Экономическая выгода

Экономическая выгода нулевого дома была не столь очевидна в прошлые времена экономического благополучия, низких цен на энергоносители и их доступности. В будущем стоимость энергии будет постоянно расти, а доступность энергоносителей и инфраструктуры снижаться. Причина подобных тенденций - серьёзный структурный кризис российской энергетики, последствия которого начинают ощущаться уже сейчас.

Наибольшая экономия в нулевом доме достигается на отоплении - первоначальные затраты на отопление могут быть снижены в 10 раз. Если же в доме установлена «умная» система контроля энергосистемы, то затраты на отопление и энергоснабжение могут быть снижены еще более значительно. Средняя стоимость окупаемости инженерных систем умного дома укладывается в диапазоне 5-7 лет при постоянных ценах на энергоносители.

Строительство Нулевого дома площадью 200 м², в условиях доступности сетевой энергетической инфраструктуры, с условием внедрения всех возможных энергоэффективных решений, обходится в среднем на 30% дороже сооружения аналогичного по площади традиционного загородного дома, однако за счёт принципиального снижения расходов на электроснабжение и тепло эти затраты окупаются в течение 5-8 лет. В последующем суммарные расходы на строительство и энергообеспечение нулевого дома меньше тех же расходов на традиционный, что позволяет получать заказчику существенный экономический эффект.

В условиях недоступности сетевой инфраструктуры капитальные затраты окупаются еще быстрее. В этом случае решения по автономному электроснабжению уже сегодня конкурентоспособны по уровню капитальных затрат с традиционным сетевым электроснабжением. Установившие такие системы (ветрогенераторы малой мощности, солнечные батареи) домохозяйства начинают выигрывать, за счёт сокращения выплат за электроэнергию.

Возможности теплоснабжения.

Тепловой насос

Тепловой насос (ТНУ) – установка, преобразующая низкопотенциальное тепло грунта, водоемов или воздуха в тепло для системы отопления и горячего водоснабжения. ТНУ обладает высоким, в сравнении с другими системами теплоснабжения, коэффициентом эффективности.

Такая установка не только отапливает помещения и обеспечивает нужды горячего водоснабжения (ГВС), но и способна охлаждать дом в летнее время. Принцип действия теплового насоса заключается в следующем: теплоноситель, циркулируя во внешнем контуре установки (для установки грунтового типа это могут быть заложенные в скважину тонкие трубы либо расположенный петлями на глубине нескольких метров от поверхности контур), «снимает» низкопотенциальное тепло. Нагреваясь всего на несколько градусов, он попадает в теплообменник и передает тепло во второй контур, в котором также циркулирует теплоноситель. Во втором контуре, теплоноситель с тем количеством теплоты, переданным от теплоносителя из внешнего контура, проходит через компрессор, который создает давление. В результате повышения давления его температура при том же объеме увеличивается в разы, благодаря чему в следующем за компрессором конденсаторе теплоноситель способен передать воде из внутреннего контура, то есть контура отопления и горячего водоснабжения, необходимую тепловую энергию. На рисунке ниже представлена структурная схема ТНУ.

1 – конденсатор, 2 – дроссель, 3 – испаритель, 4 – компрессор

Итак, для работы теплового насоса необходимо определенное количество электроэнергии для снабжения ею компрессора и насосов в контурах. Таким образом, в зависимости от типа ТНУ соотношение между затраченной электрической энергией и выдаваемой тепловой энергией, называемое коэффициентом эффективности, составляет 3 и выше.

По виду теплоносителя во внешнем и внутреннем контурах ТНУ делят на шесть типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух». Выбор конкретного типа ТНУ осуществляется в зависимости от климатических условий и условий использования установки.

• Тепловой насос экономичен, так как при потреблении 1 кВт электроэнергии выдает от 3 до 5 кВт тепловой энергии
• Тепловой насос работает как на обогрев и обеспечение ГВС, так и в качестве кондиционера
• Тепловой насос надёжен, его работой управляет автоматика, при помощи которой осуществляется контроль и регулирование температуры в обогреваемых помещениях
• Тепловой насос компактен и практически бесшумен
• Особенно удобен тепловой насос в сочетании с системой теплый пол и при применении теплового аккумулятора (например, бойлер), запасающего и перераспределяющего тепловую энергию в течение суток

Солнечный коллектор

Солнечный коллектор – установка, использующая энергию солнечной радиации для нужд отопления и горячего водоснабжения. Различают несколько типов солнечных коллекторов: плоские, с концентраторами, промышленные, вакуумные и комбинированные. Для использования солнечного коллектора в условиях отрицательных температур перспективным является вакуумный коллектор, имеющий наиболее высокий КПД.

Поглощает радиацию в солнечном коллекторе специальная поверхность, соединенная с медными трубками, по которым циркулирует теплоноситель. Теплоноситель, проходя по всей площади коллектора, нагревается и попадает в резервуар, где отдает тепло через теплообменник в бак - аккумулятор тепла. Коллекторы и трубопроводы имеют хорошую теплоизоляцию, уменьшающие потери энергии.

