Russian Chemical Community
 
Пользовательский поиск
   главная
  предприятия
  марки сплавов
  соединения
  синтезы
  объявления
  ► информация
  рефераты
  архив
  актуально
А  Б  В  Г  Д  Е  Ж  З  И  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Э  Ю  Я  

Концептуальный проект экожилища

   Поделиться ссылкой :    LiveJournal Facebook Я.ру ВКонтакте Twitter Одноклассники Мой Мир FriendFeed Мой Круг

Нацеленность человеческой цивилизации на глобальную технократизацию своего развития в последние десятилетия привела к таким разрушительным последствиям, о которых не мог и подумать человек еще сравнительно недавно.

Глобальные и локальные катастрофы, разрушительные катаклизмы, происходящие в последнее время во все нарастающем масштабе, являются, что уже теперь ясно как ученым, так и простым людям, следствием разрушительного, технократизированного образа жизни людей. Причем многие факты об этих процессах, скрываемые раньше, в последнее время все чаще появляются в средствах массовой информации. Открытым текстом говорят и пишут о всеобщем потеплении климата, ведущем к повышению уровня Мирового океана, что в скором времени может привести к потопу, подобному тем, что происходили в древности, и вызвано это резким увеличением выбросов в атмосферу углекислого газа, которые возрастают на 1 - 2% каждые 10 лет. Воздух отравлен токсичными продуктами индустриальной деятельности человека (всем известный смог) настолько, что во многих городах просто нечем дышать. Происходит резкое сокращение лесных запасов - легких нашей планеты вследствие хищнической вырубки и гибели из-за неблагоприятных условий существования. Налицо резкое истощение и эрозия почвы из-за индустриальных, интенсивных методов обработки, таких как глубокая вспашка, массовое использование минеральных удобрений и ядохимикатов, бездумная ирригация. По данным Всесоюзного научно-исследовательского конструкторского и проектно-технологического института органических удобрений и торфа (ВНИПТИОУ), за последние 20 - 25 лет на площади пахотных земель в 200 млн. га потеряно от 15 до 40 % гумуса, или плодородного слоя. Далее, вследствие почти полного отсутствия предприятий и мер по переработке, произошло накопление огромного количества отходов производства и жизнедеятельности человека. В массовом масштабе происходит загрязнение воды и производятся некачественные и отравленные продукты питания (результат использования тех же удобрений и пестицидов). Этот список можно продолжать очень долго. Сюда стоит добавить и надвигающийся энергетический кризис, вызванный хищническим использованием невозобновляемых источников энергии, а проще говоря полезных ископаемых: нефти, газа, угля, в результате чего по последним оценкам некоторых ученых, например, газа нам хватит еще на 50 лет, а нефти - и того меньше – на 12 лет.

К слову, по теме нашего повествования, жилищно-коммунальный сектор России расходует до 40% вырабатываемой в стране энергии и выбрасывает в атмосферу огромное количество углекислого газа, 37% которого приходится на индивидуальное жилье, не говоря о том количестве мусора, которое выбрасывается и гниет возле жилища человека. Вообще строительный и жилищно-коммунальный секторы экономики всех стран мира оказывают мощное негативное воздействие на природную среду. Использование древесины в жилищном строительстве составляет 25% от общего ее потребления, камня, песка, гравия – 40%, пресной воды – 16%, энергии – 40%. Выбросы в атмосферу окислов серы и углекислого газа от эксплуатации жилья составляют соответственно 70% и 50%.

Каков же результат всего вышесказанного? Он прост: во-первых, Земля отвечает на все это безумие все более нарастающими катаклизмами, во-вторых, большая часть населения Земли, а в России особенно, больна. Наблюдается массовое распространение инфекционных заболеваний, эпидемий, неизлечимых болезней (СПИД, рак и т.д.), нервных и психических расстройств, самоубийств. Особенно страшно то, что это происходит с детьми. Большинство уже рождается с физическими и психическими отклонениями и заболеваниями. В России 80% призывников либо больны, либо имеют физические и психические отклонения от нормы. Это прямое следствие тех причин, о которых говорилось выше, результат использования отравленных продуктов питания и воды, отравленного воздуха и неблагоприятного во всех отношениях жилья, причем как коммунального, так и частного.

Резюмируя вышесказанное, можно констатировать, что человечество стоит у последней черты, за которой - катастрофа и уничтожение. Основным направлением развития человеческого сообщества в данных условиях становится создание условий для выживания, а не технический прогресс и дальнейшая технократизация. Прогресс в широком смысле - да. Это все то, что служит возрождению и оздоровлению среды обитания человека, охране окружающей среды и природы в целом, восстановлению гармонических связей с природой, с планетой Земля, на которой мы все живем. Это и новые технологии обработки земли и выращивания «чистой продукции», и прогрессивные проекты жилищного строительства, и создание новых прогрессивных материалов, и разработка и производство новых экологически чистых источников энергии, и создание «чистых» транспортных средств и систем связи, развитие и использование информационных технологий, и фундаментальные исследования во всех областях науки, не направленные на разрушение и технократизацию.

Короче говоря, назрела необходимость перехода, трансформации человечества от «геноцидно-технократического» пути развития в сторону «аграрно-информационного», как сейчас принято говорить, или истинно ноосферного сообщества. Это не возврат к натуральному хозяйству, как пытаются представить этот процесс некоторые критики. Это замена техногенных урбанистических форм бытия, разрушительных для биосферы, на альтернативный, экологически корректный, сбалансированный и эволюционно-перспективный образ жизни, который не только не нарушает прогрессивный процесс (в широком, а не в узком, техническом смысле), а, напротив, способствует ему вследствие здорового образа жизни, гармонического сосуществования с природой и окружающей средой и, как важное следствие, приоритета духовного развития над материальным при сохранении и умножении прогрессивных и полезных научных и технических достижений человечества.

Такой образ жизни предполагает в первую очередь новые решения в жилищном и ландшафтном строительстве, а также использование новых, а часто и хорошо забытых старых, но не потерявших ценности, методов земледелия.

Прежде чем рассматривать эти решения, хотелось бы показать, каким не должно быть жилище человека и ответить на вопрос: возможно ли обеспечить здоровье в современных многоквартирных или частных домах. И хотя вопрос в общем то риторический, все же рассмотрим основные отрицательные моменты и тех и других.

Для многоквартирных домов это: и неудачная в большинстве случаев планировка, т.е. малые размеры и количество комнат, и плохая ориентация по сторонам света – в одних комнатах темно, в других постоянно солнце, и сквозняки, и излишняя влажность (или сухость), и резкие перепады температур, поэтому - дополнительные расходы на отопление и кондиционирование. Коммуникации практически везде устаревшие, из-за этого батареи чуть теплые; отопление, электричество, горячую и холодную воду постоянно отключают, причем нет гарантии, что даже при твоей личной незадолженности за уплату услуг не отключат весь дом в отместку за неуплату кем-то из жильцов. Одним словом - полный произвол. В многоэтажных домах сюда добавляются постоянные проблемы с лифтом, в панельных домах (да и во многих кирпичных) – проблемы со звукоизоляцией, соседи шумят, часто заливают, мастеров из ЖКХ и других служб не дождешься, а если и придут, то сделают тяп-ляп, да еще и вымогательством занимаются… можно продолжать этот список до бесконечности. Скажем короче: в так называемых благоустроенных квартирах жильцы полностью зависимы от разных служб по эксплуатации жилья и производителей энергоносителей, а также от произвола чиновников.

