Теплотехнические устройства и элементы альтернативной энергетики
Подход и стратегия
Потенциал энергосбережения в Беларуси составляет более 30 процентов от общего энергопотребления. Переход на энергосберегающие технологии более рентабелен по сравнению с вводом в эксплуатацию новых источников энергии. Технологические и технические аспекты повышения эффективности использования энергии разрабатываются в лаборатории терморегулирования Института тепло- и массообмена. Дефицит ресурсов в Беларуси и повышение цен на импортируемые энергоносители сдерживают развитие малоэтажной застройки. Комплексный энергосберегающий подход к строительству и эксплуатации зданий реализован в проекте «Усадьба ХХI» (рисунок).
Стратегия энергопотребления жилища основывается на комплексной увязке нескольких составляющих: микроклимат, питание, бытовая гигиена, цивилизованные потребности, сельскохозяйственная, производственная или иная деятельность. Энергоэкономичным жильем можно считать такое, которое по всем указанным составляющим имеет минимальное энергопотребление. Частным случаем может быть нулевое или отрицательное энергопотребление. В основу проекта положена оптимизация стоимостно-энергетических показателей по стоимостно-материальным (эксплуатационным) затратам. При этом цена сэкономленной энергии должна быть не больше затрат на реализацию этой цели. Пилотные проекты, рассчитанные на перспективу, выполняются при повышении стоимости не более чем на 8-12 процентов.
Проект с минимальным энергопотреблением предполагает наличие подпитки извне каким-либо видом энергии (электричество, газ, твердое или жидкое топливо), но это целесообразно тогда, когда внешнее энергопотребление составляет не более 5-8 процентов внутренних потребностей.
Основные составляющие энергопотребления
Микроклимат. Существуют научно-обоснованные параметры микроклимата, соблюдаемые при обеспечении оптимальных условий жизнедеятельности человека. Эти параметры неоднозначны и зависят от конкретных условий работы или отдыха, времени суток, климатических и погодных условий, индивидуальных особенностей и количества людей, находящихся в помещении, и т.п. С экономической точки зрения задаются усредненные характеристики микроклимата. Например, сильно отличается микроклимат для жилой комнаты, кухни, подвала, гаража, теплицы и т.п. Экономический фактор определяется так называемым внутренним и внешним воздействием и, как правило, сводится к поддержанию соответствующей кондиции воздуха путем его кратного обмена в помещении. К сожалению, с помощью вентиляции выбрасывается и тепловая энергия, для сохранения которой необходимы рекуперативные теплообменники. На первый взгляд, с точки зрения энергосбережения устройство жилья в виде герметичного пространства может упростить задачу. Однако жизнедеятельность человека требует наличия окон, дверей и т.п. – того, что является причиной значительных потерь тепла. Поэтому вторым, за вентиляцией, тепловым аспектом микроклимата является обеспечение минимальных теплопотерь в таких целесообразных элементах здания, как стены, окна, двери, крыша и т.п. В проекте «Усадьба ХХI» используются новейшие технические решения: герметичные двойные стекла для окон и дверей со специальным покрытием однонаправленного действия, теплоизоляционные сэндвичные стеновые блоки и конструкции, многокамерные двери и т.п.
Питание. В рассматриваемом проекте предусматриваются два решения: альтернативный источник энергии и солнечная кухня. К ним можно отнести печь с каталитическим дожигом, солнечную концентрирующую кухню и проч. Холодильная техника может реализовываться в виде летников и систем, использующих естественный холод.
Бытовая гигиена. Она требует расхода энергии на нагрев воды, стирку, сушку и т.п. В первую очередь для этого используется солнечная энергия, ночное электричество и другие технические решения.
Другие потребности. В основном они сводятся к покрытию энергии освещения, теле- и радиоприемников, компьютеров, телефонов и т.п. Проектом предусмотрены экономичные каталитические системы получения тепловой энергии с последующим термоэлектрическим преобразованием в электрическую, солнечные фотоэлектрические преобразователи и другие альтернативные источники энергии.
