Крок до енергоощадного житла

Кащенко Т. О. Крок до енергоощадного житла // Будмайстер. 2000. №2. C.7

Основні напрями розвитку сучасної архітектури визначені осмисленням нових аспектів естетики архітектурної форми, що пов'язані з новими соціальними функціями будівель, з новітніми конструктивними, інженерно-технологічними розробками, а також з вирішенням проблем удосконалення окремих якостей архітектурного об'єкта, зокрема, їх енергоекономічності.

Поняття "енергоекономічний архітектурний об'єкт" охоплює ті будинки, при проектуванні і будівництві яких застосовано комплекс заходів, спрямованих на енергозбереження. Основними заходами економії теплової енергії в будинку є удосконалення архітектурно-планувального рішення, покращання теплофізичних характеристик огороджуючих конструкцій та застосування інженерного обладнання, що дає змогу контролювати витрати енергії з централізованих мереж енерго- та теплопостачання і отримувати, перетворювати та акумулювати енергію з так званих "альтернативних" джерел.

Використання "альтернативних", тобто природних невичерпних джерел енергії, таких як сонячна, вітрова, геотермальна, гідротермальна дає змогу значно скоротити використання традиційних видів палива.

Експлуатація експериментальних будинків з геліотехнічним обладнанням, зведених в студентському містечку Масачу-сетського технологічного інституту (США), довела, що за рахунок використання сонячної енергії можна замістити 2/3 річної потреби у енергоносіях. Денверський експериментальний сонячний будинок з повітряними сонячними колекторами, встановленими на південному схилі покрівлі, що був спроектований архітектором Льофом ще у 1958 році, ефективно діє і зараз, заощаджуючи 25% річної потреби ресурсів на опалення та гаряче водопостачання. Для підтвердження ефективності застосування енергозберігаючих заходів в архітектурі та для розробки нових технологій у 80-х роках у м.Ульгассен (Німеччина) засновано експериментальну базу, де досягли на 70% економії палива та електроенергії за рахунок сонячної енергії.

За прогнозами вчених, використання сонячної енергії всіма країнами світу в наступному столітті збільшиться у п'ять разів і становитиме 30% від загального обсягу енергетичного балансу, займаючи друге місце після атомної енергетики.

Ефективному використанню сонячної енергії в Україні сприяють кліматичні тa географічні умови: тривалість сонячного сяйва становить 1750-2550 годин на рік, а сумарна інтенсивність сонячної радіації 0,92-1,23 Гкал/м2 горизонтальної поверхні, що є підставою для впровадження та експлуатації геліосистем.

Технологічні системи отримання, перетворення, акумуляції енергії сонячного опромінювання та розподілу її в будинку за допомогою Інженерних пристроїв називаються активною системою використання сонячної енергії. Основним інженерним елементом такої системи є сонячні колектори, що перетворюють енергію сонячного проміння в теплову або електричну. Система складається з геліоприймача - колектора, комунікаційної мережі та накопичувача - акумулятора.

Безпосереднє перетворення енергії сонячного проміння в електричну відбувається за допомогою фотоелектричного генератора - пристрою, функціонування якого засноване на властивості напівпровідникових фотоелементів під дією світла генерувати електричний струм. Потужність таких сонячних батарей становить 70-100 Вт для 1м2 поверхні колектора. Електроенергія, отримана в такий спосіб поки що досить дорога, але використання фотоелектричних колекторів дає змогу автономізувати енергозабезпечення будівлі.

Колектори, призначені для отримання теплової енергії, за конструктивним рішенням поділяються на фокусуючі та пласкі.

Фокусуючий колектор - це концентруючий пристрій, що складається з віддзеркалюючої поверхні сферичної чи параболічної форми, що фокусує сонячні промені на трубі теплоприймача з теплоносієм, в результаті чого температура теплоносія досягає 400-650?С. Проте експлуатація такої системи ускладнюється необхідністю точного регулювання слідкуючих систем для встановлення теплоприймача точно у фокусі віддзеркалених променів

Пласкі колектори складаються з несучої конструкції корпуса, осклення, поглинача з теплоносієм - повітрям чи рідиною (водою, антифризом) та теплоізоляції. Такі колектори застосовуються у системах гарячого водопостачання та опалення і найчастіше використовуються поряд із традиційними видами теплозабезпечення. В індивідуальному та масовому житловому будівництві в умовах України доцільним є використання саме пласких колекторів різних модифікацій з рідинним теплоносієм завдяки їх економічності, простоті виготовлення та експлуатації.