К этому надо добавить прямой вред для здоровья как от внешнего шума и смога, так и от внутриквартирных источников токсичности, таких, например, как недоброкачественные и «нечистые» материалы, используемые в строительстве, часто выделяющие токсичные вещества и непроницаемые во многих случаях, для воздуха, влаги и полезных космических излучений. Но, пожалуй, главное то, что в таких домах (и в городе вообще) полностью отсутствует живительная связь с природой, с землей, растительным и животным миром, без которой не может быть нормального здорового существования.

Для владельцев частных домов как в городе, так и в деревне это другие проблемы: как правило – частичное или полное отсутствие удобств, проблемы с отоплением - если нет газа, то не напасешься дров из-за низкой эффективности печек, дом нельзя оставить без присмотра, и даже если есть приусадебный участок, то «горбатишься» в нем с утра и до ночи, где уж тут наслаждаться живительной связью с природой. Нерешаемая проблема частных домов – утилизация отходов жизнедеятельности.

Сейчас большими темпами развивается коттеджное строительство, представляющее собой небольшой шаг вперед в попытке соединить достоинства многоквартирного и индивидуального жилья в части наличия в них всех удобств и приусадебного участка. Но наличие удобств полностью сохраняет все вышеперечисленные для многоквартирных домов отрицательные моменты, а основное назначение участка, заключаюшееся в создании симбиоза с природой, почти полностью нивелируется тем, что во-первых, как правило, размеры участка крайне малы, а во-вторых, владельцы этого вида жилья – в большинстве своем богатые люди, которые не утруждают себя уходом за участком, для этого у них есть садовники и ландшафтные дизайнеры, они ограничиваются в лучшем случае созерцанием созданного не ими кусочка природы. Это, конечно тоже неплохо, однако отсутствие личной творческой инициативы и деятельности, связанной с уходом за участком, исключает тот самый биоценоз. Наконец, коттедж стоит баснословных денег (в значительной степени из-за подведения коммуникаций), он не по карману большей части населения, даже людям со средним достатком.

Возможно ли построить жилище, соединяющее в себе достоинства городской квартиры и частного дома, исключающее отрицательные моменты тех и других, жилье, которое настолько вписалось бы в окружающую среду, что не противостояло бы ей, а сохраняло, восстанавливало и даже улучшало ее, жилье, которое при небольшой себестоимости требовало бы минимальных средств на свое содержание.

Да, возможно! И его можно создать уже сейчас, такие жилища строятся давно по всему миру. Называются они экологическим жилищем, сокращенно экожилище, или экодом. Проце сс стр оительства экожилья в мире происходит уже более 40 лет, и в его развитии достигнуты впечатляющие результаты. Во всем мире происходит переориентация общественного сознания на необходимость перехода к экологическому образу жизни (не путать с экологическим движением зеленых, это совсем другое), происходит смена представлений и ценностей в вопросе дальнейшего существования человечества. А как же Россия? Как всегда, до недавнего времени плелась в хвосте, несмотря на то, что теоретические предпосылки этого движения были заложены именно у нас (труды Вернадского и др.), да и во многих практических разработках основных элементов экодома , например в части альтернативной энергетики (солнечных коллекторов, ветроэлектростанций), солнечной архитектуры, нетрадиционных методов земледелия мы «были впереди планеты всей».

В последнее время положение начало меняться, а именно, примерно 10 лет назад в лабораториях Сибирского отделения Академии наук начали заниматься вопросом экопоселения. Именно там наиболее полно был разработан концептуальный проект экодома и началось строительство экопоселения. Впоследствии и другие организаци в разных регионах России и стран СНГ занимались этой проблемой, но до сих пор Новосибирский проект остается единственно проработанным. И хотя его вариант разрабатывался для условий Сибири, он остается актуальным и может быть взят за основу для других регионов России с небольшими доработками.

Следует отметить тот факт, что в России вполне реально создать условия массового строительства экологического жилья. Основанием для подобного утверждения служат два широкомасштабных процесса, происходящих у нас в стране. Первый состоит в том, что сейчас очень интенсивно развивается индивидуальное строительство, а следовательно хорошо развита малая строительная индустрия в виде наличия большого количества строительных предприятий, бригад, разнообразия строительных материалов и технологий по их изготовлению, в том числе из местного сырья. Второй заключается в массовом развитии садоводства и огородничества. Достаточно сказать, что в России примерно 60% населения производит 46% продуктов питания на своих садовых участках. Для Саратовской области эти две тенденции выражены даже, пожалуй, ярче, чем в других регионах.

Поэтому, концентрация усилий государства, правительств регионов, общественных организаций, частного бизнеса, индивидуальных застройщиков на строительстве экодомов и доведение информации об этом до основной части населения позволит людям в значительной степени самостоятельно обеспечить себя жильем, питанием и в глобальном масштабе улучшить экологическую обстановку. Нужна непрерывная кампания по пропаганде, разработка технологий производства экодомов и организации экопоселений (поскольку каждый экодом будет частью экопоселения со своей инфраструктурой), создание законодательных предпосылок на уровне региона. Последнее надо пояснить подробнее.

Во-первых, необходимо уточнить земельное законодательство в части получения и размеров участков и их застройки, а также упрощения процедуры оформления.

Этот вопрос приобретает в последнее время большое значение в связи с получившим большой резонанс и распространение и продолжающим наращивать свои масштабы движением по созданию «родовых поместий» и поселений, основные идеи которого выражены в серии книг В. Мегре «Звенящие кедры России». Это движение можно назвать высшей формой развития экопоселений за счет значительно большего акцента на духовный и нравственный аспекты развития человека. Многие видят в этом движении одну из возможностей (если не единственную) возрождения сильной и здоровой России. Поэтому, необходимо, не замечая отдельные провокационные и откровенно клеветнические нападки, в очередной раз «не выплеснуть вместе с водой ребенка из купели», чтобы он не появился сначала где-нибудь на Западе под другим именем (а там сильно заинтересовались идеями, высказанными в книгах Мегре), а затем в конце концов с большим опозданием вернулся на свою Родину, как это уже не раз происходило в нашей истории.

Кратко можно охарактеризовать «родовое поместье» как малую родину для конкретного человека и его потомков ( кстати слово Родина произошло от слова род). Это кусочек земли, маленький кусочек большой Родины, который каждый может взять и превратить в райский уголок, дающий как материальный достаток и здоровье, так, главное и душевное спокойствие, и импульс к духовному развитию, и вдохновение для творчества. Весь образ жизни в «родовом поместье» будет таким, в котором «можно жить в любви самому и передать созданное тобой пространство любви детям в продолжение рода». Это место, где «энергия любви будет жить и в доме, что ты построил, и в каждой травинке, в каждом деревце, что ты посадил». И если внуки построят свой дом на родовой земле из «тех деревьев, что посадил их дед, и которые любили их отец и мать, тот дом и та земля будут и лечить, и беречь от нечисти, и вдохновлять на светлое ». Все концептуальные идеи, заложенные в проекте экодома, сохраняются и для родового поместья, а в части обустройства земельного участка значительно усиливаются. В частности размер родового участка должен быть не менее 1 га, на нем должен быть посажен участок кедрового и дубового леса площадью 0.3-0.5 га, сад, огород, создан пруд размером 2-3 сотки и экодом. Остальные элементы участка создаются творческим гением хозяина. Эти меры способствуют созданию биоценоза, т.е. самодостаточного, гармоничного, самовосстанавливающегося (без активного вмешательства человека) симбиоза земли, растительного и животного мира и человека.