Вся описанная выше конструкция из трубок и поглощающей поверхности находится в стеклянных вакуумированных трубках. Стекло, из которого выполнены трубки, обладает высокой степенью химической стойкости, теплостойкости и ударной прочности.

Внутренняя труба с нанесенным покрытием закрывается с одного конца и запечатывается с другого конца наружной трубы. В кольцеобразном пространстве между внутренней и наружной трубами создается вакуум для эффективного уменьшения потери тепла.

• Солнечный коллектор способен полностью покрыть нужды горячего водоснабжения в летнее время и разгрузить установки для обогрева дома и обеспечения ГВС в зимнее время
• Солнечный коллектор экологичен

Количество и температура нагретой воды за один день зависят от многих факторов: высоты солнца над горизонтом, степени ясности дня, температуры воздуха, температуры холодной воды, количества потребляемой горячей воды, конфигурации системы и т.д.

Поэтому перед установкой солнечных коллекторов нужно проводить анализ возможного потребления горячей воды и тепла и расположения объекта. Солнечные коллекторы - наиболее эффективное решение для районов с максимальным количеством солнечных дней в году и высотой солнца над горизонтом.

Вихревой термогенератор

Вихревой термогенератор - инновационное устройство, предназначенное для преобразования электрической энергии в тепловую, без использования нагревательных элементов.

Термогенератор состоит из вихревого энергопреобразователя (вихревой трубы), жидкостного насоса с приводом от электродвигателя или от двигателя внутреннего сгорания и блока управления. При многократной циркуляции ограниченного объема жидкости по контуру насос - вихревой энергопреобразователь ее температура может повышаться до 120–140 °С.

Принцип действия термовихря основан на прокачивании жидкого теплоносителя через термогенерирующее устройство. В термогенераторе происходит преобразование кинетической энергии движения жидкости в тепловую энергию за счет процессов возникающих в вихревых потоках. В качестве теплоносителя могут быть использованы масла, незамерзающие жидкости, вода без специальной водоподготовки.

Термогенератор представляет собой цельнометаллическую конструкцию, сваренную из стандартных стальных труб и жестко закрепленную на электронасосе. Так как термогенератор полностью статичен, т.е. в нем нет не одной подвижной детали, а движется только жидкость прокачиваемая через него, он является практически «вечным» по надежности устройством. Уникальная конструкция позволяет подключать к термогенератору как существующие системы отопления, так и вновь создаваемые. Имеется возможность применения воздушных калориферов, что позволяет быстро создавать требуемый температурный режим в локальной рабочей зоне, устанавливать воздушные завесы, отапливать помещения. При необходимости, термогенератор комплектуется теплоизолированным бойлером, что позволяет не только отапливать помещения большего объема и дополнительно экономить электроэнергию, а так же позволяет постоянно иметь в наличии горячую воду. Возможна работа термогенератора только на систему горячего водоснабжения.

• Вихревой термогенератор экологически, взрыво- и пожаробезопасен. При этом полностью отсутствует возможность контакта теплоносителя с электричеством.
• Вихревой генератор отличает высокая надёжность и простота монтажа и обслуживания
• КПД вихревого термогенератора близок к 100%, а время работы в сутки не превышает 6-8 часов зимой и 3-4 часов летом, что позволяет добиться существенного снижения расходов на электроэнергию по сравнению с традиционными отопительными системами (электроконвекторами и котлами).

Термовихревой генератор - наиболее эффективное решение системы теплоснабжения при отсутствии централизованного газоснабжения и достаточном качестве сетевой электроэнергии. Благодаря наличию широкой линейки термовихревых генераторов, они могут использоваться как для отопления небольших коттеджей (мощность от 3 кВт), так и для промышленных предприятий и многоквартирных домов (мощность до 90 кВт).

Кроме того он может использоваться для нагрева бассейнов и технологического нагрева жидкостей на производстве (например, гальванические ванны).

Средняя цена установленного 1 кВт тепловой мощности составляет 10000 р

Твердотопливные котлы

Твердотопливные водогрейные котлы работают исключительно на древесных топливных гранулах (пеллетах). Пеллеты изготавливаются из древесных стружек, древесных опилок и прочих остатков от деревообрабатывающей промышленности. В топочной камере гранульного котла снимается примерно 30 % мощности, а в конвективной примерно 70 % мощности. По эффективности такие котлы сравнимы с газовыми котлами. Выпускаются также и адаптированные для сжигания гранул универсальные водогрейные котлы (котлы "утилизаторы") с КПД менее 80 %, работающие как на пеллетах, так и на обычных дровах, мусоре, листьях, прессованной соломе. КПД котлов-утилизаторов невысок в связи с тем, что сжигаются различные виды топлива.

