Здания с низким потреблением энергии

В настоящее время проектируются дома с отличной тепловой изо- ляцией, снабженные оборудованием для использования солнечного из- лучения, теплоты сбросной бытовой воды и вентиляционного воздуха, в том числе с использованием теплового насоса. Все это уменьшает до минимума потребление энергии для нагревания бытовой воды и ото- пления. О таких домах говорят, как о домах с нулевой потребностью в энергии.

Например, в Дании был построен дом с двумя жилыми секциями площадью каждая 60 м ², между которыми размещается атриум площа- дью 70 м ². Атриум не отапливается (только защищен от воздействия ветра и дождя) и может быть использован во время большей части года как дополнительное жилое пространство. На крыше атриума располо- жены солнечные коллекторы площадью 42 м ², которые соединены тру- бами с хорошо изолированной емкостью объемом 30000 л, рас- положенной в земле вне атриума. Стены дома выполнены из специаль- ных панелей с тепловой изоляцией из слоя минеральной ваты толщиной 30 см и коэффициентом теплопередачи            k 0,13 Вт/(м ²·К). Потолок и пол изолированы слоем минеральной ваты толщиной 40 см. Двойные окна (коэффициент теплопередачи k = 3,1 Вт/(м ²·К)) площадью 20 м ² в ночное время закрываются специальными ставнями так что коэффици- ент теплопередачи в это время снижается до 0,40 Вт/(м ²·К). Окна и сты- ки панелей должны быть воздухонепроницаемы: в соответствии с про- ектом принимается, что воздухопроницаемость стыков и швов будет не более 0,1 м      ³/(ч·м). Максимальное значение общей воздухо- проницаемости принимается 7,5 м ³/ч, т. е. при общем объеме 300 м                      ³ воздухообмен за счет неплотностей составляет 0,66 1/ч.

Подача свежего воздуха обеспечивается самостоятельно регули-

руемой вентиляционной системой производительностью 200 м ³/ч, кото- рая гарантирует воздухообмен 0,66 1/ч. Дом отапливается радиаторами, через которые протекает вода, нагретая за счет солнечного излучения.

Радиаторы снабжены индивидуальными регуляторами. Циркуляция во- ды в системе происходит только днем. Оборудование запроектировано таким образом, чтобы при нормальных климатических условиях оно обеспечивало полную потребность в теплоте для отопления и получения горячей бытовой воды. В среднем за отопительный сезон (приблизи- тельно 200 дней) оборудование может аккумулировать 7,3 МВт·ч; 30 % расходуется на отопление (2,2 МВт·ч), 30 % – на приготовление горячей бытовой воды (2,2 МВт·ч) и 40 % — на теплопотери системой и акку- мулирующей емкостью (2,9 МВт·ч).

Другой экспериментальный дом с использованием солнечной энер- гии для отопления был построен в Швеции. Это индивидуальный дере- вянный дом с обычной планировкой и обычными ограждающими кон- струкциями, только с улучшенной тепловой изоляцией. Дом построен таким образом, чтобы за счет солнечного излучения, проходящего через окна на южном фасаде, была достигунта максимальная экономия энер- гии на отопление.

Для наружных панелей была принята тепловая изоляция из мине- ральной ваты толщиной 19 см (коэффициент теплопередачи

k = 0,23 Bт/(м²·°К)), конструкция кровли имела тепловую изоляцию толщиной 30 см (коэффициент теплопередачи k 0,19 Вт/(м ²·°К)). Ко-

эффициент теплопередачи пола был k 0,19 Вт/(м²·°К). Окна на южном фасаде общей площадью 18 м ² не открываются, имеют остекление из четырех стекол и коэффициент теплопередачи 1,5 Вт/(м²·°К). Остальные окна с тройным остеклением имеют коэффициент теплопередачи

2,0 Вт/(м²·°К) и открываются.

Дом имеет электрическое отопление, которое автоматически от- ключается, если под воздействием солнечного излучения температура воздуха в помещении возрастает выше установленного уровня. Расчет- ная годовая потребность теплоты экспериментального дома составляет 16,3 МВт·ч: на электрическое отопление в промежутке сентябрь–май приходится 6,9 МВт·ч, на получение теплоты от бытовых источников (люди, приборы электрические и т. д.) 3,3 МВт·ч, теплоты от солнечно- го излучения 6,1 МВт·ч, т. е. 37 % всей потребности.

Другой дом с низким потреблением энергии на отопление, исполь- зующий солнечную радиацию, был построен в Швейцарии (в Альпах). Этот экспериментальный объект состоит из двух квартир жилой площа- дью 200 м², из двух квартир жилой площадью 150 м ² и одной квартиры жилой площадью 100 м ². Площадь солнечного коллектора равна 100 м. Аккумулирующая емкость имеет объем 225000 л. Коэффициент тепло- передачи наружных стен равен: k 0,45 Вт/(м²·К). Потребление теплоты на отопление и приготовление горячей бытовой воды для всего объек- та – 60,8 МВт·ч/г. За отопительный период: 41,1 МВт·ч для отопления и 19,7 МВт·ч для нагревания бытовой воды. Из всей потребляемой энер- гии на солнечную приходится 43,5 МВт·ч, т. е.           72 %, на электриче- скую – 17,3 МВт·ч, т. е. 28 %.

Комплексное оборудование для использования солнечного излуче- ния и сбросной теплоты с применением теплового насоса имеет также экспериментальный дом фирмы Philips (Филипс) (рис. 5.2.2).

Он оборудован солнечными коллекторами. Тепловой насос получа- ет теплоту хозяйственной воды, собранной в емкости, и из испарителя

длиной 400 м, выполненного из пластмассы. Испаритель расположен в земле на глубине 1 м. Теплота от сбросной воды и грунта подается в на- копительную емкость бытовой воды. Энергия солнечного излучения ак- кумулируется в накопительной емкости, откуда поступает для отопле- ния дома. Потребность в теплоте для этого экспериментального дома приведена в табл. 5.2.1, там же приведена потребность в теплоте для средне- и хорошо изолированных домов.

Рис. 5.2.2. Схематическое изображение устройства для использования солнечного излучения, сбросной теплоты бытовой воды и вентиляционного

воздуха в комбинации с тепловым насосом

1 – оборудование для регулирования; 2 – рекуператор; 3 – тепловой насос; 4 – емкость; 5 – накопительная емкость; 6 – теплообменник; 7 – емкость;

8 – подвод воды; 9 – отвод воды; 10 и 11 – свежий воздух; 12 – удаление вентиляционного воздуха: 13 – солнечный коллектор; 14 – испаритель теплового насоса в земле (площадь 139 м²)

Тепловые насосы