Важным моментом движения является инициатива по внесению в земельное законодательство пунктов по бесплатному выделению «родового участка» площадью 1 га в собственность без права продажи, но с правом наследования и не обложение налогами продукции, выращенной и созданной в родовом поместье. Для этого и нужно будет доработать закон о земле хотя бы на региональном уровне, в чем принципиальных возражений не видится, могут быть лишь бюрократические и местнические проволочки.

Во-вторых, возможно, придется ввести в жилищное законодательство региона пункты, касающиеся установки и использования альтернативных источников энергии, таких, например, как ветро- и гидроэлектростанции, и др.

Рассмотрим подробнее основные составляющие части экожилища и требования предъявляемые к нему.

В целом оно состоит из экологически чистого, автономного, энергоэффективного, комфортного, красивого и недорогого дома и приусадебного участка (родовой земли), использующего экологически чистые, щадящие, требующие минимума труда технологии обработки земли и выращивания растений.

Экодом.

Как следует из самого названия, экологичность является основным качеством дома, из которого вытекают остальные. Обсудим это подробнее. Экологичность подразумевает ненанесение вреда природе и человеку, минимальное загрязнение окружающей среды как прямое, так и косвенное.

Прямое загрязнение - это применение «грязных» (токсичных) материалов, загрязнение отходами жизнедеятельности и непосредственное использование невозобновимых источников энергии: нефти, газа, угля и др. Последнее необходимо пояснить. Непосредственное использование невозобновимых источников предполагает применение ископаемого топлива для автономного энергообеспечения дома, например, сжиженного газа для приготовления пищи, угля и нефтепродуктов для отопления и производства горячей воды (автономные котлы и газогенераторы), бензина и солярки для производства электроэнергии (дизельные миниэлектростанции).

Косвенное загрязнение – это опосредованное использование невозобновимых источников энергии через использование централизованных сетей для энергоснабжения и канализации отходов дома, а также применение стройматериалов (даже экологически чистых), для производства которых используются «грязные» технологии.

Итак, экологичность подразумевает отказ как от прямого, так и от косвенного загрязнения природы. Из этого вытекает, во-первых, необходимость автономности, т.е. независимости от централизованных сетей энергоснабжения и канализации, чтобы исключить использование косвенных источников загрязнения, а также массовых производителей стройматериалов, использующих в большинстве случаев «грязные» технологии. Это значит, что экодом должен обеспечиваться теплом, электроэнергией, горячей и холодной водой только за счет внутренних источников и иметь автономную систему канализации и утилизации бытовых отходов. Поскольку должно быть исключено и прямое загрязнение (использование ископаемого топлива для внутреннего использования), то экодом должен обеспечиваться энергией только за счет альтернативних возобновимых источников – солнца, ветра, воды, растений.

В крайних случаях, скажем, при отсутствии средств на приобретение автономных источников энергии (например, ветроэлектростанции), при поломке или длительном одновременном отсутствии нескольких источников (солнца и ветра, например) возможно временное использование источников на невозобновимом топливе или центральных энергосистем. Во всяком случае минимальное применение таких источников будет оправдано на начальном этапе строительства экопоселений.

Независимость от производителей стройматериалов мотивирует автономное производство их из местного сырья с использованием новых минитехнологий.

Кроме всего прочего, автономность позволит избавиться от надвигающегося энергетического кризиса, роста цен на жилье и коммунальные услуги, от произвола чиновников.

Во-вторых, использование для энергоснабжения экодома автономных альтернативных источников, приводит к необходимости высокой энергоэффективности его. Дело в том, что использование этих источников имеет свои сложности и недостатки. К ним относятся: непостоянство и неравномерность их действия в течение суток и сезонов, высокая стоимость альтернативных источников электроэнергии (ветростанций, солнечных батарей, микрогэс), низкие к.п.д. и механическая надежность солнечных источников тепла (как пассивных в виде прозрачных элементов корпуса дома, так и активных - различных солнечных коллекторов), неудобство и трудоемкость использования различных видов печей на растительном топливе и др. Для уменьшения этих факторов приходится ограничивать мощность источников, сглаживать неравномерность их действия и повышать коэффициент использования, а это приводит к необходимости высокой энергоэффективности дома. Она предполагает применение эффективных методов накопления и экономии тепла, электроэнергии и воды.

Накопление тепла – важнейшая характеристика экодома. Она обеспечивается конструктивными, архитектурно-планировочными решениями , применением эффективных утеплителей, использованием аккумуляторов тепла и т.д. Экономия тепла достигается минимизацией количества и размеров отапливаемых помещений, поддержанием разумной (но комфортной!) температуры в жилых помещениях.

Накопление и экономия электроэнергии достигается использованием высокоэкономичных источников света и бытовых приборов, а также электроаккумуляторов.

Экономия и накопление воды предполагает разделение ее на чистую питьевую и воду для технических нужд, повторное использование последней, применение различных резервуаров для ее накопления и эффективных водосберегающих приборов.

В третьих, отказ от прямого загрязнения подразумевает использование в конструкции дома нетоксичных, безопасных для здоровья материалов, необходимость хорошей вентиляции и применения различных систем очистки и полной утилизации продуктов жизнедеятельности. Еще один аспект экологичности – возможность полной утилизации стройматериалов по истечении их срока службы.

Комфортность предполагает удобство и благоприятные условия проживания. Другими словами дом должен быть светлым, сухим, зимой теплым, летом прохладным, иметь свежий воздух, достаточное (но разумное) количество жилых и подсобных помещений и развитую систему хладообеспечения.

Красота относится к эстетической (а точнее к духовной) категории и является важным элементом экодома. Проще говоря, дом должен иметь привлекательный, радующий взгляд вид.

Низкая стоимость – важнейшее качество экодома, поскольку предполагает доступность его по цене большей части населения. Он по крайней мере должен быть сопоставим по затратам на строительство с традиционным домом (в идеале быть дешевле), а в части эксплуатации – значительно дешевле его. Вообще стоимость экодома прямо и непосредственно связана с остальными его качествами, а в некоторых случаях является определяющей категорией для выбора конкретных решений. Например, тщательное сохранение тепла в доме, приводящее к использованию дополнительных нестандартных конструкторских решений и материалов, вызвано не в последнюю очередь дороговизной автономных источников энергии (ВЭС, солнечных модулей и т.п.). Ясно, что можно было бы так тщательно не бороться за сохранение тепла, горячей воды и электроэнергии, а решить проблему в лоб: установить ветроэлектростанцию (ВЭС) мощностью, скажем 20-30 квт и греть электричеством котлы отопления и горячей воды. Стоимость такой ВЭС была бы намного выше стоимости дома. Это, конечно крайность, есть другие более рациональные приемы отопления не утепленного дома (например, газогенераторными печами большой мощности), но и они экономически менее целесообразны, чем усиление теплоизоляции корпуса в совокупности с максимальным использованием «бесплатной» солнечной энергии.

Уменьшению стоимости экодома способствует также выбор дешевых (но качественных) материалов, широкое использование местного сырья для исключения дальних транспортных перевозок и сокращения использования тяжелой строительной техники, возможность самостоятельного изготовления некоторых строительных материалов и элементов инженерных систем, применение высокотехнологичного прогрессивного миниоборудования для строительства.

Рассмотрим подробно основные функции и элементы экодома, часть из которых упоминалась выше. Сначала перечислим их, а затем рассмотрим способы их реализации и конкретные технические решения.