Некоторые модели котлов могут быть оснащены дополнительным контуром ГВС (горячего водоснабжения). Котлы на пеллетах не требуют специального обслуживания. Чистка золы осуществляется, как правило, 1 раз в месяц. Срок службы котлов - от 20 лет. Наиболее существенным недостатком твердотопливных котлов является потребность в дополнительном помещении и оборудовании для хранения запаса топлива и обеспечения его загрузки в котел.

Преимущества пеллетных котлов:

• экономичность
• достаточно низкая стоимость топлива
• значительный срок службы

Недостаток – отсутствие дешевого предложения пеллет в России

Возможности электроснабжения

Ветрогенераторы малой мощности

Индивидуальные ветроустановки малой мощности способны обеспечить автономного потребителя необходимым количеством электроэнергии. Мощность таких ветроустановок, как правило, не превышает 5-10 кВт. Средний диапазон скоростей ветра для выдачи мощности у таких ветрогенераторов находится в пределах 5-7 м/с. Срок службы устанавливаемых ветроустановок варьируется от 20 до 30 лет.

Ветроустановка конструктивно состоит из следующих элементов:

1. ротор, или ветротурбина

2. генератор (синхронный трехфазный с возбуждением от постоянных магнитов)

3. мачта с растяжками

4. контроллер заряда аккумуляторов

5. аккумулятор

6. инвертор (преобразует постоянное напряжение 24 В в переменное 220 В)

На рисунке ниже представлена принципиальная схема электроснабжения:

Аккумулятор является необходимым элементом системы, являясь накопителем и перераспределителем энергии, что обеспечивает надежность электроснабжения. Контроллер необходим для управления поворотом лопастей, заряда аккумуляторов, выполняет защитные функции. Инвертор преобразует ток из постоянного в переменный, стабилизирует выходящее напряжение. Благодаря этим компонентам, обеспечивается надежное электроснабжение как порывистом ветре, так и в безветренную погоду.

Во многих моделях ветроустановок предусмотрена ориентация угла установки лопастей для увеличения выдаваемой мощности, а также защита от сильного ветра (перевод ветроколеса во флюгерное положение).

ВЭУ выбирается на основе энергопотребления в расчетном периоде и среднегодовой скорости ветра в районе сооружения ВЭУ с учетом потерь в кабеле, инверторе и аккумуляторных батарей.

Преимущества ветроустановок:

• простота в обслуживании
• экономичность (окупаемость – 4 года при сроке службы от 20 лет)
• экологичность
• не требуют существенных площадей для установки (возможно сооружение на крыше)
• автономность работы
• малая шумность или полная бесшумность работы
• значительный срок службы

Солнечные модули

Солнечные фотоэлектрические установки (СФЭУ) – установки, предназначенные для преобразования поступающей солнечной радиации в электричество.

Многие не знают, что Альберт Эйнштейн в свое время получил Нобелевскую премию не за создание теории относительности, а именно за открытие явления фотоэффекта. Преобразование энергии в фотоэлектрических преобразователях (ФЭП) основано именно на этом эффекте, который возникает в неоднородных полупроводниках при воздействии на них солнечного излучения.

Для увеличения КПД солнечных электростанций применяют системы автоматического слежения за солнцем (трэкеры). Такие установки дороги и сложны в установке, поэтому их применение не оправдано при энергоснабжении нулевых и энергоэффективных домов.Наибольшей эффективности работы фотоэлектрических панелей можно добиться только при их установке перпендикулярно падающим солнечным лучам. Наиболее простым и достаточно эффективным способом расположения фотоэлектрических панелей является их установка на крышах домов. Идеальным вариантом является скат крыши направленный на юг с углом наклона к горизонту равным широте расположения дома.

Ежедневно в ясную погоду на Землю поступает 1000 Вт/м2 солнечной энергии, современные модели СФЭУ преобразуют 15% этой энергии, т.е. 150 Вт с квадратного метра солнечной панели, что в системе с аккумуляторами способно частично покрыть нужды автономного потребителя. Правильно подобранное в зависимости от климатических особенностей и потребностей в электроэнергии количество модулей гарантирует экономичность и надежность такой системы. Срок службы СФЭУ находится в диапазоне от 15 до 25 лет.

Преимущества СФЭУ:

• экологичность
• простота в обслуживании
• автономность работы
• отсутствие движущихся частей – бесшумность работы
• значительный срок службы

Гибридные системы

При отсутствии централизованного энергоснабжения выбор потребителя зачастую падает на дизель-генераторы. Однако подобные установки шумны, неэкологичны и, несмотря на относительно невысокую стоимость оборудования, требуют значительных затрат на эксплуатацию. Причем стоимость топлива для работы дизель-генераторов увеличивается пропорционально удаленности объекта электроснабжения от центральной энергосистемы. В среднем, стоимость электроэнергии, получаемой при помощи дизель-генераторов, составляет около 15 руб/кВт∙ч.

