Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Энергоактивные здания




Энергоактивные здания - ориентированы на эффективное использование энергетического потенциала внешней среды (природно-климатических факторов внешней среды) в целях частичного или полного (автономного) энергообеспечения посредством комплекса мероприятий, основанных на применении объемно-планировочных, ландшафтно-градостроительных, инженерно-технических, конструктивных средств, которые предполагают ориентированность пространств, архитектурных форм и технических систем на энергетические источники внешней среды (солнце, ветер, грунт и др.)

Энергоактивные здания, позволяют не только экономить энергию в процессе их эксплуатации, но и полностью замещать ее традиционные исчерпаемые источники (нефть, уголь, газ и т.п.) возобновляемыми.Идея энергоактивных зданий явилась результатом поиска путей наиболее экономичных средств энергоснабжения объектов строительства и подразумевает достижение этой цели непосредственно на объекте, сулящей перспективу полного отказа от устройства внешних инженерных сетей (тепло-, электросетей, сетей горячего водоснабжения). Отказ от устройства подводящих сетей, в свою очередь, означает исключение огромных потерь энергии, имеющих место при ее транспортировке.Суммарная величина этих и других возможных экономических "выигрышей", соотнесенная со стоимостью необходимых для их получения мероприятий и средств, определяет в итоге целесообразную степень энергоактивности проектируемого здания. Практика показывает, что в современных условиях далеко не всегда экономически оправдано полное замещение традиционных энергоносителей возобновляемыми; в большинстве случаев это объясняется невысоким к.п.д. имеющихся сегодня технологических средств утилизации энергии природной среды при довольно значительной их стоимости. Поэтому, наиболее целесообразными признаются разнообразные комбинированные схемы энергоснабжения, сочетающие использование традиционных и одного (или нескольких) видов альтернативных средств.

По степени энергоактивности объекта различают здания:

· с малой энергоактивностью (замещение до 10% энергопоступлений);

· средней энергоактивностью (замещение 10 - 60%);

· высокой энергоактивностью (замещение более 60%);

· энергетически автономные (замещение 100%);

· с избыточной энергоактивностью (энергопоступления от природных источников превышают потребности здания и позволяют передавать излишки энергии другим потребителям).

Экспериментальное строительство 1970 - 1980-х годов показало, что экономически эффективными (по соотношению цена/производительность), а следовательно, наиболее популярными сегодня и на видимую перспективу стали здания со средней энергоактивностью, в которых энергией возобновляемых природных источников обеспечивается от 40% до 60% общей потребности.

К возобновляемым источникам энергии, многие из которых имеются практически повсеместно и в разных масштабах используются в современном строительстве, относятся:

· энергия солнца (тепловая и световая составляющие солнечной радиации - основной первоисточник);

· геотермальная (тепло верхних слоев земной коры и массивных поверхностных форм рельефа - скал, камней и т.п.), гидротермальная (тепло грунтовых вод, открытых водоемов, горячих подземных источников) и аэротермальная энергия (тепло атмосферного воздуха) - "производные" от солнечной энергии и энергии земного ядра;

· кинетическая энергия воздушных потоков (энергия ветра - "вторая производная" от солнечной энергии);

· кинетическая энергия водных потоков (энергия водопадов и морских приливов - "производные" от гравитационных сил Земли и Луны);

· энергия биомассы (растительности, органических отходов промышленных и сельскохозяйственных производств, а также жизнедеятельности животных и людей - результат биоконверсии солнечной энергии);

Наиболее эффективными (а значит, подходящими и для широкомасштабного промышленного производства энергии) источниками специалисты практически единогласно признают энергию солнца (и ее первых "производных"), ветра и биомассы - наиболее мощных, распространенных, доступных и, соответственно, дешевых.Так, эффективное использование даже небольшой части солнечного или ветрового потенциала планеты способно покрыть все существующие энергетические потребности человечества.

