Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Кряклина И.В. 1 Шешунова Е.В. 1 Грек И.Л. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Ярославская государственная сельскохозяйственная академия»

Предложено для энергоснабжения энергоэффективного дома использовать нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Энергоэффективный комфортабельный экологический дом — это сооружение, целью которого является обеспечение комфортных условий для проживания людей, минимальное энергопотребление и соблюдение экологической безопасности для окружающей среды. Современные теплоизоляционные материалы позволяют снизить потери тепла дома до 30 кВт/м2 в год. Предложено полностью заменить использование традиционных источников энергии возобновляемыми и нетрадиционными источниками: отопление с помощью теплового насоса, горячее водоснабжение с помощью гелиоустановки и теплового насоса, холодоснабжение для хранения продуктов в хранилище с использованием теплового насоса, кондиционирование воздуха с применением рекуператора и теплового насоса, электроснабжение с использованием ветроэнергетической установки и солнечных батарей, газоснабжение с применением биогазовой установки, использование рекуператора тепла с грунтовым теплообменником для утилизации тепла вентиляционного воздуха. В результате расчета необходимых мощностей подобрано оборудование для применения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии. Определена экономическая эффективность использования возобновляемых источников энергии по сравнению с традиционными источниками.

Статья в формате PDF

139 KB

экономическая эффективность

энергосбережение

нетрадиционные и возобновляемые источники энергии

энергоэффективный дом

1. Кряклина И.В., Краснов С.А., Краснов В.С., Загребельный М.Н., Лисиенков И.Д. Концепция энергоэффективного интеллектуального дома с ВИЭ для различных слоев населения в агломерации мегаполисов // Стратегия развития мегаполиса (некоторые аспекты). Взгляд в 2014 год. Международная конференция. - М. : Информиздат, 2012. - С. 48-55.

2. Кряклина И.В., Краснов С.А., Шешунова Е.В. Возобновляемые источники энергии, экология и энергоэффективность / С.А. Краснов, И.В. Кряклина, Е.В. Шешунова. Ярославское региональное отделение Международной академии информатизации. – Ярославль, 2012. - 209 с. (Рукопись депонирована в ВИНИТИ 08.02.12, № 59-В 2012).

3. Кряклина И.В., Краснов С.А. Расчет и методы оптимизации параметров возобновляемых источников энергии / И.В. Кряклина, С.А. Краснов. Ярославское региональное отделение Международной академии информатизации. – Ярославль, 2012. - 200 с. (Рукопись депонирована в ВИНИТИ 12.10.12, № 392-В2012).

4. Кряклина И.В., Медянцев В.А. Экономическая эффективность использования гелиоустановок для горячего водоснабжения и отопления дома фермера // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2013. - № 2. - С. 116-119.

5. Кряклина И.В., Медянцев В.А. Экономическая эффективность использования ветроэнергетической установки для электроснабжения дома фермера // Вестник ВИЭСХ. - 2012. - № 4. - С. 23-25.

6. Кряклина И.В., Медянцев В.А. Экономическая эффективность использования биогазовой установки для фермерского хозяйства // Вестник АПК Верхневолжья. Ярославль. ФГБОУ ВПО «ЯГСХА». - 2012. - № 4. - С. 70-72.

В настоящее время цены на энергоносители постоянно повышаются, соответственно, растет цена на тепло и электрическую энергию. Общая жилая площадь используемых зданий в России равна 5 млрд кв. метров. На отопление только жилых домов расходуется 400 млн тонн условного топлива в год или более одной трети добываемых энергоресурсов страны. Эта проблема особенно остро стоит в сельской местности, в которой зачастую отсутствует газоснабжение и теплоснабжение от магистральных газопроводов и теплопроводов, а также существуют перебои с электроснабжением. Поэтому строительство недорогого энергоэффективного комфортабельного жилья является важной задачей для привлечения молодых специалистов в сельскую местность.

Цель исследования – установление экономической эффективности применения нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для энергоснабжения энергоэффективного дома в сравнении с традиционными видами энергии.

Энергоэффективный комфортабельный экологический дом — это сооружение, целью которого является обеспечение комфортных условий для проживания людей, минимальное энергопотребление и соблюдение экологической безопасности для окружающей среды [1].

В энергоэффективном доме используются технологии, направленные на:

• снижение потерь тепла;
• рациональное использование энергоресурсов;
• самостоятельную выработку электроэнергии;
• внедрение автоматизированных систем управления.