  • Накопление тепла
  • Экономия и аккумуляция электроэнергии
  • Водоснабжение; экономия и накопление воды
  • Переработка отходов жизнедеятельности
  • Вентиляция
  • Отопление и горячая вода
  • Производство электроэнергии
  • Хладообеспечение
  • Материалы и технологии их изготовления
  • Технологии и оборудование для строительства

Накопление тепла

Как уже говорилось, накопление тепла обеспечивается в первую очередь конструктивными, архитектурно-планировочными решениями и применением эффективных утеплителей. Здесь необходимо отметить, что процесс накопления тепла в экодоме состоит из двух частей – получения тепла (в виде поглощения солнечной энергии и прямого нагрева с помощью отопительных приборов) и его сохранения. Первая составляющая обеспечивается в основном архитектурными решениями , а вторая - конструкцией дома и использованием соответствующих материалов.

Отличительная особенность корпуса экодома состоит в существенно более высоких требованиях к сохранению тепла, чем в обычном доме. Достаточно сказать, что тепловое сопротивление ограждающих конструкций экодома должно быть не менее 6 кв .м *градС/вт, что примерно в 5-6 раз больше, чем у обычных домов из кирпича с традиционной теплозащитой. Это минимальное значение, способное дать экономический эффект от применения солнечного обогрева, который в первую очередь и используется в экодомах, и сохранять ночью накопленное днем тепло. Поэтому конструктивные решения включают в себя обязательное использование в элементах корпуса (фундаменте, стенах, крыше, полах) эффективных утеплителей, отсутствие мостиков холода, особенно в стыках, специальные конструкции окон и дверей, задвигающиеся ставни, тамбуры и т.п. Большую роль в сохранении тепла играет также тепловая инерция экодома, которую обеспечивает термическая масса в виде тяжелого материала корпуса (стен, фундамента, перегородок и перекрытий) и дополнительных аккумуляторов тепла (см. ниже). Летом она же защищает дом от перегрева. Подробно о конструкции корпуса описано в книге «Экодом в Сибири».

Выбор эффективных утеплителей в строительстве достаточно широк, но применение большинства материалов ограничено и даже невозможно в силу их неэкологичности (токсичности) и сложности последующей (после истечения срока службы) утилизации. Поэтому даже такие широко распространенные утеплители, как минеральная вата и пенопласт применять нежелательно. Наилучшими являются естественные утеплители – соломенные или камышовые блоки, растительная (льняная) костра. Возможно использование сыпучих материалов – опилок, керамзита и т.п.

Отдельно нужно остановиться на архитектуре и объемно-планировочных решениях экодома, поскольку именно они в первую очередь обеспечивают высокую энергоэффективность экодома, способствуют оптимальному функционированию основных энергетических систем и размещению инженерного оборудования, не говоря уж о реализации таких качеств как красота и комфортность. Основным приемом здесь является так называемая «солнечная архитектура». Она обеспечивает максимальный прием и использование солнечного излучения на обогрев, приготовление горячей воды и частично электрообеспечение. В отличи и от обычного «солнечный дом» эффективно поглощает и аккумулирует в себе солнечную энергию. Главными инженерными элементами его являются расположенные на крыше или стенах солнечные коллекторы для нагрева воздуха и воды и солнечные батареи.

«Солнечная архитектура» предполагает, во-первых, правильную ориентацию дома, а именно, сторона дома, имеющая наибольшую общую площадь и большую часть крыши, где расположены солнечные коллекторы и батареи, должна быть направлена на юг. Один из выгодных вариантов – односкатная крыша с оптимальным для работы коллекторов углом наклона. Иногда отдается предпочтение варианту с вертикальным расположением солнечных коллекторов (на стене), который проще в монтаже и обслуживании, т.к. не требует уплотнения от воды, устраняет проблему снеговой нагрузки и чистки от пыли и снега. Во-вторых, с точки зрения уменьшения потерь тепла дом должен иметь разумные размеры и быть компактным, а оптимальная форма приближаться к кубу. Однако, учитывая требование увеличения площади съема солнечной энергии, можно увеличить в 1,2 - 1,5 раз размеры дома в направлении восток-запад.

Для сохранения тепла используется и другой прием «солнечной архитектуры», называемый буферным зонированием, предполагающий использование различных не отапливаемых (или частично отапливаемых) подсобных помещений вокруг дома. Это и теплица с южной стороны, которую предусматривают практически все проекты «солнечных» домов, и веранды с востока и запада. Необходимо учитывать и розу ветров, т.к. потери за счет уноса тепла ветром весьма велики. Поэтому стену, расположенную против господствующего направления ветра следует делать глухой (без окон и дверей) и закрывать буферной зоной, обычно это гараж и (или) мастерская. В нашей области преобладают ветры северного направлений, поэтому гараж необходимо пристраивать к северной стене дома.

Ввиду того, что дом окружен буферными зонами и поэтому имеет меньше окон, «солнечная архитектура» предлагает для эффективного освещения помимо окон устраивать дополнительные световые каналы как в стенах, так и в крыше.

Экономия и аккумуляция электроэнергии

Использование в экодоме пока еще дорогих генераторов электроэнергии, к тому же сильно зависящих от погодных условий, а следовательно отличающихся крайней неравномерностью выработки энергии во времени, приводит к необходимости аккумуляции ее и тщательной экономии. Аккумуляция позволяет исключить перегрузки автономной и относительно маломощной сети при одновременной работе всех электроприборов, независимо от их мощности, пользоваться некачественной сетью, характерной при использовании альтернативных источников (скачки напряжения, его пониженное значение, временные отключения тока и т.д.), в случае частичного использования центральной сети пользоваться энергией по сниженному тарифу в ночные часы (для зарядки аккумуляторов). Для накопления электроэнергии используют обычные электрические аккумуляторы большой мощности.

Необходимость экономии электроэнергии приводит к преимущественному использованию энергосберегающих ламп для освещения и различных радиоэлектронных устрой ств дл я регулирования мощности и автоматического отключения электрорадиоприборов (таймеры, сенсорные датчики, тиристорные регуляторы тока и т.д.). Энергосберегающие лампы, появившиеся совсем недавно, позволяют сократить электропотребление в 5 раз по сравнению с обычными лампами накаливания при сохранении той же освещенности и имеют на порядок более высокую долговечность (до12 лет). Выбор их достаточно широк как по форме и цветовой гамме, так и по типу цоколя. Большую роль в достижении экономии играет также тщательный анализ и выбор бытовой техники и радиоэлектронной аппаратуры преимущественно по критерию малой мощности потребления. Рекомендации и обоснование использования большинства типов приборов должны быть заложены в инженерный проект экодома.

Водоснабжение; экономия и накопление воды

Основное водоснабжение экодома осуществляется от скважины и колодца с помощью насоса. Обычно это погружной либо глубинный насосы центобежного или мембранного типа (всем известный «Малыш»). Ассортимент насосов, выпускаемых промышленностью достаточно широк, они сравнительно дешевы и обладает высокой производительностью для нормального функционирования системы водоснабжения. Представляется интересным использование для подъема воды из скважины ветромеханических насосов.

Если поблизости есть речка или пруд, дополнительно к основному источнику водоснабжения используется вода из этих источников для полива участка и для технических нужд (душ, ванна, туалет, стирка). Чтобы обеспечить равномерное поступление воды и создать постоянное давление в водопроводной сети, часто применяют водонапорные баки и емкости, расположенные на определенной высоте от поверхности земли.

