Современному селу — зеленое строительство (часть 2)

Теплоизоляция оконных проемов

На окна приходится 20% теплопотерь дома. Хотя современные стеклопакеты лучше, чем старые деревянные окна, защищают дом от сквозняков и изолируют помещение от внешнего воздействия, они не идеальны.

Более прогрессивными вариантами для энергосберегающего дома являются:

- селективные стекла, они обеспечивают прохождение в помещение коротковолнового солнечного излучения, но препятствуют выходу длинноволнового теплового излучения (иногда стекла с низкоэмиссиоными покрытиями называют селективными, то есть избирательными). В наши дни используется два основных типа покрытий: К-стекло (Low-E) твердое покрытие и i-стекло (Double Low-E) — мягкое покрытие. Различие между ними заключается в коэффициенте излучательной способности, а также технологии изготовления. По сравнению с К-стеклом i-стекла менее устойчивы к абразивным воздействиям (их покрытие легче стирается), но, поскольку в современных стеклопакетах обработанная поверхность находится внутри, это не сказывается на эксплуатационных свойствах стекла.
- селективные стекла с инертным газом максимально сокращают теплопотери: теплопроводность используемого инертного газа ниже, чем воздуха, поэтому дом почти не теряет через них тепло.

Рекупация тепла

Затраты на вентиляцию современных зданий при составлении энергетических паспортов   оцениваются   примерно  в 20-40% всех затрат на отопление. Полное исключение инфильтрации воздуха через ограждающие конструкции и использование механической приточной вентиляции позволяют снизить теплопотери примерно на 1/3 от общих теплопотерь здания. В связи с этим необходим переход от неорганизованного притока наружного воздуха к организованному притоку, регулируемому с помощью специальных устройств — рекуператоров.

Рекуператором называют теплообменник, который встраивается в систему вентиляции. Принцип его работы заключается в следующем. Нагретый воздух через вентиляционные каналы выходит из комнаты, отдает свое тепло рекуператору, соприкасаясь с ним. Холодный  свежий воздух с улицы, проходя сквозь рекуператор, нагревается, и поступает в дом уже комнатной температуры. В результате домочадцы получают чистый свежий воздух, но не теряют тепло.

Согласно рейтингам, наиболее надежными и востребованными на рынке сегодня являются такие модели рекуператоров, как Prana 150 Eco Life, Maico PushPull PP 45 K, Mitsubishi Electric Lossnay VL-100EU5-E Wi-Fi, Blauberg Vento Expert A50-1 Pro.

Отопление и горячее водоснабжение

Гелиосистемы

Самый экономный и экологичный способ отапливать помещение и подогревать воду — это использовать энергию солнца. Возможно это благодаря солнечным коллекторам, установленным на крыше дома. Такие устройства легко подсоединяются к системе отопления и горячего водоснабжения дома. В этой системе может быть установлен нагревательдублер, который догревает воду до необходимой температуры в случае пасмурной погоды или недостаточной продолжительности солнечного сияния. (рис. Как это работает).

По типу теплоносителя, солнечные коллекторы подразделя ются на воздушные и жидкостные, в которых теплоносителем служит вода или иное жидкое вещество (антифриз, этиленгликоль и подобные). По конструкции, данные устройства, бывают плоские и вакуумные.

В системах отопления, как правило, используются вакуумные коллекторы, это определяется их техническими характеристиками и условиями эксплуатации.

Для того, чтобы данная система была эффективна и справлялась с выполнением поставленных задач, в том числе и в зимний период, системой предусматривается установка дублирующих источников энергии. Это может быть дополнительная система нагрева, с использованием теплоносителя, как на приведенной схеме, когда теплоноситель дополнительного контура нагревается путем использования различных видов топлива (газ, биотопливо, электричество)., включая в работу данные устройства, по мере необходимости.