Однако, природные энергетические ресурсы распределены весьма неравномерно, что выражается существенными отличиями природно-климатических условий, даже в границах одного климатического района. Поэтому, в каждом конкретном случае экономическая эффективность, т.е. предпочтительность использования того или иного природного источника энергии определяется местными условиями и критериями: наличием источника в районе строительства, его мощностью (величиной возможных энергопоступлений) и размерами затрат, необходимых для технического обеспечения эксплуатации источника в данном регионе. Например, в Исландии наиболее эффективным оказалось использование энергии подземных вод, благодаря которому страна смогла полностью отказаться от ввоза угля и нефти.

Отечественные специалисты отмечают столь же высокую потенциальную эффективность использования гидротермальной энергии во многих районах Восточной Сибири и Дальнего Востока России. Кроме того, как весьма перспективное в условиях Севера и Востока России оценивается использование солнечной энергии, т.к. среднегодовые значения прямой солнечной облученности сопоставимы здесь с условиями Средней Азии и Закавказья.

Одним из важнейших достоинств альтернативной энергетики является ее экологичность: процесс получения энергии от возобновляемых источников не сопровождается образованием загрязняющих окружающую среду отходов, не ведет к разрушению естественных ландшафтов, практически исключает опасные для биологических субстанций аварийные ситуации, т.е. никак не угрожает экологическому равновесию экосистем.

Исключение составляет использование биомассы, предполагающее получение энергии посредством традиционного сжигания твердого биотоплива-концентрата и биогаза, в результате чего образуются углекислые соединения, способствующие усилению "парникового" эффекта в атмосфере; кроме того, использование биогаза, содержащего до 70% метана, требует усиленных мер обеспечения безопасности. Сумма этих обстоятельств ставит под сомнение экологическую целесообразность широкого использования биомассы в целях производства энергии.

С другой стороны, известно, что метановое брожение, в результате которого образуется биогаз - "наиболее радикальный и эффективный способ очистки сточных вод, что весьма существенно для решения важнейших проблем охраны окружающей среды и регенерации воды". Этот процесс сопровождается образованием ценных органических удобрений. Наконец, биогаз - реальная альтернатива нефтепродуктам и природному газу при использовании в качестве топлива для двигателей и котельных, производящих тепло и электричество, т.к. это топливо может быть получено автономно - непосредственно у потенциального потребителя и практически везде, где есть органические отходы

Кроме биоэнергоактивных зданий, типологический спектр которых довольно ограничен, в зависимости от принятой ориентации на использование того или иного (или нескольких одновременно) природного источника энергии различают:

· гелиоэнергоактивные здания (эффективно использующие энергию солнца);

· ветроэнергоактивные здания;

· здания, использующие гео-, гидро- и аэротермальную энергию;

· здания с комбинированным использованием различных природных источников энергии.

Наиболее важной проблемой при проектировании зданий, использующих энергию природной среды, является поиск путей и средств эффективного управления процессами распределения энергетических (воздушных, тепловых, световых и др.) потоков с целью поддержания оптимальных микроклиматических параметров помещений в условиях циклических (суточных, сезонных) и периодических (облачность, осадки) изменений параметров внешней среды. При этом ключевое значение имеет решение трех задач:

1. как собрать энергию (как получить необходимое количество энергии, учитывая ее определенную рассеянность во внешней среде, т.е. компенсировать недостаточную мощность естественных энергетических потоков);

2. как хранить(аккумулировать)собранную энергию (как компенсировать характерное несовпадение во времени периодов и суточно-сезонную неравномерность поступления и потребления энергии);

3. как распределять энергию (как обеспечить регулируемое распределение энергии в здании для обеспечения требующихся в данный момент и в данное время функционально-технологических и микроклиматических параметров его элементов).

Два принципиально отличных подхода к организации среды обитания человека - техноцентрический и экологический - определяют две группы средств для решения указанных задач, обусловливая, как показывает практика, совершенно разные качества получаемых в результате архитектурно-градостроительных, конструктивных и инженерно-технических решений.

Так, техноцентрический (традиционный) подход, рассматривает здание как внутренне замкнутую систему, предполагает приоритетность задач по усилению изоляционных свойств ограждений и выражается использованием, преимущественно, инженерно-технических, или активных, средств повышения энергоэффективности здания.