Ефективність роботи колектора залежить від орієнтації, кута нахилу його поверхні та часу опромінювання. Сонячний колектор повинен бути зорієнтованим на південь з відхиленням на схід-захід у межах 15-20?. В залежності від широти місцевості визначається оптимальний кут нахилу колектора, який для широти м. Києва становить 60-65?. Розрахунковий час опромінювання колектора становить 5-6 годин, тому для його ефективної експлуатації слід враховувати можливе небажане затінення іншими будівлями. Площа колектора визначається за спеціальними методиками залежно від заданого режиму обігріву приміщень та обсягу гарячого водопостачання, але для отримання орієнтовних даних можна користуватись таким розрахунком: площа колекторів для опалення приймається як половина площі опалюваних приміщень, а площа колекторів для гарячого водопостачання - 1,5-2 м2 на 1 людину.

Окремим завданням є розташування геліосистем в структурі будівлі або території. На практиці існує ряд прийомів розміщення сонячних колекторів: на ділянці окремо від будинку; на будівлях та спорудах як додатковий елемент; а також з включенням до конструкції будинку.

Окремим завданням є розташування геліосистем в структурі будівлі або території. На практиці існує ряд прийомів розміщення сонячних колекторів: на ділянці окремо від будинку; на будівлях та спорудах як додатковий елемент; а також з включенням до конструкції будинку.

Розташування сонячних колекторів на ділянці окремо від будинку доцільне у випадках, коли геліоустановка обслуговує групу житлових будинків чи споруди іншого функціонального призначення, як, наприклад, басейни. Площа колекторів такої установки та вимоги щодо її орієнтації суттєво впливають на подальший розвиток житлового сектора, оскільки створення нових об'єктів на ділянці буде обмежуватись вимогою незатінення існуючого колектора. Тому такий спосіб розміщення колекторів найбільш прийнятний для групи індивідуальних житлових будинків в сільській місцевості. Також раціональним є розміщення сонячних колекторів на неви-користовуваних в інший спосіб крутосхилах південної експозиції.

В будинках з традиційним архітектурно-планувальним рішенням сонячні колектори найчастіше розміщують на даху, оскільки для цього не треба вносити корінних змін в структуру будинку. Для навішування сонячних колекторів на скатному даху обираються південні схили, а кут нахилу коригується при монтажі конструкцій колектора. На пласкій покрівлі пропонується порядова установка колекторів за умови їх взаємного незатінення. Розміщення колекторів на даху будинку може використовуватися як в індивідуальному житловому будівництві, так і для середньо- та багатоповерхового житла масової забудови. Крім того, таке розміщення колекторів дає змогу встановлювати їх і при реконструкції та технічній модернізації житлових будинків.

Найбільш цікавим з точки зору створення оригінального образу "сонячного" будинку є прийом включення елементів геліоустаткування до огороджуючих конструкцій будинку. Сонячні колектори можуть бути суміщеними з конструкцією даху, стіни, огородженням балкона, сонцезахисними навісами тощо. Проектування такого будинку підпорядковане принципу максимального отримання сонячної енергії, ефективної її акумуляції та раціонального використання, що суттєво позначається на характері структури та форми будинку. Суміщення геліоколекторів з конструкцією стіни вимагає збільшення площі поверхонь сприятливої орієнтації, тому форма плану будинку видозмінюється з традиційної прямокутної до трапецієвидної або навіть кругової. Найбільш сприятливе сполучення азимуту та кута нахилу поверхонь для їх найефективнішого опромінювання задають кути нахилу скатних покрівель та елементів фасаду, створюючи характерний силует енергоефективного житлового будинку. Органічне включення до фасаду будинкунових елементів - геліоколекторів привносить у традиційний образ житлового будинку нові, раніше не відомі знакові елементи - ознаки енергоефективності та екологічності житла