Концепция автономного дома (экодома)

После поездки в США, концепция экодома была мной существенно изменена. На основании данной концепции, будет разработано техническое задание на проектирование автономного дома.

Концепция автономного дома (экодома)

q Главная задача, при создании энергоэффективного экодома – обеспечить минимальное потребление тепловой и электрической энергии. Для этого необходимо обеспечить для стенового материала коэффициент сопротивления теплопередаче не менее 10 (м²град/Вт).

q При строительстве дома, преимущественно использовать природные возобновляемые материалы с минимальными затратами на их производство и доставку. В первую очередь, соломенные блоки и древесину.

q Для получения электрической энергии, использовать только возобновляемые ресурсы: солнечную энергию (фотоэлектрические батареи), энергию ветра (ветроэнергетическая установка), энергию древесины (отходов древесины) (генератор Стирлинга или аналоги).

q Для получения тепловой энергии и подогрева воды, максимально использовать энергию солнца (солнечные коллекторы).

q Для сохранения тепловой энергии использовать накопители с недельным месячным ресурсом (в перспективе – сезонный накопитель на селективных сорбентах воды СВС).

q Для создания благоприятной ауры дома, практически исключить использование металла, пластмассы и других искусственных изделий. Использовать преимущественно изделия из дерева.

q В архитектурном проекте дома максимально использовать элементы солнечного дизайна.

q Полная утилизация органических отходов, в виде компоста в теплице и на приусадебном участке.

Получение питьевой воды

В зависимости от места нахождения участка, можно выделить следующие основные системы для получения чистой питьевой воды:

ü Артезианская скважина.

ü Сбор стоков с крыши дома.

ü При близком расположении к водопроводу, можно использовать водопроводную воду.

ü Из естественных водоёмов.

Для очистки воды использовать угольный сорбент (активированный уголь и микрофильтрационные установки с металлокерамическими мембранами).

При строительстве дома в экопоселении, возможно централизованное получение чистой питьевой воды, с помощью аппаратов обратного осмоса.

Утилизация отходов

· В автономном доме (без канализации) использовать компостирующие туалеты (на первом и мансардном этаже). Утилизация компоста – в теплице и в саду.

· Для переработки серых стоков используется биологическая очистка и повторное использование воды в технических целях, после фильтрации. Используется очищенная вода для полива растений в теплице и в саду, в зимнее время запасается в накопительной ёмкости и частично отводится в дренажную систему.

· Органические отходы перерабатываются на компост.

· Бумага, картон и другие производные древесины утилизируются, при сжигании в печи.

· Полиэтиленовые бутылки сдаются в приёмные пункты.

· Полиэтиленовые пакеты и пластмасса утилизируются по действующей схеме в городе.

· Стеклотара сдаётся в приёмные пункты.

· Битое стекло, металлический лом и другие компоненты утилизируются по действующей схеме в городе.

Сортировка мусора производится по десяти позициям.

Вентиляция

Обязательно использовать двойную систему вентиляции: естественную и принудительную.

Естественная система вентиляции организуется следующим образом: приточная труба укладывается на глубине около двух метров. Летом это обеспечивает охлаждение входящего воздуха, а зимой подогрев до положительной температуры. Длина трубы не мене пяти метров, диаметр 15-20 см.

Принудительная система вентиляции изготавливается с теплообменником для подогрева входящего воздуха сбросным воздухом из помещения. Для эффективного теплообмена используются щелевые теплообменники.

В системе вентиляции обязательно предусматриваются устройства для сбора конденсата и устанавливаются кварцевые лампы с ультрафиолетовым излучением для обеззараживания воздуха и вентиляционной системы (для предотвращения образования грибка и плесени).

Потребительское отношение к окружающей природе, ресурсам в России в последнее десятилетие уходящего тысячелетия, на мой взгляд, усугубилось.

Как ни печально, в строительстве по-прежнему преобладают затратные технологии.

Вокруг города Красноярска возник «пояс» коттеджей, построенных по расточительным проектам, расположенных бездарно и существенно усугубляющих промышленный пейзаж города.

Стремление к комфорту, увеличение жизненного пространства вполне обоснованно, но, какой ценой?

