Нужна помощь? Поищите на сайте:
Loading

Энергоснабжение экодомов

Возобновляемые источники энергии

Для снабжения энергией экодомов естественно использование энергии возобновляемых источников (ВИЭ). Было бы неверным утверждать, что ВИЭ экологически безупречны, но экологический ущерб от них несравненно меньше
чем от традиционной энергетики.

Солнечная энергия

Первичной энергией для жизни на земле за небольшим исключением является солнечная. Она как показывают расчеты, в большинстве районов Земли может быть и основным источником энергии для экодома. Идея «солнечного дома» имеет
солидный возраст, а если обратиться к традиционным верованиям, имеет еще и мистическое обоснование. Она составной частью входит в концепцию экологического жилища.

В центральной Европе годовой приход солнечной радиации составляет 1.1 мвт*час/м[2], в районах Сахары — 2.3 мвт*час/м[2]. В России приход солнечной энергии на горизонтальную поверхность колеблется от 0.7 мвт*час/м[2]*год на севере до 1.5 мвт*час/м[2]*год на юге.

Среднегодовой приход солнечной энергии на горизонтальную площадку.

Архангельск
0.85 мвт*час/м[2]*год
Омск
1.26 мвт*час/м[2]*год
Петербург
0.93 мвт*час/м[2]*год
Новосибирск
1.14 мвт*час/м[2]*год
Москва
1.01 мвт*час/м[2]*год
Ростов на Дону
1.29 мвт*час/м[2]*год
Екатеринбург
1.1 мвт*час/м[2]*год
Астрахань
1.38 мвт*час/м[2]*год

Элементарный расчет показывает что в средней полосе России двухэтажный коттедж занимающий в плане 100 м[2] за год получает от солнца более 160 мегаватт*час энергии, что превышает всю его годовую потребность даже при нынешнем расточительном потреблении энергии.

Тепловые гелиоприемники

Тепловые солнечные коллекторы превращают энергию солнечного излучения непосредственно в тепло. Достоинством тепловых солнечных преобразователей является высокий КПД. У современных коллекторов он достигает 45 — 60%. Эффективность термальных гелиоприемников повышается если они снабжены теми или иными концентрирующими излучение зеркальными поверхностями. Весьма перспективными для экодомов обещают стать плоские солнечные элементы с линейными концентраторами излучения — фоконы. Однако потребности в низкотемпературном тепле летом в доме невелики, поскольку в связи с трудностью его длительного хранения, до зимы, когда оно главным образом нужно, его сохранить сложно. Этим объясняется относительно ограниченное их использование в энергоэффективных домах.

В зависимости от этого тепловые коллекторы разделяются на плоские и концентраторные. Плоские коллекторы наиболее просты и дешевы, однако дают лишь низкотемпературное тепло, сфера применения которого в домовом энергохозяйстве ограничена. Концентраторные коллекторы более эффективны, но достаточно сложны в т.ч. в эксплуатации, и дороги из-за необходимости поворотных систем слежения за солнцем. Поэтому их использование в автономной энергосистеме жилищ пока проблематично.
Промежуточное положение занимают появившиеся сравнительно недавно фоконы — плоские солнечные элементы составленные из полос линейных концентраторов лучистой энергии. Концентраторы в сечении имеют V — образную
форму (плоскую или параболоидную, последняя дороже, но эффективнее) которые в широком диапазоне углов нахождения солнца концентрируют всю или большую часть излучения в своей сужающейся части где располагаются теплосъемные
трубки. Фоконы совмещают в себе преимущества плоских и концентраторных коллекторов — они не требуют строгой ориентации на солнце и в тоже время позволяют получить более высокую температуру теплоносителя, что увеличивает
их эффективность.

Теплоулавливающие стены

В последнее время стали популярны стены с прозрачной теплоизоляцией которые хорошо улавливают солнечное тепло и передают его внутрь зданий. Они представляют интерес для домов переходного типа, для экологических домов эффективнее использовать все же солнечные батареи.

Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии

Электроэнергия относится к качественным видам энергии поскольку может легко преобразовываться и успешно сохраняться, поэтому потребность в ней экодома достаточно велика. Вот почему экспериментальные дома имеют несмотря на низкий по сравнению с тепловыми батареями КПД большие площади покрытые фотоэлектрическими солнечными приемниками.
Общим недостатком солнечных приемников энергии является нерегулярность поступления энергии и несовпадение этих поступлений с графиком основных потребностей жилища в энергии, в связи с чем они могут успешно применяться только в сочетании с теми или иными энергоаккумуляторами.

Размещение гелиоколлекторов

При отсутствии затеняющих сооружений вся площадь восточных южных и западных фасадов дома, за исключением окон, может быть занята солнечными коллекторами. В первую очередь это относится как к наименее затеняемым поверхностям крыш, всвязи с чем уже появился термин «энергетическая крыша». Сейчас все больше появляется в продаже солнечных батарей выполненных как кровельные элементы.

Проблема доступа к солнцу

Еще в древней Греции незатеняемость дома и прилегающего участка гарантировалась законодательно. В связи с развитием малой солнечной энергетики аналогичное право должно быть введено и в современных поселениях. При плотной городской застройке может возникнуть проблема взаимного затенения гелиоприемников деревьями , домами или другими сооружениями. На этот случай должны быть приняты нормативные акты и проектировочные правила защищающие определенный сектор солнечного облучения домовладения от затенения высокими деревьями или другими объектами на соседних участках. Опыт законодательного регулирования доступа к солнцу домовладений имелся еще в древней Греции. Расчеты показывают что при достаточно плотном, например шахматном расположении домов, затенение остается в допустимых пределах. Футурологи предсказывают что типичный городской пейзаж близкого будущего будет включать тысячи расположенных на крышах домов накопителей солнечной энергии, которые станут таким же элементом повседневности, как и телевизионные антенны сегодня. В будущем предстоит создать для районов подверженных стихийным бедствиям солнцеприемные устройства достаточно устойчивые к их воздействию, подобно тому как это уже сделано для ветроустановок мачты или лопасти которых автоматически складываются при опасном ветре.

Ветровые энергоисточники

Ветровая энергия являясь разновидностью солнечной используется человеком с древнейших времен. Особенную ценность ей придает то, что во многих регионах она имеет зимний максимум, компенсируя недостаток прямой солнечной энергии. В некоторых районах ветроресурсы оказываются столь велики что ими можно удовлетворить энергопотребности дома с избытком. Избыточная энергия может использоваться для производственных целей или продаваться во внешнюю сеть. Стоимость ветроэнергии в некоторых случаях уже сейчас оказывается ниже стоимости энергии полученной на тепловых станциях.

Энергия биомассы

Существуют породы быстрорастущих однолетних и многолетних растений которые уже сейчас рентабельно выращивать для топливных нужд. Важно то что при сжигании специально выращенной биомассы в атмосферу не попадает дополнительный углекислый газ, поскольку в процессе роста такое же количество его поглощается. Таким образом суммарное количество двуокиси углерода относящейся к парниковым газам, в атмосфере не увеличивается и тем самым не вносится вклад в глобальное потепление.

Тепло окружающей среды

Можно отапливать дома отбирая тепло от холодного воздуха, воды, льда или грунта. Это может быть осуществлено с помощью тепловых насосов — устройств в принципе идентичных обычному холодильнику, с той лишь разницей что полезным эффектом является тепло выделяемое радиатором. На привод теплонасоса затрачивается электрическая энергия, однако получаемая тепловая энергия оказывается в 3-5 раз больше. Отсюда в частности следует нерациональность прямого использования электроэнергии для отопления. Использование теплонасосов для отопления зданий является выгодным, во многих странах имеются действуют программы стимулирующие использоание теплонасосов имеющие государственную поддержку.