Тепловые насосы

Тепловые насосы используют для отопления дома низкопотенциальное тепло окружающей среды, в т.ч. воздуха, недр и даже вторичное тепло, например от трубопровода центрального отопления. Состоят такие устройства из испарителя, конденсатора, расширительного вентиля и компрессора. Все они связаны замкнутым трубопроводом и функционируют на основе принципа Карно. Проще говоря, теплонасос подобен холодильнику, только функционирует наоборот. В Швеции, например, 70% домов отапливаются подобным образом.

Хотя тепловой насос не будет работать без электричества, это выгодное устройство, поскольку тепла он выдает в 3-7 раз больше, чем тратит электроэнергии.

Низкотемпературные системы отопления и охлаждения

Для работы с тепловыми насосами наиболее подходящими являются низкотемпературные системы отопления и охлаждения зданий. В состав низкотемпературных систем входят следующие системы поверхностного отопления и охлаждения, в которых циркулирует вода:

- системы напольного отопления и охлаждения;
- системы настенного отопления и охлаждения;
- системы потолочного отопления и охлаждения.

Достоинства указанных низкотемпературных систем поверхностного отопления или охлаждения: энергия в основном передается с помощью излучения, а не с помощью конвекции, что позволяет избежать сквозняков и распространения пыли. Кроме того, системы поверхностного отопления и охлаждения компактны, предлагают практически неограниченную свободу в отношении дизайна и отделки помещений, а также имеют оптимальное соотношение внутреннего и полезного пространства. Напольные низкотемпературные системы могут быть использованы не только при проектировании и возведении новых зданий, но и для модернизации полов существующих зданий. Для увеличения комфорта данные системы могут быть также использованы для внутреннего охлаждения. В качестве альтернативы или дополнения к системам напольного отопления или охлаждения могут использоваться системы настенного отопления и охлаждения. Среди них выделяются настенные системы «сухого» типа и настенные системы «мокрого» типа. Настенные системы «сухого» типа применяются при реконструкции  зданий и сооружений в тех случаях, когда в конструкцию перекрытия запрещено вносить изменения. Кроме существующих стен, для установки поверхностей для отопления и охлаждения могут использоваться дополнительные облегченные конструкции стен (каркасные стены). В зависимости от конструкции стены система устанавливается либо ниже уровня панельной обшивки, либо непосредственно на штукатурный слой. Настенные системы «мокрого» типа  используются в случае проведения частичной реконструкции или в случае обновления штукатурного слоя.

Системы потолочного отопления и охлаждения применяются как более комфортные и  экономные  по  сравнению с системами кондиционирования воздуха. Выделяются следующие виды систем потолочного отопления и охлаждения: подвесные потолки или потолочные панели, термоактивные строительные конструкции.

Подвесные потолки могут быть использованы для новых и для реконструируемых зданий. Отопление и охлаждение при помощи потолочных панелей осуществляются путем встраивания труб, по которым циркулирует вода.

Термоактивные строительные конструкции представляют собой  бетонные  перекрытия, в которых размещается система отопления или охлаждения. Указанное решение позволяет запасать энергию в перекрытиях при помощи коллекторов, в которых циркулирует вода.

Водоснабжение и канализация

В идеале, энергосберегающий дом должен получать воду из скважины, расположенной под жилищем. Но когда вода залегает на больших глубинах или качество ее не отвечает требованиям, от подобного решения приходится отказываться.

Бытовые стоки лучше пропускать через рекуператор и отбирать у них теплоту. Для очистки сточных вод можно использовать септик, где преобразование будет совершаться за счет анаэробных бактерий. Полученный компост является хорошим удобрением для использования на приусадебном участке.

Для экономии воды следует уменьшить объем сливаемой воды. Кроме того, можно воплотить в жизнь систему, когда вода, используемая в ванной и раковине, применяется для слива в унитазе.