Производственная деятельность. В усадьбе, в отличие от обычного коттеджа, такая деятельность присутствует обязательно. Поэтому технологические аспекты режима экономии тепловой энергии сводятся, прежде всего, к рациональному распределению тепловой энергии во времени. Например, ночью требуется меньшая температура воздуха в помещении, что связано с менее активным образом жизни. В этом режиме следует оценивать теплоемкостные затраты на меняющийся режим энергопотребления. В ряде случаев для этого требуется использовать специальные технические решения, тепловые аккумуляторы или внутренние дополнительные теплоизоляционные покрытия стен, полов, потолков. Например, в лаборатории терморегулирования разработаны электроаккумуляторы, запасающие тепловую энергию в ночное время и отдающие ее в дневное время, а также гелиотеплоаккумулирующие системы.
Для обеспечения пяти указанных аспектов энергопотребления требуются дополнительные альтернативные источники энергии. Экономический анализ показывает, что доля энергетической составляющей в среднем близка к 8-22 процентам, а в перспективном варианте может доходить до 34 процентов.
Важные виды альтернативной энергии
К одному из самых дешевых видов следует отнести гидроэнергию, реализуемую в рамках проекта в виде малых гидроэлектростанций. Ее преимущества – окупаемость в течение одного сезона и возможность непрерывного снабжения за счет аккумулирования воды. Недостаток – жесткая привязка к реке, в противном случае стоимость линий электропередачи делает эту энергию довольно дорогой. На второе место в плане электроснабжения можно поставить ветроэнергетику, которая позволяет при решении проблемы аккумулирования энергии покрыть 5-10 процентов потребности для случая проекта «Усадьба ХХI». Представляет интерес кооперация этих двух видов малой энергетики.
Программные проекты
В лаборатории терморегулирования разработаны энергосберегающие технологии и оборудование. Их количество – 41. Это – база для реализации проекта «Усадьба ХХI». В его основе – энергоэкономичный коттедж с минимальным потреблением топливно-энергетических ресурсов. В целом в рамках общей программы разрабатываются такие проекты: энергоэкономичный коттедж, энергосберегающее жилище («Усадьба ХХI»), энергосберегающая реставрация жилого фонда, энергорациональное поселение.
Базовый элемент проекта «Усадьба ХХI» – энергоэкономичный коттедж. Для него предусмотрено следующее: оптимальная теплоизоляция стен, потолков, окон, дверей и др., аккумулирование тепловой энергии, рекуперация тепла водяных и вентиляционных выбросов, регулирование, контроль и перераспределение поступления и потребления энергии во времени и др.
Энергосберегающее жилище дополнительно к энергоэкономичным элементам коттеджа содержит элементы альтернативной энергетики и рефрижераторные технологии: солнечные коллекторы для подогрева воздуха и воды; тепловые насосы, а также рефрижераторные технологии, использующие естественный холод; летник; кухонный холодильник и др.
Энергорациональное поселение – комбинация энергоэкономичных зданий. Здесь важно обратить внимание на объединенных потребителей энергии от малых ветро- и гидроэнергетических установок, теплоаккумулирующие системы общего пользования, общую сервисную службу.
Энергосберегающие мероприятия при реставрации старых зданий включают оптимальную систему обогрева бытовых и офисных помещений, внутреннюю теплоизоляцию, энергоэкономичную модернизацию внутреннего пространства помещений, теплозащиту окон, дверей и проч.
Все тепловые задачи оптимизированы без применения чрезвычайно дорогих новшеств. Такой подход позволил снизить затраты на реализацию проектов в несколько раз и достичь окупаемости дополнительных затрат в течение 2,5 лет.
Подготовил Дмитрий ЖУКОВ
Строительство и недвижимость. Статья была опубликована в номере 28 за 2010 год в рубрике мат. и тех.
