Энергоэффективные здания на сложном рельефе реферат

Обновлено: 02.07.2024

Для полного понимания проблем связанных с энергоэффективностью и энергосбережением начнем с понятия (определения), что же означает слово энергоэффективность ? Энергоэффективность – это комплекс организационных, экономических и технологических мер, направленных на повышение значения рационального использования энергетических ресурсов в производственной, бытовой и научно-технической сферах. Говоря более простым языком, энергоэффективность – это эффективное использование энергии, а значит сокращение коммунальных расходов. Слова энергоэффективность и энергосбережение часто упоминаются вместе. Хотя существует взаимосвязь, все же это разные вещи. Эффективность означает получение необходимого результата с использованием меньшего количества энергии. Сбережение, однако, означает потребление меньшего количества энергии или вовсе отказ от ее использования. Эффективность часто приводит к сбережению энергии, но не наоборот. Для упрощения восприятия информации далее в тексте слова энергоэффективность и энергосбережение будут использованы как синонимы.

В настоящее время энергосбережение является одной из приоритетных задач государства. Это связано с дефицитом основных энергоресурсов, возрастающей стоимостью их добычи, а также с глобальными экологическими проблемами. Известно, что большая часть энергоресурсов в стране производится из органического топлива (90 %) [1]. К ядерному топливу подорвано доверие общественности из-за риска аварий с глобальными последствиями и проблем захоронения радиоактивных отходов, крупные гидроэлектростанции нарушают экологические пропорции (затопление территорий, увлажнение климата, ущерб рыбному хозяйству и т.д.). Возобновляемые энергоресурсы (солнечная, ветровая, геотермальная и т.д.) пока обладают ограниченными возможностями при промышленном использовании. Однако, их использование можно отнести к сравнительно экологически чистым технологиям получения энергии. Экономия энергии – это эффективное использование энергоресурсов за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, приемлемы с экологической и социальной точек зрения, не изменяют привычного образа жизни. Это определение было сформулировано на Международной энергетической конференции (МИРЭК) ООН.

В соответствии с требованиями Федерального закона от 23 ноября 2009 г. №261–ФЗ Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации [2], здание должно быть запроектировано и возведено таким образом, чтобы при выполнении установленных требований к внутреннему микроклимату помещений и другим условиям проживания обеспечить эффективное и экономическое расходование энергетических ресурсов при его эксплуатации. Однако любое энергосберегающее мероприятие требует затрат денежных средств, необходимых для его реализации. Так как же рационально использовать энергию и повысить уровень энергоэффективности жилого здания?

Для того чтобы ответить на этот вопрос необходимо рассмотреть как распределяется энергопотребление здания в целом, для этого обратимся к статистике [3].

Рисунок 1 – Стандартное энергопотребление дома в Европе (Анимация, 8 кадров, 24 Кбайт)

Как мы можем заметить из приведенной диаграммы, большая часть потребляемой энергии приходится на отопление, а четвертая часть всей энергии – на горячее водоснабжение. То есть другими словами, основная часть энергии тратится на подогрев воды. И это весьма логично, вы только представьте, сколько необходимо затратить угля и газа для того, чтобы отопить, к примеру, 17–ти этажное здание, в котором расположено по меньшей мере 136 квартир площадью 50–70 м 2 каждая. Такие большие затраты энергии так же связаны с большими потерями тепла, т.е. пока подогретая вода достигнет верхних этажей, она уже успеет остыть на пару десятков градусов, и это только единичный пример.

Потребление тепловой энергии в России, а также энергосбережение в этой области активно регулируются многими нормативными и правовыми документами. В 2009 году целях создания экономических, правовых и организационных основ повышения энергетической эффективности, и стимулирования энергосбережения был принят Федеральный закон Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации . Действие указанного Федерального закона распространяются на деятельность, которая связана с использованием энергетических ресурсов, определяются полномочия органов власти, в первую очередь правовое регулирование в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В законе разъяснена необходимость повышения энергетической эффективности, энергосбережения и показаны способы их осуществления.

Таблица 1 – Классы энергоэффектисности зданий

Классы энергоэффективности зданий	Величина отклонения расчётного (фактического) значения удельного расхода тепловой энергии от нормативного, %	Мероприятия, рекомендуемые органам администраций субъектов РФ
А+ Очень высокий	ниже 60	Экономическое стимулирование
А	от 45 до 59,9	Экономическое стимулирование
B++ Высокий	от 35 до 44,9	Экономическое стимулирование в зависимости от года строительства
B+	от 25 до 34,9
B	от 10 до 24,9
C Нормальный	от +5 до 9,9	---
D Пониженный	от 5,1 до +50	Желательна модернизация здания после 2020 года
E Низкий	более +50	Необходимо немедленное утепление здания

Перед тем как принимать какие-либо меры по повышению энергоэффективности дома, помимо оценки класса энергоэффективности необходима оценка состояния здания в целом. Что это значит?

