Энергосберегающие здания, использование солнечной энергии

РОССИЙСКАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

им. Г.В. ПЛЕХАНОВА

Инженерно-экономический институт

Кафедра экономики и управления городским строительством

Реферат на тему:

"Энергосберегающие здания, использование солнечной энергии".

Москва - 2003 г.

Содержание реферата:

I. Введение ……………………………………………………………………... 3 1. Актуальность и состояние проблемы энергосбережения …………….. 4 2. Техническая политика и потенциал энергосбережения в

строительстве…………………………………………………………… 5 3. Экономические основы энергосбережения…………………………….. 6

II. Проблема энергосбережения и пути её решения……………………….. 8

1. Климат местности и микроклимат помещений……………………….. 8

2. Принципы совершенствования ограждающих конструкций…………. 10

3. Оптимальная планировка зданий………………………………………. 13

4. Демонстрационный проект в Кракове (Польша)………………………. 14

III. Использование солнечной энергии……………………………………….. 19

1. Увеличение способности стен поглощать солнечную радиацию…….. 19

2. Технология использования солнечной энергии. Опыт Швеции……… 20 3. Аккумулятор для жидкостных систем………………………………….. 22

4. Международные исследования в области использования

солнечной энергии………………………………………………………. 24

III. Выводы. Достижения в решении проблемы энергосбережения……….. 25

Список использованной литературы……………………………………… 27

I.Введение.

Максимально эффективное использование богатых энергетических ресурсов страны для возрождения и последующего подъёма экономики и обеспечения достойной жизни населения провозглашено главной целью энергетической стратегии России, утверждённой Правительством РФ в декабре и одобренной Указом Президента РФ в мае 1995 г.

Основным направлением экономического и социального развития Российской Федерации определено усиление режима экономии, являющегося одним из важнейших факторов интенсификации производства.

Важнейшую роль в этом направлении играет экономия топливно-энергетических ресурсов. Мероприятия, обеспечивающие интенсификацию энергосбережения, имеют значительно более высокую рентабельность по сравнению с наращиванием энергоресурсов.

Экономия энергии сегодня рассматривается многими развитыми странами и как важнейшая национальная экологическая и экономическая проблема: экологическая - поскольку снижение электропотребления означает сокращение производства энергии тепловыми станциями и соответственно снижение загрязнения окружающей среды выбросами ТЭЦ; экономическая - потому, что энергетические затраты сегодня составляют львиную долю себестоимости любого вида продукции, товаров или услуг. На решение этой проблемы во многих странах направлена вся мощь законов и норм. Концепция развития энергосбережения России также предусматривала сократить ВНП на 24% к концу 2000 г.

Если учесть, что в России общая площадь эксплуатируемых зданий составляет около 5 млрд. квадратных метров (в том числе более 2.5 млрд. квадратных метров - жилые дома) и на их отопление расходуется 400 млн. тонн условного топлива, или 25% годовых энергоресурсов страны, то становится ясно, что для народного хозяйства первостепенное значение имеет повышение эксплуатационных характеристик зданий, поскольку именно здесь заложены перспективы реальной экономии энергоресурсов и возможности выполнения заданий Концепции энергосбережения России.

Таким образом, строительный комплекс и жилищно-коммунальное хозяйство России являются крупнейшими потребителями топливно-энергетических ресурсов в нашей стране.

Анализ показывает, что из-за несовершенства генпланов и выбора плотности застройки, архитектурно-планировочных решений жилищно-гражданского строительства нерациональный расход энергоресурсов составляет около 20-25%. Энергозатраты на производство строительных материалов и конструкций более чем в1,5 раза превышают аналоги зарубежных стран, а продукция предприятий стройиндустрии (наружные ограждающие конструкции, окна и др.) по энергоэкономичности уступает зарубежной. Затраты энергии на эксплуатацию существующего фонда жилых и общественных зданий - в 3 раза превышают аналогичные показатели развитых европейских стран. Энергопотребление только на горячее водоснабжение на душу населения вдвое выше, чем в этих странах. [2,4].

1.Актуальность и состояние проблемы энергосбережения.

Россия сегодня является одной из ведущих энергетических держав мира, и пока она полностью обеспечивает свои внутренние энергетические потребности за счёт собственных ресурсов. Однако эффективность использования первичных источников и преобразованных видов энергии в стране крайне низка. Удельная энергоёмкость валового внутреннего продукта в России составила 1287 кг у.т. в расчёте на 1000 долл США (1990 год), тогда как в среднем в мире она равнялась 443 кг у.т. в расчёте на 1000 долл США (1990 год). [1]

Актуальность проблемы в настоящее время обусловлена неэффективным расходованием природных и материальных ресурсов, значительным сокращением производства тепловой и электрической энергии. Уменьшение темпов снижения спроса на топливо и энергию по сравнению с динамикой производства связано с некоторым ростом энергопотребления в коммунально-бытовой сфере, сельском хозяйстве и промышленности из-за недогрузки производственных мощностей и с относительно более медленным падением производства энергоёмких её отраслей. Это увеличило энергоёмкость внутреннего валового продукта по сравнению с1990 годом в 1,4 раза. [2,16].

Строительство, куда входит и промышленность строительных материалов вместе с коммунально-бытовым сектором, обладает громадным и далеко не использованным потенциалом энергосбережения.

Как показывает анализ, в строительном комплексе России энергия потребляется при производстве строительных материалов, их последующей перевозке, в самом процессе строительства, при эксплуатации объекта в течение его срока службы и во время возможного сноса или реконструкции. Сравнение этих видов потребления энергии показывает, что, как правило, больше всего энергии требуется при эксплуатации, что составляет 90% всего потребления энергии. Используемая для производства строительных материалов и изделий энергия составляет около 8%, а для их перевозки и на строительство объекта - 2%. Таким образом, с точки зрения энергетики, главное внимание при проектировании объектов строительного комплекса следует уделять повышению их эксплуатационных характеристик.

Жилой фонд в России, с точки зрения энергоиспользования при эксплуатации является весьма неэффективным. Проводимая в прошлые годы политика "дешёвых" энергоносителей привела к строительству зданий с низким термическим сопротивлением ограждающих конструкций, а отсутствие средств регулирования и учёта расхода тепловой энергии, горячей и холодной воды и природного газа - к расточительному их использованию населением. Завышенному потреблению способствовала также низкая эффективность автономных теплогенераторов и бытовых электроприборов.

В России общая площадь эксплуатируемых зданий составляет около 4,8 млрд. квадратных метров (жилых - 2,5; промышленных - 1,7; общественных - 0,6 млрд. квадратных метров), на отопление которых за один отопительный период должно расходоваться по усреднённым данным около 400 млн. тонн у.т., или почти 25% годовых энергоресурсов страны. Дополнительная потребность в энергоресурсах на новое строительство, реконструкцию зданий и ввод их в эксплуатацию при расчётном объёме 50 млн. кв. м./год составляет 15 млн. тонн у.т. Однако фактические расходы энергоресурсов в строительном комплексе значительно выше.

Главными техническими факторами, приводящими к повышенным удельным расходам энергоресурсов при строительстве и эксплуатации объектов строительного комплекса в России, являются:

• Использование в проектах зданий ограждающих конструкций с низким уровнем теплозащиты из-за несовершенной нормативной базы и острого постоянного дефицита в эффективных теплоизоляционных материалах;

• Сложившаяся ориентация промышленности стройиндустрии на преимущественный выпуск энергоёмких стеновых материалов и конструкций (карамзитбетон, железобетон, кирпич);

• Несовершенство систем тепло- и электроснабжения, инженерного оборудования зданий, недостаточная утилизация тепловых выбросов, слабое использование нетрадиционных источников энергии;

• Отсутствие систем регулирования и приборов контроля потребления тепловой энергии зданий и сооружений, несовершенство тарифов за использование тепловой энергии;

• Нарушение принципа комплексности и системности решения вопросов энергосбережения на всех уровнях проектирования, начиная от градостроительных и до инженерных задач. Относительно низкая стоимость топливно-энергетических ресурсов, недостаток нормативных требований к теплозащитным свойствам ограждающих конструкций, ориентация на приоритетность массивных конструкций из железобетона сделало строительство в России самым энергоёмким в мире. [ 2,19].