Биогаз в качестве топлива

Если скапливается много органических отходов сельского хозяйства, то можно соорудить биореактор для получения биогаза. В нем биомасса благодаря анаэробным бактериям перерабатывается, в результате чего образуется биогаз, состоящий на 60% из метана, 35% — углекислого газа и на 5% из прочих примесей. После процесса очистки он может использоваться для отопления и горячего водоснабжения дома. Переработанные отходы преобразуются в отличное удобрение, которое может использоваться на полях.

Комплектация биогазовой установки может быть различной, в зависимости от ее мощности, вида сырья и получаемого конечного продукта в виде тепловой или электрической энергии, обоих видов энергии или только биогаза.

Работа биогазовой установки осуществляется следующим образом:

1) Продукты жизнедеятельности сельскохозяйственных животных (навоз), отходы пищевых и иных производств (лесопереработка), поступают в накопительные емкости;

2) При использовании сырья, требующего измельчения, выполняется и эта операция, после чего подготовленное сырье, путем устройства насосов, транспортеров (для твердых видов сырья), поступает в переходную емкость (на схеме), где происходит дополнительный подогрев биомассы;

3) Подготовленное сырье поступает в биореактор, который должен быть прочным, кислотостойким и герметично закрытым, что определяет процесс производства биогаза;

4) Для создания оптимальных условий для разложения подготовленного сырья и ускорения процесса брожения, в реакторе, как правило, монтируются устройства, обеспечивающие его дополнительный нагрев и перемешивание продуктов разложения;

5) Оптимальный температурный режим, для работы биореактора — +40,0 °С;

6) В результате разложения и брожения через определенный промежуток времени, который зависит  от   исходного  сырья и технических возможностей конкретной установки, образуется биогаз и биоудобрения; биогаз накапливается в газгольдере, который может быть отдельно стоящим от биореактора, или смонтирован в едином корпусе с ним;

7) Биоудобрения накапливаются в емкости самого биореактора и после завершения процесса брожения убираются для дальнейшего использования;

8) Биогаз под давлением, создаваемом в газгольдере, поступает в систему очистки, после чего используется потребителями для получения электрической, тепловой энергии и для бытового потребления; Биоудобрения поступают в емкостьнакопитель, затем путем сепарации разделяются на твердые и жидкие, после чего используются по прямому назначению.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими силами.

Биогазовые установки идеально подходят для фермерских хозяйств. Отходы жизнедеятельности животных способны дать достаточно газа для полноценного обогрева жилых помещений и хозяйственных построек.

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно. Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

Источники электроэнергии

Ветрогенератор

Энергия ветра может преобразовываться в электричество не только большими ветряными установками, но и с помощью компактных «домашних» ветряков. В ветряной местности такие установки способны полностью обеспечивать электроэнергией небольшой дом, в регионах с невысокой скоростью ветра их лучше использовать вместе с солнечными батареями.

Ветряки могут быть с горизонтальной и вертикальной осью вращения. При разовых затратах они надолго решают проблему энергонезависимости. Сегодня роторные генераторы позволяют достигать полезного эффекта при скорости ветра всего один метр в секунду. Ученые утверждают, что работа ветрогенератора в паре с несколькими солнечными батареями вообще позволит забыть о других способах получения энергии.

В настоящее время для приобретения доступно множество моделей ветрогенераторов как зарубежного, так и отечественного производства. Но прежде чем приступать к выбору, важно понимать — объем электрической мощности, которую можно «снять» с домашнего ветрогенератора, напрямую зависит от особенностей местности, в которой вы проживаете.

Определить перспективы строительства автономной системы помогут таблицы интенсивности ветра, используемые при строительстве ветроэлектростанций (их  можно  найти с помощью любой поисковой системы). Также сориентироваться в вопросе поможет информация о технических характеристиках существующих ветрогенераторов и личные среднесуточные замеры скорости ветра, выполненные с помощью анемометра – прибора для измерения скорости ветра.