У большинства жителей городских домов, использующих центральный водопровод, сложилась привычка бездумно расходовать воду, как горячую, так и холодную. В экодоме с этой привычкой придется расстаться. Использование воды из скважины, а также минимизация мощности водоподъемных насосов приводит к необходимости тщательной экономии воды. В частности чистую воду желательно использовать только для питья, приготовления еды и для мытья рук. Для технических нужд повторно используется очищенная вода из разных источников. Степень очистки при этом определяет область ее применения. Например, в случае сливного туалета стоки из ванной и душа пропускаются через простой песчаный фильтр и направляются в бачок унитаза для повторного использования. Для стирки, ванной и душа может использоваться вода из накопительного резервуара для сбора и накапливания талой и дождевой воды, в который собирается вода со всех поверхностей экодома по специальным водотокам. Эта же вода, как и вода из накопительного пруда, используется для полива. Накопительный пруд – обязательный элемент экодома, в него отводятся поверхностные грунтовые стоки, а весной - талые воды. Кроме того, в него отводится очищенная и профильтрованная сточная вода из дома для тонкой доочистки с помощью водной растительности.

Снижение потребления горячей и холодной воды обуславливает также использование водосберегающих приборов (ручной и автоматической запорной арматуры, специальных смесителей), а также нестандартных технических решений (например, разных контуров для питьевой и технической воды).

Для экономии и накопления горячей воды используют суточные баки-аккумуляторы и различные системы автоматического регулирования температуры.

Переработка отходов жизнедеятельности

Эта функция является одной из основных функций экодом, оправдывающей его название. Все отходы жизнедеятельности должны быть полностью утилизированы и возвращены природе и человеку в естественном и чистом виде.

Отходы жизнедеятельности делятся на твердые и жидкие. Твердые состоят из перерабатываемой (пищевые отходы и отходы из туалета) и неперерабатываемой (стекло, металл, пластмасса и т.д.) частей. Поэтому разделение отходов – важная часть образа жизни в экодоме. Перерабатываемые (органические) отходы являются ценным продуктом для производства удобрения, используемого на приусадебном участке. Для этого они утилизируются либо в специальных биореакторах, расположенных в техническом подвале, биологическими методами, либо непосредственно на участке методом компостирования.

Неперерабатываемая часть разделяется на однородные материалы, которые после накопления сдаются для утилизации или вторичного использования на предприятия экопоселка или близлежащего города.

Для непрерывной переработки всех органических отходов

жизнедеятельности семьи используют различные типы биотуалетов, как безводных, так и смывных. Все они состоят из одного или нескольких контейнеров-биореакторов и двух приемных отверстий: для сброса органических отходов и унитаза. Контейнеры оборудованы системой аэрации и вытяжки, чтобы поддерживать процессы компостирования и устранять запахи в туалетном помещении (Подробнее о биотуалетах см. «Экодом в Сибири»).

Жидкие отходы или бытовые стоки пропускаются через различные фильтры (механические, почвенные, септики) и отстойники, в которых остается и накапливается твердая часть в виде ила, перерабатываемого затем совместно с твердыми отходами методом компостирования. Одним из главных элементов систем очистки стоков является септик. Он обеспечивает накопление стоков, медленное их движение и эффективную очистку с помощью микро фауны. Часто для улучшения очистки на выходе септика встраивается камера с адсорбирующим материалом. Таким образом стандартная схема очистки стоков включает в себя (в порядке расположения) различные механические фильтры и уловители, септик и затем почвенные фильтры (фильтрующая траншея, фильтрующая кассета, почвенно-песчаный фильтр и т.п.). Далее очищенная вода попадает в накопительный пруд для тонкой доочистки, как уже упоминалось в предыдущей главе. Существуют схемы очистки и без накопительного пруда.

Вентиляция

Поскольку экодом обладает повышенной герметичностью, воздухообмен в нем хуже, чем в обычном доме. Поэтому для обеспечения хорошего качества воздуха, его необходимо интенсивно вентилировать. Сочетание герметичности с хорошей вентиляцией представляет собой одну из главных проблем. Для создания комфортных условий нужна полная замена воздуха в помещении с определенной скоростью, поэтому главные теплопотери при высокой герметичности обусловлены вентиляцией. Чтобы их уменьшить, используют рекуперацию тепла. В этом случае на выходе вентиляционной системы ставят теплообменник, в котором тепло удаляемого из дома при вентиляции воздуха передается свежему воздуху, поступающему снаружи. Такие системы позволяют вернуть до 50-70% тепла в дом, а некоторые – до 80% (например, роторный рекуператор разработки А.И.Яворского).

Различают естественную и принудительную вентиляцию. При этом для естественной существуют две основные схемы: с непосредственным смешиванием свежего и загрязненного воздуха (традиционное проветривание через вентиляционные отверстия и форточку) и вытеснительная схема, когда воздух фронтом перемещается от одной стены к другой. В первом случае происходит постоянное перемешивание чистого и загрязненного воздуха (т.к. он идет узким потоком), в выбрасываемом воздухе присутствует большая часть свежего воздуха, поэтому высокой степени очистки не происходит. Такая схема применятся для вентиляции помещений небольшого объема и требующих быструю смену воздуха, т.е. для кухни, ванной и туалета, причем вытяжку осуществляют через туалет.

Для жилых помещений может использоваться вытеснительная схема. В ней достигается почти полное удаление отработанного воздуха. Однако такая схема нарушает герметичность дома, так как стены должны быть воздухопроницаемы: либо из пористых материалов, либо иметь систему мелких отверстий, равномерно распределенных по поверхности стены.

Чаще в экодоме используют принудительную вентиляцию в комбинации с естественной и в сочетании с рекуперацией.

Составной частью системы вентиляции является и встроенная система фильтрации воздуха, используемая для его очистки от пыли, а также удаления ее с поверхностей пола, мебели, одежды и пр. Обычно фильтрация осуществляется через водяную пену (барбодажная схема) и совмещается с системой озонирования или ультразвуковой обработки воздуха.

Отопление и получение горячей воды

В качестве основного источника энергии для обогрева экодома и производства горячей воды используется солнце и незначительное количество растительного топлива. В промежуточных вариантах допускается использование электроэнергии и невозобновимого топлива, но их расход значительно меньше, чем в обычном доме. В силу высокой теплоизоляции экодома, немаловажную роль в его обогреве играют косвенные источники тепла, такие как различные электро-и радиоприборы (осветительные лампы, телевизор, компьютер и т.д.), а также люди и животные, проживающие в доме. Но, повторимся, главный источник – солнце.

Солнечная архитектура позволяет спроектировать дом как с пассивной, так и активной солнечной системой отопления. Пассивное солнечное отопление давно известно и заключается в использовании архитектурных, объемно-планировочных форм и элементов конструкции здания в качестве теплоприемников и аккумуляторов солнечной энергии. При этом весь дом как бы превращается в солнечный коллектор. Помимо перечисленных выше мер по накоплению тепла, для повышения к.п.д. пассивного обогрева используют прозрачные крышы, стены Тромба-Мишеля (когда снаружи массивных стен через небольшой воздушный промежуток устанавливают тонкую прозрачную стену) и т.д. Такие дома довольно широко распространены в южных странах. В России в советское время строили экспериментальные дома с остекленной крышей в Средней Азии и в Крыму.

Активная система солнечного отопления использует для обогрева и горячей воды воздушные и водяные солнечные коллекторы, которые могут устанавливаться на крыше и в стенах дома и парника или рядом с домом в отдельном здании или на специальном каркасе.