2.Техническая политика и потенциал энергосбережения в строительстве.

Строго говоря, поиск уязвимых мест в энергосбережении зданий должен вестись в направлении совершенствования градостроительства, архитектурно-строительных и инженерных систем зданий как в новом строительстве, так и при реконструкции и модернизации.

К энергосберегающим решениям можно отнести:

• Размещение потребителей и источников энергии в соответствии с эффективными энерготехнологическими моделями; внедрение энергоэкономных приёмов планировки и застройки городов, жилых и общественных комплексов; совершенствование структуры застройки по этажности, протяжённости и конфигурации жилых домов и их расположению с учётом климатических особенностей региона и города;

• Рациональное планировочное и техническое решение схем развития, размещение инженерно-транспортных и энергетических коммуникаций и сооружений; применение наряду с централизованными системами инженерного оборудования децентрализованных (локальных) систем.

К градостроительным решениям оптимизации и экономичности инженерной инфраструктуры относятся: рациональное взаимное размещение энергоисточников и энергопотребителей (электричество, тепло, газ), уменьшающее расходы на транспортировку и снижающее материальные затраты на сооружение сетей; выбор и обоснование применения централизованных и децентрализованных систем инженерного оборудования; рациональная прокладка инженерных коммуникаций, обеспечивающая наряду с высокоэффективной теплоизоляцией снижение теплопотерь за счёт сокращения протяжённости коммуникаций. Кроме того, резервом повышения энергоэффективности градостроительных решений является использование подземного пространства в городах.

Архитектурными энергоэффективными проектными средствами решения жилых домов являются: уменьшение удельной ограждающей поверхности, использование грунта для теплозащиты ограждающих поверхностей, разделение зон с различным температурным фоном, планировочные приёмы ограничения инфильтрации наружного воздуха, использование элементов здания для утилизации солнечного тепла, включение активных гелиосистем в структуру здания и размещение в них специальных аккумуляторов тепла и рекуператоров и другие проектные решения.

Совершенствование архитектурно-строительных систем зданий выдвигает на одно из первых местзадачу повышения их технического уровня на основе современных требований по энергоэффективности, в том числе расходу тепла на отопление.

Расчёты показывают, что на современном уровне развития уже в ближайшие годы возможно сократить энергопотребление в зданиях не менее, чем на 20% и ежегодно экономить за счёт этого до 5-10 млн. тонн у.т. [2,21].

3.Экономические основы энергосбережения

Федеральным законом №28-ФЗ от 03.03.96. “Об энергосбережении” были установлены правовые, экономические и организационные основы государственной политики в области энергосбережения. Закон оказался настолько рамочным и общим, что практически не решал никакой задачи. Его сущность очень легко передать одной фразой: если хотите заниматься энергосбережением, пожалуйста, занимайтесь. Но до принятия этого закона никто не лишал желающих этого права. Конкретные положения закона касаются технических вопросов: стандартизации показателей энергоэффективности, производства средств измерения и учета потребляемой энергии, обследования крупных промышленных потребителей. Не забыв продекларировать “приоритет эффективного использования энергетических ресурсов”, закон умалчивает о том, в чем он заключается, как его измерить. Среди набора общей риторики скромно затерялось определение эффективного использования энергетических ресурсов, в котором единственный раз упоминается экономика энергосбережения. "Эффективное использование энергетических ресурсов - достижение экономически оправданной эффективности использования энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологий и соблюдения требований к охране окружающей среды". Именно "экономическая оправданность", а не что-либо другое, является основной движущей силой энергосбережения.

Экономическая эффективность энергосбережения определяется путем сравнения стоимости производства дополнительной энергии и затрат на ее экономию. Для того чтобы оценить, насколько обоснованным является конкретное мероприятие, необходимо четко представлять затраты на увеличение производства энергии, поскольку именно от них зависит уровень эффективности. Другими словами, требуется информация о величине замыкающих затрат на производство конкретного вида энергоресурса. В свою очередь эти затраты зависят от соотношения свободных производственных мощностей и объемов потребления. Для электроэнергии ситуация выглядит следующим образом: если энергосистема дефицитна по мощности, замыкающие затраты совпадают либо со стоимостью увеличения закупки энергоресурса со стороны (при наличии соответствующей возможности), либо - со стоимостью строительства дополнительных мощностей. Если же энергосистема самодостаточна или избыточна, то в качестве замыкающих затрат используются топливные издержки на соответствующей станции/блоке, который замыкает баланс. Для других видов энергоносителей ситуация абсолютно аналогична; при наличии незагруженных производственных мощностей расходы на дополнительное производство совпадают с краткосрочными замыкающими затратами - переменными издержками производства, а в случае дефицита мощности они превращаются в долгосрочные замыкающие затраты - к переменным издержкам добавляются замыкающие затраты на мощность. Повышение эффективности использования энергии у конечного потребителя ведет к снижению потерь в процессе транспортировки и распределения, уменьшению нагрузки на окружающую среду, что также должно учитываться при сравнении "генерирующих" и "эффективных" технологий.

Энергосбережение влияет на цену/тариф энергетического ресурса, причем это воздействие отличается для ресурсов разных видов. Тариф на электрическую и тепловую энергию устанавливается на основе средних затрат на производство. Изменение цены/тарифа на энергоноситель в результате реализации энергосберегающих мероприятий определяется соотношением замыкающих и средних затрат.

Ресурсосберегающие программы уменьшают объем производства энергоснабжающей компании. Воздействие ресурсосбережения на тариф определяется соотношением замыкающих и средних затрат на производство. Если замыкающие затраты выше средних, то энергосбережение ведет к снижению тарифа. Такая ситуация характерна для дефицитных энергосистем, поскольку в их положении происходит экономия самых больших расходов, связанных со строительством дополнительных мощностей. При наличии достаточного количества генерирующих мощностей или возможности увеличения импорта энергоресурса снижение объемов производства, наоборот, ведет к росту тарифа.

В принципе, участие в реализации энергосберегающих мероприятий происходит на добровольной основе, поэтому с точки зрения повышения эффективности использования энергии потребители делятся на две категории: участников программ и неучастников. Поскольку активная реализация энергосберегающих мероприятий влияет на тариф, то действия участников во многом определяют тариф для неучастников. Поэтому существуют разные позиции, исходя из которых можно оценивать энергосберегающие мероприятия.

С позиции государства мероприятие оценивается исходя из минимизации суммарных затрат всех участников. Другими словами, при реализации ресурсосберегающей стратегии развития энергосистемы критерий оценки не совпадает с минимумом тарифа.

С позиции потребителя-участника, экономическая оправданность подразумевает, что дополнительные затраты на приобретение эффективного оборудования по крайней мере окупаются за счет экономии в эксплуатационных издержках за срок жизни оборудования.

С позиции энергоснабжающей организации, эффективность энергосбережения определяется соотношением прибыли, которую компания может заработать в результате увеличения объемов производства энергоресурсов, с прибылью, получаемой компанией благодаря реализации энергосберегающих мероприятий. Как правило, цена электроэнергии выше краткосрочных замыкающих затрат, а постоянные затраты покрываются при производстве планового объема энергоресурса. Следовательно, отказ от производства сверхплановой продукции лишает поставщика дополнительной прибыли. Отсюда понятно отношение энергоснабжающей компании, хотя его можно изменить, введя соответствующие методы регулирования.

С позиции неучастника, можно говорить о том, что его положение не должно ухудшаться в результате реализации энергосберегающей политики, то есть тариф на энергоресурс при развитии энергосистемы за счет повышения эффективности использования энергии у потребителя должен быть не выше, чем при развитии на основе увеличения генерирующих мощностей.

Таким образом, при проведении ресурсосберегающей политики не следует стремиться к уменьшению тарифов. Если энергосбережение экономически обосновано, то у потребителя-участника, несмотря на рост тарифов, общие расходы на энергетическую услугу будут уменьшаться. Поэтому в качестве критерия оптимальности берутся не тарифы, а общие расходы на предоставление энергетических услуг, в которые входят как затраты на генерирование, так и затраты на реализацию мероприятий по повышению энергетической эффективности. При возможности роста тарифов особое внимание должно уделяться соблюдению интересов социально незащищенных групп потребителей - пенсионеров, многосемейных и малообеспеченных. Это обеспечивается путем реализации специальных программ, узко нацеленных на этих потребителей, снижающих их расходы на энергию, несмотря на рост тарифа.[5].