Экологический подход к проектированию энергоэффективных (и в частности, энергоактивных) зданий, рассматривая здание как изначально тесно взаимосвязанный с внешней средой организм. При этом приоритетное значение приобретают задачи по организации эффективных естественных обменных процессов внутри объема здания и с внешней средой, (в том числе в целях использования энергии природной среды).

Эти задачи решаются, преимущественно, ландшафтно-градостроительными, объемно-планировочными и конструктивными, или пассивными, средствами; технические системы при этом выполняют простые вспомогательные (в основном, корректирующие) функции. Энергетическая эффективность пассивных систем пока невысока: сегодня ими можно обеспечить около 50% потребности зданий в энергии. Однако, их сравнительно небольшая себестоимость, хорошие эксплуатационные характеристики (в т.ч. простота использования) и подчеркнутая экологичность обусловили целесообразность их применения при проектировании любых архитектурных объектов. Более того, результаты многих программ по энергосбережению в строительстве, полученные в конце 1980-х годов, в целом, показали более высокую экономическую эффективность пассивных энергосистем относительно большинства активных: решающее значение приобрели стоимостные и эксплуатационные качества.

Наиболее перспективным классом современных архитектурных объектов следует признать энергоактивные здания и комплексы, при этом объективная тенденция к полному замещению в энергобалансе зданий традиционных источников энергии альтернативными с учетом длительных (до 100 лет) сроков эксплуатации большинства капитальных зданий требует проектных решений, которые обеспечивали бы возможность наращивания энергоактивности зданий с течением времени, т.е. возможность поэтапной модернизации энергетической структуры объекта от состояния энергоэкономичности к использованию энергии природной среды пассивными, а затем и активными средствами.

Солнечная энергия - один из самых доступных, чистых и практически неисчерпаемых источников. Недостатком ее является то, что плотность энергии очень невелика, излучение прерывисто и зависит от метеорологических условий. Тем не менее, солнечную энергию уже сейчас используют для непосредственного преобразования в электрическую, нагревания теплоносителя и снабжения зданий горячей водой, для нагрева массивных элементов зданий и т.д.

Целесообразность использования солнечной энергии выявляется на основе комплексной климатологической характеристики района будущего строительства (солнечная радиация, облачность, температура и влажность воздуха, скорость ветра, осадки и т.д.).

Система отопления должна быть в состоянии поглощать солнечную радиацию и преобразовывать ее в теплоту, аккумулировать тепло и распределять ее в зонах отопления. При этом пассивные системы солнечного отопления работают без принудительного вмешательства, а активные системы - с помощью дополнительного источника энергии - механических установок (насосов, вентиляторов и др.).

Пассивные системы составляют интегральную часть самого здания, которое должно проектироваться таким образом, чтобы обеспечивать наиболее эффективное использование солнечной энергии для отопления. Наряду с окнами и остекленными поверхностями южного фасада для улавливания солнечного излучения также используются остекленные проемы в крыше и дополнительные окна в верхней части здания, которые повышают уровень комфорта человека, так как исключают прямое попадание солнечных лучей в лицо. Одно из важнейших условий эффективности работы пассивной гелиосистемы заключается в правильном выборе местоположения и ориентации здания на основе критерия максимального поступления и улавливания солнечного излучения в зимние месяцы.

В настоящее время получили распространение следующие виды пассивных систем солнечного отопления:

а) система прямого облучения, когда солнечная радиация проходит сквозь оконные стекла, задерживающие инфракрасные лучи (парниковый эффект);

б) система «массивная стена», представляющая толстую стену с одной темной поглощающей поверхностью, закрытой оконным стеклом с зазором 100-120 мм, в котором циркулирует нагретый воздух;

в) система «водозаполненных стен» (из водозаполненных и нагреваемых солнцем контейнеров или труб);

г) система «водоналивная крыша», в которой поверх перекрытия установлены емкости, окрашенные в черный цвет, служащие своеобразными аккумуляторами тепла;

д) термосифонные системы, в которых система для нагревания воздуха (тепловой коллектор) располагается ниже теплового аккумулятора, что позволяет его эффективно нагревать.