График нагрузки автономного потребителя, как правило, резко неравномерен, то есть существуют спады потребления в утреннее время суток и значительно превышающие среднее значение потребления пики. В то же время дизель-генераторы предназначены для постоянной работы, а регулярные отключения-выключения и изменения выдаваемой мощности установки значительно уменьшают срок ее службы.

Оптимальной является работа дизель-генератора в качестве резерва в комбинированной системе электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии. Таким образом, ветроустановка (или СФЭУ) работает при наличии ветра (ясной погоды), заряжая аккумуляторы или выдавая мощность потребителю. Как только ветроустановка (СФЭУ) перестает выдавать необходимую мощность, включается дизель-генератор и восполняет недостаток. Такая схема электроснабжения имеет ряд преимуществ:

• экономия топлива
• надежность системы электроснабжения
• экологичность
• бесшумность (дизель-генератор включается в то время, когда Вам это удобно и работает незначительное время)

Системы бесперебойного питания

Система бесперебойного электроснабжения включает, как правило, один или несколько источников на основе возобновляемых источников энергии и, например, дизельный генератор. В независимости от состава источников, бесперебойное электроснабжение обеспечивается системой аккумуляторных батарей, инвертора, зарядного устройства, стабилизатора напряжения и контроллера заряда-разряда батарей. Современные инверторы, как правило, объединяют в себе три последние функции. Таким образом, инверторы необходимы для преобразования постоянного тока, например от СФЭУ 12В, в переменный 220В, 50 Гц, контроля заряда-разряда аккумуляторных батарей, переключения автономного потребителя в случае нехватки энергии от аккумуляторных батарей на питание от дизельного генератора. В подобной системе используются аккумуляторные батареи емкостью 200 и более А•ч, удовлетворяющие всем требованиям безопасности. Обычно это гелевые батареи - герметичные, экологичные, с низким саморазрядом и неопасные для человека аккумуляторы, имеющие срок службы от 10 лет.

При низком качестве электроэнергии в сети (искажениях и отключениях, отрицательно влияющих на работу электроприборов) также возникает необходимость установки систем бесперебойного питания.

Системы бесперебойного/автономного питания необходимы:

• для автоматического контроля генераторов
• для увеличения мощности при слабых сетях
• для повышения качества электроэнергии в сети
• для возможности автономного функционирования всей энергосистемы дома

Энергосбережение

Система рекуперации тепла

Система вентиляции с рекуперацией тепла позволяет обеспечить помещение чистым воздухом с комфортной температурой, уменьшая тем самым нагрузку на системы отопления. Конструкция установки представлена на рисунке ниже:

Работа установки реализуется следующим образом: «отработанный» теплый воздух из помещения по системе воздуховодов попадает в теплообменник, в котором нагревает свежий холодный воздух с улицы, поступающий далее уже с более комфортной температурой в помещение. Показанная на рисунке система является активной, так как в работе рекуператора используется насос и теплообменник. Также существует пассивная система вентиляции с рекуперацией тепла, использующая естественные токи теплого и холодного воздуха. Для этого в грунте прокладывается система воздуховодов, имеющая выход «на воздух». Поскольку температура грунта не меняется в течение года, а температура «на улице» колеблется от отрицательных до положительных значений, создается разница температур. Зимой холодный воздух, проникая в систему вентиляции, нагревается, проходя по подземным воздуховодам и обмениваясь теплом в теплообменнике с встречным «отработанным» воздухом. Летом температура воздуха с улицы выше температуры земли, и чистый теплый воздух, проходя через теплообменник и систему подземных воздуховодов, охлаждается, и в помещение поступает чистый прохладный воздух.

Дополнительный нагрев воздуха осуществляется с помощью выбранной системы отопления – теплового насоса, солнечного коллектора, термовихревой установки или других нагревателей. Система требует специальных планировочных и инженерных решений, поэтому может быть интегрирована в систему теплоснабжения только на стадии проектирования и последующего строительства нулевого или энергоэффективного дома.

Система рекуперации - один из ключевых энергосберегающих элементов нулевого дома и её внедрение позволяет существенно повысить качество воздуха по санитарным показателям и показателям влажности.

Система умный дом

Для тех, кто стремится кардинально уменьшить свое энергопотребление и использовать современные инновационные подходы для управления инженерными системами дома и электроприборами мы предлагаем воспользоваться системой «умный дом». «Умный дом» – электронная система контроля за энергосистемой дома. Эта система, объединяющая осветительную нагрузку, систему теплоснабжения, систему электроснабжения, систему безопасности, позволяет не только полностью контролировать энергопотребление дома, но и обеспечивать безопасное функционирование всего дома. Система обеспечивает экономное использование энергии в соответствии с заданными параметрами, а также позволяет в случае необходимости минимизировать энергопотребление путем включения спящего режима. С помощью данной системы возможно самостоятельно установить необходимые климатические параметры в любом помещении дома (температуру и влажность). При отсутствии людей, в доме поддерживает внутренний микроклимат в заданном режиме. Система контроля имеет визуальную панель управления. Имеется возможность управления умной системой дома с мобильного телефона или через интернет.

