2. Обзор экологически чистых энергопассивных домов
Солнечное теплоснабжение в жилищно-коммунальной и производственной сферах получило в мировой практике наибольшее распространение по сравнению с другими направлениями этого источника, является наиболее приемлемым по экономической эффективности и способно снизить энергопотребление в доме до 60% . В свое время в бывшем СССР было построено несколько десятков опытных индивидуальных жилых домов с различными системами солнечного теплоснабжения. Один из них был построен вблизи г. Ереван в 1981 г. / 18 /: с площадью застройки 89,4 м2, годовой потребностью 112 ГДж тепла, солнечной двухконтурной системой с углом наклона коллекторов 60°. Опытная эксплуатация дома в течение 5 лет показала, что доля покрытий годовых потребностей дома за счет солнечной энергии составила 50-60 %, или 2,8 т у.т. экономии тепла.
Представляет большой интерес опыт скандинавских стран в разработке "солнечных домов", а также стран северных широт от 50° до 60е с.ш. — Великобритании, Дании, Швеции, Германии, Канады.
Так, в Великобритании первый дом с использованием солнечной энергии и теплового насоса для отопления помещения был построен в 1956 г. Кэртисом . Затем было построено здание, получившее наиболее широкую известность в Европе — приставка к школе Св. Георгия в г. Валласей ,
На этом примере доказали, что пассивный сбор солнечной энергии на имеющей двойное остекление, ориентированной на юг, стене большой площади может обеспечить по меньшей мере 30% общей потребности в отоплении.
Из устройств с пассивным сбором солнечной энергии широко известна стена Тромба-Мишеля. Первый "солнечный" дом по проекту Ж. Мишеля и Ф. Тромба был построен в Шовенси-ле-Шанто в 1972 г. (49° 10' с.ш.), а с 1973 г. на Парижской ярмарке представлялись уже различные типы домов с солнечным отоплением.
В бывшей ФРГ первый солнечный дом был построен научно-исследовательской лабораторией Филиппе в 1975 г. в Аахене (50°30' с.ш.) и в этом же году был построен дом, обеспечиваемый солнечной энергией в Копенгагене, Дания (55°43' с.ш.) .
Солнечный дом в Южной Германии (Драмштат-Кранинхтейн) является одним из первых домов в Средней Европе, энергоснабжение которого обеспечивается только за счет солнечной энергии . Хотя интенсивность солнечной радиации в Германии составляет 1000 кВт/ ч/м2 в год, знаменитому Научно-исследовательскому институту Солнечной энергетики им. Фраунгофера удалось реализовать идею создания самодостаточного солнечного дома площадью 145 м2 за счет: современной прозрачной изоляции, энергоэффективных солнечных коллекторов и батарей, повторного использования и сезонного аккумулирования тепла и энергосберегающей бытовой техники. Сезонное хранение энергии обеспечивается за счет запаса сжатого водорода и кислорода, получаемых электролизом воды. Электрообеспечение дома и электролиз воды осуществляется за счет электроэнергии, вырабатываемой солнечными батареями. Таким образом, удалось снизить потребление тепла в год на отопление на 1 м2 до 9,3 кВт*ч, тогда как в жилых домах Германии расходуется 250 кВт*ч/'м2.
Современные проекты энергоэффективных жилых домов с использованием солнечной энергии для условий Сибири приведены в /9/ , и по мнению специалистов, даже в условиях северных регионов за счет возведения двойной оболочки здания с использованием солнечной энергии можно обеспечить до 40% экономии тепла.
Учитывая развитие технологий возобновляемой энергетики, с должной долей уверенности можно сказать о реальной возможности создания эффективной системы энергоснабжения удаленных от центральной энергосети сельских домов при условии комбинированного использования энергии солнца, ветра и биомассы, говорится в /18/ и здесь же предлагается рациональная схема энергоснабжения автономного сельского жилища.
Специалисты Швеции, приступив к массовому внедрению систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии, пришли к выводу о необходимости создания в северных широтах аккумуляторов, способных накопить летом большое количество солнечного тепла и сохранить его на зимний холодный период. В связи с тем, что относительная стоимость теплоизоляции уменьшается при увеличении объема хранения, предлагается создание теплохранилищ на группу зданий или поселок, т.е. создание централизованного теплоснабжения с обслуживанием всей системы специалистами, что повышает надежность ее работы и эффективность.
В 1971 г. впервые в Канаде инженер-электрик Э. Хоффман оборудовал свой дом воздушной системой отопления с солнечными коллекторами, эта система обеспечила 50% нагрев воздуха для отопления и потребности в горячей воде. Затем интересные архитектурно-конструктивные решения применил инженер Грет Аллен в 1974 г. в штате Онтарио. Дом рассчитан па 50% обеспечения энергией за счет солнца, тепло, вырабатываемое 18 м2 СК, сохраняется в резервуарах с двумя тоннами парафина. В последующие годы было осуществлено строительство нескольких здании с утилизацией солнечной энергии (при финансовой поддержке Правительства Канады) - административные, торговые и жилые здания, причем основным направлением, как и в Швеции, является: пассивная утилизация солнечного тепла и строительство домов с малым потреблением энергии, создание специального оборудования для северных тепловых гелиосистем централизованного теплоснабжения зданий и поселков с аккумуляторами летнего солнечного тепла.
В то время как в России многие специалисты до сих пор воспринимают пассивные дома как фантастику, в США уже много лет проводится очный общенациональный студенческий конкурсу по проектированию и строительству энергопассивных домов.