В условиях средней полосы (как и Сибири) системы пассивного отопления в чистом виде не используются из-за низкого к.п.д., но в сочетании с активными системами они оправданы и должны применяться.

В осенне-весенний период экодом проще всего отапливать при помощи воздушных коллекторов. Типичная схема активного отопления состоит из воздушного солнечного коллектора, воздуховодов, вентилятора и галечного аккумулятора. Если температура в помещениях недостаточна, то горячий воздух из воздушного коллектора подается в комнаты и нагревает их. Если в помещениях тепло, то горячий воздух, минуя комнаты, поступает в тепловой аккумулятор.

Главный элемент системы воздушного обогрева – солнечный коллектор. Его конструкция очень проста. Это плоский тонкий ящик, дно которого снаружи (снизу) теплоизолировано, а изнутри покрыто материалом с большим коэффициентом поглощения солнечной энергии (обычно это химически зачерненная окислами хрома или никеля, а, в простейшем случае, покрашенная черной краской поверхность). Сверху ящик закрыт стеклом или другим прозрачным материалом. Видимый свет (в том числе и рассеянный, поскольку в пасмурную погоду коллектор также действует, но с меньшим эффектом), проникая сквозь стекло, поглощается черной поверхностью, превращается в тепло и нагревает воздух в замкнутом объеме коллектора (парниковый эффект). В верхней части коллектора расположена трубка для выхода горячего воздуха, а в нижней – для входа холодного. Воздушные коллекторы просты и дешевы, производство их несложно, возможно даже самостоятельное изготовление. Поэтому, несмотря на низкий к.п.д., использование их весьма целесообразно.

При длительном отсутствии солнца недостаток тепла компенсируется использованием других источников тепла. Целесообразно для этих целей использовать печи на растительном топливе. В последнее время появилось много новых конструкций печей с высоким к.п.д. (до 80%), достигаемым за счет использования эффекта медленного горения с каталитическим дожигом горючих газов или газогенераторные печи («Буллериан», «Чудесница», «Уют» и др.). Они позволяют отапливать большие объемы помещений одной небольшой заправкой топлива в сутки. Например, самый малый «Буллериан» способен отапливать помещение объемом 100 м3 в течение 10-12 часов при массе одной закладки растительного топлива (дров, древесных отходов, макулатуры, прессованной соломы и пр.) всего 4-5 кг. Учитывая в несколько раз более низкие теплопотери экодома по сравнению с обычным домом, такая печь может отапливать значительно большие объемы (весь дом) целые сутки и более. Сюда надо добавить и низкую стоимость таких печей ( малый «Буллериан» стоит всего 4000 рублей). Газогенераторные печи снабжены системой труб и воздуховодами, обеспечивающими подачу теплого воздуха в разные помещения для их быстрого нагрева, имеют малый вес (десятки кг ), просты в монтаже и эксплуатации, а также надежны и долговечны. Очень эффективны печи Кузнецова, которые работают на принципе «свободного движения газов» (т.н. колпаковые печи) и тоже используют эффект медленного горения, но в отличи и от металлических газогенераторных печей они строятся из огнеупорного кирпича аналогично традиционным русским печам, и поэтому, обладая большой тепловой инерцией, долго сохраняют тепло. Эти печи могут быть совмещены с каминами, оборудованы встроенными водяными котлами для использования в качестве резерва в системах с водяным отоплением, а также топиться электричеством в качестве резервного топлива.

Для приготовления горячей воды и, дополнительно, для отопления в холодное время года служит водогрейная установка на основе водяного солнечного коллектора. Такая система бывает двух видов: с естественной и принудительной циркуляцией воды (жидкости). Система с естественной циркуляцией содержит водяной коллектор, систему труб и бак-аккумулятор, который размещается примерно на 60 см выше коллектора. За счет того, что нагретая в коллекторе вода легче холодной, поступающей в него из бака, возникает конвекция. При этом горячая вода из верхней части коллектора поступает в верхнюю часть бака, вытесняя в его нижнюю часть более холодную воду. Возникающий при этом непрерывный замкнутый цикл подобен тому, что происходит в системах отопления частных домов с газовым котлом. Система с естественной циркуляцией не требует перекачивающего насоса, но накладывает ограничения на конструкцию и монтаж из-за необходимости размещения тяжелого бака аккумулятора на крыше выше коллектора. Поэтому она обычно применяется для летнего душа, летней кухни и т.п.

Более удобна с точки зрения размещения солнечная водогрейная установка с принудительной вентиляцией. Она отличается от системы с естественной циркуляцией наличием насоса и блока терморегулирования. Каждый раз, когда температура в коллекторе достигает определенного значения, включается насос и вода в системе прокачивается до тех пор, пока температура не опустится до определенного значения, после чего насос снова выключается. Такая система называется одноконтурной. В ней горячая вода, циркулирующая по замкнутому контуру коллектор-бак, одновременно используется для хозяйственных нужд и отопления (в этом случае в систему труб, соединяющих коллектор с баком, врезают радиаторы отопления).

Чаще используется двух- и трехконтурные системы. В них бак-аккумулятор второго контура нагревается теплообменником, входящим в контур солнечного коллектора. При этом легче следить за расходом воды, регулировать ее температуру, удобно располагать дополнительный бойлер (резервный нагреватель), например, ту же газогенераторную печь или электронагреватель, и, наконец, использовать в контуре коллектора незамерзающую жидкость (антифриз), что бывает необходимо в морозном климате из-за слабой теплоизоляции коллектора.

Жидкостный солнечный коллектор более сложен, чем воздушный. Его поглощающая поверхность совмещена с системой трубок, по которым циркулирует, нагреваясь, вода. Существует большое разнообразие конструкций водяных коллекторов (см., например, книгу «Индивидуальные солнечные коллекторы» Харченко Н.В.), отличающихся тепловыми характеристиками, надежностью, долговечностью. Интересен в этом смысле, выпущенный недавно предприятием СКБ «Гелиопласт», полипропиленовый коллектор, отличающийся высокой надежностью, долговечностью, экологичностью и низкой стоимостью (60 долл. за 1 кв.м). Это самый легкий коллектор из существующих (вес всего 6 кг для стандартного размера в 1 кв.м). Выпускаются также полностью скомплектованные системы круглогодичного тепловодоснабжения, включающие различное число полипропиленовых коллекторов (в зависимости от площади отапливаемого помещения), аккумулирующий бак, один или два циркуляционных насоса, таймер, дополнительный бойлер для догрева, радиаторы, трубы и водозапорную арматуру.

Итак, система с жидкостным солнечным коллектором приготавливает горячую воду и одновременно является частью отопительной системы. Однако летом она должна работать в автономном режиме только для подогрева воды, что необходимо предусмотреть при ее проектировании.

Как уже говорилось, неотъемлемой частью отопительной системы экодома является тепловой аккумулятор. Необходимость его использования вызвана колебаниями температуры в солнечных отопительных системах в течение суток и в зависимости от времени года. Поэтому аккумуляторы подразделяются на суточные и сезонные. Кроме того они бывают активными и пассивными.

Пассивные аккумуляторы являются элементами конструкции дома и представляют собой массивы из тяжелого материала с высокой теплоемкостью, например, кирпича или грунтоблоков, из которых построены печь и внутренние части корпуса дома. Они используются для увеличения тепловой инерции дома. Это, в основном, суточные аккумуляторы.