Надзорные органы определяют класс энергоэффективности многоквартирного жилого дома, а застройщик и собственник дома размещают указатель класса энергоэффективности на фасаде дома. Собственники зданий, строений, сооружений обязаны в течении всего срока их эксплуатации не только обеспечивать установленные показатели энергоэффективности, но и проводить мероприятия по их повышению. Это так же является обязанностью, лица, ответственного за содержание жилого дома. Один раз в пять лет показатели энергоэффективности должны пересматриваться в направлении улучшения. Если дом крепкий и имеет небольшой процент износа, то имеет смысл работа по повышению энергоэффективности дома. Затраты по повышению энергоэффективности окупятся. Если дом находится в предаварийном состоянии, то лучше обойтись малыми затратами на поддержание комфорта и обеспечение учета энергоресурсов. Учет в любом случае быстро окупится. В составе требований к управлению энергоэффективностью зданий, строений, сооружений: показатели энергоэффективности для объекта в целом; показатели энергоэффективности для архитектурно–планировочных решений; показатели энергоэффективности для элементов объекта и конструкций, а так же материалов и технологий, применяемых при капремонте.

Состав мероприятий по повышению энергоэффективности [5]:

Повышение теплового сопротивления ограждающих конструкций

облицовка наружных стен, технического этажа, кровли, перекрытий над подвалом теплоизоляционными плитами – снижение теплопотерь до 40%;
устранение мостиков холода в стенах и в примыканиях оконных переплетов (эффект 2–3%);
устройство в ограждениях/фасадах прослоек, вентилируемых отводимым из помещений воздухом;
применение теплозащитных штукатурок;
уменьшение площади остекления до нормативных значений;
остекление балконов и лоджий (эффект 10–12%);
замена/применение современных окон с многокамерными стеклопакетами и переплетами с повышенным тепловым сопротивлением;
применение окон с отводом воздуха из помещения через межстекольное пространство (эффект 4–5%);
установка проветривателей и применение микровентиляции;
применение теплоотражающих/солнцезащитных стекол в окнах и при остеклении лоджий и балконов;
остекление фасадов для аккумулирования солнечного излучения (эффект от 7 до 40%);
применение наружного остекления имеющего различные характеристики накопления тепла летом и зимой;
установка дополнительных тамбуров при входных дверях подъездов и в квартирах;
регулярное информирование жителей о состоянии теплозащиты здания и мерах по экономии тепла.

Повышение энергоэффективности системы отопления

замена чугунных радиаторов на более эффективные алюминиевые;
установка термостатов и регуляторов температуры на радиаторы;
применение систем поквартирного учета тепла (теплосчетчики, индикаторы тепла, температуры);
реализация мероприятий по расчету за тепло по количеству установленных секций и месту расположения отопителей;
установка теплоотражающих экранов за радиаторами отопления (эффект 1–3%);
применение регулируемого отпуска тепла (по времени суток, по погодным условиям, по температуре в помещениях);
применение контроллеров в управлении работой теплопункта;
применение поквартирных контроллеров отпуска тепла;
сезонная промывка отопительной системы;
установка фильтров сетевой воды на входе и выходе отопительной системы;
дополнительное отопление через отбор тепла от теплых стоков;
дополнительное отопление при отборе тепла грунта в подвальном помещении;
дополнительное отопление за счет отбора излишнего тепла воздуха в подвальном помещении и в вытяжной вентиляции (возможное использование для подогрева притока и воздушного отопления мест общего использования и входных тамбуров);
дополнительное отопление и подогрев воды при применении солнечных коллекторов и тепловых аккумуляторов;
использование неметаллических трубопроводов;
теплоизоляция труб в подвальном помещении дома;
переход при ремонте к схеме индивидуального поквартирного отопления;
регулярное информирование жителей о состоянии системы отопления, потерях и нерациональном расходовании тепла и мерах по повышению эффективности работы системы отопления.

