Инженерное обеспечение индивидуального жилого дома: концепция «активный дом» в формате энергополиса.

ПОСТАНОВКА  ЗАДАЧИ: от нефти и газа к энергополисам

       Находясь на пороге нового витка своего развития, человечество начинает делать первые шаги в мир иной цивилизации, где люди должны научиться управлять своей жизнедеятельностью в гармонии с природой, подчиняясь ей.

       Пределы человеческого вмешательства в хрупкий мир, окружающий нас на планете Земля, достигнуты, а где-то и превышены. Все выше и шире осознание того, что уже самое ближайшее будущее грозит природными катаклизмами, необратимыми и зловещими переменами в существующем экологическом балансе.

       В указанном контексте одной из центральных задач, стоящих перед человечеством,  является задача формирования среды обитания, способной остановить надвигающуюся экологическую катастрофу, найти и стабилизировать условия гармонизации новой цивилизации и природы.

        Умевший делать точные и дальние прогнозы Артур Кларк уже в 1990г. обозначил эту проблему как одну из самых приоритетных, при этом он указал  крайний рубеж для решения задачи  полностью автономного жилища – 2045 год.  Анализ глобальных угроз современного мира [1, 2] позволяет снять всякие сомнения по поводу серьезности прогноза Кларка и острой актуальности задачи глобального перехода к автономному жилью .

       С началом нового века Россия вступила в полосу интенсификации  индивидуального жилищного строительства. Процесс в основном стихийный, идущий снизу, определяющийся мощным внутренним спросом на качественные условия проживания, недостижимые  в рамках сложившихся жилищных стандартов современных городов – машин, доставшихся нам от эпохи индустриализации.

      Российские власти, понимая важность  задачи, на уровне национального проекта  «Доступное и комфортное жилье – гражданам России»   обозначили вектор движения.  В ноябре 2004 г. при поддержке Национального инвестиционного совета создано ОАО «Национальная жилищная корпорация»  со следующими задачами:

      - создание доступных условий для приобретения комфортного жилья для граждан РоссииРРРРоссии со средним уровнем доходов с ориентацией на малоэтажное строительство,

      - создание соответствующих финансовых механизмов,

      - снижение стоимости строительства жилых объектов,

      - использование технологий каркасного и объемно-модульного деревянного домостроения, хорошо апробированного в Северной Америке и Европе.

         В рамка этой работы обозначены ключевые параметры каркасного(деревянного) жилого дома [3].

Себестоимость строительства – 250 – 300 $\кв.м без учета стоимости земли и инженерных коммуникаций.

         Затраты на инфраструктуру – правоустанавливающие документы, внутренние инженерные сети, благоустройство территории, «среды загородного обитания», это еще 70 – 100 $\кв.м.

          Главная проблема, с которой столкнулась компания – конечная стоимость земли, официальная + неофициальная, это порядка 300 – 500 $\кв.м, т.е. конечная цена практически удваивается.

         Дополнительное обременение – подключение региональных сетей инженерного обеспечения (электроснабжение, газ, водопровод, канализация, связь). Эти затраты тянут еще на 50 – 200 $\кв.м.

         Итого, мы получим 800 – 900 $\кв.м, что в 2010г. считается разумной ценой на государственном уровне.

         Если к указанным оценкам прибавить затраты на обслуживание кредита и затрат на эксплуатацию дома, решение задачи становится возможным только при совокупном месячном доходе семьи не ниже 50 000 рублей, что отсекает основную массу граждан со средним уровнем доходов от перспективы переселения в собственный дом..

         Таким образом повышение энергоэффективности жилого дома – это и одновременное снижение порога его доступности для граждан России.

         Частный дом по определению рационален и поэтому  для него становится все более востребованной и популярной концепция  «пассивного дома»,  широко распространенная в странах развитых агломераций [4,5] и включающая в себя пакет интегрированных инженерных решений,

позволяющих обеспечить  здоровую, комфортную и безопасную среду обитания при   минимуме обратной реакции на окружающую среду. Речь идет как о минимизации потребления энергоресурсов из вне, так и о минимальном уровне наружных выделений, т.е.  минимуме внешнего потребления электроэнергии, углеродного топлива, воды и соответственно загрузке наружных  канализационных систем, выделении мусора, шума, СО2  и т.п. Эффект достигается не только снижением энергопотерь,  эффективным распределением и потреблением энергии, но  и ее эффективным производством. В Германии уже появились поселки системно генерирующие электроэнергию в национальные сети.