II. Проблема энергосбережения и пути её решения.

1. Климат местности и микроклимат помещений.

Здание любого назначения должно обеспечивать создание искусственной среды для жизни и деятельности людей. Необходимость создания искусственной среды возникает тогда, когда условия природной среды не соответствуют требованиям процессов жизнедеятельности людей., их социальным или индивидуальным потребностям и требованиям (или ограничениям) технологических процессов.

Среди многочисленных природных условий, влияющих на существование человека на Земле, первостепенное значение всегда имели атмосферные условия. Разнообразие этих условий на обширной поверхности земли и их временная (сезонная) изменчивость привели к формированию понятий: климат территории, для ограниченного территориального пространства, имеющего, как правило, особенности климата, - микроклимат местности, а для искусственной среды помещений в зданиях - микроклимат помещений. И климат и микроклимат - это комплекс значений атмосферных параметров в определённом пространстве. В зависимости от целей или области применения этих понятий может изменять состав комплекса учитываемых параметров, но атмосферные параметры всегда остаются в его составе.

Наружные конструкции здания представляют собой, прежде всего, барьер той или иной структуры и формы, при помощи которого вычленяется из природной среды часть её объёма для создания в ней искусственной среды. Совершенно очевидно, что, находясь между двумя этими средами, конструкции испытывают воздействия со стороны каждой из них. Но, являясь ограждением искусственной среды и непосредственно контактируя с ней, они могут оказать активное влияние на параметры создаваемого в ней микроклимата. Поэтому в системе климат - ограждающие конструкции - искусственная среда должны быть определены, прежде всего, возможные климатические воздействия и требуемые параметры микроклимата, а затем - диктуемые ими физико-химические свойства конструкций, необходимые для выполнения последними ограждающих функций.[7,5].

Микроклимат помещений определяют следующие параметры: температура, влажность, скорость движения воздуха и инфракрасные излучения. Регулирование параметров микроклимата направлено на создание для человека зоны комфорта. Зона комфорта - оптимальное для организма человека сочетание значений микроклимата. Значения параметров зоны комфорта определяются интенсивностью процессов тепло- и влагообмена человеческого организма в различных состояниях: отдых, работа различной тяжести, умственный труд и особенностями сезонной адаптации человека к различным климатическим условиям.

Интенсивность процессов тепло - влагообмена является следствием терморегуляции человеческого организма. Известно, что параметры микроклимата оказывают на человека не только физиологическое, но и психологическое влияние. Поэтому учёные различных стран давно пытаются разработать способы комплексной психофизической оценки влияния параметров микроклимата на человека. Имеется более 70 предлагаемых способов такой оценки. Среди этих способов выделяется, благодаря своей наглядности и комплексности, способ определения, так называемого, показателя самочувствия (СЧ) человека. Этот способ основан на математической зависимости между величиной этого показателя и значениями следующих факторов: температуры воздуха помещения t_вз. на высоте 0,5 метров от уровня пола, средней температуры стен и окружающих предметов t_п.ср., средней скорости движения воздуха в помещении V, f абсолютной влажностью воздуха (г/м³). Эта математическая зависимость выражается формулой:

СЧ = 7,83 - 0,1 t_вз. - 0,0968 t_п.ср. - 0,0372 f - 0,0367(37,8 - t_вз.)

Рассчитанные по этой формуле значения показателя самочувствия СЧ измеряются от 1 до 7 и имеют следующую интерпретацию: 1 - жарко; 2 - слишком тепло; 3 - тепло, но приятно; 4 - приятно; 5 - прохладно, но приятно; 6 - холодно; 7 - очень холодно.

В физиологии различают условную и действительную акклиматизацию. Действительная физиологическая акклиматизация наступает при выработке организмом устойчивых функциональных изменений, делающих возможным существование в тяжёлых и даже вредных условиях окружающей среды. Причём такая приспособленность организма возможна к условиям как жаркого, так и холодного климата. Следовательно, и значение показателей самочувствия людей, живущих в различных климатических условиях, при одинаковых значениях параметров микроклимата будут различны и прямо указывает на то, что и границы зон комфорта должны трансформироваться для различных климатических районов.

Кроме того, следует учитывать, что в своём ежедневном цикле жизнедеятельности человек постоянно осуществляет переход из внешней среды в искусственную среду помещения и наоборот. Такие переходы влияют на процесс терморегуляции организма. Эта необходимость пребывания человека в двух средах накладывает свои требования к регулированию значений параметров микроклимата. Так, в жаркий период года, если разность между температурами наружного и внутреннего воздуха превышает 6 ?С (в среднем, поскольку эта величина зависит и от влажности воздуха), то возникает вероятность простудных заболеваний. С другой стороны, при очень холодной зиме для быстрой нормализации теплового состояния человека в помещении требуется более высокая температура, чем в районах с тёплой зимой. Поэтому гигиенические нормы микроклимата помещений должны учитывать влияние и этих факторов. [7,50].

2.Принципы совершенствования ограждающих конструкций.

Роль строителя в создании требуемых параметров искусственной среды состоит, прежде всего в проектировании (или выборе) наиболее технико-экономически эффективных ограждающих конструкций зданий в различных климатических условий. Энергосбережение при проектировании и эксплуатации жилых зданий становится одной из важных приоритетных задач. При этом обязательным условием является обеспечение повышенных санитарно-гигиенических и комфортных условий, диктуемых требованиями СНиП II-3-79* и ГОСТ 30494-96 "Здания жилые и общественные. Параметры микроклимата в помещениях". [7,66].

Задачи экономии энергии определили переход к проектированию и строительству зданий с повышенным уровнем теплозащиты, где значительная роль отводится увеличению сопротивления теплопередаче наружных стен зданий.

Министерством строительства Московской области этой теме уделяется особое внимание. В последние годы по заданию "Минмособлстроя" был проведен комплекс исследований, направленных на определение путей рациональных конструкций наружных стен жилых многоэтажных зданий. В рамках этих работ был выполнен анализ проектных решений, проведены научно-экспериментальные теплофизические и прочностные испытания стеновых ограждающих конструкций. К работе были привлечены ведущие институты страны - НИИ Строительной физики, РААСН и НИИЖБ Госстроя РФ.

Важнейшим этапом на этом пути явилась разработка ТСН Московской области "Нормы теплотехнического проектирования гражданских зданий с учетом энергосбережения". В разработке этих норм приняли участие НИИ Строительной физики, "Мосгражданпроект", АО КПД, "Сантехпроект". ТСН содержат требования по теплозащите проектируемых зданий по величине требуемого удельного энергопотребления. Нормы предназначены для обеспечения основного требования - эффективного использования энергии при проектировании зданий путем выявления суммарного эффекта энергосбережения от использования архитектурных, строительных и инженерных решений, направленных на экономию энергетических ресурсов. При этом здание и системы его обеспечения рассматриваются как единое целое. Выбор окончательного проектного решения выполняется на основе сравнения вариантов по наименьшему значению расчетного удельного расхода тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания в сопоставлении с требуемой величиной удельного расхода энергии, устанавливаемой ТСН. Такой подход в нормировании теплозащиты позволяет оценивать эффективность использования энергии путем установления суммарного эффекта энергосбережения в результате варьирования проектных решений и степени автоматизации процесса подачи топлива на нужды отопления. Это является существенным шагом вперед в теплотехническом проектировании зданий. ТСН содержат требования к энергетическому паспорту здания, в котором отражаются все теплотехнические энергетические характеристики, устанавливаемые в процессе проектирования. Энергетический паспорт - важнейший документ, который содержит необходимый и достаточный объем показателей, который позволяет проверить соответствие проектных показателей проектируемого здания нормативным требованиям. В ТСН приведен алгоритм расчета параметров энергетического паспорта при их расчете вручную. Операция по расчету параметров ЭП с применением ЭВМ производится с помощью программы Эп-pass, значительно упрощающей и сокращающей процесс расчета параметров паспорта. Требования по повышению эффективности энергосбережения вплотную связаны с рациональными конструктивными решениями, приемлемыми при проектировании зданий различных строительных систем.