По оценкам, в среднем, на обогрев двух-трёх этажного дома требуется, в холодное время года, (5 месяцев) не менее 100 кВт·ч тепловой энергии в сутки, а пиковые нагрузки, при —40°С для поддержания комфортной температуры в доме (20°С), достигают 500 кВт·ч.

Тепловые потери за год составят порядка 100-250 тысяч кВт·ч. (10-25 тонн солярки или 20-50 тонн угля).

Очевидно, что обеспечение теплом такого жилья будет доставлять много хлопот и многим будет недоступно в зимнее время. В чём же проблема?

Дело в том, что в стране давно уже налажено производство строительных материалов для ограждающих конструкций зданий и сооружений, которые не обеспечивают необходимую теплоизоляцию – кирпич, брус, бетон.

Дома, построенные из этих материалов без утеплителя, остаются достаточно энергоёмкими.

Традиционные проекты коттеджей, домов практически не используют солнечный дизайн, в вентиляционных системах отсутствует рекуперация тепла, не используются накопители тепловой энергии…

Уже несколько десятилетий за рубежом развивается индивидуальное строительство в направлении экономичного экологически чистого жилья: строятся тёплые дома из безопасных строительных материалов с солнечной энергетикой и ветроэнергетикой.

В США, в настоящее время, насчитывается около пятисот экологических поселений. В них люди, шаг за шагом, уменьшают свою зависимость в электроэнергии, продуктах питания от глобальной экономики страны.

Постоянно уменьшают своё отрицательное воздействие на окружающую среду. В отдельных поселениях, например, отходы делятся по пятнадцати позициям и полностью утилизируются.

При этом, они не отказываются от достижений цивилизации – напротив, максимально используют солнечную энергетику, очистные сооружения, где систематически осуществляют контроль сточных вод, начинают использовать электромобили.

Конечная цель таких экопоселений: обеспечить устойчивое развитие в условиях возрастающего дефицита ресурсов.

Нам внушили, что Россия имеет огромные топливно-энергетические ресурсы, да и прочие ресурсы – тоже.

На самом деле, по оценкам экономистов, в России ресурсов, добыча и использование, которых будет рентабельна, не более, чем на полтора триллиона долларов. Эта цифра сравнима с годовым бюджетом США.

Конечно, можно продолжать тратить и проедать их дальше. На мой взгляд, необходимо срочно менять стратегию развития.

Каждый из нас может решить эту проблему на индивидуальном уровне, построив комфортный энергоэффективный дом, не наносящий окружающей среде никакого вреда и не потребляющий не возобновляемых ресурсов (угля, солярки, газа) – экодом.

В Красноярске разрабатывается проект полностью автономного дома и экопосёлка, с учётом российского и зарубежного опыта.

Одна из проблем, которые возникают, при строительстве автономного жилья, связана с обеспечением электроэнергией и теплом.

Мы живём в регионе, где среднегодовая температура – около нуля градусов, поэтому, необходимо строить заведомо тёплое жилье с сопротивлением теплопередаче ограждающих конструкций не менее 10 м²К/Вт.

Какие материалы могут обеспечить необходимую теплоизоляцию. Один из вариантов дома, когда, в качестве конструкционного материала, используется ячеистый бетон (автоклавный или неавтоклавный).

Теплопроводность ячеистого бетона такая же, как у дерева, а стоимость – существенно ниже (у неавтоклавного бетона себестоимость 400 руб. за кубометр.)

Стена строится в виде слоёного пирога с утеплителем, в качестве которого можно использовать минеральную плиту или импортные аналоги.

Лучшим утеплителем на сегодняшний день по всему спектру качеств являются блоки из прессованной соломы. В Сибири трудно найти примеры использования данного материла.

В Белоруссии же построен целый посёлок – Занарочь, в котором блоки из прессованной соломы используются не только в качестве утеплителя, но и в качестве основного конструкционного материала (одноэтажные дома).

Стена такого дома имеет сопротивление теплопередаче не менее 10. Стоят эти дома по 100 и более лет. Например, в США живут люди в домах из прессованной соломы, построенных в прошлом веке.

Для окон необходимы тройное остекление и тёплые ставни.

Система вентиляции обязательно должна иметь теплообменник для отбора тепла у сбросного воздуха.