Аккумулирование энергии

Энергия от возобновляемых источников поступает нерегулярно и иногда непредсказуемо, более того от солнечных коллекторов она поступает как правило в противофазе к графику потребности дома в ней. Действительно, энергии больше требуется в течении года зимой и в течении суток в темное время. В связи с этим возникает задача аккумулирования энергии, последующего преобразования ее и выдачи в нужное время в нужной форме и количестве потребляющим устройствам. Эта задача остается пока технически более сложной чем просто получение энергии и не имеет еще хорошо отработанных решений.
Задача заключается в создании достаточно эффективных сезонных (месяцы), среднесрочных (недели), и маневренных (дни, часы) аккумуляторов. Наибольшую важность и трудность представляет создание сезонных аккумуляторов, от которых требуется сохранение энергии в течение нескольких месяцев для обеспечения зимнего пика потребления.
На сегодня наиболее перспективным способом длительного сохранения энергии в доме представляется хранение ее в иде водорода, получаемого гидролизом воды, в металлгидридных аккумуляторах. Преимущества последних заключаются в низкой взрывоопасности и малом объеме. Обратное преобразование водорода в энергию (электрическую и тепловую)  возможно с помощью топливных элементов. По ценовым критериям водородный энергетический цикл для дома в ближайшее время обещает стать вполне доступным.

В умеренном климате наиболее целесообразной схемой энергоснабжения дома представляется следущая. Летом избыток тепловой энерггии направляется на зарядку сезонных грунтовых аккумуляторов, электрической — на получение водорода. В холодный период, при малом поступлении энергии от ВИЭ можно использовать водород и запасенное в груте тепло для энергоснабжения дама (электроснабжение, горячее водоснабжение, тепло для системы терморегулирования и т.д.).

Пристроенная теплица

Пристроенная к дому с южной стороны теплица может выполнять много полезных функций — служить местом отдыха, игровой площадкой для детей, оранжереей и т.д. Одновременно она является одним из самых дешевых и эффективных солнцеулавливающих устройств, что делает ее наличие в экодоме желательным.

Экономичность ВИЭ для экодома

В настоящее время стоимость электроэнергии вырабатываемой на тепловых станциях использующих ископаемое топливо составляет около 7 центов за киловатт*час. Данные о цене солнечной электроэнергии приводимые различными авторами в настоящее время характеризуются значительным разбросом. По одним данным они лишь незначительно превышают цены ТЭС, по другим — превышают их в несколько раз. Лучше обстоят дела с экономичностью ветроисточников, вырабатываемая ими энергия по стоимости приближается к «тепловой» или даже, по отдельным сообщениям, спускается ниже. Так, по одному из источников, за восьмидесятые годы цена ветроэлектро-энергии вырабатываемой в США уменьшилась в десять раз и составила 7 центов. Это было достигнуто на морально устаревших установках. В США прогнозируется в связи с внедрением новых ветроустановок снижение стоимости их энергии до 3.5 цента за киловатт час.
В существующих сейчас ценах на энергию от ТЭС и АЭС не учитыватся цена наносимого производством энергии экологического ущерба, поэтому прямое сопоставление стоимости энергии возобновляемых и традиционных источников
неправомерно. С учетом же экологической компоненты стоимости, солнечная и ветровая энергия экономически выгоднее традиционной уже сейчас и в будущем этот разрыв будет только увеличиваться.

Бытовое потребление энергии

Бытовые приборы и процессы на потребляющие энергию с современной точки зрения непомерно расточительны. В последнее время некоторые производители переходят к выпуску энергоэффективных бытовых приборов. Их энергопотребление при тех же функциях может быть многократно ниже чем у обычных. Так известно, что на освещение в домах тратится 20-35% электроэнергии. В последнее время появились новые экономичные лампы, которые потребляют в 6-7 раз меньше энергии чем привычные лампы накаливания. Аналогичные примеры можно привести по холодильникам, стиральным машинам и т.д. Экономии энергии в доме можно достичь также усовершенствованием энергозатратных бытовых процессов, таких как стирка или приготовление пищи, использованием автоматического управления бытовыми приборами и т.д.

Резюме по энергоэффективности

По степени энергоэффективности дома можно классифицировать следующим образом. Дома переходного типа — потребляют на отопление значительно меньше энергии чем в среднестатистические дома. Далее следуют Дома нулевого
теплопотребления — утепленные настолько хорошо, что им не нужна система отопления. За ними следуют энергоавтономные или энергосамодостаточные дома — удовлетворяющие все свои энергетические потребности за счет индивидуальных или коллективных ВИЭ и тем самым не получающие энергии извне. Наконец возможны и энергоизбыточные дома, экспортирующие энергию. Примеры таких домов уже существуют.

Источник: Юрий Лапин. Экожилье — ключ к будущему.

Понравилась статья. Подпишитесь на рассылку!

Ваш e-mail: *
Ваше имя: *