Активные аккумуляторы представляют собой самостоятельную конструкцию, поэтому более сложны по устройству, чем пассивные. Например, такой суточный активный аккумулятор может быть встроен в одну из перегородок, представляя собой полую стену, с размещенными внутри баками с водой, через которые проходят трубы от систем солнечного отопления и дымовые трубы от печи. Хорошая теплоизоляция обеспечивает медленное остывание бака с водой для поддержания приемлемой температуры в комнате.

В качестве сезонных аккумуляторов используются резервуары с водой, контейнеры с гравием и галькой, соли, обладающие низкими температурами фазового перехода. Однако их использование затруднено из-за громоздкости и сложности изготовления и утепления контейнеров и резервуаров. Нужны огромные объемы воды или гальки, исчисляемые сотнями и тысячами кубометров, для того, чтобы сохранить зимой тепло, накопленное летом. Перспективны в этом направлении аккумуляторы, использующие обратимые химические реакции, протекающие с поглощением и выделением тепла (разработка Сибирского отделения Академии наук). Такие аккумуляторы по размерам значительно меньше остальных. Для них применяются недорогие и широко распространенные соли.

Производство электроэнергии

Использование электроэнергии в экодоме имеет свои особенности. В частности, кроме потребления ее на обычные нужды: освещение, питание электро- и радиоприборов, бытовой техники, она используется для питания специфического инженерного оборудования экодома, например, вентиляторов и небольших насосов систем воздушного и водяного солнечного отопления, насосов системы водоснабжения и пр. Как уже говорилось, основными источниками электроэнергии в экодоме являются автономные альтернативные источники: ветроэлектростанции, солнечные батареи, микрогэс, и др., а в качестве дополнительных могут использоваться центральная сеть (если она есть поблизости) и генераторы на невозобновимых источниках энергии (бензине, солярке и др ).

Необходимо отметить, что сейчас стоимость электроэнергии, получаемой от сети меньше, чем стоимость ее от автономных источников. Но тенденция такова, что стоимость энергии от сети постоянно растет, а стоимость автономных электростанций на возобновимом топливе падает. Например, в странах Западной Европы, где интенсивно развивается ветроэнергетика, стоимость электроэнергии, вырабатываемой ветростанциями (ВЭС) уже сейчас сравнима и даже меньше, чем стоимость энергии, получаемой от тепловых, атомных и гидроэлектростанций.

Самую высокую удельную стоимость (стоимость на единицу мощности) сейчас имеют солнечные модули и батареи - от 3 до 7 долл. за ватт. Однако новейшие достижения в микроэлектронике и физике полупроводников позволят по оценкам специалистов уже в течение ближайших 3-5 лет снизить цену на них до 1долл. (сейчас это стоимость ВЭС) и затем сделать их самыми дешевыми источниками из всех. Если сюда добавить высочайшую надежность и долговечность, а также простоту монтажа и эксплуатации, то солнечные электростанции (СЭС) являются самыми перспективными источниками энергии для экодома. На первом подготовительном этапе развития экопоселений несколько солнечных модулей небольшой мощности (200-300 вт) могут быть использованы, например, для питания вентиляторов и насосов систем отопления. Это целесообразно и потому, что обеспечивается синхронная работа солнечных коллекторов и солнечных электрических модулей, поскольку оба используют общий источник энергии – солнце.

Ассортимент солнечных модулей, выпускаемых как отечественными, так и западными производителями, достаточно широк, они обладают более или менее близкими техническими характеристиками, поэтому их выбор при проектировании экодома будет определяться стоимостными и надежностными показателями.

Основным источником электроэнергии в экодоме, на мой взгляд, будут малые ветроэлектростанции (ВЭС). Существует большое количество проектов малых ВЭС мощностью от нескольких сотен вт до десятков квт, как в нашей стране, так и за рубежом. Однако есть ряд моментов, на которые необходимо обратить внимание. Большинство зарубежных ВЭС рассчитаны на работу при высоких скоростях ветра (12 м/сек и выше). Вероятно, это связано со специфическими условиями работы там, где они больше всего применяются (пустынные и гористые местности, побережья морей и океанов). Справедливости ради, надо отметить, что большинство зарубежных ВЭС значительно легче по весу, чем наши станции и имеют прекрасный дизайн. Нелишне напомнить, что в советское время наша страна являлась лидером в разработке и производстве ВЭС, они выпускались серийно на нескольких предприятиях СССР. В нынешней России их производство за последние 10-15 лет практически свернуто, несмотря на то, что многие разработки и экспериментальные образцы имеют лучшие характеристики, чем у зарубежных ВЭС, в частности они способны эффективно работать при малых скоростях ветра (5-7 м/сек и даже ниже).

Почему мы делаем такой упор на скорость ветра? Потому, что на большей части Европейской территории России среднегодовая скорость ветра составляет 5-7 м/сек , а некоторых районах и ниже (3-5 м/сек). В силу этого большинство ВЭС зарубежного производства у нас попросту не будет работать, следовательно, надо ориентироваться на российские станции. Фактически, сейчас в России их серийно выпускает только одно предприятие в г. Хабаровске (Компания «ЛМВ Ветроэнергетика»), и малые серии производят на Украине в г.г. Харькове и Киеве. Ряд других предприятий, выпускавших ВЭС, либо исчезли, либо свернули производство в силу неблагоприятной экономической ситуации в России (РПЗ в г. Рыбинске, МКБ «Радуга» в г. Дубне и др.). Существует также большое количество прогрессивных разработок и опытных образцов малых ВЭС, которые можно было бы запустить в серийное производство уже сейчас. Рассмотрим наиболее интересные конструкции малых ветроэлектростанций.

Одна из этих разработок – ВЭС с вертикально расположенным ротором (WEI Windrotor) имеет уникальные характеристики, может работать при любых направлениях и скоростях ветра, как малых (от 3,5 м/сек), так и ураганных. Она проста в установке и техническом обслуживании, поскольку основное оборудование расположено на поверхности земли, а не на большой высоте, как у ВЭС с горизонтальным ротором. Разработчик заинтересован в создании совместного предприятия по производству малых ВЭС с небольшим объемом инвестиций, либо продает лицензию на производство.

Другая разработка, ветроэлектростанция с диффузором (ВЭУД-1), имеет стандартные характеристики при вдвое меньших размерах ветроколеса и сверхнизких скоростях ветра (до 3 м/сек). При скорости ветра 5м/ сек она развивает номинальную мощность 1 квт. Разработан целый ряд этих ВЭС, отличающихся размерами лопастей и величиной мощности (от 0,25 до 10 квт). Заявленная стоимость киловаттной установки – 1500 долл.

Еще одна интересная разработка – однолопастная ВЭС (ВЭУ-1), подготовленная к выпуску Московским заводом «Агрегат-привод». Она имеет самый малый вес (25 кг без мачты и 60 кг с мачтой) по сравнению со всеми известными отечественными ВЭС, диапазон рабочих скоростей ветра – 3 - 40 м/сек и развивает номинальную мощность 1 квт при скорости 7 м/сек. Это же предприятие осуществляет разработку и серийное производство низкоскоростных генераторов для ВЭС любой мощности. Для сравнения, вес серийной ВЭС «Шексна-1» мощностью 0,5 квт Рыбинского приборостроительного завода составляет 265 кг, а вес установки «ВЭУД-1» (см. выше) – 90 кг.

Серийные ветроустановки Хабаровского предприятия выпускаются под маркой «ЛМВ» и являются одними из лучших в мире, обладая высочайшей надежностью и большим сроком службы - 20 лет ( правда они работают при более высоких скоростях ветра, нежели описанные выше ВЭС). Наверное, поэтому они являются и одними из самых дорогих в России (дороже них лишь установки «Радуга», производимые в г. Дубне). «Компания ЛМВ Ветроэнергетика» выпускает целый ряд ВЭС мощностью от 0,5 до 10 квт, при рабочих скоростях ветра – 7 – 12 м/сек.