Изложенное выше  позволяет в рамках обозначенной концепции ввести понятие «энергополиса» [6].

       Под энергополисом мы понимаем организованное поселение, где появляется возможность оптимизировать границу между индивидуальными и коммунальными средствами жизнеобеспечения, минимизируя как удельные энергозатраты, так и их организационное и материальное обеспечение. Где энергоэффективность  с максимальным эффектом проявляется в снижение интегральных потерь энергии, эффективном  распределении энергии и ее  потреблении.

      Реализация такого рода интеграции в форматах мегаполиса или малого города требует существенно больших материальных затрат, упирается в барьер существующих стереотипов, одним из которых является сложившаяся структура системы ЖКХ.

       Однако, и для мегаполисов и для малых городов эта концепция вполне жизнеспособна при рассмотрении вариантов формирования программ реконструкции ЖКХ,  их развития в том или ином формате (моногород,  агломерация и т.п.) [7].

       Депрессивный вектор движения большого числа  российских городов, жилой фонд которых в значительной  части состоит из морально и физически устаревших панельных пятиэтажек, имеющих удельные затраты на отопление  в 5 – 10 раз выше технически необходимых – еще один аргумент в пользу энергополисов.

       Индивидуализация жилья на базе концепции энергополиса  позволит решить комплекс проблем, накопленных нашим обществом за прошедший век социальных потрясений и экспериментов, найти достойные ответы на вызовы настоящего и будущего времени, среди которых  все отчетливее проявляющийся порог системной катастрофы сложившихся форм современной цивилизации [1, 2] .  

        Общенациональные задачи, быстрое и эффективное решение которых возможно с использованием «энергополисов» в качестве инструмента уже декларированы властями России:

     - диверсификация энергетической базы страны и обеспечение энергетической безопасности (энергетическая стратегия России),

     - модернизация существующей структуры ЖКХ (концепция правительства РФ по реформированию ЖКХ),

     -  создание агломераций, обеспечивающих современные стандарты проживания  с одновременным эффектом кардинального снижения экологической нагрузки в районах традиционного проживания населения России (программа «Здоровье», Киотские соглашения и т.п.),

     -  обеспечение высокоэффективным и доступным жильем бюджетников, ветеранов, молодые семьи, («Доступное и комфортное жилье – гражданам России»).

     -  решение  задачи быстрого строительства новых  поселений на востоке страны.

         Отложенный спрос на жилье в России оценивается в 1.5 – 3 млрд. кв.м.  С учетом проблем аварийного,  ветхого жилья, тех же пятиэтажек 50 - 60-х, эта оценка может быть скорректирована в большую сторону как минимум в два раза, что формирует мощную платформу внутреннего спроса (жилье,  комплекс инженерных систем, дороги) на уровне 2 – 3 триллионов руб. в год на перспективу в ближайшие 20 лет.  Каждый рубль из этой платформы способен генерировать как минимум 15-25 копеек в год уже в постоянном режиме.

В итоге  реализации проекта в национальном масштабе ВВП страны увеличится на 400 – 500 млрд. руб. в год за счет реализации природного газа сбереженного в результате перехода к новым технологиям и произведенной в рамках энергополисов электроэнергии.  

         Сопутствующий эффект будет проявляться в качественно новом   уровне  инженерных услуг, так как формат энергополиса позволит отказаться от существующей системы ЖКХ.

         Существенно отставая от западной цивилизации,  Россия еще не успела наделать ее ошибок в формировании среды обитания, носящих системный характер. Одна из которых –  неэффективная схема массового индивидуального строительства, породившая  неподъемное бремя ипотечных кредитов в  США, толкнувшее мир в глобальный финансовый кризис в 2008г. Именно такой результат заставил президента США в 2009г. вновь вернуться к идее энергоэффективного индивидуального дома, идее, сформулированной в США на уровне национальной еще Б. Клинтоном в 90-х годах прошлого века.

        Реализация концепции энергополисов – задача глобальная, позволяющая гармонизировать отношения человек – социум – природа, задача конкретная,  с очевидными результатами как для отдельного человека, так и для всего населения Земли.

        «АКТИВНЫЙ  ДОМ» - инженерные решения.