Экономия воды (горячей и холодной)

установка общедомовых счетчиков горячей и холодной воды;
установка квартирных счетчиков расхода воды;
установка счетчиков расхода воды в помещениях, имеющих обособленное потребление;
установка стабилизаторов давления (понижение давление и выравнивание давления по этажам);
теплоизоляция трубопроводов ГВС (подающего и циркуляционого);
подогрев подаваемой холодной воды (от теплового насоса, от обратной сетевой воды и т.д);
установка экономичных душевых сеток;
установка в квартирах клавишных кранов и смесителей;
установка шаровых кранов в точках коллективного водоразбора;
установка двухсекционных раковин;
установка двухрежимных смывных бачков;
использование смесителей с автоматическим регулированием температуры воды;
регулярное информирование жителей о состоянии расхода воды и мерах по его сокращению.

Экономия электрической энергии

замена ламп накаливания в подъездах на люминесцентные энергосберегающие светильники;
применение систем микропроцессорного управления частнорегулируемыми приводами электродвигателей лифтов;
замена применяемых люминесцентных уличных светильников на светодиодные светильники;
применение фотоакустических реле для управляемого включения источников света в подвалах, технических этажах и подъездах домов;
установка компенсаторов реактивной мощности;
применение энергоэффективных циркуляционных насосов, частотнорегулируемых приводов;
пропаганда применения энергоэффективной бытовой техники класса А+, А++;
использование солнечных батарей для освещения здания;
регулярное информирование жителей о состоянии электропотребления, способах экономии электрической энергии, мерах по сокращению потребления электрической энергии на обслуживание общедомового имущества.

Экономия газа

применение энергоэффективных газовых горелок в топочных устройствах блок котельных;
применение систем климат-контроля для управления газовыми горелками в блок котельных;
применение систем климат-контроля для управления газовыми горелками в квартирных системах отопления;
применение программируемого отопления в квартирах;
использование в быту энергоэффективных газовых плит с керамическими инфракрасными (ИК) излучателями и программным управлением;
пропаганда применения газовых горелок с открытым пламенем в экономичном режиме.

В настоящее время все эти меры по повышению энергоэффективности учитываются еще только на этапе планирования и проектирования многоквартирного жилого дома. Современные здания обладают огромными резервами повышения их тепловой эффективности, но исследователи недостаточно изучили особенности формирования их теплового режима, а проектировщики не умеют оптимизировать потоки тепла и массы в ограждениях и зданий.

Целью отечественного проекта энергоэффективного здания было создание, испытание и последующее внедрение в жилищное строительство города новейших технологий и оборудования, обеспечивающих, как минимум, двукратное снижение энергозатрат на эксплуатацию жилого фонда. Для реализации проекта была выбрана типовая серия жилых домов 111–355.МО, которая наиболее полно отвечает требованиям энергоэффективности с точки зрения архитектурных и объемно-планировочных решений [3]. Проект этой серии разработан 53–м Центральным проектным институтом Министерства обороны России и согласован в установленном порядке для массового строительства на территории Российской Федерации. Конкретный проект Энергоэффективный жилой дом в микрорайоне Никулино–2 был реализован в 1998–2002 гг. Энергообеспечение здания осуществляется, как от внешних источников тепловой и электрической энергии, так и от внутренних – тепловых насосов, использующих тепло грунта и тепло удаляемого вентиляционного воздуха.

В настоящее время технологии, использующие тепловые насосы, применяются практически во всех развитых странах мира. Низкопотенциальным источником тепловой энергии для испарителей тепловых насосов служит грунт поверхностных слоев Земли и тепло удаляемого вентиляционного воздуха.

Все проекты застроек, зданий и сооружений, проходят обязательную экспертизу на стадии утверждения технического задания на строительство и на стадии технико–экономического обоснования или проекта. Основные задачи экспертизы – проверка соответствия проекта нормативным требованиям, способствование внедрению современных прогрессивных решений и снижение сметной стоимости строительства объектов, особенно городского заказа. Московские городские нормы Энергосбережение в зданиях. Нормативы по теплозащите и тепло–, водо–, электроснабжению рекомендуют использовать наиболее прогрессивный потребительский подход в выборе теплозащиты зданий, когда нормируется удельный расход тепла на отопление здания за отопительный период. Это стимулирует проектировщиков не только повышать теплозащиту наружных ограждений здания, но и применять более эффективные системы регулирования подачи тепла на отопление, энергосберегающие технологии и оптимальные объемно–планировочные решения зданий.