Результаты применения системы Умный дом:

• экономия электроэнергии
• поддержание комфортного микроклимата в доме
• безопасность собственного дома

Энергосберегающие системы освещения

Осветительная нагрузка, по статистике, составляет около 30% от общего энергопотребления в доме. Снижение уровня потребления электроэнергии в системах освещения позволит существенно экономить на платежах за электроэнергию. Достигнуть этого можно с использованием современных энергосберегающих систем освещения, например, светодиодных ламп.

Энергосберегающие окна

Обязательный элемент пассивного дома - окна с высоким тепловым сопротивлением R0 не менее 1,2 (м2^оC)/Вт. Таким требованиям отвечают следующие технические решения:

· стеклопакет в окне с тройным остеклением и с наполнением стеклопакета инертным газом;

· стекла в окне должны иметь низкоэмиссионное покрытие с внутренних сторон межстекольного пространства, снижающее теплообмен внутри стеклопакета;

· профиль окна должен иметь высокое тепловое сопротивление. Таким требованиям отвечает часть профилей ПХВ, специально обработанные деревянные профили;

· при установке оконного блока должна быть обеспечена герметичность стыка с конструктивными элементами здания. Элементы крепления оконного блока не должны создавать тепловых мостов;

· при установке окна используются вспомогательные материалы для монтажа окон без тепловых мостов и материалы, обеспечивающие герметичность.

Smart Energy Glass – умные окна с фотоэлектрическим покрытием

Голландская компания Peer+ предлагает оконные стекла с фотоэлектрическим покрытием Smart Energy Glass (SEG), которые способны менять уровень своей прозрачности и аккумулировать солнечную энергию. Разработчики предусмотрели 3 предустановленных уровня работы окон: яркий, средний и темный; больше всего энергии аккумулируется в последнем режиме работы.

Собранное электричество расходуется на функционирование окон, избыток энергии можно перенаправить на комнатное освещение или систему кондиционирования воздуха. Клиенты смогут выбирать цвет тонировки стекла и наносить на него собственный логотип.

В настоящее время Peer+ занимается оформлением патента и обещает в ближайшее время начать принимать заказы.

Энергосберегающие решения: электрохромные окна

Изобретение Американской Национальной лаборатории по возобновляемой энергии (National Renewable Energy Laboratory, NREL) – электрохромные окна, меняющие свои оптические свойства для регулирования внутренней температуры помещений и освещения, – позволяет снизить затраты на освещение, обогрев и кондиционирование дома.

По расчетам NREL, в США повсеместная установка новой разработки потенциально сэкономит восьмую часть всей расходуемой зданиями энергии в течение года. Стекло площадью 140 м² нуждается менее чем в 75 Вт. Благодаря регулированию микроклимата через окна внутренние системы нагрева, охлаждения и освещения могут быть менее мощными. Как показало компьютерное моделирование, энергопотребление на охлаждение снижается на 49%, пиковый расход мощности падает на 16%.

Основной проблемой использования динамических окон, принцип действия которых был изобретен в 1980-х гг., является высокая стоимость стекла – до 1000 долл. за 1 м². Новая разработка лаборатории – Sage Electrochromics – позволит в течение 5 лет вместе с усовершенствованием технологии и налаживанием производства снизить стоимость динамических окон на 70%.

Изолирующие свет окна изготавливаются из нескольких слоев стекла, пространство между ними заполняется газом. В электрохромных окнах очень тонкий ряд динамических материалов расположен на внешней панели. Это три слоя: активный электрод и противоэлектрод (никель и оксиды вольфрама), разделенные ионным проводником (литий). Цвет меняется, когда прикладывается небольшое электрическое поле и ионы лития перемещаются в рабочие слои электродов. Процесс может быть инициирован сенсорами или ручным переключателем. Способность такого окна блокировать свет достигает 98% прямых лучей. Изменение полярности напряжения вызывает миграцию ионов обратно в свой слой, и стекло вновь становится прозрачным.

Энергосберегающие двери

Внешние двери должны быть теплоизолированы. При входе в дом должен быть тепловой тамбур и вторая дверь. Требования к уплотнению притвора дверей и стыка дверной коробки с конструктивными элементами здания такие же, как для окон.
Пример конструктивного исполнения дверного полотна для пассивного дома:Дверное полотно состоит из теплоизоляционного слоя из пробки толщиной 64 мм. Этот слой обшит с двух сторон березовой фанерой толщиной 12 мм. В теплоизоляционном слое расположены поперечные прокладки из фанеры через каждые 25 см. Площадь прокладок из фанеры составляет только 5% от общей площади, их толщина составляет 12,5 мм. Наружный слой состоит из шпона толщиной 1,4 мм, фанеры из бука толщиной 4 мм и алюминиевой пластины толщиной 1,2 мм в качестве паронепроницаемого слоя, приклеенной с помощью фенольного клея. Общая толщина двери составляет 100 мм.