Применение кратковременных и сезонных накопителей тепловой энергии, солнечного дизайна в архитектуре дома, существенно снижает потребление тепловой энергии.

В этом случае, тепловые потери экодома общей площадью 200 кв. метров и отапливаемым объёмом 500 кубометров за год, не превысят 5.000 кВт·ч.

Среднее потребление электрической энергии семьёй из четырёх человек в месяц составляет 300 кВт·ч или 3600 тыс. кВт·ч в год.

Практически вся эта энергия превращается в тепло и обогревает дом, причём, в зимнее время потребление электроэнергии возрастает.

За пять холодных месяцев года потребляется порядка 2 тыс. кВтч электрической энергии.

Возникает вопрос, где взять недостающее тепло. Его может обеспечить тепловой генератор, работающий на дровах.

При достаточно высоком КПД печи (более 60%) понадобится не более двух тонн дров на всю зиму.

В перспективе, применение сезонных накопителей тепловой энергии на обратимых химических реакциях позволит существенно сократить и это незначительное потребление твёрдого топлива[1].

В настоящее время можно использовать сезонное накопление тепла в грунте под домом или в ёмкости с водой.

Обеспечение электрической энергией демонстрационного дома планируется осуществить от трёх независимых источников: солнечных батарей с аккумулятором электрической энергии, установочной мощностью 0,6 кВт, что позволит выработать в течение года порядка 500 кВтч электрической энергии (солнечное сияние в г. Красноярске составляет порядка 2000 ч в год), что составит порядка 15 % от полного потребления.

Ветряк с многополюсным генератором мощностью 3 Квт позволит выработать в течение года от 2000 до 4000 тыс. кВтч в год, в зависимости от количества времени, при котором скорость ветра превышает 5 метров в секунду.

Недостающую электроэнергию, в периоды полного отсутствия и ветра и солнца, обеспечит тепловой генератор типа Стирлинга.

Солнечный дизайн определяет архитектуру экодома, его ориентацию на месте строительства.

Главными критериями солнечного дизайна является максимальное использование энергии солнца для освещения и обогрева дома.

Такой эффект наиболее полно достигается, когда дом имеет форму многогранника. Наибольшее количество окон выходит на южную сторону.

Для обеспечения минимальных потерь через окна, с южной стороны пристраивается теплица, в качестве буферной зоны. С северной стороны, в этом качестве, у дома служит гараж или другие дворовые постройки.

Это же относится ко всему экопосёлку в целом. Город не тратит практически никаких ресурсов на создание такого посёлка.

Экопосёлок не загрязняет окружающую среду и не ложится дополнительным бременем на экосистему города Красноярска.

Автономность экопосёлка обусловлена практически полной автономностью каждого дома. Нет канализации, теплотрасс.

В домах предполагается использовать специальные компостные туалеты, разработанные в США и Швеции или их аналоги.

Серые стоки будут поступать на очистные сооружения с биологической очисткой.

Возможно также, после дополнительной очистки, повторное использование воды для хозяйственных нужд.

Питьевая вода в Красноярске – хлорированная, слабоминерализованная и не содержит фтора. Достаточно много органических примесей.

Их уровень ниже предельно допустимых концентраций (ПДК), но и в этом случае, кроме вреда, никакой пользы от них нет.

Поэтому, питьевую воду лучше покупать очищенную и подготовленную с добавлением фтора и другими минеральными компонентами необходимыми для человека.

В зависимости от расположения участка, решается вопрос по технической воде.

Стоимость такого жилья, при полной автономии 4000-5000 руб. за квадратный метр общей площади.

Так, например, по разработанному проекту, дом, общей площадью 200 кв. метров с цокольным этажом, первым и мансардным этажами, гаражом на две машины и теплицей будет стоить 1 млн. рублей.

Из них 200 тыс. руб. идет на автономную энергетическую систему. Эксплуатационные расходы, по расчётам, не превысят 2-3 руб. в месяц на 1 кв. м общей площади дома.

Если подвести электроэнергию от традиционных источников, то дом обойдётся на 20% дешевле.

«Советник» – путеводитель по хорошим книгам.

[1]Разработка Института Катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.

