерь, в т.ч.
утилизации энергетически ценных отходов);
2. Привлечения возобновляемых природных источников энергии.
Эти пути имеют принципиальные отличия и позволяют выделить два класса
энергоэффективных зданий – энергоэкономичные и энергоактивные.
Энергоэкономичные здания - обеспечивают снижение энергопотребления, большей
частью, за счет усовершенствования систем их инженерного обеспечения (как наиболее
"энергоемких" составляющих энергетического "каркаса" здания), конструктивных элементов, определяющих характер и интенсивность энергообмена с внешней средой (наружных ограждений, окон и т.п.), а также оптимизации архитектурных решений, направленных на сокращение энергопотерь (повышение компактности объемов, сокращение площади остекления, использование градостроительных приемов и архитектурных форм, нивелирующих отрицательные воздействия природно-антропогенных факторов внешней среды - ветра, солнца и т.п.).
Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование
энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды – солнца, ветра, грунта, в виде альтернативных источников энергии) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения.
Идея возможности производства энергии непосредственно на объекте, обещает
перспективу полного отказа от устройства дорогостоящих и ненадежных в эксплуатации
внешних инженерных сетей (тепло-, электросетей, сетей горячего водоснабжения). Отказ
|
|
|
от устройства подводящих сетей, в свою очередь, означает исключение огромных потерь
энергии, имеющих место при ее транспортировке. Суммарная величина этих и других
возможных экономических "выгод", соотнесенная со стоимостью необходимых для их
получения мероприятий и средств, определяет в итоге целесообразность энергоактивности проектируемого здания.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ
Истощение энергетических ресурсов, повышение цен на энергоресурсы и
климатические изменения требуют поиска путей рационального использования природных ресурсов и новых энергосберегающих технологий в строительстве различных объектов. Идеи энергоэффективности в строительстве наращивают темпы распространения по всему миру.
Северная Европа на пути перехода на новые стандарты строительства жилья: Германия,
Дания, Швеция, Англия давно экспериментируют в сфере экологического строительства и
достигли положительных результатов. В Дании заканчивается строительство экопоселка
площадью 76 гектаров, на которых размещается 750 коттеджей и таунхаузов.
Энергоактивное здание, построенное в Швеции производит больше энергии, чем потребляет.
Имеется опыт строительства отдельных домов по экологическим технологиям в Северной
Африке, России, Украине. Идеи полного отказа от использования традиционных источников энергии и инженерных сетей делают наиболее привлекательной на дальнюю перспективу строительство энергоактивных зданий и сооружений. Обобщая полученные результаты можно привести классификацию энергоактивных объектов.
Здания различаются степенью энергоактивности:
- с малой энергоактивностью (замещение до 10% энергопоступлений);
- со средней энергоактивностью (замещение 10 - 60%);
- с высокой энергоактивностью (замещение более 60%);
- энергетически автономные (замещение 100%);
|
|
|
- с избыточной энергоактивностью (энергопоступления от возобновляемых источников
позволяют передавать излишки энергии другим потребителям).
Экспериментальное строительство в 1980-х годах показало, что экономически
эффективными (по соотношению цена/производительность), а следовательно, наиболее
популярными сегодня и на видимую перспективу стали здания со средней
энергоактивностью, в которых энергией альтернативных источников обеспечивается
от 40% до 60% общей потребности. Среди всех альтернативных систем наиболее
распространенными являются гелиоколлекторы.
Основным методом проектирования энергоактивных зданий является конструирование.
Основная цель конструирования заключается в повышении степени энергоактивности
ограждений. Для этого наряду с требованиями увеличения прочности повышают
теплозащитные свойства ограждений и осуществляют устройство солнечных коллекторов.
Ограждающие конструкции гелиоэнергоактивных зданий проектируют по двум системам
солнечного энергоснабжения – активным и пассивным. Большинство конструкций
пассивных систем регулируется потребителем; при неправильной регулировке системы
(например, при несвоевременном открывании или закрывании теплоизолирующих стен,
вентиляционных клапанов, включении или выключении тепловых насосов и пр.) она не
обеспечивает эффективное энергопотребление. Установка дополнительного дублирующего
оборудования только увеличивает расход энергии.
В активных солнечных системах площадь коллектора должна составлять 30-50%
площади пола отапливаемого помещения. Поэтому в большинстве случаев целесообразно
сочетание приемов активных и пассивных (комбинированных) систем при конструировании
ограждений. Комбинированные системы - например, стена-витраж, обеспечивающая нагрев
внутренних ограждений помещения, выполненных в виде термических емкостей (в
соответствующих климатических условиях позволяет получить до 17% требующейся
энергии) или стена Тромбэ (рис.1), провоцирующая сильный "парниковый эффект" в
неширокой (до 16 см) воздушной прослойке между светопрозрачной наружной
поверхностью и высоко теплоемкой стеной, которая при использовании в целях воздушного
|
|
|
отопления и проветривания, позволяет экономить около 55% энергии, а также остекленные
атриумы, являющиеся квинтэссенцией пассивных средств использования энергии природной
среды. Устройство атриума наиболее эффективно, когда предусматривается его
использование для вентиляции, отопления и освещения) и позволяет, при этом, снизить
теплопотери на 50 - 65%.
