ПЕРСПЕКТИВЫ СТРОИТЕЛЬСТВА ПАССИВНЫХ ДОМОВ В ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ

В настоящее время достаточно остро стоит проблема ресурсосбережения. Стоимость ископаемых источников энергии возрастает с каждым годом. Соответственно возрастает стоимость тепло- и электроэнергии. В связи с этим встает вопрос о поиске способов снижения потребления энергетических ресурсов и путей перехода на альтернативные источники энергии. Энергоэффективные дома призваны решить данную проблему.

Существует несколько типов энергоэффективных домов, начиная со строений, в которых значительно снижено собственное потребление энергоресуросов, и заканчивая постройками, способными отдавать электроэнергию в сеть. К первым относятся так называемые пассивные дома.

Согласно определению[1] пассивный дом - это здание со столь малым расходом тепловой энергии на отопление, что отдельная система отопления становится ненужной. Необходимое тепло можно подвести благодаря уже имеющейся системе вентиляции с принудительным нагревом приточного воздуха. Чтобы дом являлся пассивным, он должен удовлетворять следующим критериям [1]:

-   удельный расход тепловой энергии на отопление не должен превышать 15кВт∙ч/м2 в год;

-     общее потребление энергетических ресурсов для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия) не должно превышать120 кВт∙ч/м2 в год.

Соответствие указанным критериям достигается в первую очередь путѐм значительного повышения уровня теплоизоляции и вентиляции, а также за счет использования альтернативных источников энергии таких, как солнечные батареи, ветрогенераторы, тепловые насосы, солнечные коллекторы.

Идея пассивного дома изначально рассматривалась для  центральной части Европы. Поэтому следует оценить возможности строительства подобных домов в России, в частности, в Оренбургской области. В первую очередь данный регион обладает более холодным климатом, меньшим числом пиковых солнечных часов, что приводит к повышению требований к теплоизоляции и меньшей эффективности альтернативных источников энергии. Не стоит забывать про то, что тарифы на тепло- и электроэнергию в Европе значительно выше, а стоимость оборудования для использования альтернативной энергии ниже.

Для утепления в пассивных домах применяется слой утеплителя, например пенополистирола или минеральной ваты, толщиной от 25 до 40 см. Также принимаются меры по созданию воздухонепроницаемой оболочки по всей площади ограждающих конструкций для исключения мостиков холода - конструктивных участков здания, на которых из-за нарушения непрерывности теплоизоляционной оболочки происходит повышенная теплоотдача. В пассивных домах в обязательном порядке используется рекуперативная вентиляция, то есть воздух снаружи предварительно нагревается в теплообменнике за счет выходящего воздуха. Коэффициент полезного действия таких систем достигает 90%.

Кроме того, в пассивный дом заложены принципы использования энергии солнца для отопления, когда окна зданий работают как солнечные коллекторы. Площадь оконных поверхностей на южной стороне увеличивается, что позволяет пропускать большее количество солнечного тепла. Но из-за низкого сопротивления теплопередаче окон повышаются теплопотери. Для сохранения положительного энергобаланса применяют двойные и тройные стеклопакеты с низкоэмиссионным покрытием. Это позволяет возмещать значительную часть теплопотерь. Стоит отметить, что для условий Оренбургской области потери энергии с ростом площади остекления будут значительно выше, поэтому такое решение неприменимо.

Для анализа возможностей строительства была сделана сравнительная характеристика показателей пассивных домов в центральной Европе и Оренбургской области. Для расчета условно был принят одноэтажный дом площадью 100 м2. Исходные данные сведены в Табл.1.

В первую очередь необходимо рассчитать теплопотери через ограждающие конструкции. Они вычисляются по формуле:

где Q - теплопотери через ограждающие конструкции, Вт; S – площадь ограждающих конструкций, м2; tвнутр. – температура внутри помещения, °С; tвнеш.- температура наиболее холодной пятидневки, °С; Ro - сопротивление теплопередаче, м²·K/Вт.