Водоснабжение

В пассивных домах часто используют альтернативные источники холодного и горячего водоснабжения: дождевая вода, снег, биологическая система очистки канализационных вод. Для этого обычно используют тепловые насосы, а также солнечные водонагреватели.

1. Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой, Термодинамически тепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину. Такие системы могут отбирать тепло:

a. из воздуха, в жарких странах как правило это кондиционеры, а в холодных, отопители.

b. Из горных пород. Таким образом речь идет о том что температура грунта на глубине нескольких метров не меняется в течении года, что делает такие установки независимыми от погоды. По данным на 2006 год в Финляндии таких установок уже 50 тыс, в Норвегии 70 тыс. В таких системах производят бурение на глубину скальных пород 100-200 метров (срок окупаемости 10-15лет).

c. Из грунта. В землю зарывают на глубину 30-50см ниже уровня промерзания грунта региона. Здесь уже не требуется бурение но нужны обширные площади для такой системы. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода в год, в глине 50-60 кВт*ч в песке,30-40 кВт*ч для умеренных широт, на севере цифры меньше.

d. Из водоема. При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоёма контур укладывается на дно. Глубина не менее 2 метров. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода — 30 Вт.

2. Солнечный водонагреватель — разновидность солнечного коллектора. Предназначен для производства горячей воды путём поглощения солнечного излучения, преобразования его в тепло, аккумуляции и передачи потребителю. Солнечные водонагреватели могут быть активного или пассивного типов. Активная система использует электрический насос для циркуляции жидкости через коллектор; пассивная система не имеет насоса и полагается только на естественную циркуляцию. Есть экспериментальные образцы, где перекачка теплоносителя производится стирлинг-насосом, получающем энергию от солнца.[5]

Комплекс систем по эффективному использованию водоснабжение, электроэнергии и тепловой энергии позволяют достигать максимального снижения (10% от обычного) потребления энергии и в будущем достигнет полного само обеспечения.

Китай: Самый высокий «нулевой небоскреб» в мире

В 2010 году в городе Гуанчжоу (Китай) был завершен проект самого большого «нулевого дома» в мире. Башня под названием «Жемчужная река» высотой 310 м разработана инженерами из Чикаго и вмещает в себя самые последние экологические разработки.

Здание активно использует энергию ветра – на двух технических этажах установлены вертикальные ветряные турбины. Воздух к ним поступает через специальные отверстия в фасаде здания. Сам фасад сооружения покрыт фотоэлектрическими панелями, которые не только поглощают энергию солнца, но и предотвращают перегрев небоскреба. Специальная конструкция полов, под которыми течет холодная вода, обеспечивает кондиционирование воздуха. Автоматические жалюзи постройки самостоятельно меняют свой угол, создавая оптимальный уровень освещения весь день. На крыше башни расположены коллекторы для сбора и очистки дождевой воды.

Уникальная форма здания обеспечивает не только полную сейсмическую устойчивость, но и служит украшением ландшафта – небоскреб выглядит как гигантский парус или застывшая морская волна.

Мобильный эко-дом на солнечных батареях

В ответ на многочисленные запросы индустрии отдыха и развлечений в местах нетронутой природы, компанией Cimini Architettura было создано мобильное эко-жилье на солнечных батареях. Оно состоит из небольшой хижины и может быть доставлено на вершину гор с помощью вертолета и установлено на трубчатую основу с минимальным ущербом для окружающей среды.

Простой дизайн включает в себя одну комнату с шестью кроватями, ванную комнату, фойе и жилое пространство. Одно огромное окно, через которое можно наслаждаться захватывающими дух ландшафтами, также позволяет проникать в дом солнечному теплу. Когда солнце садится, термальная занавеска позволяет оставаться теплу внутри.

Энергонезависимость хижины поддерживает солнечная установка мощностью 4 КВт, установленная на стенах, чтобы избежать попадания снега. Солнечные панели обеспечивают жильцов необходимым количеством электричества, но дизайнеры также усилили обогрев посредством системы подогрева полов. Кроме того, солнечная установка расплавляет снег и растаявшая вода поставляется в хижину для внутренних нужд. Вся техника внутри также приводится в действие солнечным электричеством.

Для экстренных случаев предусмотрена система обогрева и питания с помощью биотоплива.

РАЙОН ЭКО-ВИИККИ (ECO-VIIKKI) В ФИНЛЯНДИИ

Район Эко-Виикки (Eco-Viikki) — это новый университетский кампус и исследовательский центр биотехнологий Технологического университета в пригороде Хельсинки. История проекта такова: в 1999 году было принято решение использовать эту площадку как полигон для отработки новых эко-технологий. Власти Хельсинки и министерство окружающей среды Финляндии провели ряд конкурсов на градостроительную и архитектурную концепцию. В процессе исследований и конкурсов были сформулированы экологические критерии для возводимых на участке зданий, получившие сокращенное название PIMWAG. Эти критерии касались не только энергоэффективности, они охватывали широкий спектр вопросов: применение экологически чистых строительных материалов, сведение к минимуму количества отходов и т. д.