        Введенное выше понятие энергополиса предполагает как следствие переход  от концепции  «пассивный дом»  к более конструктивной, которую обозначим как «активный дом».  

        Важнейшая характеристика «активного» индивидуального жилого дома – кроме высокого уровня  энергоэффективности,  возможность производства «чистой» энергии с одновременным эффектом экологической санации окружающей природной среды, эффектом многократно усиленным форматом энергополиса.

          Энергонезависимость энергополисов, далеко опережающая  многоквартирное жилье, позволяет при масштабном строительстве пересмотреть глобальные требования к энергогенерирующим и сетевым энергетическим  структурам,  минимизировать зависимость от них, в целевой перспективе полностью отказаться от центрального энергоснабжения.

        Интересен анализ  динамики оценок энергоэффективности жилья в Германии за последние 25 лет.  По стандарту, действовавшему в ФРГ до 1984г., на отопление дома полагалось расходовать  до 200 кВт час\кв.м в год. Это эквивалент 20 литров дизельного топлива. В 1984г. это значение было снижено до 150, а в 1995г. до 80 кВт час\кв.м. Современный немецкий стандарт «пассивного  дома» -  15 кВт час\кв.м.

         В домах, отвечающих концепции низкого энергопотребления, регулирующие правила Евросоюза предусматривали в 2005г. теплопотребление 70 кВт час\кв.м год.

          В сегодняшней Германии ни кого не удивить домом, отапливаемым тепловым насосом от геотермального источника (скважина) или от текущей рядом речки. Классический проект  системы отопления частного дома, не содержащий элементов энергосбережения, в Германии не согласуют органы государственного надзора. Количество домов соответствующих стандарту «пассивного» уже в 2010г. в этой стране достигнет 20%.

       Для сравнения,   лучшие российские показатели имеет г.Москва, удельные затраты на отопление и вентиляцию здесь согласно отчетам Московских властей -  95 кВт\кв.м год. В таком относительно благополучном российском мегаполисе как Самара – эта оценка лежит на уровне 350 – 400 кВт час\кв.м в год. Для малых городов России характерным является диапазон  от 600  до 1100 кВт\кв.м год.  

      Архитектурная разработка.

      Сразу отметим, что это отдельная и большая тема, которой занимается большое число специалистов – архитекторов. Для решения вопросов энергоэффективности на этапе архитектурной разработки важно учесть как минимум следующее:

- при формировании объемных решений минимизировать площадь наружных ограждений,

- объемные решения не должны противоречить возможности использовать максимально энергоэффективных ограждающих конструкций,

- предусмотреть светопроникающее ограждение, окна, витражи  прежде всего с солнечной стороны,

- максимально использовать зоны контролируемой воздушной теплоизоляции, атриумы, воздушные «подушки» и т.п.,

- оптимально вписать в архитектурные решения дома зоны размещения солнечных батарей,

- в ходе ландшафтного проектирования предусмотреть возможность укладки трубного поля или установки термозондов для тепловых насосов, рациональное размещение септиков и газгольдеров.

Материалы ограждающих конструкций.

Возможности по повышению энергоэффективности дома за счет грамотного выбора ограждающих конструкций проиллюстрируем на конкретном примере.

Рассмотрим каркасный дом мансардного типа на 100 кв.м. из фибролитовых панелей (фото ниже).

      На приведенной ниже схеме показан стандартный разрез стены этого дома, который ниже будем обозначать как типовой дом (ТД) .

Окна типового дома реализуются в стандарте REHAU Clima-Design [5], специально разработанным для пассивных домов и имеющим коэффициент теплопроводности = 0.71 Вт\кв.м гр.С.

Распределение тепла внутри дома возможно как с помощью воздуха, например, через внутренние блоки тепловых насосов типа воздух-воздух, так и при помощи панельно-лучистого способа, вариант – «теплые полы», позволяющего реализовать параллельную генерацию тепла от водяного внутреннего блока теплового насоса и БИО-котла.

В таблицу сведен расчет теплопотерь с ограждающих конструкций ТД.

Таблица 1.

Из приведенного примера видно, что для отопления и вентиляции 100 кв.м общей площади типового жилого дома требуется около  5 кВт тепловых мощностей.

       Инженерные  системы.

Система отопления

Центральный вопрос при выборе системы отопления – сочетание возможностей использования вторичных источников тепла, фотогальваники и традиционных систем, работающих на углеводородном  топливе.