Требования конкурса: мини-дома должны быть полностью автономными энергетически, причём — в любое время года. Это так называемые "дома нулевой энергии". В их конструкции необходимо по максимуму использовать экологически чистые, легко утилизируемые материалы из возобновимого сырья.
Дома должны генерировать достаточную мощность от Солнца, чтобы в них можно было спокойно включать стиральные и посудомоечные машины, компьютеры и телевизоры, и, разумеется, чтобы обеспечивать дом теплом, светом и вентиляцией.
В конкурсе 2005 года приняло участие 18 команд, построенные дома свозили в "Солнечную деревню", расположенную в Вашингтоне.
Дома оценивались по 10 дисциплинам: удобство для проживания, интерьер; проектная документация; коммуникации; климатический комфорт; приборы, оснащение; горячая вода; освещение; общий баланс энергии; и энергоэкспорт.
Анализируя вышеизложенное можно сказать, что Россия, имея огромный потенциал солнечной энергии, значительно отстает от ведущих стран запада в плане внедрения экологически чистых энергопассивных домов, финансирования и реализации проектов в данной области.
3. Анализ возобновляемых источников энергии
3.1 Солнечное излучение
После энергетического кризиса 1973 г. правительствами стран и частными компаниями были приняты экстренные меры по поиску новых видов энергетических ресурсов для получения электроэнергии. Таким источником в первую очередь стала солнечная энергия. Были разработаны параболо-цилиндрические концентраторы. Эти устройства концентрируют солнечную энергию на трубчатых приемниках, расположенных в фокусе концентраторов. Интересно, что в 1973 г. вскоре после начала нефтяного эмбарго был сконструирован плоский концентратор, явившийся успехом научной и инженерной мысли.
Это привело к созданию первых солнечных электростанций (СЭС) башенного типа. Широкое применение эффективных материалов, электронных устройств и параболо-цилиндрических концентраторов позволило построить СЭС с уменьшенной стоимостью - системы модульного типа. Началось внедрение этих систем в Калифорнии фирмой Луз (Израиль). Были подписаны контракты с фирмой Эдисон на строительство в южной Калифорнии серии СЭС. В качестве теплоносителя использовалась вода, а полученный пар подавался к турбинам.
Первая СЭС, построенная в 1984 г., имела КПД 14,5%, а себестоимость производимой электроэнергии 29 центов/(кВт-ч). В 1994 г. фирма Луз реорганизована в компанию Солел, базирующуюся в Израиле, и продолжает успешно работать над созданием СЭС, ведет строительство СЭС мощностью 200 МВт/18/, а также разрабатывает новые системы аккумулирования энергии. В период между 1984 и 1990 г. фирмой Луз было построено девять СЭС общей мощностью 354 МВт. Последние СЭС, построенные фирмой Луз, производят электроэнергию по 13 центов/(кВт-ч) с перспективой снижения до 10 центов/(кВт*ч). Д. Миле из университета Сиднея улучшил конструкцию солнечного концентратора, использовав слежение за Солнцем по двум осям и применив вакуумированный теплоприемник, получил КПД 25--30%. Стоимость получаемой электроэнергии составит 6 центов/(кВт-ч). Строительство первой экспериментальной установки с таким концентратором начато в 1994 г. а Австралийском национальном университете, мощность установки 2 МВт. Считают, что подобная система будет создана в США после 2000 г. и она позволит снизить стоимость получаемой электроэнергии до 5,4 цента/(кВт-ч). При таких показателях строительство СЭС станет экономичным и конкурентоспособным по сравнению с ТЭС.
Другим типом СЭС, получившим развитие, стали установки с двигателем Стирлинга, размещаемым в фокусе параболического зеркального концентратора. КПД таких установок может достигать 29%. Предполагается использовать подобные СЭС небольшой мощности для электроснабжения автономных потребителей в отдаленных местностях.
В перспективе можно использовать для получения электроэнергии разность температуры слоев воды в океане, которая может достигать 20°С. Станции на этой основе (ОТЭС) находятся в разработке. Первый вариант подобной установки мощностью 5 МВт проектируется в Израиле. Меньшие по мощности установки действуют в Австралии, Калифорнии и ряде других стран. Основная сложность перспективы их использования - низкая экономичность и как следствие отсутствие коммерческого интереса.
Начиная с 70-х годов правительства индустриальных стран израсходовали биллион долларов на разработки фотоэлектрических преобразователей. За последние 10 лет стоимость фотоэлектрических преобразователей снижалась и достигла 3,5-4,75 дол/Вт, а стоимость получаемой энергии 25-40 центов/(кВт/ч). Мировой объем производства с 6,5 МВт в 1980 г. увеличился до 29 МВт в 1987 г. и в 1993 г. составил более 60 МВт./р.и./
В Японии ежегодно выпускается 100 млн. калькуляторов общей мощностью 4 МВт, что составляет 7% мировой торговли фотоэлектрическими преобразователями. Более 20 тыс. домов в Мексике, Индонезии, Южной Африке, Шри-Ланке и в других развивающихся странах используют фотоэлектрические системы, смонтированные на крышах домов, для получения электроэнергии для бытовых целей.
Наилучшим примером использования таких систем является Доминиканская республика, где 2 тыс. домов имеют фотоэлектрические установки, сконструированные в последние 9 лет. Стоимость такой установки 2 тыс. дол.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