В конструкциях покрытий энергоактивных зданий получили распространение
чердачные (скатные) и плоские водоналивные крыши (рис.2), а также пространственные
решения.
При проектировании энергоактивных зданий используют полифункциональный
принцип. Принцип полифункциональности проектирования осуществляется через
конструктивный и функциональный признаки. Конструктивность выражается в том, что
конструктивные элементы здания совмещают с конструктивными элементами источника
возобновляемой энергии. Признак функциональности наделяет тот или иной конструктивный
элемент здания, целое здание или группу зданий дополнительными энергетическими
функциями. Например, используя их как отражатели или в качестве диффузора
ветроэнергетической установки. Конструктивный и функциональный признаки могут быть
совмещены в одном техническом решении, взаимно дополняя и усиливая эффект
энергетической активности. Например, стену облицовывают селективно пропускающей
стеклянной или стеклокристаллической плиткой с отражающей подложкой из слоя металла
(конструктивный признак), которая конструкцией стены пространственно ориентирована на
выполнение функции направленного отражателя (функциональный признак), эффективно
решая архитектурно-строительные и гелиотехнические задачи.
К возобновляемым источникам энергии относятся:
- энергия солнца (тепловая и световая составляющие солнечной радиации - основной
первоисточник);
- геотермальная (тепло верхних слоев земной коры и массивных поверхностных форм
рельефа - скал, камней и т.п.), гидротермальная (тепло грунтовых вод, открытых водоемов,
|
|
|
горячих подземных источников) и аэротермальная энергия (тепло атмосферного воздуха) -
"производные" от солнечной энергии и энергии земного ядра;
- кинетическая энергия воздушных потоков (энергия ветра - "вторая производная" от
солнечной энергии);
- кинетическая энергия водных потоков (энергия водопадов и морских приливов -
"производные" от гравитационных сил Земли и Луны);
- энергия биомассы (растительности, органических отходов промышленных и
сельскохозяйственных производств, а также жизнедеятельности животных и людей -
результат биоконверсии солнечной энергии).
Например, мощность ветровых энергетических ресурсов континентов, которые могут
быть когда-либо использованы (с учетом неизбежных потерь), оцениваются сегодня в 40
ТВт, при этом современное энергопотребление человечества составляет около 10 ТВт.
Биомасса уже сегодня обеспечивает до 13% мирового производства энергии. Однако,
природные энергетические ресурсы распределены весьма неравномерно, что выражается
существенными отличиями природно-климатических условий, даже в границах одного
климатического района. Поэтому, в каждом конкретном случае экономическая
эффективность, т.е. предпочтительность использования того или иного природного
источника энергии определяется местными условиями и критериями: наличием источника в
районе строительства, его мощностью и размерами затрат, необходимых для технического
обеспечения эксплуатации источника в данном регионе.
Таким образом, мощность и доступность имеющихся на месте строительства
природных и других энергетических ресурсов, характер, производительность и стоимость
средств их использования влияют на целесообразность и выбор энергоактивности объекта.
ВЫВОД
Наиболее перспективным классом современных архитектурных объектов следует
признать энергоактивные здания и комплексы. При этом намечается объективная тенденция
к полному замещению в энергобалансе зданий традиционных источников энергии
альтернативными. С учетом длительных (до 100 лет) сроков эксплуатации большинства
капитальных зданий требуются проектные решения, которые обеспечивали бы возможность
наращивания энергоактивности зданий с течением времени, т.е. возможность поэтапной
модернизации энергетической структуры объекта от состояния энергоэкономичности к
использованию энергии природной среды пассивными, а затем и активными средствами.
Экономически эффективными, а значит, пригодными к использованию в массовом
строительстве являются сегодня пассивные средства использования энергии природной
|
|
|
среды. При этом наилучшие экономические результаты дает комбинированное
использование пассивных и активных энергосистем. В современных условиях при выборе
средств использования энергии природной среды решающее значение приобретают их
потребительские качества - стоимость и простота эксплуатации.
Следует отметить, что объективная необходимость полной замены традиционных
энергоносителей в ближайшие 50 лет обусловливает рост актуальности проблемы
производства энергии от возобновляемых природных источников, а также интеграцию в
единые производственные комплексы технических систем, ориентированных на
использование и традиционных, и альтернативных источников энергии. На ближайшую
перспективу наиболее целесообразными признаются разнообразные комбинированные
схемы энергоснабжения, сочетающие использование традиционных, энергоэкономичных и
одного или нескольких видов альтернативных средств.
|
|
|