За и против установки ветрогенератора

Данное оборудование, как и солнечные батареи, относится к разряду альтернативных источников энергии. Но, в отличие от фотоэлементов, которым нужен солнечный свет, ветрогенератор может эффективно работать 24 часа в сутки, 365 дней  в году.

Цена оборудования напрямую зависит от его типа, мощности и страны производства.

Несколько примеров самых популярных моделей::

- Exmork (производство Китай) — 280 000 руб.
- ВЭУ-5000-7-3 (российское производство) — 282 000 руб.
- WH16.5-50000W (Германия) — 1 500 000 руб.
- EDS-GROUP FALCON EURO (с вертикальной осью) — 350 000 руб.

В среднем, установка на 1 кВт обойдется от 25 000 до 300 000 рублей. Более дорогие модели имеют ряд значительных преимуществ, от более высокого КПД до различных дополнительных функций.

Чтобы уравновесить все эти плюсы и минусы. часто делают связку: ветрогенератор с солнечной панелью. Эти установки дополняют друг друга, тем самым снижая зависимость выработки электричества от солнца и ветра.

Солнечная батарея

Принцип работы солнечной батареи очень прост: для преобразования солнечного света в электричество используется p-n переход. Направленное движение электронов, провоцируемое солнечной энергией, и представляет собой электричество.

Пока наибольшей популярностью пользуются разные модификации кремниевых солнечных батарей, но альтернативой им становятся новые полимерные пленочные батареи, которые пока находятся в стадии развития.

Производство солнечных батарей в России налажено на нескольких крупных предприятиях, среди которых: НПП «Квант» (Москва), ЗАО «Телеком — СТВ» (Зеленоград),  компании  «Сатурн» и «Солнечный ветер» (Краснодар), ООО «Хевел» (Новочебоксарск), ООО «Солэкс» (Рязань) и другие.

Экономия электроэнергии

Полученное электричество нужно уметь расходовать с умом. Для этого пригодятся следующие решения:

- использование светодиодных ламп, которые в два раза экономнее люминисцентных и почти в 10 раз экономнее обычных «лампочек Ильича»;
- использование энергосберегающей техники класса А, А+, А++ и т.д. Пусть изначально она чуть дороже, чем те же устройства с более высоким энергопотреблением, в будущем экономия будет значительной;
- использование датчиков присутствия, чтобы свет в комнатах не горел зря, и прочих умных систем, о которых было сказано выше;
- если пришлось использовать электричество для отопления, то обычные радиаторы лучше заменить на более совершенные системы. Это тепловые панели, которые расходуют в два раза меньше электроэнергии, чем традиционные системы, что достигается за счет использования теплоаккумулирующего покрытия. Подобную экономию обеспечивают и монолитные кварцевые модули, принцип действия которых основан на способности кварцевого песка накапливать и удерживать теплоту. Еще один вариант — пленочные лучистые электрические нагреватели. Они крепятся на потолок, а инфракрасное излучение нагревает пол и предметы в комнате, за счет чего достигается оптимальный микроклимат помещения и экономия электричества.

Умный дом

Чтобы сделать жизнь более комфортной и при этом экономить ресурсы, можно снабдить дом умными системами и техникой, благодаря которым уже сегодня возможно:

- задавать температуру в каждой комнате;
- автоматически понижать температуру в комнате, если в ней никого нет;
- включать и выключать свет в зависимости от присутствия человека в помещении;
- настраивать уровень освещенности;
- автоматически включать и выключать вентиляцию в зависимости от состояния воздуха;
- автоматически открывать и закрывать окна для поступления в дом холодного или теплого воздуха;
- автоматически открывать и закрывать жалюзи для создания необходимого уровня освещения в помещении.

На данный момент самые популярные устройства умного дома используют технологии Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee и Z-Wave. У каждой из технологий есть свои плюсы и минусы, и никто не запрещает использовать их вместе, компенсируя недостатки каждой.