Все системы отопления оборудуются термостатами на отопительных приборах. Как правило, в местах подключения систем отопления к тепловым сетям устанавливаются автоматизированные узлы управления. Каждый калорифер и водонагреватель горячей воды имеют автоматическое регулирование подачи тепла, а калориферы – и защиту от замерзания; водопроводные сети – регулирование давления воды на минимально необходимом уровне, для чего в квартирах устанавливаются квартирные регуляторы давления. В высоких зданиях проводится еще и зонирование систем по высоте, в низких зданиях устанавливаются регуляторы давления на вводе для гашения избыточного напора. Обязательным является оборудование каждого ввода в здание и субабонента приборами учета тепла на отопление и вентиляцию, водосчетчиками учета холодной и горячей воды. Все домовые и квартирные приборы учета тепла и воды, так же как и электросчетчики, подключаются к интегральной автоматической системе управления энергосбережением (ИАСУЭ) для автоматической передачи данных в объединенные диспетчерские пункты и расчетные центры для выписки счетов на оплату за потребленные ресурсы [6].

Повышение теплозащитных свойств стеновых конструкций остается одной из основных задач при создании энергоэффективных зданий. Можно выделить различные способы повышения сопротивления теплопередаче современных стеновых ограждений. Среди них: увеличение толщины однородных стеновых конструкций, увеличение толщины теплоизоляции в составе многослойной ограждающей конструкции, снижение насыпной плотности заполнителей, используемых для изготовления стеновых блоков и панелей.

Рисунок 2 – Зависимость температуры на внутренней поверхности дома от толщины теплоизоляции наружных стен

На Рис.2 представлена зависимость уровня сохранения тепла в доме от толщины теплоизоляции наружных стен [3]. Главными достоинствами утепления ограждающих стеновых конструкций методом напыления пенополиуретана (ППУ) является [7]:

небольшой вес теплоизоляции;
отсутствие швов (щелей);
отсутствие мостиков холода;
большой срок эксплуатации (до 50 лет);
сроки выполнения работ в 10-15 раз быстрее.

Выводы

В заключении хотелось бы добавить, что уменьшение энергопотребления позволяет одновременно улучшить физическое состояние воздушной атмосферы. Выбросы газов от сжигания органических и неорганических источников тепла вызывает парниковый эффект в атмосфере Земли, в результате которого в последнее время наблюдается повышенное количество природных потрясений. Стремительный прирост парниковых газов во многом зависит от теплопотребления зданий. По оценкам учёных на их образование расходуется до половины генерируемой энергии. По расчётам специалистов Международного энергетического агентства (МЭА) ввод энергосберегающих технологий может привести к сокращению этих выбросов до 45% [7].

Традиционный подход к строительству частных домов предполагает в первую очередь функциональную ориентацию коттеджа на участке. То есть дом обычно располагают таким образом, чтобы подходы и подъезд к нему были максимально удобными. Учитывают, конечно, и вид из окон. Но европейцы сегодня все чаще отдают предпочтение не функциональности, а энергоэффективности. Нередко они даже размещают дом под углом к границам участка, ориентируя его по сторонам света.

Главные природные факторы, которые влияют на индекс энергоэффективности сооружения, – солнце и ветер. Частный дом нужно постараться сориентировать так, чтобы получить максимальную выгоду от пассивного обогрева здания солнцем. При этом внутренние помещения следует защитить от характерных для нашего климата холодных северных и западных ветров. Как же это сделать проще всего?

Пассивный обогрев дома солнцем

Во-первых, солнечный свет в принципе благотворно влияет на психику. И если значительную часть времени человек проводит в жилых помещениях дома, то именно их окна логично открыть солнечному свету. Во-вторых, нельзя недооценивать энергию солнца. Архитекторы энергосберегающих коттеджей даже используют ее для пассивного обогрева зданий.

Многие энергоэффективные коттеджи оснащают панорамными окнами с южной стороны. Они пропускают в дом коротковолновое тепло солнца, а специальное покрытие на стеклах при этом блокирует утечку из здания длинноволнового теплового излучения. Последнее распространяется нагретыми теплоемкими предметами и материалами, такими как камень, кирпич, строительные блоки и т. д.

Конечно, солнечное тепло дом не обогреет, но несколько процентов экономии на коммунальных расходах – приятный бонус, который можно добавить к красивому виду из южных окон.

С другой стороны, не стоит забывать и о летней жаре. Южные окна обычно занимают не более 40-60 % светопрозрачных конструкций дома. И нередко их защищают высокими лиственными деревьями, которые дают приятную тень летом и открывают фасад солнцу зимой.

Как быть, если дом на склоне?

В случае если дом планируется строить на участке с уклоном более 15°, важно не только правильно сориентировать сооружение, но и верно разместить коттедж на участке. Возможны такие варианты.