Позднее 18 экологических критериев были распределены на пять групп: снижение загрязнения окружающей среды, рациональное использование природных ресурсов, здоровье и благополучие жителей, биодиверсификация, качество природной среды. На основе этих критериев для проекта были разработаны собственные экологические стандарты — определены усредненные показатели и разработана система оценки, когда по каждому из критериев зданию начислялось определенное количество баллов. Реализация и финансирование проекта велись с участием государства в рамках правительственных экопрограмм.

В итоге несколько девелоперов получили разрешение на застройку территории площадью 23 га в виде 14 оригинальных кварталов, каждый со своим типом зданий. Часть района представляет собой трех- и четырехэтажные дома с квартирами. Другая часть — это двухэтажные блокированные дома. Поскольку проект связан с научно-техническим центром экотехнологий, около каждого дома предусмотрены участки площадью 5–10 соток под сады и огороды. В районе много колодцев с питьевой водой и компостных ям.

Важная часть проекта «Эко-Виикки» заключается в формировании устойчивого (sustainable), гармоничного сообщества жильцов. В районе есть жилье разных типов (таунхаусы и квартиры) для людей с разным достатком. Каждая шестая квартира проекта — арендное жилье. Большое внимание при проектировании было уделено общественным пространствам, детским площадкам и т. д.

Обязательные элементы каждого дома — остекленные балконы, водосберегающая сантехника, системы для сбора дождевой воды. Большинство зданий имеют хорошо утепленные, полностью остекленные южные фасады. За счет них зимой дома освещаются и частично даже нагреваются. По условиям конкурсов у девелоперов были обременения построить несколько экспериментальных жилых и общественных зданий. Эксперименты были связаны с использованием натуральных материалов (в частности, соломы) и накопителей энергии. Район частично вырабатывает энергию сам: общая площадь солнечных батарей превышает 1400 кв. м. Солнечные батареи распределены по крышам, есть отдельные солнечные станции. При этом район присоединен к центральной тепловой сети Хельсинки.

Жилая часть часть Эко-Виикки была завершена в 2004 году. Сегодня район считается экспериментальным, задавшим новые ориентиры строительной отрасли Финляндии. В нем и сегодня идет отработка новых технологий, в уже построенных зданиях организован мониторинг различных показателей. Усредненные годовые технические показатели зданий в Эко-Виикки таковы: отопление — 120 кВ?тч/кв. м в год, электричество — 45 кВ?тч/кв. м в год, водопотребление — 145 литров на человека в день, бытовой мусор — 160 килограммов на человека в год.

ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ КВАРТАЛ BEDZED В ЛОНДОНЕ

BED ZED — это аббревиатура и уже узнаваемый в Англии бренд. BeddingtonZeroEnergyDevelopment — так называется комплекс из нескольких зданий в небольшом поселке в округе Саттон в 15 км от Лондона, в котором реализованы самые инновационные «зеленые» строительные технологии.Появился BED ZED в результате сотрудничества архитектора Билла Данстера, давно вынашивавшего планы построить такое экологичное жилье, девелоперской компании BioRegional и землевладельца PeabodyTrust.

Комплекс был закончен в 2002 году и, хотя и собрал множество архитектурных и экологических наград, во многом стал экспериментом и для его создателей, и для жильцов.Сегодня BED ZED — это 99 жилых помещений и полторы тысячи квадратных метров офисных площадей, преимущественно сдаваемых в аренду молодым инновационным компаниям, работающим в сфере архитектуры и строительства.

В проекте BEDZED множество классических «зеленых» решений. Дома хорошо утеплены, использованы трехслойные стеклопакеты и системы рекуперации энергии. Дождевая вода собирается и используется для технических нужд, мусор сортируется и перерабатывается. Приоритет в квартале отдается пешеходам и велосипедистам. Использование автомобиля сведено к минимуму. Это решение базируется на простом наблюдении: большую часть времени автомобиль в средней семье простаивает — на парковке, в гараже или в пробке. При этом он сжигает дорогой и вредный бензин, занимает место на дороге, требует обслуживания и оплаты налогов.

Симпатичные раструбы на крышах зданий – это приводы вытяжной системы вентиляции, работающие от силы ветра. Эта яркая архитектурная деталь не только позволяет издалека узнать BED ZED, но и экономит энергию. Скорость ветра на высоте крыши всегда постоянная, около 4 м/с, что обеспечивает бесперебойную работу вентиляции без электричества.