Первые проектами энергоэффективных домов занялись в США. В настоящее время наиболее успешно ведется работа по строительству энергоэффективных зданий в Европе - регионе, самом зависимом от ввозимых энергоносителей. Опыт европейских стран говорит о том, что даже в жилых зданиях, построенных по старым нормам, можно уменьшить потери энергии.

В Европе существует такая классификация зданий по энергопотреблению [1]:

1. «Старое здание» (до 1970-х годов) потребляет 300 кВт·ч/м2 в год.
2. «Новое здание» (с 1970-х до 2000 года) потребляет не более 150 кВт·ч/м2 в год.
3. «Дом низкого потребления энергии» потребляет не более 60 кВт·ч/м2 в год.
4. «Пассивный дом» потребляет не более 15 кВт·ч/м2 в год.
5. «Дом нулевой энергии» потребляет 0 кВт ·ч/м2 в год.
6. «Дом плюс энергии» или «активный дом» вырабатывает энергии больше, чем потребляет, в результате использования возобновляемых источников энергии.

Во всём мире к 2010 году построено более 8000 пассивных домов, в том числе детских садов, школ, магазинов, офисных зданий. Многие из них расположены в Европе. В таких европейских странах, как, например, Дания, Германия и Финляндия, разработаны специальные государственные целевые программы по постройке домов ультранизкого потребления — порядка 30 кВт·ч/м2 в год.

В районах России с континентальным климатом технология строительства энергоэффективных домов не всегда позволяет обойтись без активного отопления и охлаждения. В существующих зданиях велики тепловые потери через ограждающие конструкции - крыши, стены, пол, окна. Например, тепловые потери обыкновенного кирпичного здания составляют 250-350 кВт/ч с кв. м площади в год.

По внедрению энергоэффективных технологий Россия сильно отстает от европейских стран. Сегодня в нашей стране нулевых домов не наберется и десятка, да и те построены энтузиастами.

В энергосберегающих домах и домах с улучшенными показателями энергосбережения, в которых реализованы высокие технологии, благодаря хорошей теплоизоляции греющее тепло почти не улетучивается через стены и окна. Следовательно, резко снижаются тепловые потери через наружные ограждения. Доля вентиляционной тепловой нагрузки значительно возрастает, и она становится решающим фактором для дальнейшей экономии энергии. Воздухообмен устанавливается на фактическую потребность в зависимости от количества людей в здании. По нормам воздухообмена для жилых помещений на одного человека необходим расход приточного воздуха 60 м3/ч. Это позволяет экономить энергию отопления и обеспечивает создание комфортных условий для человека. Регенерация более 90% тепла позволяет свести к минимуму вентиляционную тепловую нагрузку и снизить затраты на отопление.

В обычных домах вентиляция происходит в результате естественного движения воздуха. Он проходит в помещение через форточки в окнах и затем удаляется вентиляционными системами, которые расположены в комнатах, кухнях и санузлах. В энергоэффективных домах рекомендуется применять герметичные звукоизолирующие мультистеклопакеты. Утилизацию тепла вентиляционного воздуха предлагаем производить с помощью рекуператора с использованием грунтового теплообменника, который служит для предварительного нагрева приточного воздуха, поступающего в рекуператор.

Грунт поверхностных слоев Земли – это природный аккумулятор тепла, он нагревается солнечной радиацией. На глубине около 3 м температура почвы в течение года практически не изменяется: зимой - от +5 до +7 ºС, а летом - от +10 до +12 ºС. В зимний период грунтовой теплообменник может нагреть приточный воздух, поступающий в помещение, на температуру больше 0 ºС, а в летний период – охладить до +18 - +20 ºС.

Рекуперационная система состоит из приточно-вытяжной установки с пластинчатым рекуператором, двумя вентиляторами и грунтовым теплообменником. Грунтовой теплообменник представляет собой трубу, внутри которой движется приточный воздух, нагреваясь через стенки теплом грунта. Наружный воздух подходит уже подогретым к рекуператору. При рациональном размещении воздуховодов можно отобрать у грунта значительное количество тепловой энергии при сравнительно небольших затратах электроэнергии, необходимой для работы вентиляторов. Диаметр и длина воздуховода определяется в зависимости от расхода воздуха и уровня капитальных и эксплуатационных затрат. Эксплуатационные затраты таких систем равны затратам на работу приточно-вытяжных вентиляторов и затратам по периодической замене фильтров.