При проектировании и строительстве зданий с активными системами солнечного отопления необходимо обеспечить незатеняемость, рациональную форму и ориентацию домов. Коллекторы (гелиоприемники) размещают на обращенных в южную сторону склонах кровель, на экранах лоджий, на стенах и т.д. Коллекторы могут быть плоскими или фокусирующими. Первые устраивают в том случае, когда потребляется сравнительно низкопотенциальная энергия или в сочетании с тепловыми насосами. Вторые - при необходимости получения более высоких температур или для энергоустановок с кипящей жидкостью.

 

Экологические требования к архитектурно-планировочным решениям жилых зданий

4.1 Объёмно - планировочные и конструктивные решения

Возведение экологически полноценного и комфортабельного жили: требует дальнейшего развития типологической основы проектирования. В связи с этим значительно увеличиваются экологические требования к объемно-планировочным решениям зданий, а также к их конструктивным системам и схемам. Согласно СТО БДП-3-94 проект зданий должен обеспечивать уровень экологической безопасности, предложенной заказчиком или пользователем, и одновременно не вступать противоречие с действующим законодательством и нормативными санитарными актами.

В процессе архитектурно-строительного проектирования при определении объемно-планировочных решений квартиры или дома (высота, ширина, площадь) основное внимание уделяют: сокращению затрат материальных и природных ресурсов при строительстве, реконструкции и эксплуатации и предотвращению экологических нарушений и загрязнений во внутренней среде жилых зданий, обеспечению благоприятных санитарно-гигиенических условий. В частности, при выборе объемно-планировочных решений большое внимание обращают на борьбу с шумовым воздействием.

Конструктивные системы и схемы зданий и сооружений, заложенные в проект, также должны отвечать требованиям охраны окружающей среды, т.е. быть экологически целесообразными.

Экологизация проектного решения жилого здания с помощью объемно-планировочных и конструктивных решений достигается различными мерами:

• оптимизация размеров площади, объема и ориентации помещений, из которых состоит здание;

• максимальное использование подземного пространства; выбор оптимальной формы здания и ориентации по направлению ветра;

• проектирование экологически безопасных инженерных сетей (вентиляционных, отопительных, канализационных, мусороудаляющих и др.);

• озеленение всех поверхностей здания (стен, кровли) и благоустройство прилегающей территории, выбор экологического покрытия и пр.

Специалисты отмечают высокую экологичность покрытий из нештучных материалов, особенно из природного камня - брусчатки, плит. В отличие от асфальтобетонных покрытий, они не растрескиваются, требуют меньшего ремонта и, главное, сохраняют «дыхание» почвы, благоприятно влияя на почвенную микрофлору.

Для формирования будущих оптимальных экологических качеств проектируемого здания большое значение имеет оптимизация размеров площади и объема помещений.

В последнее время, в связи с переходом страны к рыночной экономике и созданием рынка жилья, появилась возможность расширения объемно-планировочных решений жилых зданий за счет введения I и II категории комфортности. Например, для г. Москвы это отражено в нормах МГСН3.01.-96 «Жилые здания».

Новые московские нормы снимают ограничения верхних пределов площадей квартир, что имеет решающее значение в обеспечении экологического комфорта в жилище.

Планировочные решения квартир в жилище I категории комфортности предполагают: выделение дневной и ночной зон отдыха, наличие не менее двух санитарных узлов, устройство дополнительных помещений (постирочной, игровой комнаты, тренажерного зала), рассредоточение приборов с электромагнитными и другими вредными излучениями, складирование предметов бытовой химии в особых местах, сквозную и горизонтально-вертикальную схему проветривания (квартиру в двух уровнях).

Эффективная шумозащита в квартирах I категории обеспечивается специальными архитектурно-планировочными решениями, а также использованием окончательного тройного остекления. При вентиляция организуется через системы самовентиляции, кондиционеры и пр.

Повышение комфортности и создание экологически полноценного жилища в условиях массовой застройки потребуют совершенствования нормативных требований и преодоления существующих экономических трудностей.







Дата добавления: 2015-04-16; просмотров: 2198. Нарушение авторских прав


Рекомендуемые страницы:


Studopedia.info - Студопедия - 2014-2019 год . (0.005 сек.) русская версия | украинская версия