Участок с южным уклоном, как несложно догадаться, – наиболее благоприятный вариант. В этом случае дом будет открыт южному солнцу и защищен холмом от северных ветров. Расположить здание можно ближе к северной границе сада либо в другом наиболее выгодном месте с точки зрения, скажем, вида из окон.
Участок с западным или восточным уклоном – не столь благоприятный вариант, но его вполне можно использовать с выгодой для себя. В этом случае дом тоже чаще располагают у северной стороны участка, чтобы открыть вид на сад в южном направлении.
Участок с северным уклоном – наименее благоприятный вариант. В этом случае дом будет закрыт от солнца и открыт холодному ветру. Тогда сооружение стараются разместить ближе к западной границе в середине склона.

Защита от холодного ветра

Энергоэффективный дом важно не только правильно обогреть отопительным оборудованием и солнечной энергией, но и защитить от потерь тепла. Прежде всего, здание нуждается в качественной теплоизоляции, которую выполняют по принципу замкнутого теплового контура. Надежно утеплять нужно не только наружные стены, но и крышу или перекрытия, а также фундамент или пол нижнего этажа. Кроме того, важно не забывать и об установке энергосберегающих окон и дверей.

Но даже в условиях надежного утепления дом может терять тепловую энергию в большей или меньшей степени. На это влияет холодный ветер, который обдувает конструкцию. Поэтому не рекомендуется направлять вход в дом в сторону холодных господствующих ветров.

Защитить от влияния последних помогут сплошные живые изгороди с северной и западной стороны, а также буферные сооружения, которые не требуют обогрева. Именно поэтому гаражи, сараи, мастерские и прочие хозяйственные конструкции часто размещают у северной стены коттеджа. По этой же причине на северную сторону нередко выводят окна и стены ванных комнат и санузлов. Кроме того, вход в здание в нашем климате рекомендуется оборудовать тамбуром.

Коэффициент компактности коттеджа

Еще одна важная характеристика энергоэффективного дома – коэффициент компактности. Он показывает соотношение площади ограждающих конструкций (стен, окон, дверей, крыши и т. д.) к внутреннему объему сооружения.

Для пассивных коттеджей коэффициент компактности должен быть ≤ 0,6.
Для обычных мансардных и двухэтажных домов ≤ 0,9.
Для традиционных одноэтажных зданий ≤ 1,1.

Дело в том, что чем меньше здание имеет выступающих или западающих частей – ниш, эркеров, выступов и т. д., – тем меньше в нем будет конструктивно сложных узлов, где возможно образование мостиков холода. Поэтому идеальная форма для энергоэффективных зданий – шар (купол) или куб.

Однако задача проектирования зданий в форме купола и даже куба решается не просто, и к тому же в таких сооружениях не удается в полной мере использовать преимущества южного солнечного фасада. Поэтому на практике оптимальной считают форму параллелепипеда с соотношением боковых граней 1,5:1.

Длинный фасад с большим количеством окон в этом случае направляют на юг, а на северной стороне располагают не более 10-15 % светопрозрачных конструкций, буферные неотапливаемые сооружения, хозяйственные и сантехнические помещения.

Внутренняя планировка здания

Также стоит уделить внимание функциональному назначению внутренних жилых комнат. Их тоже нередко располагают с учетом географических направлений.

Энергетический кризис 1992 г. заставил переоценить масштабы и способы использования энергии для нормального функционирования высотных зданий.

Основные положения энергетической политики направлены на проектирование энергосберегающих комфортных зданий, в которых необходимо применение рациональных архитектурно-технических решений. В настоящее время около 40% всего добываемого в стране топлива расходуется на теплоснабжение и охлаждение зданий, вместе с тем, запасы традиционного природного топлива (угля, нефти, газа) постепенно истощаются как в нашей стране, так и во всем мире.

Одной из важнейших проблем, решаемой в высотных зданиях и комплексах, является их энергоэффективность. На энергоэффективность высотного здания влияют такие факторы, как место расположения объекта, ориентация по сторонам света, функциональное назначение, объемно-пространственное и конструктивное решение, применяемые инженерные системы и оборудование. Концепция энергоэффективности высотных зданий заключается в рассмотрении проблемы как единой системы, включающей функционирование зданий и окружающую среду, их взаимовлияние и взаимозависимости друг на друга и нахождение совместного, рационального пути развития.

Существует четыре взаимосвязанных принципа энергоэффективности: энергоэкономичность, интеграция, генерация, регенерация.

Энергоэкономичность – ряд мероприятий, обеспечивающих максимальную защиту потерь тепла наружными ограждениями зданий и создающих минимальное энергопотребление ресурсов для создания комфортных условий внутри здания.