Если район газифицирован, то традиционным является выбор отопительного оборудования на природном газе. Однако как это отмечалось выше подключение к сетям газоснабжения как правило сопровождается пакетом обременяющих условий.

      Если выбран вариант отопления на природном газе, оптимальной структурой системы  на наш взгляд является комбинация, включающая систему «теплый пол» для многофункциональных зон дома, холл, гостиная и т.п.,  теплоснабжение которой осуществляется от газового котла  и газовые конвекторы. Эта комбинация универсальна для эффективного решения как инженерных, так и архитектурно-дизайнерских задач.

Газовые отопительные конвекторы (ГОК) фронтального типа предназначены для отопления жилых, административных, производственных, складских и прочих помещений: квартир, коттеджей, офисов, торговых павильонов, гаражей, мастерских и т.п.

  Принципиальными отличиями ГОК от  классических отопительных систем, работающих на газе,  высокая экономичность,  комфорт и безопасность.

Тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании газа, передается непосредственно воздуху отапливаемого помещения (отсутствуют промежуточные теплоносители), при этом  Воздух, необходимый для горения газа, забирается снаружи; продукты горения выводятся наружу. При этом продукты горения охлаждаются входящим воздухом, что позволяет снизить потери тепла с отходящими газами.

Температура воздуха в помещении задается  и автоматически поддерживается  с помощью встроенного термостата, легко достижимы индивидуальные температуры в различных помещениях.

ГОК не требует электропитания, что обеспечивает надежное теплоснабжение объекта вне зависимости от его электроснабжения.  

 Многофункциональный газовый клапан обеспечивает: прекращение подачи газа при погасании запальной горелки и при отсутствии тяги в дымоходе.

 ГОК не боится замерзания.

              Схема установки                                                                             

                        1 – окно;

                        2 – стена;

        3 – нагретый воздух;

        4 – ГОК;

        5 - подвод  газа;

        6 – пол;

        7 – воздух для горения;

        8 – продукты сгорания.

Для нашего случая ТД в эконом-варианте достаточно установить поэтажно два газовых конвектора типа GWH-2 с суммарной мощностью 5.0 кВт и пиковым расходом природного газа 0.52 куб.м\час.

Тепловые насосы

В качестве реальной альтернативы системам на природном газу для ТД обозначим вариант комбинированной, бивалентной,  системы:

- тепловой насос,  питающийся от солнечного кремниевого коллектора,

- пиролизный котел на кусковом дереве с к.п.д. не ниже 90%.

          Широко применяются тепловые насосы,  работающие на низкопотенциальном источнике энергии, геотермальной, тепле канализационных систем, вентиляционных выбросов и т.п.. Эти системы вне конкуренции там, где нет природного газа.  На 100% увеличились продажи тепловых насосов в Финляндии за последние 5 лет. В США каждый год вводится в эксплуатацию порядка 500 тыс. тепловых насосов (всего в эксплуатации около 10 млн.).  В Швеции около 50% тепловой энергии получают от тепловых насосов. Главный источник – канализация и сбросные воды промышленных предприятий. В Германии в эксплуатации более 1 млн. тепловых насосов.    На 2005 общая тепловая мощность действующих тепловых насосов более   250 ГВт с годовой выработкой тепла около 1 млрд. Гкал (около 143 млн. т.у.т.)

         Практика последних лет показывает, что из всего разнообразия тепловых насосов наиболее эффективными являются варианты типа «воздух – воздух» и «воздух – вода»

        Ниже представлена схема отопления жилого дома на базе теплового насоса «воздух – вода» типа ZUBADAN компании «MITSUBISHI  ELECTRIC» [6].

         Как видно из рисунка внутренний блок теплового насоса в данном случае включен параллельно с электрокотлом. Системы отопления, основанные на применении теплового насоса, отличаются экологической чистотой, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в      атмосферу. Кроме того, они характеризуются экономичностью: при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии в зависимости от режима работы и условий эксплуатации он дает от 2 до  5 кВт тепловой энергии.

         К достоинствам  теплового насоса относятся снижение капитальных затрат за счет отсутствия газовых коммуникаций, безопасность эксплуатации благодаря отсутствию взрывоопасного газа, возможность одновременного решения на базе  одной установки задач отопления, горячего  водоснабжения и кондиционирования.