Одним из массовых видов строительства являются крупнопанельные здания. Мощная база строительной индустрии, высокие темпы строительства таких зданий при далеко не удовлетворенном спросе на жилье сделало необходимым найти такое конструктивное решение наружных стен крупнопанельных зданий, которое бы удовлетворяло требования 2-го этапа СНиП П-3, не требовало бы значительной реконструкции или замены стальных форм и оснастки для их изготовления.

Таким решением оказались трехслойные железобетонные панели с эффективным утеплителем взамен ранее применяющихся керамзитобетонных панелей. В качестве связей между наружным и внутренним слоями трехслойных панелей применены железобетонные шпонки. Эти связи - шпонки - имеют малые размеры поперечного сечения, армируются стержнями диаметром 4-5 мм из стали класса В-1 или Вр1 и располагаются прерывисто, равномерно распределяясь по всей площади панели. Изготовленные из тяжелого бетона, панели имеют качественную фактуру и могут изготавливаться фасадной поверхностью как вниз, так и вверх. Фасадные поверхности могут иметь полную заводскую готовность или окрашиваются в процессе строительства.

Панели разработаны "Мосгражданпроектом" совместно с АО КПД. В настоящее время ведется строительство зданий с такими панелями Подольским, Щелковским, Тучковским, Электростальским и Орехово-Зуевским ДСК, завершена разработка рабочих чертежей для Коломенского ДСК.

Весьма важным направлением в области строительства является поиск таких решений, которые позволили бы, используя преимущества индустриального домостроения, вместе с тем проектировать и строить многоэтажные здания с различными планировочными и фасадными архитектурными решениями.

В Академии архитектуры были разработаны принципиальные решения ширококорпусных жилых зданий, конструктивную основу которых составила система внутренних продольных и поперечных железобетонных стен, объединенных в единую пространственную схему дисками перекрытий. Наружные стены здания имеют поэтажную разрезку, опираясь на плиты перекрытий. Конструкция стен - трехслойная, кирпичная, с эффективным утеплителем; наружный и внутренние слои стены - кирпичные, толщиной 250 и 120 мм. Связь между слоями из нержавеющей стали. Таким образом, многоэтажный дом, возводимый из крупнопанельных конструкций имеет облик кирпичного здания. Архитектурные качества здания удовлетворяют современным требованиям архитектуры, а эта работа удостоена премии Совета министров РФ.

По этому принципу "Мосгражданпроектом" разработан проект 9-этажного жилого дома в г. Раменское, сборные железобетонные изделия для которого изготавливаются на Воскресенском ДСК. Следует отметить, что имеется реальная возможность упростить конструкцию наружных стен, применяя стеновые блоки из таких материалов, как полистиролбетон, газобетон и т. п., с их облицовкой кирпичом. В настоящее время по проекту "Мосгражданпроекта" совместно с АО ОКПД ведется строительство зданий такого типа в г. Щелково.

Следует особо отметить, что строительство кирпичных многоэтажных зданий с несущими стенами, отвечающих требованиям энергосбережения, не имеет сколько-нибудь отчетливой перспективы. Сложность и материалоемкость такого решения очевидны. Альтернативой кирпичных зданий может считаться каркасная система со стенами поэтажной разрезки комплексной (полистиролбетонные или газобетонные блоки с облицовкой кирпичом) конструкции. В качестве несущей системы используется безригельный каркас с натяжением арматуры, располагаемой в створе колонн. Перекрытие из пустотных плит высотой 220 мм. Колонны сечением 300х300 или 400х400 мм. Каркас работает по рамно-связевой системе, воспринимая рамами вертикальную нагрузку, а нагрузки, вызывающие горизонтальные перемещения здания, - диафрагмами жесткости.

Монтаж каркаса, оборудование для его монтажа, анкерные и натяжные устройства обеспечиваются НИИЖБом. Такое решение по предварительным подсчетам обеспечивает сокращение стоимости строительства на 20-25 %.

В заключение необходимо остановиться на безусловной необходимости сертификации проектной продукции. Только этот путь обеспечит надежность соответствия принимаемых проектных решений действующим нормам и правилам. Это тем более важно, что до сегодняшнего дня нет единообразных (типовых) решений по такому важному разделу, как проектирование "теплых" стен, соответствующих требованиям 2 этапа по энергосбережению.

Существуют технические решения, разработанные Минстроем (теперь Госстроем) России. Однако, эти решения носят рекомендательный характер, они не выполнены на стадии рабочих чертежей, допускают различные конструктивные решения и не позволяют унифицировать способы возведения "теплых" стен с применением имеющихся в регионе материалов.

Следует отказаться от практики получения дополнительных согласований при проектировании, так как это не гарантирует надежность и рациональность принимаемых в проектах решений.

Сертификация проектной продукции должна быть признана обязательным условием при утверждении проектов. Важно отметить, что проектирование зданий, отвечающих требованиям энергосбережения, вовсе не означает автоматического их удорожания. Реализация рациональных конструктивных решений обеспечит не только энергоэффективность зданий, но и позволит проектировать здания, отвечающие современным архитектурным требованиям, без существенного увеличения материальных затрат.

3.Оптимальная планировка зданий.

Снижения энергопотребления можно достичь путем рационального планирования, которое состоит в выборе таких формы и габаритов здания, чтобы площадь наружных ограждений была минимальной при максимальном объеме помещения. Этому условию идеально соответствуют кубическая и шарообразная формы. Строительство зданий кубической формы ограничено требованием СНиПов - обязательное освещение лестничной клетки дневным светом. В случае размещения лестничной клетки в массиве дома возможно ее освещение с помощью зенитного фонаря. Однако габариты лестничной клетки необходимо увеличить по сравнению с нынешними, чтобы между маршами осталось свободное пространство для освещения нижних этажей. Опыт показывает, что нормы по освещению нижних этажей (даже если зенитный фонарь будет занимать весь потолок лестничной клетки) можно соблюдать только в трех- и четырехэтажных зданиях. Поэтому рекомендация больше подходит для коттеджей.

Здание должно иметь, по возможности, минимум наружных углов, обладающих повышенной теплоотдачей по сравнению с гладкой стеной. Эту проблему можно решить путем устройства утепленного скоса внутренней поверхности угла. Такая конструкция применялась в одной из серий панельных домов, построенных в 80-е годы.

Планировка здания должна предусматривать с северной стороны вспомогательные помещения с пониженной расчетной температурой наружного воздуха и уменьшенной площадью остекления, что уже применялось в жилых зданиях массовой застройки. Указанные требования в полной мере можно выполнить только при сооружении коттеджей, в зданиях массовой застройки - лишь частично, так как их планировка определяется проектом микрорайона. Требования могут выполняться для зданий, ориентированных в направлении “север-юг”. Для них нормы ТСН 23-304-99 и МГСН 2.01-93 предусматривают пофасадное регулирование систем отопления.

В настоящее время уделяется повышенное внимание теплозащите окон. Для Москвы нормы МГСН 2.01-99 и ТСН 23-304-99 устанавливают термическое сопротивление окон 0,54 м2·0С/Вт, хотя в промышленности давно освоено их производство с сопротивлением 1,5 м2·0С/Вт. Новые конструкции окон в настоящее время устанавливают как в новостройках, так и в старых зданиях. Они обладают повышенной герметизацией, и потому их способность пропускать в помещение наружный воздух для вентиляции ограничена. Это ставит под сомнение принятую в соответствии с действующими нормами схему вентиляции жилых зданий с естественным побуждением и притоком сквозь неплотности окон. В некоторых конструкциях предусмотрены отверстия или щели для инфильтрационного притока. Однако инфильтрационное сопротивление этих устройств неизвестно, поэтому целесообразно вернуться к практике его экспериментального определения.

Отсутствие указанных данных делает бесполезным раздел № 5 “Сопротивление воздухопроницанию ограждающих конструкций” СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”.

