Авторы: Парфенюк А.С., Минакова А.А. Кутняшенко Ю.И, Павленко В.С.
Источник: "Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов международной научно-практической конференции. - М: 2012 - 260 с.
В статье рассмотрены основные элементы системы жизнеобеспечения экодома. Авторами излагаются некоторые направления инженерно-технического обеспечения, при реализации которых эксплуатация экодома будет эффективной.
Строительство доступного экологического жилья - перспективная, научно-техническая, экономическая, социальная и политическая задача. В мире, и в особенности в Украине, она находится в начальной стадии развития. Экологическое жилье - это повышение качества жизни человека и одновременное уменьшение нагрузки на природную среду. В глобальном смысле массовое строительство экологического жилья – важная составляющая предотвращения мирового экологического кризиса Массовое строительство экодомов может сделать жилищное строительство средством решения многих жизненно важных проблем.
Основой решения задачи является экодом, который должен обеспечить такое качество жизни, при котором семья будет иметь возможность, во-первых, вырастить здоровое следующее поколение, во-вторых, при эксплуатации экодома необходимо обеспечить преобразование солнечной и других видов возобновляемых источников энергии в живую биомассу эффективнее, чем это происходит при естественном развитии экосистемы, и, в-третьих, необходимо стремиться к максимальной утилизации вторичных материалов и продуктов жизнедеятельности при минимуме ущерба природе.
Инженерно-техническое обеспечение экодома, как элементарной составляющей экопоселения, является ключевым моментом в решении перечисленных проблем.
Рассмотрим дом, как единую систему с проходящими через нее потоками различных энергий. Из приходящих потоков главные: отопление, солнечный обогрев, вода, электроэнергия, газ, биогенные тепловыделения.
Эффективная эксплуатация экодома предусматривает такое взаимодействие систем жизнеобеспечения, при котором внесение ресурсов на их поддержание будет минимальным. Чтобы это стало возможным, необходимо придерживаться определенных условий:
Данные мероприятия могут быть представлены следующим образом:
Рисунок 1 – Комплекс мероприятий
Рационально создание солнечной архитектуры экодома - расположение, на крыше плоских воздушных солнечных коллекторов, водогрейной установки с водяными солнечными коллекторами, солнечных батарей, а также пристройка с южной стороны теплицы.
Водогрейные системы, использующие солнечную энергию, бывают двух типов: с естественной и принудительной циркуляцией воды. Более удобна с точки зрения произвольного ее размещения водогрейная система с принудительной циркуляцией.
Зимой, в период малой солнечной активности в качестве источника энергии для обогрева экодома можно использовать теплонасосную установку. Ее дополнительным преимуществом является наличие функции охлаждения в жаркое время года.
Первоначальные финансовые затраты по приобретению теплонасосной установки окупается за 3-5 лет. Дальнейшая эксплуатация показывает её высокую экономичность перед другими системами отопления: для передачи в систему отопления 1 кВт*ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт*ч электроэнергии.
Все системы должны функционировать с использованием замкнутых контуров и не требовать существенных эксплуатационных затрат и электроэнергии, необходимой для работы оборудования.
Выгода использования солнечной энергии будет максимальной при эффективном утеплении экодома.
В комплексе архитектурно-технических мероприятий по энергосбережению экодома немалая роль отводится эффективной теплоизоляции. Утепление дома будет эффективным при комплексном использовании систем теплоизоляции. Подбор системы теплоизоляции должен соответствовать необходимым значениям коэффициента сопротивления теплопередачи, гигроскопичности, негорючести, прочности, доступности, простоту монтажа и долговечности.
Разработка новых технологических процессов, позволяющих предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды, на современном этапе является наиболее рациональным использованием водных ресурсов.
Техническое обеспечение системы водопользования для полного автономного обслуживания экопоселения с учетом всех необходимых требований и норм реализуется с помощью биологической очистки сточных вод.
В процессе биологической очистки активным илом происходит окисление содержащихся в сточных водах большей части органических и ряда неорганических соединений серы и азота. При этом эти вещества используется в процессе наращивания биомассы активного ила или превращаются в безвредные продукты окисления: Н2О, СО2, NО3- др.
Как правило, необходимо проводить три-четыре ступени предварительной очистки стоков. Для сброса очищенных сточных вод в водоемы после биоочистки необходима их доочистка - например, при помощи озонирования.
Таким образом, сточные воды в начале попадают в аэротенки. После аэротенков очищенная вода подается в отстойники. В отстойниках происходит осаживание активного ила с его последующим частичным возвращением обратно в резервуар.
Аэротенк - это емкость глубиной до 5-6 метров, которая имеет устройство нагнетания воздуха. Внутри аэротенка живут колонии микроорганизмов - на хлопьях ила. Данные колонии перерабатывают органику сточных вод. Для эффективного использования микроорганизмов в аэротенках создают благоприятные условия для их жизнедеятельности. Для этого требуется присутствие подходящего источника углерода, кислорода, азота, фосфора и калия. На развитие микроорганизмов влияет температура, реакция среды и концентрация токсичных веществ.
Одним из обязательных этапов строительства экодомов является монтаж системы вентиляции, от которой зависит насколько комфортными будут условия проживания в экодоме.
Система вентиляции в экодоме должна решать ряд задач: подачу свежего воздуха в соответствии с нормами; сохранение тепла; использование вторичного тепла; использование естественных источников; долговечность и удобство эксплуатации.
Вентиляция взаимосвязана с отоплением. Система с очень высокой рекуперацией тепла, которая извлекает тепло из использованного воздуха, может даже заменить привычные системы отопления. Благодаря этому, в настоящее время имеется возможность использовать такое строительство, чтобы тепло не терялось и экодом максимально герметичным, а для обеспечения экодома свежим воздухом используют специальные системы вентиляции.
Система состоит из воздушного солнечного коллектора, воздуховодов, вентилятора. Если температура в помещениях недостаточна, то нагретый воздух из коллектора попадает в комнату, а более холодный - из комнаты подается в воздушный коллектор и подогревается в нем. Если в помещениях тепло, то нагретый воздух поступает в тепловой аккумулятор. Весной - осенью система работает на нагрев помещения с накоплением тепла в суточном аккумуляторе, а летом эта энергия накапливается в сезонном аккумуляторе.
Преимущества воздушных солнечных коллекторов в сравнении с жидкостными: меньше трубопроводов и деталей, более низкая материалоемкость, отсутствие опасности протечек и замерзания теплоносителя, простота изготовления коллекторов и связанных с ними узлов, сравнительная простота в изготовлении и эксплуатации и меньшая стоимость.
Эффективный теплообмен в экодоме достигается путем сохранения и использование вторичного тепла. Уменьшение теплопотерь обеспечивается герметичностью и использованием рекуператоров тепла, а для непосредственной генерации тепла необходимо использовать в комплексе воздушные солнечные коллекторы и воздушный тепловой насос.
Монтаж и обслуживание плоского воздушного солнечного коллектора не является трудоемкими и высокозатратными процессами, и по силам рядовым жителям, стремящихся к комфортным и экономным тепловым условиям проживания.
Изложенные положения рационального инженерно-технического обеспечения экодома сегодня, по нашему мнению, вполне реализуемые и эффективны при строительстве индивидуального жилья в сельской местности при создании современных экопоселений.