Вариантами  для нашего ТД теплового насоса могут являться:

1)      два  серийных агрегата типа воздух-воздух  компании MITSUBISHI ELECTRIC [6], модель MSZ - FD25 VA\MUZ - FD25 VABH   с теплопроизводительностью 1.5 – 5.5 кВт при потреблении в режиме отопления 0.61 кВт электроэнергии.  Гарантированная производителем граница эксплуатации – 25 гр.С наружной температуры. Установка агрегатов поэтажная.

2)      серийный агрегат типа рассол – вода (геотермальный) REHAU, модель  GEO 5 C  с теплопроизводительностью 5.4 кВт при потреблении 1.31 кВт электроэнергии.

        Таким образом, для отопления нашего ТД площадью 100 кв.м требуется 1.22 – 1.31 кВт электроэнергии при наружной температуре -25 гр.С.  

        Уже имеющийся отечественный опыт показывает,  что применение теплового насоса типа ZUBADAN класса воздух – вода позволяет выйти на удельную характеристику отопления 50 кВт\кв.м год при финансовых затратах на отопления дома площадью 72 кв.м в 2 – 4 тыс. руб. в месяц.

        Если сравнивать варианты тепловых насосов 1 и 2 , следует отметить, что  стоимость владения их отличается примерно в 2 раза (см. таблицу 3) в пользу варианта воздух – воздух\вода.

          БИО-котлы.

          Интересен вариант комбинации БИО-котла с тепловым насосом, имеющим водяной вторичный контур. При этом внутренний блок теплового насоса, генерирует горячую воду в отопительный контур параллельно БИО-котлу, топить который целесообразно только при температурных минимумах.

         Для нашего варианта ТД при использовании тепловых насосов типа ZUBADAN достаточно установить на первом этаже дома печь-камин мощностью 5 – 9 кВт, которая будет выполнять роль  резервного источника тепла, гарантирует комфортные условия при падении наружной температуры ниже – 25 гр., обеспечит утилизацию всех углеродосодержащих бытовых и садовых отходов. 

         Современное положение на топливном рынке нельзя считать стабильным. Тенденции таковы , что   природный газ теряет свои лидирующие позиции, вытесняемый  источниками вторичного тепла , солнечной и БИО-энергетикой,  занимающих все более серьезную нишу в национальных энергетических балансах, поддерживаемыми серийным выпуском необходимого оборудования, производством БИО-топлива в промышленных масштабах.

          Современный БИО-котел, см. фото , работающий на    дровах, способен в автономном режиме, т.е. без загрузки топлива   генерировать тепло до 8 часов с  к.п.д. выше 90% и высочайшими экологическими характеристиками.    

       В Европе и Северной Америке обычная практика –  индивидуальные БИО-котлы мощностью 20 – 70 кВт, работающие на древесном топливе: поленья, брикеты, пелеты.  Потребитель топлива подписывается на него как на газеты и получает регулярно, например, раз в  неделю пластиковый мешок пелет. Эти системы  существенно сокращают как финансовые затраты на  топливо, так и вредные выбросы в окружающую среду. Более простые котлы имеют к.п.д. порядка 40%,  требуют ручной загрузки топлива с периодом 1 - 3 часов,  но  способны работать на любых отходах древесины,   «съедают»   большую часть бытовых отходов: бумагу,  пищевую упаковку и т.п.  Даже в случае наличия природного газа комбинация  газовой системы отопления с БИО-котлом позволяет   существенно снизить затраты на отопление в целом, как  на этапе получения технических условий, так и в процессе эксплуатации.     

           Комбинированная система отопления позволяет  безболезненно пережить относительно краткие периоды низких температур, максимально загружая оптимально подобранную газовую систему или тепловой насос  в оставшееся время.

Система распределения тепла

       Коротко остановимся на системе внутреннего распределения тепла типа  «теплый пол\стена\потолок» , которая гармонично сочетается со схемой параллельной генерации тепла от  котла  (газовый, дровяной) и теплового насоса с водяным вторичным контуром.

       Выделение тепла в нижней зоне помещения и его распределение  по всей площади полов, см. ниже приведенную иллюстрацию, позволяет обеспечить здоровые климатические условия в сочетании с высокой энергоэффективность отопления. Современные технологии позволяют укладывать трубу отопительного  контура в обычный лист гипсокартона, зашивая им стены или потолок.

