4. Вращающийся "солнечный" дом

Вращающийся "солнечный" дом - это энергогенерирующий дом на одну семью, энергопотребление которого покрывается полностью или частично за счет использования солнечной энергии. От простого энергогенерирующего дома его отличает то, что все здание установлено на так называемой "вращающейся подставке", вследствие чего солнечные коллектора постоянно расположены оптимально по отношению к направлению инсоляции. Таким образом достигается более полное использование солнечной энергии.

5. 3-Liter-Haus

Для отопления этих домов требуется менее 30 кВтч в год на 1 м2 отапливаемой площади. Это соответствует примерно 3 литрам жидкого топлива в год на 1 м2 отапливаемой площади. Название "3-Liter-Haus" употребляется по большей части при продаже и покупке жилья для характеристики показателя энергопотребления. Критериев, позволяющих проверить энергопотребление дома на соответствие этому названию, нет, поэтому, "3-Liter-Haus" это, скорее, обещание, нежели реальные показатели. Это определение заимствовано из автомобильной отрасли, где существует такое понятие как "машина 3 литра" для автомобилей, расходующих очень малое количество топлива. В обиход определение "3-Liter-Haus" ввела немецкая компания Viebrockhaus. Позже появились также "1-Liter-Haus", "5-Liter-Haus" и т.п. Их можно объединить под одним общим понятием "Х-Liter-Haus".

Рассмотрим отдельно отопительную, энергосбережение, водоснабжение.

Отопительная система

Благодаря быстрому развитию науки и переходу на использование новых энергоэффективных строительных конструкций и материалов, возможен переход от зданий старой постройки (группа 1) к зданиям с нулевым расходом энергии (группа 5). Проведенные в Германии исследования показывают, что в помещениях зданий старой постройки, на обогрев одного квадратного метра требуется от 300 до 400 кВт•ч/м2, а в зданиях, построенных в течение последних 20 лет, потребность в отопительной энергии снижена до 150–200 кВт•ч/м2 (группа 2). Сегодня уже эксплуатируются жилые здания, построенные с использованием новейших энергосберегающих технологий и с применением современных энергоэффективных материалов, в которых удельный расход энергии на отопление составляет около 20 кВт•ч/м2. [1] Для достижения таких целей требуется:

1. – высокоэффективная теплоизоляция зданий;

Исследования показывают, что при эксплуатации традиционного многоэтажного жилого дома через стены теряется до 40 % тепла, через окна — 18 %, подвал — 10 %, покрытия — 18 %, вентиляцию — 14 %.

Наиболее предпочтительным способом повышения теплозащиты уже имеющихся зданий (реконструируемых зданий) считается наружная теплоизоляция стен с применением эффективных теплоизоляционных материалов. При этом обеспечивается значительное повышение теплотехнической однородности наружных ограждений, простота конструктивных решений дополнительной теплозащиты, возможность утепления зданий без выселения жильцов, сохранение полезной площади, улучшение температурно-влажностного режима существующих наружных ограждений. Распространение в строительной практике получили конструкции наружной теплоизоляции, которые условно можно разделить на "мокрые" системы с оштукатуриванием плитного (предпочтительнее — минераловатного) утеплителя, и "сухие" вентилируемые системы с облицовкой на относе от слоя теплоизоляции. Те же подходы используются при проектировании и возведении новых энергоэффективных зданий. Применение новейших энергосберегающих решений с привлечением современных теплозащитных материалов, многослойных стеновых конструкций, герметичных многокамерных стеклопакетов, энергосберегающей сантехники и инженерного оборудования позволяет значительно сократить теплопотери. Снижение энергопотребления зависит от региона строительства и объемно-планировочных решений зданий и в среднем составляет около 40 % по сравнению со зданиями, построенными по старым нормам. Помимо вышеперечисленных аспектов пассивного энергосбережения, также стоит упомянуть о новейших решениях с привлечением высоких технологий. Имеются в виду интеллектуальные системы отопления, позволяющие оптимизировать поступление и распределение тепла в здании – то есть обеспечить необходимое и достаточное его количество тогда и там, где это необходимо. Однако такой подход требует внесения значительных и порой радикальных изменений в распространенную, в частности, в России схему централизованного отопления. [3]

2. современные "интеллектуальные" отопительные установки и системы регулировки отопления, соответствующие высокому уровню теплоизоляции с высоким КПД;

3. – большие стеклянные поверхности (окна) для пассивного использования солнечной энергии, установленные, преимущественно, с южной стороны здания;

4. – рекуперация тепла в системах вентиляции, регулируемых пользователем;

5. – положительное отношение жильцов к зданиям с низким энергопотреблением.

Электроснабжение

Рассмотрим на примере здания дом Роуз (Rose House), Портленд, штат Орегон, США, это небольшой дом, который послужил в качестве лаборатории для энергосберегающего жилищного проекта в 2004 году, и, как оказалось, стал первым домом в штате, спроектированным для достижения нулевого потребления полезной энергии.

Фотоэлектрические панели снабжают дом электроэнергией и используют "фактические замеры для определения разницы показаний". Электросчетчик в доме считает как входящие, так и исходящие ватты; энергоснабжающая компания покупает запас энергии во время солнечного периода и продает ватты при необходимости.

С такими показателями система солнечных батарей может сберегать мощность в сети в дневное время и использовать электросеть ночью, когда спрос на электроэнергию невелик. Особенность состоит в разработке системы, потребление и производство электроэнергии в которой уравновешены или в которой солнечная энергия производит больше ватт, чем необходимо для дома.

Максимальная мощность фотоэлектрических панелей в доме Роуз (Rose House) оценивается в 3,3 кВт. При фактическом использовании, он генерирует постоянную среднюю мощность около 6 кВт/ч в сутки.

Надлежащим образом расположены окна и системой затенения, чтобы получать солнечный свет, когда и где это необходимо для производства тепла и освещения. Конечно, размещение окон важно дабы получать достаточно света с южной, восточной и западной сторон для пропорционального естественного освещения, и минимизации потери тепла с северной стороны.

Кроме того, одно из изобретений Элдона Хайнса, - солнечная батарея с медным отражателем (Copper Cricket solar panel), которая также обеспечивает нагрев горячей воды. [4]

Конечно стоит отметить что при всех своих НОУ-ХАУ такой дом все еще далек от полного само обеспечения энергией. Это связано в большей степени с тем, что оборудование недостаточно совершенно. Но по заявлениям авторов проекта, данный дом достигнет нулевого энергопотребления.

Водоснабжение

В пассивных домах часто используют альтернативные источники холодного и горячего водоснабжения. Для этого обычно используют тепловые насосы, а также солнечные водонагреватели.

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

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

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

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

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

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