Сохранение энергии внутри здания достигается в основном теплозащитой наружных ограждений – стен и окон, когда применяются эффективные теплоизоляционные материалы, а в окнах применяют газонаполненные стеклопакеты или стеклопакеты со стеклами с энергозащитными пленками и покрытиями.

Интеграция – комбинирование многих структурных элементов высотного здания, в частности использование природных и пассивных источников энергии, которые расположены поблизости под зданием и вокруг периметра здания. Принцип интеграции применен во многих высотных зданиях различного назначения: жилых домах, офисах, гостиницах и др.

широкодиапазонная фотогальваническая система, которая интегрирует в себе наружную систему солнцезащиты и наружное остекление фасада (только южные фасады);
применение фиксированных наружных жалюзи и встроенных электропанелей;
протирку стекол на фасаде для обеспечения качественного естественного дневного освещения с автоматическим контролем освещенности, которая совместно с автоматическими жалюзи регулирует освещенность помещений.

Микротурбины способны работать на различных видах топлива, таких как керосин, биогаз, дизельное топливо, пропан и природный газ. Микротурбины имеют воздушное охлаждение. Горячий воздух может быть утилизирован и использован в качестве дополнительного источника тепла для здания. Это тепло может быть использовано для таких функций, как нагрев воды или абсорбционное охлаждение. Безопасность, низкий уровень шума и отсутствие вибрации делает микротурбины идеальными для установки на участке поблизости от дома.

Энергосбережение – один из видов снижения затрат на отопление, кондиционирование, холодоснабжение зданий и комплексов. В мировой практике выработаны методы и приемы снижения энергозатрат при эксплуатации зданий, к ним относятся:

компактность объемно-пространственной формы высотного здания;
сокращение энергопотребления внутри здания за счет энергосберегающих технологий;
рациональная ориентация здания, с учетом инсоляции и оптимального освещения, эффективное использование солнечной энергии наклонными гелиоприемниками, размещенными на южном фасаде;
высокие теплозащитные характеристики наружных ограждений;
применение систем регенерации и рекуперации тепла;
рациональное потребление воды – применение и использование подземных вод для обогрева и охлаждения помещений здания использование подземных вод в туалетных бачках вместо питьевой;
применение энергоэффективного освещения;
комфортность микроклимата помещений (механическая приточно-вытяжная вентиляция);
применение альтернативных источников энергии;
сокращение объемов твердых отходов;
сохранение природных ресурсов

Одним из эффективных способов снижения энергии являются архитектурно-планировочные решения – увеличенная ширина корпуса здания (14-18 м), минимальное соотношение площади наружных ограждений и ограждаемой площади здания (коэффициент компактности), объемно-пространственная форма здания (снижение ветровой нагрузки, пониженной солнечной освещенности наружной поверхности здания), архитектурно-конструктивные решения, инженерные системы и оборудование (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха, а также осветительные системы).

К ним относится:

Эффективным путем экономии энергоресурсов является использование альтернативных источников энергии с помощью гелиоустановок, ветровых турбин, использования энергии земли, комбинированных систем. Устройство гелиоустановок на высотных зданиях заключаются в высоком коэффициенте соотношения поверхности фасада и площади земельного участка. В некоторых климатических зонах и регионах 10 15% потребности высотного здания в электроэнергии можно обеспечивать за счет установки на его фасаде фотоэлектрических генераторов (коллекторов). Размер вышеуказанного объема выработки электроэнергии зависит от формы и ориентирования здания в пространстве, а также от степени затененности. Объем производимой электроэнергии обрати пропорционален плотности высотной застройки. Очевидно также, что более рациональное энергопотребление в процессе эксплуатации здания позволяет покрыть больший процент потребности в электроэнергии вышеуказанным способом.

Ветровые турбины на высотных зданиях производят приблизительно 10-15% от полного потребления энергии зданием. Работа совместно с гелиоустановками, они могут сократить потребление энергии высотным зданием до 20-30%. Еще 10-20% снижения потребления энергии достигается применением установок использования подземного тепла, включая геотермальные источники.

Из практики эксплуатации высотных зданий определено, что освещение здания потребляет примерно 20% энергии, эксплуатация лифтов около – 10%, почти вся остальная энергия идет на системы отопления и охлаждения.