После нахождения теплопотерь через стены, пол, потолок, окна, двери (с учетом их индивидуального сопротивления теплопередаче) определяются потери через рекуперативную вентиляцию с учетом КПД, равного 85%:

где V – объем циркулирующего воздуха (30 м3/чел.), м3; ⍴ - плотность воздуха, кг/м3; Ср – теплоемкость воздуха, Дж/(кг∙К), ŋ – КПД рекуператора.

Будем считать, что выработка необходимой тепловой энергии происходит от тепловых насосов, аэлектроэнергия вырабатывается с помощью солнечных батарей. Необходимую мощность тепловых насосов найдем как:

Qтн = 1,1× (Q + Qв ) (3)

Мощность солнечных батарей рассчитаем с учетом средней дневной инсоляции в декабре как наихудшем месяце по условиям солнечного освещения. Данные по инсоляции приведены в Табл.1. Условно принимаем потребление электроэнергии Wс= 10 кВт/ч в сутки, так как оно сильно зависит от набора используемых приборов, а также от КПД инвертора, аккумуляторов, без которых невозможно построить систему электроснабжения на солнечных батареях. Определим значение электроэнергии, вырабатываемой с одного ватта мощности солнечной батареи в сутки для каждого региона:

Wб = k × Ec ,                                                                    (4)

Где Wб – значение количества электроэнергии, вырабатываемойс одного ватта мощности батареи в сутки,

Вт∙ч; k – поправочный коэффициент, учитывающий потерю мощности солнечных элементов при нагреве на солнце, а также наклонное падение лучей в течение дня[2]; Ec – значение инсоляции[2], кВт∙ч/м2.

Затем определим необходимую суммарную мощность батарей, учтем при этом возросшие потребности вэлектроэнергии на работу теплового насоса:

Результаты расчетов сведены в Табл.2: 

Табл.2 Сравнительная характеристика

 

Можно сделать выводы, что при одинаковых конструкции и материалах потери тепла в пассивных домах в Оренбургской области в 1,5 раза больше, что ведет к удорожанию используемого теплового оборудования и повышению требований к теплоизоляции. Путь решения данной проблемы в использовании большей толщины утеплителя вплоть до 50 см. Также видно, что для электроснабжения на основе солнечных батарей требуется в 1,7 раза более мощные батареи. В свою очередь, это приводит к удорожанию системы электроснабжения в несколько раз, так как приходится использовать более дорогое сопутствующее оборудование (аккумуляторы, контроллеры заряда, инверторы). Соответственно мощности увеличиваются площади размещения солнечных элементов, что может быть критичным. Поэтому использование солнечных батарей в качестве единственного источника электроэнергии нецелесообразно. Решением проблемы может является использование солнечных батарей совместно с ветрогенераторами или дизельными генераторами.

При строительстве пассивных домов в Оренбургской области могут возникнуть некоторые технические трудности. Повышаются требования к теплоизоляции, увеличиваются расходы на материалы и оборудование. Солнечные батареи рекомендуется использовать совместно с другими источниками электроэнергии. Также процент остекленных поверхностей должен быть ниже. Таким образом, наиболее целесообразно на данном этапе с точки зрения экономической эффективности использовать принципы пассивного дома в области теплоизоляции и вентиляции с постепенным переходом на альтернативные источники электроэнергии.

 

Список литературы

1.      Файст Вольфганг, Елохов, А.Е. Основные положения по проектированию пассивных домов / Файст Вольфганг, Елохов, А.Е.// - М: Издательство Ассоциации строительных вузов,2008. – С. 8-12.

2.      Солнечные элементы [Электронный ресурс] // Ваш Солнечный Дом. – Режим доступа: http://www.solarhome.ru/ru/basics/pv/techcells.htm (дата обращения: 18.03.2015).