Наружная поверхность стен и окон подвергается воздействию не только температуры, но и солнечной радиации. Зимой ограждения должны эффективно защищать от теплопотерь, в летний период - от теплопоступлений. Если они удовлетворяют этим требованиям, существенно снижается нагрузка на системы отопления и вентиляции. По отношению к окнам эта двойная функция в течение веков осуществлялась традиционными способами. На зиму устанавливались дополнительные рамы, а притворы оклеивались бумагой. Летом окна прикрывались ставнями, защищая помещение от рассеянной солнечной радиации.

Чтобы обеспечить минимальную освещенность помещений, сейчас роль ставен выполняют жалюзи. Непрозрачные ограждения должны удовлетворять тем же требованиям: отражение солнечной радиации летом и поглощение ее зимой (в период резкого похолодания интенсивность солнечной радиации, поступающей на вертикальные поверхности, максимальна). Для снижения теплопоступлений летом в конструкции окна необходимо предусмотреть дополнительное остекление, образующее воздушную прослойку, в которой можно разместить пластмассовые жалюзи или солнцеотражающую прозрачную пленку, скатываемую зимой в рулон. Зимой эта прослойка должна быть герметичной, летом - для удаления тепла солнечной радиации - вентилируемой. [6].

4.Демонстрационный проект в Кракове (Польша)

Общее описание проекта

В городе Кракове во время отопительных сезонов 1992-93 и 1993-94 годов был проведен демонстрационный проект по энергосбережению с целью показать возможности экономии тепла в типичных многоквартирных жилых зданиях, снабжаемых теплом от системы централизованного теплоснабжения. При этом простая демонстрация современных энергосберегающих технологий не являлась самоцелью. Их внедрение должно было выявить потенциал снижения нагрузки на систему централизованного теплоснабжения и, как следствие, показать возможность исключения из общей системы теплоснабжения города многочисленных низкоэффективных мелких котельных, дающих свой вклад в загрязнение атмосферы.

Проект финансировался Агентством по Международному Развитию и Департаментом Энергетики США и выполнялся совместно американскими и польскими специалистами.

Демонстрационный проект в Кракове включал три основных аспекта: теплоизоляция ограждающих конструкций здания с целью снижения величины теплоэнергии, требуемой на его обогрев, и повышения комфортности проживания; внедрение автоматического регулирования на уровне здания с целью снижения теплопотребления во время умеренной погоды; установка термостатических регуляторов на индивидуальных радиаторах и создание условий, стимулирующих жильцов их использовать.

Для проведения эксперимента были подобраны 4 практически идентичных 11 - этажных здания с 6-тью квартирами на каждом этаже (улица Wolasa, №№ 4,6,8 и 10). Они имеют одинаковую ориентацию по сторонам света, все этажи в каждом из них одинаковой планировки. Здания обеспечиваются теплом от муниципальной системы централизованного теплоснабжения. До реализации проекта все 4 здания потребляли около 15 ГДж тепловой энергии в день (разброс потребления по каждому из зданий не превышал 5 %).Для проведения контрольных замеров в каждом здании были установлены необходимые датчики, счетчики и устройства сбора данных. В период отопительных сезонов 1992-93 и 1993-94 годов проводились измерения следующих величин:

• тепловая энергия, потребляемая зданием;

• электрическая энергия, потребляемая зданием;

• расход воды, температура и давление в подающем и обратном трубопроводах;

• наружная температура;

• внутренняя температура в нескольких выбранных помещениях.

Прямое измерение теплопотребления каждой квартиры не было возможным, т.к. в системе отопления используются вертикальные стояки, каждый из которых поставляет горячую воду в 11 разных квартир. При этом каждая квартира питается одновременно от 4-5 стояков. Однако энергия, поставляемая каждым радиатором, была оценена с помощью установленных на них так называемых “локализаторов тепловой энергии”. Эти приборы электронного типа измеряют разницу температур между радиатором и окружающим воздухом и, учитывая форму и размер радиатора, дают интегральную оценку энергии, передаваемой радиатором. Показания приборов считывались ежемесячно.

Примененные энергосберегающие меры и технологии

При проведении эксперимента каждый из двух отопительных сезонов был, в свою очередь, разбит на две части:

Период I : октябрь-декабрь 1992

Период II : январь-апрель 1993

Период III: октябрь-декабрь 1994

Период IV: январь-апрель 1994

В каждом здании в течение каждого указанного периода были реализованы различные по составу наборы энергосберегающих мер и технологий. Их описание приводится ниже.

Базовый пример - гидроэлеватор без регулирования

До начала проекта все 4 здания имели зависимую систему отопления с обычным гидроэлеваторным узлом без какого-либо автоматического регулирования.

Контрольные замеры были выполнены в зданиях №№ 4,6,8 и 10 во время периодов I и III, а также дополнительно в зданиях №№ 4 и 6 в течение контрольного двухнедельного интервала во время периода IV.

Гидроэлеватор с регулированием по температуре

В здании № 4 гидроэлеватор был оснащен контроллером, позволяющим автоматически регулировать количество теплоэнергии, отбираемой от сети централизованного теплоснабжения в зависимости от внешней температуры.

Целью мероприятия было уменьшение перегрева квартир в умеренные дни. Контрольные замеры проводились в периоды II, III и IV.

Теплообменник с регулированием по температуре

В зданиях №№ 6,8 и 10 были установлены пластинчатые теплообменники с системой автоматического регулирования по внешней температуре, причем конфигурация трубопроводов и задвижек была выполнена таким образом, что система отопления здания могла быть легко переключена с гидроэлеваторного узла на теплообменник и обратно. Установка теплообменника и циркуляционного насоса позволила также изолировать воду вторичного контура отопления от централизованной системы. Контрольные замеры проводились в периоды II, III и IV для обоих вариантов подключения.

Теплоизоляция зданий

Во всех четырех зданиях были применены следующие теплоизолирующие технологии:

• заделка щелей в рамах и между рамами, между проемами окон и дверей,

• заделка трещин и швов в стенах;

• уплотнение окон и дверей;

• установка уплотняющих порогов для входных и балконных дверей;

• установка изолирующих отражающих барьеров между каждым радиатором и стеной, а также на нижней поверхности подоконника над радиатором;

• утепление чердака (слой стекловолоконного теплоизолятора толщиной 20 см );

• теплоизоляция стекловолоконным материалом воздушных каналов в потолке подвалов зданий №№ 8 и 10 и по периметру подвала здания № 6;

• герметизация отверстий в потолке подвалов, через которые проходят трубопроводы и электропроводка.

В зданиях не применялась внутренняя теплоизоляция (за исключением радиаторных отражателей) из-за проблемы конденсации влаги. Уровни СО и СО2 были замерены в каждой квартире до и после выполнения работ по теплоизоляции. Жителям было разъяснено, что поток нагретого радиаторами воздуха должен иметь возможность свободно циркулировать в помещении, а для этого радиаторы не должны быть закрыты мебелью и шторами. Работы по теплоизоляции были выполнены в следующие сроки: здание № 10 - январь 1993; Здание № 8 - август 1993; и здания №№ 4 и 6 - январь 1994.

Установка термостатов

Термостатические вентили были установлены на всех радиаторах в квартирах в зданиях №№ 8 и 10 в августе-сентябре 1992.

Промывка трубопроводов

Трубопроводы отопления были промыты химическим раствором, чтобы избежать засорения термостатов частичками накипи и окалины.

Теплоизоляция внешних стен

Теплоизоляция внешних стен была выполнена специальным полимерным пеноматериалом в период лета 1993г. В здании № 10 были утеплены все стены, а в здании № 8 только торцевые фасады без окон.

Таблица 1 дает полное представление о всех выполненных энергосберегающих мерах и технологиях и сроках их демонстрации (контрольных замеров).

Таблица 1. Перечень и сроки демонстрации энергосберегающих мер и технологий

Здание№4

Здание№6

Здание №8

Здание№10

Периоды

I

II

III

IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

I

II

III

IV

Энергосберегающие меры и технологии

Гидроэлеватор без регулирования (база)

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Гидроэлеватор с регулированием

?

?

?