         Экономический анализ эффективности системы отопления..

         В основе проводимого нами  экономического анализа лежит критерий стоимости владения системой отопления, который включает как стоимость системы на этапе строительства, так и стоимость ее эксплуатации, включающую  затраты на топливо и обслуживание.

         Рассматривается приведенный выше ТД площадью 100 кв.м. Мощность системы отопления 5 кВт. Приведенные ниже оценки содержит данные, полученные в Чехии и России. Для Чехии данные соответствуют 2010г. Для России мы показываем динамику экономических оценок на интервале 2007 – 2010-2030 гг.

       Учитывая высокую вероятность вступления России в ВТО, мы считаем прогнозные тарифы 2030г. на основании глобальных общемировых оценок, которые лежат на уровне 30% изменения мировой цены на нефть к 2030г.

Расчеты проведены с учетом следующих тарифов:

Таблица 2.

    Амортизационные расходы для всех вариантов считаем эквивалентными, исходя из срока службы оборудования в 20 лет.

Анализ  полученных оценок показывает:

1)      рост тарифов на топливо в России будет продолжаться и приведет к существенному увеличению затрат на отопление,

2)      заметную экономию можно получить,  используя газовые конвекторы вместо традиционной системы с газовым котлом,

3)      уже сегодня природный газ в России теряет свои  конкурентные преимущества, к 2010-2011 гг. его цена по планам правительства РФ будет «равноконкурентной» с углем.,

4)      БИО-котлы позволяют получить хорошие экономические характеристики системы отопления, независимость от энергетических монополистов,

5)      экономически целесообразно применение тепловых насосов, при этом их кокурентноспособность будет расти с ростом тепловой эффективности.

6)      100% энергонезависимость путем использования фотогальваники возможна технически, однако экономически проигрывает варианту теплового насоса при оценке на интервале 1 – 5 лет.

        7)   при учете стоимости подключения к газовым сетям система на тепловых насосах воздух-воздух почти в два раза экономичнее газовой,

        8)  даже в условиях отсутствия государственной поддержки внедрения солнечной энергетики «пассивная» система становится максимально эффективной в перспективе ближайших 20 лет,

        9) динамическая оценка позволяет увидеть, что на интервале анализа лидерство переходит от БИО-системы к тепловым насосам воздух-воздух, а затем к «пассивной» системе.

Таблица 3.

·         Разница в расходе тепла определяется разными климатическими условиями.

**  Включает тех. условия на подвод газа.

       *** Учитывает экономию сетевой электроэнергии.

           По критерию владения на интервале 20 лет для нашего ТД интересна следующая комбинированная система отопления:

1)      Тепловые насосы воздух – воздух типа ZUBADAN, суммарная теплопроизводительность 4 кВт при -25 гр.С.

2)       Печь-камин типа «Волга», тепловая мощность 9 кВт. Резервный источник при температурах ниже – 25 гр.С.

3)      Фотогальваническая система со средней производительностью 1 кВт час.

Электроснабжение и основные потребители.

          Эта система энергообеспечения жилого дома наиболее проблематична с точки зрения ее автономизации.

         С одной стороны, изобретенные в 1839г. фотоэлектрические системы, хорошо изучены, более 30-ти лет успешно используются для энергоснабжения космических объектов, абсолютно автономны. Важно, что в последние  годы интерес к этим системам становится практическим и в области индивидуального домостроения.

         Происходит это по той причине, что в развитых странах на государственном уровне находят организационно-финансовые механизмы, позволяющие осуществлять широкое внедрение солнечной энергетики, не смотря на то, что она остаются все еще достаточно дорогой.

          Правительство Японии предлагает  семье, приобретающей солнечную фотоэлектрическую батарею для электроснабжения  своего дома ежегодную государственную дотацию, позволяющую уровнять затраты в сравнении с центральными системами электроснабжения.

          Правительство Чехии дотирует на 100% инсталляцию солнечной батареи для частного домовладельца, давая ему возможность в течении 14-ти лет расплачиваться электроэнергией по фиксированному тарифу. Этот подход дал гигантский рост генерации электроэнергии от фотогальванических источников,  вызвал необходимость ввода   с 1 января 2010г.  ограничения  на поставку электроэнергии  в национальные сети по причине их технической неготовности их к приему такого количества электроэнергии.             Аналогичные схемы действуют в США и Германии. 