После поездки в США, концепция экодома была мной существенно изменена. На основании данной концепции, будет разработано техническое задание на проектирование автономного дома.

Концепция автономного дома (экодома)

q Главная задача, при создании энергоэффективного экодома — обеспечить минимальное потребление тепловой и электрической энергии. Для этого необходимо обеспечить для стенового материала коэффициент сопротивления теплопередаче не менее 10 (м²град/Вт).

q При строительстве дома, преимущественно использовать природные возобновляемые материалы с минимальными затратами на их производство и доставку. В первую очередь, соломенные блоки и древесину.

q Для получения электрической энергии, использовать только возобновляемые ресурсы: солнечную энергию (фотоэлектрические батареи), энергию ветра (ветроэнергетическая установка), энергию древесины (отходов древесины) (генератор Стирлинга или аналоги).

q Для получения тепловой энергии и подогрева воды, максимально использовать энергию солнца (солнечные коллекторы).

q Для сохранения тепловой энергии использовать накопители с недельным месячным ресурсом (в перспективе — сезонный накопитель на селективных сорбентах воды СВС).

q Для создания благоприятной ауры дома, практически исключить использование металла, пластмассы и других искусственных изделий. Использовать преимущественно изделия из дерева.

q В архитектурном проекте дома максимально использовать элементы солнечного дизайна.

q Полная утилизация органических отходов, в виде компоста в теплице и на приусадебном участке.

Получение питьевой воды

В зависимости от места нахождения участка, можно выделить следующие основные системы для получения чистой питьевой воды:

ü Артезианская скважина.

ü Сбор стоков с крыши дома.

ü При близком расположении к водопроводу, можно использовать водопроводную воду.

ü Из естественных водоёмов.

Для очистки воды использовать угольный сорбент (активированный уголь и микрофильтрационные установки с металлокерамическими мембранами).

При строительстве дома в экопоселении, возможно централизованное получение чистой питьевой воды, с помощью аппаратов обратного осмоса.

Утилизация отходов

· В автономном доме (без канализации) использовать компостирующие туалеты (на первом и мансардном этаже). Утилизация компоста — в теплице и в саду.

· Для переработки серых стоков используется биологическая очистка и повторное использование воды в технических целях, после фильтрации. Используется очищенная вода для полива растений в теплице и в саду, в зимнее время запасается в накопительной ёмкости и частично отводится в дренажную систему.

· Органические отходы перерабатываются на компост.

· Бумага, картон и другие производные древесины утилизируются, при сжигании в печи.

· Полиэтиленовые бутылки сдаются в приёмные пункты.

· Полиэтиленовые пакеты и пластмасса утилизируются по действующей схеме в городе.

· Стеклотара сдаётся в приёмные пункты.

· Битое стекло, металлический лом и другие компоненты утилизируются по действующей схеме в городе.

Сортировка мусора производится по десяти позициям.

Вентиляция

Обязательно использовать двойную систему вентиляции: естественную и принудительную.

Естественная система вентиляции организуется следующим образом: приточная труба укладывается на глубине около двух метров. Летом это обеспечивает охлаждение входящего воздуха, а зимой подогрев до положительной температуры. Длина трубы не мене пяти метров, диаметр 15-20 см.

Принудительная система вентиляции изготавливается с теплообменником для подогрева входящего воздуха сбросным воздухом из помещения. Для эффективного теплообмена используются щелевые теплообменники.

В системе вентиляции обязательно предусматриваются устройства для сбора конденсата и устанавливаются кварцевые лампы с ультрафиолетовым излучением для обеззараживания воздуха и вентиляционной системы (для предотвращения образования грибка и плесени).

Потребительское отношение к окружающей природе, ресурсам в России в последнее десятилетие уходящего тысячелетия, на мой взгляд, усугубилось.

Как ни печально, в строительстве по-прежнему преобладают затратные технологии.

Вокруг города Красноярска возник «пояс» коттеджей, построенных по расточительным проектам, расположенных бездарно и существенно усугубляющих промышленный пейзаж города.

Стремление к комфорту, увеличение жизненного пространства вполне обоснованно, но, какой ценой?

