Ответ: воспользоваться принципами солнечной архитектуры. Разбираемся, что это за концепция и как её применить, на реальном примере коттеджа, спроектированного учеными Политеха Петра.
Зачем вообще нужно менять подходы к строительству в сторону более экологичных решений, покажут цифры:
- Доля выбросов углекислого газа строительным сектором в 2021 году составила 37%.
- Согласно докладу Международного энергетического агентства за 2022 год, на эксплуатацию зданий приходится 30% мирового конечного потребления энергии и 27% общих выбросов энергетического сектора (17% из которых относится к жилому сектору).
Солнечная архитектура
Солнечная архитектура — подход к строительству зданий, использующий возобновляемую солнечную энергию и энергоэффективные технологии. О солнечных батареях вы, наверное, слышали не раз, однако это отнюдь не единственный шаг, который можно сделать в этом направлении (то есть на этом свет клином не сошелся). В солнечной архитектуре есть несколько стратегий: пассивные и активные, а также стратегия сбережения.
Пассивные стратегии
- Оптимальная ориентация здания
- Улучшение его теплоизоляционных свойств
- Оптимальное расположение окон и балконов
- Двойные, тройные стеклопакеты (они лучше сохраняют тепло)
- Солнечные туннели для освещения, это либо полые структуры, которые удерживают свет с помощью отражающих поверхностей, либо прозрачные твердые тела, которые удерживают свет путем полного внутреннего отражения. Напоминают дымоход, но служащий не для удаления отходов при производстве энергии, а наоборот, для поступления энергии.
- Подвесные козырьки, щит от излишней солнечной энергии в теплое время года (это решение, которое заставляет подумать: «Как же я сам до этого не дошёл?! Всё гениальное — просто!»)
Активные стратегии
- Солнечные батареи (для электроснабжения)
- Солнечные тепловые коллекторы (для отопления и горячего водоснабжения), особый тип теплообменников, поглощающих поступающую солнечную энергию и преобразующих ее в тепло, которое в частности передается рабочей жидкости.
При этом солнечные батареи и коллекторы должны располагаться под оптимальным углом к горизонту, чтобы максимизировать приток энергии в течение всего года.
- Интеграция фотогальванических элементов в полупрозрачные структуры
- Ветряные турбины для энергоснабжения
Стратегии сбережения
- Энергосберегающие бытовая техника и осветительные приборы
- Оптимизация энергопотребления с помощью системы «умный дом»
- Система повторного использования тепла от вентилируемых выбросов
- Теплоснабжение на основе тепловых насосов (всем известные примеры тепловых насосов: холодильники и кондиционеры)
Учёные Политеха рассчитали проект коттеджа, построенного по принципам солнечной архитектуры, площадью 99,4 м2, расположенного в Калининградской области.
Что внедрили инженеры
- меры по теплозащите стен, потолков и полов
- тепловой коллектор площадью 4,5 м2
- фотоэлектрические панели мощностью 3,56 кВт
Для оптимизации положения и параметров солнечного теплового коллектора и фотоэлектрических панелей учёные рассчитали угол наклона южного ската крыши. В результате было установлено, что оптимальный угол наклона крыши для максимального производства энергии в летний период составляет 40°.
- тепловой насос «воздух-вода»
В холодное время года для отопления используется система «теплый пол», которая подключается к тепловому насосу. Созданная система горячего водоснабжения, основанная на солнечных тепловых коллекторах, обеспечивает восполнение 58,8% необходимой тепловой энергии для горячего водоснабжения, или 2658 из 4567 кВт-ч в год. Остальная часть тепловой энергии покрывается тепловым насосом и электрическим водонагревателем.
Для создания «активного» здания предлагается установить дополнительные солнечные фотоэлектрические панели на фасаде или отдельно от здания, что при избытке энергии позволит продавать ее в общественную сеть.
Результат
- Снижение годового потребления энергии на отопление, горячую воду и электричество на 72 %: с 27,695 до 7,697 кВт/ч.
- Сокращение выбросов углекислого газа на 10 тонн в год.
Экономический расчет эффективности показал, что общие инвестиции в предложенные мероприятия составили более 1,1 миллиона рублей. При действующих тарифах на энергоснабжение и принятой ставке дисконтирования 7% срок окупаемости мер по повышению энергоэффективности составляет 19 лет. Звучит, конечно, не очень привлекательно, если не смотреть на долгосрочную перспективу. Однако при изолированном энергоснабжении и высоких затратах на доставку топлива и производство энергии срок окупаемости может быть существенно сокращен. Кроме того, важно не забывать про достижение экологического и социально-экономического эффектов, ради которых всё это и затевается!
Здания с высоким классом энергосбережения рекомендованы для экономической поддержки в России, однако существующие меры недоступны в частном секторе. С помощью стимулов срок окупаемости может быть значительно сокращен, что сделает применение принципов солнечной архитектуры и в целом строительство энергоэффективных зданий более доступным и привлекательным для населения.
📌 Источник: https://doi.org/10.3103/S0003701X22601417
Подписывайтесь на канал «Теория большого Политеха», чтобы вместе с нами приближать будущее!
Что ещё почитать?