Но совсем без машины в современной Англии обойтись пока сложно. В BED ZED было найдено простое решение — был подписан договор с лизинговой компанией, которая предоставляет в пользование жителям квартала машины по определенному расписанию. Для заказа автомобиля нужно просто заранее подать заявку через сайт или по SMS. Членство в таком автоклубе обходится каждому водителю в сумму, меньшую, чем регулярные затраты на содержание собственной машины. Сам квартал находится всего в 500 метрах от железнодорожной станции.

BedZED позиционируется как проект с минимальным выбросом CO2 в атмосферу. При строительстве использовались только те материалы, которые впоследствии легко утилизировать. В проекте полностью отказались от использования невозобновляемой энергии, получаемой от сжигания нефти и газа. Тепло и электричество производит станция, где сжигаются отходы древесины. Часть горячей воды для нужд отопления и водоснабжения здесь получают от солнечных коллекторов на крышах зданий, общая площадь которых составляет 777 кв. м.

Проект получил множество архитектурных призов, был номинирован на Премию Стирлинга (StirlingPrize) в 2003 году.BioRegional, девелопер проекта, теперь планирует тиражировать опыт и модель поселения BED ZED еще в двух местах в Великобритании, а также в США и Португалии. Появилась целая программа сообществ «Одна планета». 7 независимых градостроительных проектов уже присоединились к этой программе и применяют те же принципы «устойчивого» общежития, которые реализованы в деревне под Лондоном. Муниципалитет Хэкбридж, где находится BED ZED, заявил о планах стать первым «самым устойчивым» муниципалитетом в Англии, где будут полностью реализованы планы развития эко-поселений, устойчивого транспорта и потребления местных продуктов.

здание Учебного Центра по изучению окружающей среды (Огайо, США)

проект постоянно совершенствуется - разработчики рассчитывают к 2020 году довести здание до климатической нейтральности, то есть оно не будет нуждаться во внешних источниках энергии и воды. Одной из основных концепций здания является возможность производства при помощи солнечных батарей электрической энергии, превышающей потребности самого здания. Это техническое решение позволяет зданию Центра стать экспортером энергии, но пока эта цель не достигнута. По мере развития новых технологий планируется внедрение новых энергоэффективных инженерных систем здания. Разработчики проекта надеются к 2020 году сделать климатически нейтральное здание - здание, которое не требует внешних поступлений энергии и воды.

В здании был применен ряд инновационных решений, повышающих его энергоэффективность. Это использование тепла земли для отопления и охлаждения здания, утилизация тепла вентиляционных выбросов, использование естественного освещения и другие мероприятия. По оценке проектировщиков, энергопотребление здания Центра должно составить не более 25% от энергопотребления традиционных зданий такой же площади.

Особая установка, называемая "Living Machine", включающая бактерии, растения, улиток и насекомых, обеспечивает очистку сточных вод, используя биологические процессы. При этом традиционные методы химической очистки сточных вод не применяются.

Здание Центра состоит из двух частей: двухэтажной, в которой расположены классные комнаты и двухэтажный атриум, и, соединенной с ней, постройкой, в которой расположена аудитория на 100 мест и оранжерея с установкой "Living Machine". Помимо учебного процесса, здание используется для конференций, приемов и других подобных мероприятий. На прилегающем участке расположены сады для выращивания сельскохозяйственной продукции, места отдыха и прогулок, а также размещен водоем и болота, позволяющие собирать дождевую воду для использования в целях ирригации. Планируется в дальнейшем использовать часть этой воды для водоснабжения здания.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР КОМПАНИИ ROCKWOOL В ДАНИИ

Образцом современных технологий в этом отношении является здание исследовательского Центра компании ROCKWOOL в Хедехусене (Дания). Эта компания, один из крупнейших в мире производителей каменной ваты, продемонстрировала преимущества собственных технологий энергосберегающего строительства. Здание было построено в 2000 году, проект ставил целью сократить расходы на потребление энергии по сравнению с действующими тогда нормативами почти в четыре раза. Это достигалось путём внедрения эффективной изоляции, применением трёхслойных окон и новых разработок в области вентиляции.

Здание было ориентировано так, чтобы большие окна располагались с южной стороны. Толщина каменной ваты по всей теплоизолирующей оболочке здания составляла от 25 до 50 см.

Исследовательская работа в новом Центре началась непосредственно во время строительства, что позволило внедрить ряд технических решений, усовершенствовав проект. В процессе строительства были выявлены и ликвидированы так называемые «мостики холода», которые увеличивали энергопотребление. Доработана теплоизоляция фундамента. Изменена конструкция оконных переплётов. Вентиляцией в Центре сегодня управляет компьютер («интеллектуальная система вентиляции»).

Но самое главное – в результате появились рекомендации, на основании которых сегодня строят энергоэффективные дома, позволяющие решать многие вопросы ещё на стадии проекта. Построенный Центр получил звание «Офис года – 2000» и был признан одним из самых энергоэффективных офисов в мире.Сейчас применённые там технологии стали массовыми на Западе.