По оценкам, в среднем, на обогрев двух-трёх этажного дома требуется, в холодное время года, (5 месяцев) не менее 100 кВт·ч тепловой энергии в сутки, а пиковые нагрузки, при –40°С для поддержания комфортной температуры в доме (20°С), достигают 500 кВт·ч.

Тепловые потери за год составят порядка 100-250 тысяч кВт·ч. (10-25 тонн солярки или 20-50 тонн угля).

Очевидно, что обеспечение теплом такого жилья будет доставлять много хлопот и многим будет недоступно в зимнее время. В чём же проблема?

Дело в том, что в стране давно уже налажено производство строительных материалов для ограждающих конструкций зданий и сооружений, которые не обеспечивают необходимую теплоизоляцию — кирпич, брус, бетон.

Дома, построенные из этих материалов без утеплителя, остаются достаточно энергоёмкими.

Традиционные проекты коттеджей, домов практически не используют солнечный дизайн, в вентиляционных системах отсутствует рекуперация тепла, не используются накопители тепловой энергии…

Уже несколько десятилетий за рубежом развивается индивидуальное строительство в направлении экономичного экологически чистого жилья: строятся тёплые дома из безопасных строительных материалов с солнечной энергетикой и ветроэнергетикой.

В США, в настоящее время, насчитывается около пятисот экологических поселений. В них люди, шаг за шагом, уменьшают свою зависимость в электроэнергии, продуктах питания от глобальной экономики страны.

Постоянно уменьшают своё отрицательное воздействие на окружающую среду. В отдельных поселениях, например, отходы делятся по пятнадцати позициям и полностью утилизируются.

При этом, они не отказываются от достижений цивилизации — напротив, максимально используют солнечную энергетику, очистные сооружения, где систематически осуществляют контроль сточных вод, начинают использовать электромобили.

Конечная цель таких экопоселений: обеспечить устойчивое развитие в условиях возрастающего дефицита ресурсов.

Нам внушили, что Россия имеет огромные топливно-энергетические ресурсы, да и прочие ресурсы — тоже.

На самом деле, по оценкам экономистов, в России ресурсов, добыча и использование, которых будет рентабельна, не более, чем на полтора триллиона долларов. Эта цифра сравнима с годовым бюджетом США.

Конечно, можно продолжать тратить и проедать их дальше. На мой взгляд, необходимо срочно менять стратегию развития.

Каждый из нас может решить эту проблему на индивидуальном уровне, построив комфортный энергоэффективный дом, не наносящий окружающей среде никакого вреда и не потребляющий не возобновляемых ресурсов (угля, солярки, газа) — экодом.

В Красноярске разрабатывается проект полностью автономного дома и экопосёлка, с учётом российского и зарубежного опыта.

Одна из проблем, которые возникают, при строительстве автономного жилья, связана с обеспечением электроэнергией и теплом.

Мы живём в регионе, где среднегодовая температура — около нуля градусов, поэтому, необходимо строить заведомо тёплое жилье с сопротивлением теплопередаче ограждающих конструкций не менее 10 м²К/Вт.

Какие материалы могут обеспечить необходимую теплоизоляцию. Один из вариантов дома, когда, в качестве конструкционного материала, используется ячеистый бетон (автоклавный или неавтоклавный).

Теплопроводность ячеистого бетона такая же, как у дерева, а стоимость — существенно ниже (у неавтоклавного бетона себестоимость 400 руб. за кубометр.)

Стена строится в виде слоёного пирога с утеплителем, в качестве которого можно использовать минеральную плиту или импортные аналоги.

Лучшим утеплителем на сегодняшний день по всему спектру качеств являются блоки из прессованной соломы. В Сибири трудно найти примеры использования данного материла.

В Белоруссии же построен целый посёлок — Занарочь, в котором блоки из прессованной соломы используются не только в качестве утеплителя, но и в качестве основного конструкционного материала (одноэтажные дома).

Стена такого дома имеет сопротивление теплопередаче не менее 10. Стоят эти дома по 100 и более лет. Например, в США живут люди в домах из прессованной соломы, построенных в прошлом веке.

Для окон необходимы тройное остекление и тёплые ставни.

Система вентиляции обязательно должна иметь теплообменник для отбора тепла у сбросного воздуха.