Одним из самых популярных производителей умных устройств является Xiaomi. В их ассортименте присутствуют почти все бытовые приборы, подключаемые к умному дому, а также специализированные IP-камеры, розетки и лампочки, различные датчики (температуры, влажности, CO2) и многие другие устройства.

Apple не производит устройства для умного дома, но она создала протокол HomeKit, который используют другие производители   для   создания совместимых устройств. HomeKit-устройства работают по протоколам Bluetooth и WiFi. С поддержкой HomeKit выпускаются замки, термостаты, модули управления освещением, RGBW-лампы, камеры и множество датчиков. Помимо устройств существуют еще и шлюзы, которые преобразуют команды от устройств ZigBee и Z-Wave в команды HomeKit. Такие шлюзы есть у Xiaomi, Ikea, Philips и многих других.

Fibaro — производитель самых популярных Z-Waveустройств и центров домашней автоматизации. Все устройства Fibaro имеют множество настроек и дополнительных функций. В линейке оборудования присутствуют датчики открытия, движения, протечки, дыма, микро-модули реле, диммеры, rgbw и др. Производителей много, датчиков, розеток и лампочек — еще больше. Они все используют разные технологии, и, чтобы объединить их в одну систему,  понадобится дополнительное устройство — шлюз. Он играет роль центра сети, собирает данные со всех датчиков, отправляет их в облако для доступа через смартфон, перенаправляет команды между устройствами.

Устойчивое развитие за счет «зеленых» проектов

На данный момент наблюдается быстрый рост потребления ресурсов развивающимися странами, что делает глобальную экологическую ситуацию еще сложнее. Кроме этого, 50% населения планеты живут на густонаселенных урбанизированных территориях, на которые приходится 80% всех выбросов углекислого газа.

Выработанная общими усилиями мирового научного сообщества, «Концепция устойчивого развития человечества» явилась логическим переходом от теоретических знаний социально-экономического развития к практическим действиям, бурно начавшимся в 70-е годы прошлого века.

Основной тезис этой концепции сводится к тому, что современное поколение должно сделать все от него зависящее для сохранения окружающей природной среды и ее ресурсов для будущих поколений. Она подразумевает обеспечение безопасности и создание благоприятных условий жизнедеятельности человека, ограничение негативного воздействия хозяйственной и иной деятельности на окружающую среду и обеспечение охраны и рационального использования всех видов природных ресурсов при осуществлении любого вида градостроительной деятельности. Концепция устойчивого развития во многом перекликается с концепцией ноосферы, выдвинутой академиком В.И. Вернадским еще в середине XX в.

В этой связи, «зеленое строительство» необходимо рассматриваться как  механизм для обеспечения устойчивого развития территории, на которой размещается строительный объект.

Сегодня общепризнанно, что стратегия развития XXI века определяет необходимость выработки экологического мышления, формирования экологической культуры, включающей систему знаний, умений, навыков и экологически оправданное поведение в процессе профессиональной деятельности. Активная деятельность сторонников зеленого строительства за рубежом в течение последних десятилетий уже принесла заметные плоды. Большим шагом вперед стало создание Всемирного совета по экологическому строительству. Изучение общественного мнения показывает — около 70% опрошенного населения России понимают, что жить и работать надо в здоровом здании. Однако существует масса стереотипов, которые надо ломать, например, что зеленое строительство слишком дорого обходится. Да, зеленое строительство повышает стоимость строительных работ на 3-5%, но эти расходы очень быстро окупаются в процессе эксплуатации объектов за счет преимуществ зеленого здания — оно, например, потребляет меньше энергии, сберегает здоровье находящихся в нем людей и так далее. Реализация «зеленых проектов» в строительстве способствует устойчивому развитию наших сел, городов и регионов, стимулирует внедрение инновационных зеленых технологий, формирует ответственное отношение специалистов строительного комплекса.

Современному селу — зеленое строительство (часть 1)