Теплообменник с регулированием

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Теплоизоляция щелей и чердака

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Термостатические вентили

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Стимулирование энергосбережения

Х

Х

Промывка трубопроводов

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Х

Теплоизоляция внешних стен

Х

Х

Х

Х

Проведенные в течение всех четырех периодов серии контрольных замеров позволили оценить достигнутую реальную экономию тепловой энергии в зависимости от объема внедренных мер и технологий. Результаты оценки представлены ниже в Таблице 2.

Таблица 2. Оценка экономии тепловой энергии от внедренных технологий.

№ здания	Внедрённые технологии	Экономия энергии,%
4	Гидроэлеватор с регулированием	0,0
6	Теплообменник с регулированием	3,5
8	Теплообменник с регулированием + термостатические вентили	12,4
10	Теплообменник с регулированием + термостатические вентили + теплоизоляция здания	21,3

Обсуждение результатов

Из таблицы видно, что оснащение гидроэлеваторного узла автоматическим регулятором не дало положительного эффекта. Этот странный на первый взгляд результат объясняется тем обстоятельством, что демонстрационное здание № 4, где было внедрено регулирование, является т.н. “концевым” в сети теплоснабжения и, вероятно, не получает избыточного тепла. Таким образом, возможность регулирования без дополнительных мер по утеплению здания практически отсутствует. В то же время установка теплообменников с автоматическим управлением в других зданиях позволила получить небольшую экономию, поскольку они находятся ближе к источнику тепла. Кроме того, с установкой теплообменников был исключен отбор теплоносителя из системы.

В зданиях №№ 8 и 10, помимо теплообменников с автоматическим регулированием на всех радиаторах в квартирах, были установлены термостатические вентили .Для того, чтобы стимулировать жильцов устанавливать термостаты, им возвращались переплаченные за тепло деньги. Контрольные замеры отчетливо показали, что жильцы активно пользовались термостатами.

Мероприятия по утеплению зданий №№ 8 и 10 в сочетании с ранее

установленными теплообменниками и термостатами безусловно дали максимальный результат. Экономия в 21 %, по всей видимости, является вполне реальной и соответствует идее и предварительным оценкам проекта.

Проводя сравнения с другими зданиями, можно заключить, что собственно меры по утеплению дают экономию теплоэнергии не менее 9 %. Заметим еще раз, что утепление не даст ожидаемый результат, если жильцы открывают окна в периоды с умеренной погодой, и, значит, какое-либо регулирование поступления тепла совершенно необходимо.

Для клиентов системы централизованного теплоснабжения установка индивидуальных теплообменников с регулированием в каждом здании может оказаться дорогим удовольствием из расчета на одну квартиру (примерно 250 $). Та же процедура на уровне центрального теплового пункта (один ЦТП может обслуживать от 5 до 25 зданий) с дополнительным простым регулированием в каждом доме может дать почти такой же эффект при затратах около 80 $ на квартиру.

Экономика энергосбережения дает ряд весьма любопытных цифр:

• стоимость мер по теплоизоляции здания (без регулирования) примерно равна экономии за первый год;

• добавка стоимости автоматического регулирования на уровне ЦТП приводит к сроку окупаемости (простому) от 2 до 3 лет;

• общая стоимость регулирования на уровне ЦТП и теплоизоляции здания сравнима с размером годовой Государственной субсидии (в расчете на одну квартиру), выплаченной на отопление жилых зданий в 1992-1993 годах.

Выводы:

Меры по теплоизоляции и автоматическое регулирование, внедренные в здании № 10, убедительно показали, что можно сэкономить более, чем 20% тепловой энергии, идущей на отопление дома. Это была не теоретическая, а реально продемонстрированная цифра. Фактическая экономия почти всегда меньше, чем полученная инженерным расчетом, поскольку люди время от времени открывают окна для проветривания квартир, какие-то окна не могут быть уплотнены, некоторые жильцы чувствуют себя более комфортно при повышенной температуре в помещении и стараются достичь ее вместо того, чтобы экономить энергию, и т. д.

Необходимо глубоко осознать, что только сочетание мер по теплоизоляции и автоматического регулирования теплопотребления может дать значительную экономию энергии. Утепление может снизить количество энергии, необходимое зданию. Регулирование требуется, чтобы снизить количество энергии, которое здание потребляет.

Анализ данных, полученных в течение двух отопительных сезонов, показал, какие энергосберегающие технологии и меры являются наиболее экономически эффективными для многоквартирных жилых зданий из сборного железобетона: заделка щелей и трещин, уплотнение окон и дверей, установка радиаторных отражателей; теплоизоляция чердака/крыши; автоматическое управление теплоснабжением на уровне здания или центрального теплового пункта.

Установка термостатических радиаторных вентилей не кажется столь же выгодным с экономической точки зрения мероприятием, но возможность индивидуального регулирования температуры в помещении безусловно чрезвычайно важна для повышения комфортности проживания.

Планы города Кракова снизить объем выбросов, отравляющих атмосферу, путем остановки и закрытия 633 мелких угольных котельных с переключением питаемых ими зданий на систему централизованного теплоснабжения увеличивают общую нагрузку на теплосети приблизительно до 2060 МВт. Для сравнения: тепловая мощность существующей на сегодня ТЭЦ составляет 1730 МВт. Очевидно, что выполнение городской программы энергосбережения, позволяющей снизить нагрузку на 20%, снимает необходимость в строительстве нового централизованного источника теплоснабжения.

Для того, чтобы поддержать и развить стремление к экономии энергии, необходимо также пересмотреть систему тарифов, субсидий и платежей так, чтобы люди, потребляющие тепло, имели возможность регулировать по своему усмотрению величину этого потребления и имели экономические стимулы к его снижению.[4].

III.Использование солнечной энергии.

1.Увеличение способности стен поглощать солнечную радиацию.

Значительную экономию дефицитного органического топлива, расходуемого на отопление помещений, может дать использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ). Возрастающий интерес к НВИЭ в России в последние годы может быть в основном объяснён экологическими и социальными факторами, а также научно-техническим прогрессом в деле их освоения. Суммарный валовой потенциал НВИЭ в России оценивается в 2,1 млрд. тонн у.т. Экономически оправданный потенциал для освоения при современном техническом уровне российскими специалистами оценивается в 270 млн. тонн у.т.

В последнее время резко возрос интерес к проблеме использования солнечной энергии, и внимание, уделяемое ему во всем мире, заставляет нас рассмотреть его возможности отдельно.

Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнечного излучения, чрезвычайно велики.

Способность стен эффективно поглощать солнечную радиацию в холодный период года можно существенно повысить путем размещения на наружной поверхности прозрачной теплоизоляции. Пройдя сквозь нее, солнечная радиация достигает непрозрачного слоя и нагревает его. Это тепло не поглощается наружным воздухом благодаря значительному термическому сопротивлению прозрачной изоляции.

Температурный градиент в толще стены уменьшается, сокращаются теплопотери. В настоящее время известен материал, основой которого является прозрачная поликарбамидная пленка. Он бывает трех типов.

Первый представляет собой капиллярную структуру, выполненную из прозрачной поликарбонатной пленки толщиной 0,1 мм с диаметром капилляров 0,8 мм и стандартной длиной капилляров 20 и 40 мм. Торцы капилляров запаяны той же пленкой. Второй - аналогичная конструкция сотовой структуры, а третий - аэрогель, который представляет собой спаянные друг с другом воздушные пузырьки в оболочке из поликарбонатной пленки. Материал подвержен механическим воздействиям, поэтому на прозрачную теплоизоляцию накладываетсялистовое стекло. Подобная конструкция хороша для зимы, летом аккумуляция солнечной радиации наружной стеной вредна. Между прозрачной теплоизоляцией и непрозрачным слоем необходимо предусмотреть воздушную прослойку, в которой можно поместить штору из пленки, отражающей солнечные лучи, или пластмассовые жалюзи.

Штору можно также повесить снаружи. [6].

2.Технология использования солнечной энергии. Опыт Швеции.

Попытки эффективно использовать солнечную энергию с помощью систем солнечных коллекторов делались давно. Однако изобилие дешёвого топлива в течение длительного времени снимало какие-либо реальные предпосылки к серьёзному техническому развитию и активному использованию таких систем отопления. До 1970-х годов, когда возникли кризисы и расширилась осведомлённость о проблемах окружающей среды, в Швеции не проявилось интереса к результатам научно-исследовательских и экспериментальных работ по утилизации солнечной энергии.