Применение кратковременных и сезонных накопителей тепловой энергии, солнечного дизайна в архитектуре дома, существенно снижает потребление тепловой энергии.

В этом случае, тепловые потери экодома общей площадью 200 кв. метров и отапливаемым объёмом 500 кубометров за год, не превысят 5.000 кВт·ч.

Среднее потребление электрической энергии семьёй из четырёх человек в месяц составляет 300 кВт·ч или 3600 тыс. кВт·ч в год.

Практически вся эта энергия превращается в тепло и обогревает дом, причём, в зимнее время потребление электроэнергии возрастает.

За пять холодных месяцев года потребляется порядка 2 тыс. кВтч электрической энергии.

Возникает вопрос, где взять недостающее тепло. Его может обеспечить тепловой генератор, работающий на дровах.

При достаточно высоком КПД печи (более 60%) понадобится не более двух тонн дров на всю зиму.

В перспективе, применение сезонных накопителей тепловой энергии на обратимых химических реакциях позволит существенно сократить и это незначительное потребление твёрдого топлива[1].

В настоящее время можно использовать сезонное накопление тепла в грунте под домом или в ёмкости с водой.

Обеспечение электрической энергией демонстрационного дома планируется осуществить от трёх независимых источников: солнечных батарей с аккумулятором электрической энергии, установочной мощностью 0,6 кВт, что позволит выработать в течение года порядка 500 кВтч электрической энергии (солнечное сияние в г. Красноярске составляет порядка 2000 ч в год), что составит порядка 15 % от полного потребления.

Ветряк с многополюсным генератором мощностью 3 Квт позволит выработать в течение года от 2000 до 4000 тыс. кВтч в год, в зависимости от количества времени, при котором скорость ветра превышает 5 метров в секунду.

Недостающую электроэнергию, в периоды полного отсутствия и ветра и солнца, обеспечит тепловой генератор типа Стирлинга.

Солнечный дизайн определяет архитектуру экодома, его ориентацию на месте строительства.

Главными критериями солнечного дизайна является максимальное использование энергии солнца для освещения и обогрева дома.

Такой эффект наиболее полно достигается, когда дом имеет форму многогранника. Наибольшее количество окон выходит на южную сторону.

Для обеспечения минимальных потерь через окна, с южной стороны пристраивается теплица, в качестве буферной зоны. С северной стороны, в этом качестве, у дома служит гараж или другие дворовые постройки.

Это же относится ко всему экопосёлку в целом. Город не тратит практически никаких ресурсов на создание такого посёлка.

Экопосёлок не загрязняет окружающую среду и не ложится дополнительным бременем на экосистему города Красноярска.

Автономность экопосёлка обусловлена практически полной автономностью каждого дома. Нет канализации, теплотрасс.

В домах предполагается использовать специальные компостные туалеты, разработанные в США и Швеции или их аналоги.

Серые стоки будут поступать на очистные сооружения с биологической очисткой.

Возможно также, после дополнительной очистки, повторное использование воды для хозяйственных нужд.

Питьевая вода в Красноярске — хлорированная, слабоминерализованная и не содержит фтора. Достаточно много органических примесей.

Их уровень ниже предельно допустимых концентраций (ПДК), но и в этом случае, кроме вреда, никакой пользы от них нет.

Поэтому, питьевую воду лучше покупать очищенную и подготовленную с добавлением фтора и другими минеральными компонентами необходимыми для человека.

В зависимости от расположения участка, решается вопрос по технической воде.

Стоимость такого жилья, при полной автономии 4000-5000 руб. за квадратный метр общей площади.

Так, например, по разработанному проекту, дом, общей площадью 200 кв. метров с цокольным этажом, первым и мансардным этажами, гаражом на две машины и теплицей будет стоить 1 млн. рублей.

Из них 200 тыс. руб. идет на автономную энергетическую систему. Эксплуатационные расходы, по расчётам, не превысят 2-3 руб. в месяц на 1 кв. м общей площади дома.

Если подвести электроэнергию от традиционных источников, то дом обойдётся на 20% дешевле.

[1]Разработка Института Катализа им. Г.К. Борескова СО РАН.

освещение строящихся зданий