Для средней полосы России в зимний период среднесуточная температура на протяжении 80 дней составляет - 5 ºС. Для доведения ее до комфортной необходимо нагревать воздух до +20 ºС. При отсутствии системы утилизации тепла необходим нагрев воздуха на температуру Δt = 25 ºС. При использовании грунтового теплообменника происходит подогрев наружного воздуха до температуры +5 ºС (Δt = 10 ºС). При последующем использовании приточно-вытяжной установки с пластинчатым рекуператором воздух подогревается до +12 ºС (Δt = 7 ºС). Приточно-вытяжной агрегат работает в разные периоды времени с разной производительностью. Принимаем, что 50% времени система вентиляции работает с полной производительностью.

В межсезонье на протяжении 180 дней среднесуточная температура составляет +5 ºС. Для доведения ее до комфортной необходимо нагревать воздух до температуры +20 ºС. При отсутствии системы утилизации тепла необходимо нагревать воздух на Δt = 15 ºС. При использовании грунтового теплообменника происходит нагрев наружного воздуха до температуры +10 ºС (Δt = 5 ºС). При дальнейшем использовании пластинчатого рекуператора воздух подогревается до +15 ºС (Δt = 5 ºС).

В летний период на протяжении 60 дней среднесуточная температура составляет около +20 ºС, но в это время днем температура на протяжении примерно 8 часов равна +26 ºС. Для охлаждения воздуха до температуры +20 ºС обычно используются кондиционеры. Их холодильная мощность должна обеспечить охлаждение на Δt = 6 ºС. При использовании грунтового теплообменника воздух предварительно охлаждается до +22 ºС (Δt = 4 ºС). Летом рекуператор не используется, воздух проходит по байпасной линии. Принимаем, что холодильная установка работает на полную мощность 70% времени в течение 8 часов в сутки.

Концепция энергоэффективного дома предусматривает сбережение природных ресурсов. С этой целью необходимо применять возобновляемые и нетрадиционные источники энергии [2].

Для подтверждения целесообразности и экономической эффективности строительства энергоэффективного жилья в сельской местности произведены экономические расчеты. В качестве примера взят энергоэффективный дом площадью 280 кв. м на две семьи из 10 человек.

Для энергоэффективного дома использованы современные теплоизоляционные материалы, позволяющие снизить потери тепла до 30 кВт/м2 в год.

Для нашего энергоэффективного дома предлагаем полностью заменить использование традиционных источников энергии возобновляемыми и нетрадиционными источниками [3]:

• отопление с помощью теплового насоса (теплые полы);
• горячее водоснабжение с помощью гелиоустановки или теплового насоса;
• холодоснабжение для хранения продуктов в хранилище с использованием теплового насоса;
• кондиционирование воздуха с использованием рекуператора и теплового насоса;
• электроснабжение с использованием ветроэнергетической установки и солнечных батарей;
• газоснабжение с использованием биогазовой установки;
• использование рекуператора тепла с грунтовым теплообменником для утилизации тепла вентиляционного воздуха.

Определены необходимые виды энергии и стоимость оборудования для такого дома и подсобного хозяйства. В результате расчета необходимых мощностей подобрано оборудование для энергоэффективного дома, которое представлено в таблице 1.

Таблица 1 - Стоимость оборудования, использующего возобновляемые источники энергии, для энергоэффективного дома площадью 280 кв. м

Произведен расчет экономической эффективности использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для энергоснабжения энергоэффективного дома в сравнении с применением традиционных видов энергии. Результаты расчета представлены в таблице 2.

Для определения интегрального экономического эффекта использованы готовые коэффициенты дисконтирования, полученные из отношения для каждого года: k = , где n – порядковый номер каждого года жизни проекта. При жизненном цикле проекта в течение 5 лет нормативный коэффициент окупаемости капитальных вложений будет на уровне E = 0,2.

Таблица 2 - Результаты экономической эффективности использования

нетрадиционных и возобновляемых источников энергии для дома площадью 280 кв. м

Полученные результаты показывают экономическую эффективность использования нетрадиционных источников энергии для энергоэффективного дома площадью 280 кв. м на две семьи из 10 человек [4-6]. Она составила 93700 руб., срок окупаемости капитальных вложений - 2,9 года.

Таким образом, экономические расчеты подтверждают необходимость строительства недорогого комфортабельного энергоэффективного жилья экономкласса в сельской местности с использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.

Рецензенты:

Таршис Ю.Д., д.т.н., профессор, действительный член Международной академии информатизации, г. Ярославль.

Краснов С.А., д.т.н., профессор, президент Ярославского областного отделения МАИ, г.Ярославль.

Библиографическая ссылка