Стоит отметить также украинские ветростанции «ВЭУ-0,75» и «WE-1000», обладающие неплохими параметрами, работающими при небольших скоростях ветра и недорогих (1500 долл. для «ВЭУ-0,75»).

Если поблизости от экодома протекает речка или ручей, для производства электроэнергии выгодно использовать энергию течения воды, устанавливая микрогидроэлектростанции (микроГЭС). Они имеют мощность от единиц до десятков квт и по стоимости и эксплуатации могут оказаться дешевле ВЭС. Ценным их качеством является независимость от погодных условий и равномерность выработки энергии во времени, т.к. скорость течения намного более постоянная величина, чем скорость ветра или поток солнца. МикроГЭС бывают погружные (устанавливаются на дно реки), деривационные, или рукавные (используют гибкую трубу для для формирования водного потока большой скорости вне ручья) и свободнопоточные (плавают на поверхности реки). Они очень надежны, долговечны, просты в эксплуатации и сравнительно дешевы.

В последнее время появились сообщения, что предприятие «Юсмар» в г. Кишиневе подготовило к выпуску т.н. квантовую теплоэлектростанцию (КТЭС), которая использует энергию вихревого потока воды. Эта станция вырабатывают одновременно электрическую и тепловую энергию, что делает ее весьма перспективной для использования в качестве комплексного автономного источника энергии экодома. Самая маленькая модель производит 4 квт электрической и 5 квт тепловой энергии и стоит 9500 долл.

Неотъемлемой частью электрообеспечения экодома являются источники бесперебойного питания (ИБП). Как уже указывалось, альтернативные источники электроэнергии имеют низкие выходные напряжения (практически все ветро- и гидрогенераторы и солнечные модули выдают напряжения из стандартного ряда: 12, 24, 36, 48, 60 вольт), обладают крайней неравномерностью выработки энергии во времени, а иногда и вообще не работают (в отсутствии солнца и ветра, например). Поэтому необходима аккумуляция энергии и преобразование ее в стандартную сеть 220 вольт. Далее, поскольку для производства электроэнергии используются несколько альтернативных источников (например, ВЭС и СЭС), а в дополнение к ним может применяться и центральная сеть, необходимо предусмотреть коммутационно-распределительное устройство (блок управления), чтобы оперативно менять источники энергии и режимы работы автономной сети в целом. Наконец, должна быть предусмотрена защита сети от перенапряжений и коротких замыканий

Все эти функции и выполняет источник бесперебойного питания, который состоит из преобразователя напряжения (инвертора), аккумулятора, зарядного устройства, блока управления и панели ручного управления. Функциональная схема работы автономной сети экодома следующая: электроэнергия от одного или нескольких источников через зарядное устройство поступает в аккумулятор (заряжая его), затем постоянное напряжение аккумулятора преобразуется в инверторе в переменное напряжение 220 вольт и поступает к потребителю. Синхронизация и порядок работы в этой схеме обеспечивается блоком управления и панелью ручного управления.

Из приведенной схемы понятно, что фактическим источником электроэнергии для потребителя является аккумулятор, а альтернативные источники служат в основном для его зарядки. Поэтому аккумулятор – важнейший элемент электрической сети экодома. Выбор его емкости определяется мощностью и количеством потребителей, временным графиком их работы, величиной пусковых токов электродвигателей насосов, холодильника, пылесоса и пр. Необходимо использовать полностью необслуживаемые (герметичные) аккумуляторы, обладающие высокой надежностью и не загрязняющие атмосферу. В России такие аккумуляторы не выпускаются, поэтому надо ориентироваться на лучшие модели зарубежного производства, такие, как Varta, Fiamm, Bosch и др. Их дороговизна окупится сторицей в первые же годы эксплуатации экодома.

Другой важной частью ИБП является преобразователь постоянного низкого напряжения аккумулятора в переменное напряжение 220 вольт, или инвертор. Он должен быть достаточно мощным (обычно несколько квт) и выдерживать как обычную нагрузку в виде постоянно подключенных к сети потребителей, так и пиковые нагрузки, возникающие при включении некоторых приборов. Обычно используют не один, а два и более инверторов разной мощности, работающих каждый на определенную группу потребителей.

Блок управления выполняет следующие функции: коммутирует источники энергии по приоритету; при прекращении подачи энергии от альтернативных источников подключает потребителей непосредственно к центральной сети 220 вольт (при наличии ее); при полной зарядке аккумулятора отключает альтернативные источники от зарядного устройства и подключает их к балластным нагрузкам (обычно это мощные низковольтные электронагреватели, используемые для подогрева воды в резервных баках-аккумуляторах); защищает сеть от перегрузок и коротких замыканий. Его «мозгом» обычно является микропроцессор.

Назначение и функции зарядного устройства и панели ручного управления ясны из их названий.

Как российская, так и западная промышленность выпускают множество моделей источников бесперебойного питания, однако в большинстве случаев будет необходимо провести индивидуальную конструкторскую разработку ИБП для конкретного проекта экодома, используя стандартные промышленные модели для его составных частей: инверторов, зарядных устройств и т.д. Примером удачной конструкции ИБП может служить преобразователь МАП «Энергия», выпускаемый московской фирмой «МикроАрт». Он в несколько раз дешевле (~200 долл. за 2-х киловаттную модель) аналогичных зарубежных моделей и может использоваться как составная часть ИБП для любого конкретного проекта электроснабжения экодома, а в некоторых случаях наличие одного или нескольких преобразователей «Энергия» достаточно для выполнения всех функции ИБП.

Аккумулятор, инвертор и зарядное устройство обычно входят в комплект поставки ветро- и гидроэлектростанции и вносят существенный вклад в их стоимость, не обладая при этом высокими характеристиками. Поэтому гораздо дешевле и целесообразнее покупать отдельно ветро- или гидрогенератор и отдельно существенно более качественные аккумуляторы и источник бесперебойного питания (или изготовить его по индивидуальному проекту ).

В заключение рассмотрения вопроса об электрообеспечении экодома необходимо остановиться на проблеме необходимого запаса мощности альтернативных источников. Многие авторы дают сильно завышенные оценки в части электропотребления жилища и соответственно мощности необходимого источника электроэнергии. Например, по расчетам Датского Технологического института, семья из 4-5 человек, живущая в доме площадью 120 кв .м , расходует в год около 2000 квт.ч электроэнергии на бытовые электроприборы, еще 4000 квт.ч – на освещение и горячую воду и 10800 квт.ч – на отопление. Правда, это касается обычного жилища. Но на основании подобных данных делается вывод о необходимости использования также и в экодоме автономных источников мощностью не менее 4-5 квт, а обычно 10-12 квт.

Проведем примерный расчет потребления электроэнергии в экодоме, состоящем из 5 комнат (не считая подсобных и сантехнических помещений) площадью около 100кв.м. Исходные данные для расчета приведены в таблице:

При расчете не учитывается энергопотребление редко используемых приборов (утюг, стиральная машина и пр.), а также предполагается, что в доме полностью используется солнечное и печное отопление и приготовление горячей воды, а электродвигатели насосов и вентиляторов системы обогрева питаются от солнечных модулей мощностью 200-300 вт . ( в большинстве случаев этого достаточно)

mirograd.kroupnov.ru