           На фото показано как выглядит автономная солнечная система электро-тепло снабжения, включающая кремниевый коллектор мощностью 6 кВт (расположен над террасой), производитель – компания MANDIK (Чехия)  и жидкостной коллектор на 5 кВт (кровля), производитель BUDERUS.

           Дом расположен в Праге. Эксплуатация систем начата в ноябре 2009г. Полученный опыт показал, что установленного оборудования достаточно для покрытия потребностей дома в электроэнергии круглый год, при этом только за зимний период этот дом поставил в наружные сети около 1000 кВт час электроэнергии.

          Освещение

  Наиболее интересным вариантом построения системы освещения являются светодиодные лампы, которые все шире представлены на нашем рынке. При одинаковом световом потоке с лампами накаливания они потребляют в 5 – 10 раз меньше электроэнергии имеют в 10 раз больший срок службы.

   Кухонная и другая бытовая техника

  Класс энергопотребления стал обязательной технической характеристикой для холодильников и стиральных машин. Задача потребителя – разобраться в предлагаемом спектре оборудования и сделать правильный выбор.

      Система вентиляции.  

Ощутимый  прогресс в повышении качества теплоизолирующих свойств ограждающих строительных конструкций уже сегодня позволяет считать соизмеримыми потери собственно на отопление дома и на компенсацию потерь тепла с удаляемым системой вентиляции воздухом.

При этом те же факторы, качественные ограждающие конструкции, делающие здание практически непроницаемым для воздуха, а также загрязненный наружный воздух в современных городах приводят к необходимости инсталляции эфффективных вентиляционных систем в жилых домах.

Одним из вариантов реализации вентиляции жилого дома любой сложности и размеров являются приточно-вытяжные системы.

Современная приточно-вытяжная установка с рекуператором позволяет до 80% тепла из удаляемого воздуха вкладывать в воздух приточный.

Хорошо показывают себя в наших климатических условиях приточно-вытяжные установки типа LOSSNEY (производитель - MITSUBISHI  ELECTRIC) [6].

Представленный на фото выше компактный блок легко устанавливается за потолком в удобном месте квартиры или дома и позволяет с высокой эффективностью решить задачу вентиляции. Производитель гарантирует их работоспособность  при наружных температурах до -10гр.С.

             Опыт реализации систем вентиляции на базе ПВУ LOSSNEY показывает, что  в зависимости от интенсивности зимней эксплуатации они либо вообще не требуют установки подогревателя воздуха, например режим загородного дома, либо позволяют снизить мощность такого нагревателя в 2 – 3 раза от расчетной.   ПВУ  LOSSNEY неприхотливы в эксплуатации, требуют лишь периодической очистки фильтров. Широкий номенклатурный ряд ПВУ LOSSNEY с производительностью от 100 куб.м\час. до 2000 куб.ч\час дает возможность построения поэтажных систем, обеспечивая простоту реализации вентиляции дома в целом, гибкость при ее эксплуатации.

                 Многолетний опыт реализации систем вентиляции на базе ПВУ LOSSNEY показывает их высокую надежность и эффективность.. Эти системы  успешно работают  как в городских квартирах, так и в пригородных коттеджах. Очень хорошо они зарекомендовали себя и на более крупных объектах.

        На фото представлен дом площадью 350 кв.м, система вентиляции которого реализована на базе одного ПВУ LOSSNEY типа GH-25RX4 с производительностью 105 – 250 куб.м\час.

          В летнее время использование вентиляции с рекуперацией позволяет снизить установленную мощность систем кондиционирования на 30%, соответственно снижается и электропотребление этих систем.

          Большой интерес представляют варианты, предполагающие использование  инфильтрационных воздушных клапанов, встроенных в конструкцию оконных рам [5] или автономных, встроенных в стену здания и регулируемых в функции ветрового давления на окно или системы побуждаемой вентиляции в вытяжных каналах санузлов. Эти варианты существенно дешевле.            

         Кондиционирование.

        Этот вопрос решается автоматически для случая использования теплового насоса.

        Функции кондиционера можно успешно делегировать тепловому насосу.

        Однако в рамках концепции «пассивного дома» для климатических условий средней полосы России на наш взгляд оптимальные климатические решения лежат прежде всего в плоскости архитектурных решений. Принцип «новое – это хорошо забытое старое» здесь весьма кстати.