Солнечные коллекторы.

Существуют два типа солнечных коллекторов: концентрирующий и плоскопластинчатый. Концентрирующие коллекторы позволяют увеличить невысокую интенсивность солнечной радиации с помощью зеркального элемента, вырабатывая высокие температуры. Плоскопластинчатые коллекторы поглощают чёрной поверхностью тепло и преобразуют его в теплоноситель, циркулирующий через коллектор. Максимальная температура, полученная таким путём составляет около 200 °С, то есть значительно ниже того, что можно получить в концентрирующих коллекторах. С другой стороны, плоскопластинчатые коллекторы обеспечивают лучшее использование рассеянной радиации, их производство и монтаж значительно дешевле, они могут быть высокоэффективными благодаря хорошей теплоизоляции, предотвращающей теплопотери.

Низкотемпературные солнечные коллекторы работают в диапазоне +10…+30 ?С. Они не имеют покрытия стеклом или покрыты лишь одним слоем пластика. Производство коллекторов этого типа не требует больших затрат, их можно легко встроить в поверхность крыши, что дополнительно сокращает стоимость при новом строительстве и при реконструкции крыши в существующих зданиях.

Среднетемпературные солнечные коллекторы работают в температурном диапазоне +30…+60 ?C, часто имеют однослойное стеклянное покрытие и селективный поглотитель. Этот тип коллектора используется в Швеции для систем приготовления бытовой горячей воды.

Высокотемпературные солнечные коллекторы работают при температуре выше +60 ?C и поэтому должны проектироваться с гарантией низких теплопотерь. Проектирование становится более сложным, так как возникает необходимость разработки различных типов антиконвективных перегородок, предотвращающих тепловые потери.

Различные типы коллекторов обладают одинаковой эффективностью и одинаковой вырабатываемой мощностью в пределах соответствующих диапазонов температур. Различия заключаются в том, что более высокий температурный уровень коллектора способен обеспечить большую долю общей тепловой нагрузки, поступающей от коллектора без использования дополнительной энергии, например от теплового насоса. [3,138].

Солнечное отопление и здания.

В отличие от традиционных средств отопление от солнечной энергии требует дополнительных сведений о зданиях и их теплопотреблении. Для солнечных коллекторов необходимы незатенённые и неповреждённые крыши и фасады, обращённые на юг, юго-восток или юго-запад. Важно также знать необходимые температурные уровни для отопления и потребность здания в тепле в различные времена года. Необходимы также данные о потребности в бытовой горячей воде и анализ её потребления в различное время суток и года. Общая эффективность оборудования для отопления от солнечной энергии также чувствительна к излишним размерам (так как с увеличением поверхности коллекторов одновременно возрастают потери тепла в окружающую среду).

Важным элементом в исследованиях по использованию солнечной энергии являются расчёты и создание математических моделей. [3,150].

Системы солнечного отопления с сезонным накоплением тепла в грунте.

Системы отопления от солнечной энергии при накоплении тепла в сезонном накопителе летом для использования его зимой могут обеспечить большую часть общей потребности в тепле. Хорошие теплоаккумулирующие свойства имеют накопители из глины. Встроенные в крышу низкотемпературные солнечные коллекторы используют вовремя солнечных месяцев года, чтобы обеспечить отопление и горячее водоснабжение, и накопить тепло в грунтовом накопителе.

Температуру грунта в зоне накопления на глубине 15…30 метров поднимают на 10 - 15 ?C в низкотемпературных системах и до 60 ?С в высокотемпературных системах накопления. В течение месяцев, характеризующихся слабой активностью, тепло возвращают из накопителя при помощи теплового насоса. Тепловой насос повышает температуру возвращаемого тепла до уровня, удовлетворяющего потребность в отоплении.

Группа модулей солнечных коллекторов с сезонным накоплением тепла в заполненных водой скальных выемках.

Другой тип крупномасштабных систем отопления от солнечной энергии с сезонным накоплением тепла летом предусматривает использование заполненных водой скальных выемок. Система такого типа предназначена для того, чтобы обеспечить потребность в отоплении целого жилого района, и пригодна для использования в обычных стандартных домах при расположении их без особых требований к ориентации. Большой водяной накопитель тепла в скальных выемках может применяться для высокотемпературного накопителя, следовательно, нет необходимости в тепловых насосах. В системе этого типа используется высокотемпературные солнечные коллекторы плоского типа в виде модулей, готовых для монтажа групп коллекторов на поверхности земли.

К концу лета в большей части накопителя температуру теплоносителя поднимают до 90 ?С и накопленное тепло подают в дом через систему циркуляционных насосов и теплообменников.

Солнечные коллекторы обеспечивают около 95% общей годовой потребности в тепле, остальную часть обеспечивают бойлеры на нефти.

Группы модулей солнечных коллекторов, подсоединённых к групповой и районной системе отопления.

При подсоединении солнечных коллекторов к групповой или районной системе отопления может быть сэкономлено около 10% общей годовой потребности системы в топливе. Большие группы монтируемых на земле модулей высокотемпературных солнечных коллекторов подсоединяют к обратной магистрали распределительной системы. Тепло, поступающее от коллекторов, добавляется к теплу от отопительного обычного оборудования по производству тепла. Системы этого типа были использованы в Швеции в экспериментальных проектах в городах Книвста, Сёдертёрн, Торвалла. [3,142].

3.Аккумулятор для жидкостных систем.

Существенным преимуществом жидкостных систем, содержащих бак-аккумулятор с водой, является их совместимость с солнечным охлаждением.

Наибольшим преимуществом воды в качестве теплоаккумулирующей среды является ее сравнительно низкая стоимость (за исключением тех районов мира, где воды мало). Однако с водой связаны некоторые трудности, решение которых может вызвать значительные затраты.

В настоящее время удерживание больших объемов воды (100...350 м³ на 1 м² коллектора) стало проще благодаря появлению надежных гидроизоляционных материалов и больших пластиковых листов. Раньше единственным сосудом был бак из оцинкованной стали, который, в конечном счете, протекал. Замена крупных баков, размещенных обычно в подвалах или под землей, является трудным и дорогостоящим делом. Внедрение стеклофутеровки и баков из стекловолокна устранило проблемы коррозии, но увеличило первоначальные затраты.

На рис. 1 показаны два способа хранения воды:

• наполненный водой бетонный (или шлакоблочный) контейнер;

• система Г. Томасона (бак с водой, окруженный камнями).



Рис. 1. Две системы аккумулирования тепла водяного типа.

Слева - бетонный резервуар, наполненный водой; справа - водяной бак, окруженный камнями:

1 - к коллектору; 2 - гидроизоляционная облицовка; 3 - к радиатору; 4 - из коллектора; 5 - стенка из бетонных или шлакобетонных блоков; 6 - от радиаторов; 7 - вода; 8 - камни размером 70...100 мм с воздушными промежутками; 9 - выпуск теплого воздуха; 10 - впуск холодного воздуха; 11 - бак с водой.

В первом способе теплая вода из бака циркулирует в здание либо непосредственно через радиаторы или теплоизлучающие панели, либо косвенно через змеевиковые теплообменники, которые нагревают обтекающий их воздух, охлажденный в помещении.

Аккумулятор второго типа передает тепло медленно, но постоянно от бака с водой камням. Охлажденный в доме воздух медленно циркулирует в больших объемах между нагретыми камнями и возвращается обратно в дом. В обоих случаях самая холодная вода на дне бака поступает в коллектор для подогрева, а затем возвращается в верхнюю часть бака. Эта нагретая в коллекторе вода используется для отопления дома.

Рис. 2 Коллекторы с наружным стоком воды и бак-аккумулятор в доме

1- коллекторы; 2 - теплообменники для радиации отопления горячей водой; 3 - аккумуляторы .