Поиск новых источников энергии уже давно охватил мир. Ветрогенераторы и солнечные батареи активно используются в энергетическом комплексе ряда европейских стран. Например, в Скандинавских странах широко используются биотопливо и гидроэнергия (Швеция доводит долю возобновляемой энергии до 60% энергетического комплекса страны). Германия и Испания – мировые лидеры по установленной мощности ветрогенераторов (18,5 и 10 ГВт соответственно). Помимо этого Германия – крупнейший рынок фотогальванических систем (1,4 ГВт установленной мощности солнечных батарей на начало 2006 г., что на 53% больше, чем в 2005-м) и систем солнечного отопления (установлено приблизительно 6,7 млн м коллекторов мощностью 4,69 термических ГВт, а в 2005-м было 664 МВт).

Во многих прогрессивных высотных зданиях все чаще используются безредукторные машины лифтов с переменной скоростью, которые имеют более высокий КПД, выделяют меньше тепла при работе. Помимо этого работа лифта организовывается таким образом, что энергия затрачивается только на подъем кабины. Спуск осуществляется под действием силы тяжести, при этом происходит притормаживание двигателем, который в это время преобразовывает кинематическую энергию в электрическую, возвращая в систему электропитания примерно 30% электроэнергии, затраченной на подъем.

Поиски новых и применение существующих альтернативных источников энергии создадут условия снижения энергопотребления из центральных источников, повысят экологическую безопасность зданий, обеспечат комфортную среду обитания людей.

Ниже приводится список экологических, экономических и социальных аспектов ресурсосберегающего проектирования строительных конструкций в соответствии с определением USGBC:

улучшение состояния и охрана окружающей среды, увеличение биологического разнообразия и его защита;
сокращение объемов твердых отходов;
сохранение природных ресурсов;
сокращение энергопотребления при одновременном увеличении энергосбережения;
снижение издержек за весь жизненный цикл объекта;
снижение эксплуатационных издержек;
здоровье и комфорт пользователей.

Мировые исследования показали, что двойные фасады здания могут уменьшить потребление энергии на 65 %, эксплуатационные расходы на 65 % и сократить выброс СО₂ на 50 % в холодном умеренном климатическом поясе Великобритании по сравнению с однослойным фасадом здания.

Применение методов и способов повышения энергоэффективности и энергосбережения в высотных зданиях и комплексах не только с помощью приборов и оборудования, но и путем применения рациональных объемно-пространственных, архитектурно-планировочных конструктивных решений позволит снизить энергопотребление, отрицательное воздействие на окружающую среду, повысить уровень комфорта проживания.

Вода поступает в бассейн во время прилива. В тот момент, когда уровень воды в море и в бассейне становится одинаковым, затворы водопропускных отверстий закрываются. Ветрогенераторы (рисунок 12) или ветровые установки позволяют генерировать электричество самостоятельно, преобразуя кинетическую энергию ветра в электрическую. Тонкопленочные батареи — это дешевый вариант солнечных батарей. Их можно… Читать ещё >

Энергоэффективные здания (солнечные батареи, ветровые установки, приливные станции) как способ снижения энергозатрат на эксплуатацию здания ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

Введение
Энергоэффективные здания — основная схема здания, примеры сооружений Энергоэффективные здания с использованием солнечной энергии (солнечные батареи) Ветровые установки Приливные станции
Заключение
Список литературы

Скорее всего, в будущем существующие солнечные батареи будут заменены на более эффективные, отвечающие новым технологиям.

Наиболее распространены три вида солнечных батарей: тонкопленочные, монокристаллические и поликристаллические.

Наиболее популярные — монокристаллические солнечные батареи (рисунок 11).

Они состоят из огромного количества силиконовых ячеек, которые при попадании солнца на их поверхность преобразуют солнечную энергию в электрическую.

Тонкопленочные батареи — это дешевый вариант солнечных батарей. Их можно устанавливать на крыше, стенах здания, для этих батарей не требуются солнечные лучи.

Для поликристаллических батарей используется поликристаллический кремний, их применяют для освещения парков, улиц и т. п.

Ветрогенераторы (рисунок 12) или ветровые установки позволяют генерировать электричество самостоятельно, преобразуя кинетическую энергию ветра в электрическую.

Их устанавливают при наличии ветрового потенциала не менее 3,5 м/c.

При наличии ветра подобная установка может долгие годы обеспечивать здание электроэнергией.

Однако, если местность тихая, то к ветрогенератору можно добавить гелиосистему.

Недостатки ветрогенератора: высокий уровень шума, зависимость от природных условий.

Состоят ветрогенераторы из следующих основных компонентов: лопасти, турбина, крепления, хвост, мачта, поворотный механизм, контроллер заряда, тросы для мачты.