     Водоснабжение и канализация.

     Наиболее популярным способ получения безопасной для человека воды является добыча и очистка ископаемых вод. Законодательство  РФ практически не ограничивает добычу воды с верхних (до 12 м) горизонтов, при этом именно на этих глубинах вода собирает всё, что связано с жизнедеятельностью человека  с земной поверхности.

      Доведение такой воды до стандартов соответствующего российского СанПИНа технически отработано. Классическая схема предполагает кроме механической очистки использование как минимум еще трех ступеней фильтрации: обезжелезивание, умягчение и обеззараживание.

       Для первых двух ступеней применяют  ионообменные смолы, регенерация которых проводится периодически в соответствии с объемом очищенной воды при помощи специальных средств диагностики и автоматизации

        Для третьей ступени используют микро или нанофильтрационные установки или ультрафиолетовые обеззараживатели.

        Указанные выше технологии хорошо отработаны, однако достаточно дороги и теряют свою надежность при низком уровне автоматизации.

        Наиболее интересна с точки зрения концепции «пассивного дома» на наш взгляд система дождевого водоснабжения, разработанная немецкой фирмой WILLO.

      Эта система включает в себя кровельные водосборники, объединенные с емкостью, объем которой определяется интенсивностью водопотребления. Наиболее рационален накопитель с недельным ресурсом, так как с таким графиком водосбора вода не успевает зацвести. Дождевая вода отличается высокими химическими характеристиками и  как правило требует только дополнительной очистки от микробов и механических взвесей. Эта очистка превосходно реализуется мембранным фильтром.

       Ресурс дождевой системы покрывает не только санитарно-технические потребности дома, но и нужды садового участка.

       Традиционные сегодня скважины с забором воды с глубины 5 – 100 м на наш взгляд менее эффективны как по стоимости, так и по качеству воды, отличающейся высокой жесткостью и содержанием железа и требующей, как правило, глубокой очитки.

       Автономное водоснабжение хорошо дополняется автономной канализационной системой. Широкий выбор систем автономной очистки позволяет выбрать оптимальное решение практически для любой конкретной задачи.

        На ряду с вопросом стоимости системы и ее монтажа следует оценить с учетом  характера грунта  вариант отвода или использования очищенной воды (рельеф, поглощающий колодец, придорожная дренажная канава и т.п.). важным является вопрос о энергозависимости системы, требования к ее обслуживанию.  На наш взгляд интересны системы типа TOPAS и БИОКСИ, разработанные в Чехии  и широко апробированные в России. Эти системы учитывают особенности нашего климата,  неплохо справляются с фекальным сбросом включающем туалетную бумагу,  сбросом от стиральной машины (исключаются хлоросодержащие моющие средства), неприхотливы в обслуживании, позволяют использовать очищенную воду для полива.

  ГВС

       Это один из самых емких после отопления секторов энергопотребления. Традиционные варианты подготовки горячей воды – проточные и  аккумулирующие  газовые или электрические нагреватели весьма эффективно дополняются солнечными водяными коллекторами.    Несмотря на холодные зимы, для России этот вид нагревателей очень перспективен и на сегодняшний день недооценен. Даже при низких  наружных температурах возможно использование солнечных коллекторов, так как солнечные лучи проникают через тучи. В приведенной ниже таблице показана эффективность солнечных жидкостных коллекторов для Германии.

      С учетом последних изменений климата для средней полосы России эти данные не будут слишком отличаться.

Таблица 4.

Литература:

1. Севбо-Белецкая И.П. У порога иного бытия. – К.: «Пролог», 2008. – 488с.
2. Шаубергер В. Энергия воды. – М.: Яуза, Эксмо. 2008. – 320с.
3. Лебедев, А.Некипелов «Что нам стоит дом построить?» «Известия», № 208, 16.11.05
4. Вольфганг Файст. Основные положения по проектированию пассивных домов.
   

 Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008 . - 144 стр.
ISBN   978-5-93093-619-3, 3-935243-00-6

1.   Журнал INSIGHT. REHAU. № 3, 2007г.
2. www.mitsubishi-aircon.ru
3. Бойков Ю..Н.Современный российский город: концепция и ТЭО системной реконструкции.

www.novteh-samara.ru