На рис. 2 показано поперечное сечение дома (шт. Вермонт, США), который был спроектирован Сью Бартон Теннер. Система солнечного теплоснабжения, разработанная фирмой "Тотал энвайронментал экшн", имеет в своем составе коллектор с открытым стоком воды. Теплообменник отбирает тепло от аккумулятора и передает его в дом через большие стеновые и потолочные радиационные панели, позволяя использовать воду сравнительно низкой температуры. Второй теплообменник подогревает воду для хозяйственных нужд, которая затем поступает в обычный водонагреватель для догрева (при необходимости).
Большие размеры и высокая стоимость теплообменников могут вызвать серьезные возражения против использования водяных баков-аккумуляторов. 25...50 т камней в системе Томасона хотя и будучи дополнительным аккумулятором тепла, являются в некотором смысле чересчур внушительным теплообменником. У некоторых типичных металлических теплообменников, погруженных в воду, общая площадь поверхности теплообмена может составлять чуть ли не 1/3 от площади солнечного коллектора.

Теплообменники необходимы, когда воду в баке невозможно использовать непосредственно для других целей, кроме аккумуляции тепла. Например, при использовании в коллекторе раствора антифриза он должен проходить через теплообменник во избежание смешивания его с водой в баке. Кроме того, при расчете теплоснабжения здания инженеры по отоплению обычно требуют, чтобы вода из бака не использовалась в отопительной системе. Это особенно показательно для случая, когда вода из бака циркулирует через коллектор.

Ограничение выбора местоположения для больших баков с водой может оказаться выгодным для проектировщиков здания, нежелающих ломать голову над вопросом об оптимальном месте их размещения. Однако, для проектировщика, желающего сделать теплоаккумулятор неотъемлемой частью своего проекта, размещение тяжелого и громоздкого бака может оказаться действительно очень трудной задачей. Естественно, в самосливных системах жидкостного типа аккумулятор должен находиться ниже дна коллектора, а в термосифонных системах - выше верхней части коллектора. Если аккумуляционная система связана с другим оборудованием, например с отопителем, насосами, теплообменником и бытовыми водонагревателями, то может потребоваться ее близкое размещение к ним.

4.Международные исследования в области использования солнечной энергии.

Наиболее важный урок последних десятилетий состоит в том, что требуется длительное время для внедрения в практику результатов, полученных в лаборатории. Что касается систем отопления с использованием солнечной энергии, то это не просто нововведение, а скорее последовательное развитие и поэтапное движение. Разработаны дешёвые системы солнечных коллекторов, которые могут быть достаточно просто установлены.

Основной целью научно-исследовательских работ во всех странах является дальнейшее снижение стоимости систем. Использование энергии солнца включено во все программы по энергосбережению; широкомасштабные исследования в этой области проводятся в Швеции, Италии и США. Важны экспериментальные проекты, которые сами должны быть конкурентоспособны при системном изучении. С другой стороны, разработка компонентов таких проектов должна распространяться только на такие решения, которые подтверждают целесообразность реализуемой технологии.[3,164].

IV.Выводы.

Достижения в решении проблемы энергосбережения.

В повышение эффективности общественного производства в условиях проведения экономических реформ и развития рыночных отношений одно из важнейших направлений принадлежит ресурсо- и энергосбережению во всех отраслях экономики России, в том числе в строительном комплексе и жилищно-коммунальном хозяйстве.

Экономия энергетических ресурсов в настоящее время и в обозримом будущем представляется приоритетом мирового уровня в различных областях человеческой деятельности, особенно в сфере создания среды жизнеобеспечения человека, поскольку её нормальное функционирование требует существенных энергетических затрат, связанных с эксплуатацией жилых и общественных зданий, производственных объектов и их инфраструктуры.

Правительством Москвы, одним из первых субъектов Федерации, были предприняты шаги по разработке долгосрочной программы энергосбережения в городском хозяйстве столицы. Разработка в 1994 году "Московских городских строительных норм энергосбережения в зданиях. Нормативы по теплозащите и теплоэлектроснабжению" базировались, с одной стороны - на зарубежном опыте повышения нормативов по теплозащите, создании энергосберегающих инженерных и конструктивных решений зданий, а с другой - на имевшийся к тому времени опыт московских организаций.

В научном плане необходимо было, в первую очередь, разработать систему энергосберегающей теплоизоляции строящихся зданий, включающую:

управление показателями конструктивных и инженерных решений в проектах теплозащиты с учётом обеспечения требуемой долговечности и снижения эксплуатационных затрат на отопление;

контроль этих показателей по стадиям инвестиционно - строительного цикла;

возможность целенаправленного управления структурными параметрами высокодисперсных теплоизоляционных материалов, исходя из требований оптимизации проектных решений теплозащиты здания;

использование поддерживающих инновационных технологий управления при проектировании и строительстве зданий и создание благодаря этому научной и практической основы для массового внедрения в строительства зданий, обеспечивающих при эксплуатации заданную экономию теплоэнергетических ресурсов в городском хозяйстве.

Достижение указанной цели определило постановку следующих задач:

1. Обобщить опыт исследований и разработки эффективных теплоизоляционных материалов и разработать их классификацию по различным параметрам.

2. Исследовать и оценить по приведённым затратам степень влияния повышенных нормативов теплозащиты ограждающих конструкций на эксплуатационные характеристики зданий для массового строительства.

3. Изучить закономерности управления разработкой конструктивных решений стен в процессе проектирования зданий

4. Исследовать по условиям обеспечения комплекса параметров микроклимата и энергосбережения классификацию наружных ограждающих конструкций и выявить общие принципы управления параметрами теплозащиты и инженерных решений зданий.

5. Исследовать эксплуатационные характеристики ограждающих конструкций с различной тепловой инерцией в климатических стендах и оценить их длительные эксплуатационные, в том числе теплотехнические свойства под воздействием знакопеременных температур, имитирующих условия эксплуатации.

6. Разработать методику составления бизнес-планов для энергоэффективных объектов.

7. Подготовить документацию, промышленное производство и осуществить экспериментальное строительство головных образцов энергоэффективных и модернизированных серий жилых домов для массового строительства.

8. Исследовать методы учёта и поощрения экономии энергоресурсов в строительстве, разработать Положение об экономическом стимулировании участников строительства энергоэффективных объектов и проект соответствующего регионального законодательства.

В результате осуществлённого специалистами строительного комплекса пятилетнего цикла исследований, проектных разработок и экспериментального строительства решена важная народнохозяйственная задача, заключающая в создании на примере Москвы научных основ управления энергосберегающими технологиями в массовом строительстве, включая методологическое обеспечение решения нормативных, материаловедческих, конструкторских и управленческих задач. Результаты исследований внедрены при экспериментальном и массовом проектировании и строительстве жилых зданий с повышенными теплозащитными свойствами в Москве.

Суммарный эффект - экономия 236 тыс. гКал тепловой энергии и 3,17 млн.Квт· ч электроэнергии в год.

Таким образом, решение методики инновационного менеджмента вышеперечисленного круга нормативных, материаловедческих, конструкторских, управленческих и экономических задач, направленных на совершенствование теплозащиты многоэтажных и гражданских зданий с целью экономии энергии при их эксплуатации, безусловно, являются важной народнохозяйственной задачей, имеющей научную и практическую актуальность не только для Москвы, но и всех регионов России.[2,6].

Список использованной литературы:

1. Анализ существующих и потенциальных энергосберегающих технологий в России и за рубежом. Доклад Миннауки РФ. -М., 1997.

2. Дмитриев А.Н. Управление энергосберегающими инновациями. -М.:АСВ,2001. - 320 с.

3. Козлов В.Б. Энергосберегающие технологии в современном строительстве. -М.:Стройиздат, 1990.- 296 с.

4. Луженский А., Комаров О. "Демонстрационный проект в городе Краков (Польша)".

5. Перевозчиков А.О. Экономические основы энергосбережения. Доклад. Выставка "энергосбережение - 1999", 1999г.

6. Тертичник Е. “Пути энергосбережения в гражданских зданиях. Энергоэффективность зданий., инженер, доцент МГСУ По материалам семинара НТС “Стройинформ” “Пути энергосбережения в гражданских зданиях. Энергоэффективность зданий” .

7. Холщевников В.В., Луков А.В. Климат местности и микроклимат помещений. -М.: АСВ,2001. -200 с.