Дешевизна ветрогенераторов позволяет существенно сократить расходы, также процесс получения тока при помощи ветра является возобновляемым, что весьма серьезное преимущество.

Также ветровые установки абсолютно безвредны для окружающей среды и человека, так как при их работе нет никаких выбросов вредных веществ в атмосферу.

Приливные электростанции — это станции, которые для получения электроэнергии используют энергию прилива (рисунок 13).

Одна из первых приливных электростанций — Паужетская приливная электростанция — была построена на Камчатке. Она вырабатывает энергию мощностью до 5 МВт.

Для устройства простой приливной станции необходим бассейн — устье реки или залив, перекрытый плотиной, в которой установлены гидротурбины, вращающие генератор и имеются водопропускные отверстия.

Гидротурбина — машина, которая приводится в действие потоком жидкости морской воды.

Гидротурбины по конструкции делятся на горизонтальные и вертикальные, а по принципу действия — на реактивные и активные.

В зависимости от того, как расположена ось вращения различают горизонтальные и вертикальные гидрогенераторы, а по частоте вращения различают — быстроходные и тихоходные гидрогенераторы, мощность которых колеблется от нескольких десятков до сотен МВт.

Вода поступает в бассейн во время прилива. В тот момент, когда уровень воды в море и в бассейне становится одинаковым, затворы водопропускных отверстий закрываются.

Во время отлива уровень воды в море уменьшается и как только напор достаточный, турбины и генераторы начинают работать, а вода уходит из бассейна.

Таким образом, мощность такой приливной станции зависит от ряда причин: от площади бассейна, его объема, характера прилива, от количества турбин и т. п.

Также существуют приливные электростанции двустороннего действия, в ней турбины работают в 2 направлениях: при движении воды из моря в бассейн и обратно.

Подобные сооружения вырабатывают энергию непрерывно в течении 5 часов.

Существуют несколько недостатков приливных станций — их можно строить только на берегу океанов и морей, они развивают маленькую мощность, приливы бывают редко — 2 раза в сутки, а также с экологической точки зрения, они опасны.

Связано это с тем, что подобные станции нарушают нормальный обмен пресной и соленой воды, причиняя серьезный вред морской флоре и фауне.

Также отрицательно влияют приливные станции и на климат, так как оказывают влияние на энергетический потенциал морей, на скорость морской воды, что приводит к снижению давления морской воды, выделению огромного количества углекислоты.

Преимуществами приливной электростанции являются то, что она использует возобновляемый источник энергии, не загрязняет атмосферу отходами, не затопляет земли, нет опасности радиоактивного загрязнения, легки в обслуживании и долговечны.

Самая первая ПЭС была сооружена в 1968 году на побережье Баренцева моря.

Необходимо также отметить такие проекты как Тугурской ПЭС, Пенжинской ПЭС на Охотском море, Мезенской ПЭС на Белом море.

В заключении необходимо отметить, что в настоящее время наблюдается массовый переход к строительству энергоэффективных зданий не только в Европе, но и в России, где экономия энергии также является очень серьезной и важной проблемой.

Главным мотивом для строительства подобных зданий является сохранение и улучшение окружающей среды, защита интересов будущего поколения.

Проблемы энергосбережения — это значительный толчок к изучению проблем климатизации и микроклимата здания, чем и объясняется использование в проектировании общей концепции экологически чистых и энергетически эффективных технологий.

Таким образом, при проектировании энергоэффективного здания важно оценить целевую функцию для него, выстроить математическую модель, оптимизировать теплозащиту наружных ограждающих конструкций, оптимизировать систему климатизации здания.

С моей точки зрения, основная концепция таких зданий — это улучшение качества жизни, на которую оказывает сильное влияние качество окружающей нас среды.

Переход на энергоэффективные здания позволит жителям существенно экономить средства, энергетические ресурса, будет приносить только положительный экологический эффект.

Хотя энергоэффективные здания — это европейский стандарт и имеют большую популярность они в Европе, США, Великобритании и Швеции, Россия также не отстает, и вскоре, подобные здания у нас станут привычными.

Список литературы

Табунщиков Ю. А., Хромец Д. Ю. , Матросов Ю. А. Тепловая защита ограждающих конструкций зданий и сооружений. M.: Стройиздат, 1986.

Моисеев Н. Н. Математические задачи системного анализа. M.: Наука, 1981.

Бродач M. M. Энергетический паспорт зданий. АВОК, 1993. No ½.

Табунщиков Ю. А., Бродач M. M., Шилкин Н. В. Теплоэнергетические нормативы для теплозащиты зданий. АВОК, 2001, № 4.

Читайте также: