Назад в библиотеку

---

Концептуальный дизайн чистого нуль-энергетичного студенческого общежития

Авторы: Джордж А. Мерц, Грегори С. Раффио, Келли Киссок, Кевин П. Халлинан
Источник:Труды ISEC2005 2005 Международной солнечной энергитической августовской конференции 62-12, 2005, Орландо, Флорида

Аннотация

В ответ на глобальные и местные проблемы, Университет Дейтон стремится к созданию сети нуль-энергетичного студенческого общежития, называемым экодом. Уникальным аспектом экодома является степень участия студентов, в соответствии с миссией Университета Дейтон (УД), междисциплинарные студенческие команды проводят конструкторские работы и включают направления: машиностроение, строительство и гуманитарные науки. В данной статье обсуждается использование эскизного проекта сети нуль-энергетичного студенческого общежития, а также завершенный анализ на данный момент. Анализируется использование энергии текущих студенческих общежитий, чтобы обеспечить фундамент для определения возможности экономии энергии. Описано использование подхода «изнутри-наружу» к руководству общей конструкции всей системы. Обсуждается использование метода «изнутри-наружу» в качестве руководства по следующим направлениям: энергия от жизнедеятельности жильцов, приборы и светильники, ограждающие конструкции, системы распределения энергии и первичного оборудования преобразования энергии. Описаны требования к конструкциям солнечных тепловых и солнечных фотоэлектрических систем для удовлетворения потребности в горячей воде и электричестве. Моделируется использование энергии в экодоме по сравнению с использованием энергии существующих домов. Анализ показывает, что общий источник энергии по требованиям экодома может быть снижен примерно на 340 млн. БТЕ в год по сравнению со старыми домами базового типа, в результате сокращения выбросов СО2 около 54 000 фунтов в год и экономии энергии около $ 3000 в год. Не был выполнен подробный анализ оптимизации затрат, но высветлены важные аспекты УД проекта экодома, который будет осуществляться в будущем.

Введение

Основные экологические проблемы представлены глобальным потеплением, загрязнением окружающей среды, вырубкой лесов и пр. В мире потребления приходится 82% энергии на невозобновляемые виды ископаемого топлива [1]. Использование ископаемых видов топлива является основным вкладом в глобальное изменение климата и является основным источником загрязнения воздуха [2]. Свалки продолжают быть хранилищем материалов, подлежащих переработке а чистую воду трудно получить во многих регионах мира. Многие древние леса в настоящее время используются для производства пиломатериалов, а токсичные материалы разносятся в местах нашей работы и жилых помещениях. Эти насущные проблемы требуют творческих решений.

Большая часть студенческого жилья для старшеклассников в университете Дейтона (УД) был построена в начале 1900-х в качестве жилья для работников завода. Эти дома имеют минимальный уровень теплоизоляции и высокие темпы инфильтрации. Многие аппараты нуждаются в замене. В настоящее время УД тратит более $ 1 млн в год на газ и электроэнергию для 400 домов в студенческом районе. Значительная часть этих расходов связана с безответственной тратой энергии. Например, студенты не выключают компьютеры, даже когда никого нет дома и оставляют двери и окна открытыми даже во время периода отопления и охлаждения [3].

В ответ на эти глобальные и местные проблемы, Университет Дейтон стремится к созданию сети нуль-энергитичного студенческого общежития, называемым экодомом. Различные колледжы, предприятия и частные лица в США ориентируются на передовое экологические строительство зданий. Примеры включают в себя юридический колледж в Университете Денвера, Льюис Центр экологических исследований в Оберлин колледж, Розовый дом в Портленде, штат Орегон, и нулевой дом Хабитат энергии в Лоудон Каунти, штат Теннесси. Разработанная совместно с Министерством энергетики и строительства США (DOE) (окрестности Висты, Монтана, Калифорния), исследовательская программа успешно внедряет дома жилого массива с нулевым потреблением энергии. Целью Министерства энергетики является то, что большинство построенных новых домов США будет домами с нулевым потреблением энергии к 2020 году [4].

Общая связь между этими зданиями, помимо экологической направленности и соответствии строительных норм LEED, в том, что они предназначены в основном для опытных строителей и архитекторов. В противоположность этому приводится дизайн УД студенческого общежития. В соответствии с миссией Университета Дейтон (УД), междисциплинарные студенческие команды проводят конструкторские работы и включают направления: машиностроение, строительство и гуманитарные науки. Кроме того, завершенный экодом будет средой для совместной учебы и жизни студентов, в позитивных, экологических и социально сознательных сообществах. Экодом также будет мостом между УД и несколькими партнерами сообщества, в качестве региональной презентации энергоэффективности и практики зеленого строительства для сообщества. Дом будет широко управляем и контролируем студентами и служить живым экспериментом для руководства при разработке будущих поколений экодома УД.

Для достижения чистого нуля использования энергии экодом будет хорошо теплоизолирован и использовать высокоэффективные техники. Задействование геотермальных и солнечных фотоэлектрических источников энергии обеспечит достижение нуля использования энергии. Дождевая вода будет собираться и использоваться для снижения потребления муниципальной воды. Экодом будет построен из экологически чистых материалов.

В данной статье обсуждается использование эскизного проекта сети нуль-энергетичного студенческого общежития, а также завершенный анализ на данный момент. Анализируется использование энергии текущих студенческих общежитий, чтобы обеспечить фундамент для определения возможности экономии энергии. Описано использование подхода «изнутри-наружу» к руководству общей конструкции всей системы. Обсуждается использование метода «изнутри-наружу» в качестве руководства по следующим направлениям: энергия от жизнедеятельности жильцов, приборы и светильники, ограждающие конструкции, системы распределения энергии и первичного оборудования преобразования энергии, что приводит куда как к меньшим энергозатратам, чем в типичном доме. В результате могут быть использованы возобновляемые источники энергии. Описаны требования к конструкциям солнечных тепловых и солнечных фотоэлектрических систем для удовлетворения потребностей в горячей воде и электричестве. Моделируется использование энергии в экодоме по сравнению с использования энергии в существующих домов. Не был выполнен подробный анализ оптимизации затрат, но высветлены важные аспекты УД проекта экодома, который будет осуществляться в будущем.

Исходные данные для текущего дома УД

Для количественной оценки экономии от строительства экодома, студент должен понимать, на что используется энергия в текущих домах. Большинство старшеклассников в университете Дейтона живут в домах, принадлежащих университету. Дома делятся на две категории. Около 90% домов были построены в начале 1900-х. Это старые дома с деревянными рамами, с однопанельными окнами, с отсутствием термоизоляции по периметру, и с недостаточной изоляцией стен и потолков. Поскольку университет заменяет эти старые единицы, то новые дома строятся с деревянными рамами, стеклопакетами, и стекловолоконной изоляцией в стенах и потолках. И старые, и новые дома будут использованы для сравнения с экодомом.

Зданиями практики, описанные ниже, могут быть новые дома. Стены и потолок будут построены из структурных теплоизоляционных панелей (СТП). СТП являются более жесткими и изоляционные чем рамке стены [16]. Предлагаемая структура стены СТП, от внешнего к внутреннему, состоит из внешнего деревянного сайдинга, OSB, пенополистирола, и гипсокартона с внутренней стороны. Предполагая зимние ветровые условия, R-значение для предлагаемой стены СТП составляет около 39 час-фут2-F/ВТЕ. [6].

Изоляция периметра уменьшает теплопередачу от подвала до первого этажа. Экодом будет иметь изолированные, сборные стены подвала с общим R-значением равным 23 час* футов2 *F / БТЕ [19].

Ежемесячные потребления электроэнергии для четырех - пяти человек нового дома показаны на рисунке 1. Модели потребления электроэнергии крайне непостоянны из-за нерегулярного размещения. После поправки на размещение, среднегодовое использование электроэнергии в постоянном пребывании, с учетом работы домашних кондиционеров составляет около 11 400 кВтч.

В домах проводилась инвентаризация электрических приборов и освещения, и контролировалось приблизительное количество рабочих часов. Энергопотребление каждого вида электрооборудования определяли по техническому паспорту, заявленному производителями. Учитывая эти данные, электроэнергия была разделена по использованию оборудования и откалибрована в соответствии с 11400 кВт-ч измерения годового использования электроэнергии (табл. 1). Краткое описание характеристик нового базового дома приведено в таблице 2.

Годовое и пиковое использование энергии в здании в базовом типичном доме было смоделировано ESim (программным обеспечением для моделирования) [8]. ESim имитирует ежечасное использование энергии в здании на основе использования типичных метеорологических данных [9]. Расчеты ESim строит нагрузки теплообмена через ограждающие конструкции, солнечные нагрузки, внутренние источники тепла и влажности, и воздухообмена. ESim подходит для пассивных солнечных, однозональных и больших мультизональных зданий со сложными системами вентиляции и кондиционирования и управления. Вычислительные алгоритмы основаны на фундаментальных термодинамических, психрометрических и теплообменных расчетах. Количество солнечной радиации на поверхности каждого здания вычисляется с использованием модели неба «HDKR ansiotropic» [10]. Энергосберегающие эффекты считаются с помощью передаточной функции и конечно-разностных алгоритмов. Первичная эффективность оборудования учитывает загрузки деталей и условия окружающей среды. Могут быть смоделированы выполнение таких важных систем управления HVAC, как ночной регресс термостатов, циклы экономайзера, графики сброса горячей воды и VAV контроля

.

На рисунках 2 и 3 показаны смоделированное и реальное потребление электроэнергии и природного газа для вновь построенного университетского общежития на пять человек. Фактические данные по использованию электричества не учитывают использование кондиционера в доме, однако моделирование включает в себя кондиционер, так как многие новые дома будут заняты в течение лета и кондиционер будет использоваться. За исключением летнего кондиционирования воздуха, моделирование хорошо откалибровано на фактические данные использования энергии. Имитация потребления электроэнергии составляет 13455 кВт-ч в год с кондиционером и моделируется потребление природного газа 61,2 млн. БТЕ в год, включая отопление и горячую воду.

Подход «изнутри-наружу»

Подход «изнутри-наружу» представляет собой структурированный метод анализа возможностей для повышения энергоэффективности, которая начинается на сосредоточении внимания на возможном использовании энергетических ресурсов и продолжается наружу, к системе распределения и оборудования преобразования энергии. Применение подхода «изнутри-наружу», как было показано, приводит к максимальной экономии при одновременной минимизации себестоимости [11].

Одна из причин успеха подхода «изнутри-наружу» является мультипликативный эффект потери энергии при преобразовании, распределении и использовании. Рассмотрим, например, электрическое устройство, которое обеспечивает 1 кВтч полезной работы. Если прибор на 50% эффективней системы распределения, на 93% эффективней электроэнергии, и на 33% эффективнее электростанции, то для каждой полезной кВтч предоставляемые прибором, количество источников потребляемой энергии составит:

1 кВт / ч (50% х 93% х 33%) = 6,5 кВт

Это означает, что снижение 1 кВт*ч электроэнергии на конце цепочки использования (внутри) приводит к 6,5 кВтч экономии энергии на источнике (снаружи). Таким образом, сводя к минимуму конечное использование энергии, то потери распределения и, наконец, повышение эффективности первичного оборудования преобразования энергии имеет тенденцию к увеличению экономии.

Для концептуального дизайна экодома необходимо обратить последовательно особое внимание на:

Жизнедеятельность жильцов

Приборы и освещение

Ограждающие конструкции (стены, потолки, окна, инфильтрация)

Распределение энергии системы (насосы, вентиляторы, излучающие панели)

Основное оборудование кондиционирования пространства (земляной тепловой насос и т.д.)

Солнечное отопление и системы электричества

Жизнедеятельность жильцов

Предыдущие исследования документально подтвердило, что жизнедеятельность жильцов существенно влияет на энергопотребление в общежитии. Например, проведение конкурсов энергии под эгидой Клуба устойчивости УД, в котором основное внимание сосредоточено на поведении жителей, привело к экономии энергии более чем в 26000$ в течение двух лет [12].

Экодом будет заселен студентами, мотивированных на практике заботиться об экономии энергии. Студенты будут сокращать потребление электроэнергии за счет использования естественного освещения, и выключать свет, компьютеры и телевизоры, когда они не требуется. Таблица 3 показывает приблизительные потребности в электроэнергии с ограничением часов работы приборов и освещения. Результаты показывают, что потребление электроэнергии может быть снижено примерно на 33% по сравнению с 11 389 кВт-ч в год до 7654 кВт-ч в год.

Приборы и освещение

В Соединенных Штатах, бытовое использование электроэнергии составляет 35% от общего потребления электроэнергии. Приборы составляют примерно 60% от этого, поэтому использование энергоэффективных приборов может привести к значительной экономии энергии. Например, компактные люминесцентные лампы экономят до 73% энергии, потребляемой лампами накаливания. Портативные компьютеры сохраняют 70% энергии, потребляемой настольными компьютерами [13]. Холодильники «Energy Star» экономят 50% энергии, потребляемой холодильниками более низкого класса энергосбережения[14]. Таблица 4 показывает прогнозируемые потребление электроэнергии в экодоме с сокращением рабочих часов и использованием энергоэффективных приборов и ламп. Результаты показывают, что потребление электроэнергии может быть снижено до 4997 кВт-ч в год. Это на 35% меньше, чем прогнозировалось потребление электроэнергии из исключительно сокращения рабочих часов и 56% меньше, чем базовое использование электроэнергии.

Ограждающие конструкции экодома

После метода «изнутри-наружу», следующей областью рассмотрения является оболочка здания. Использование природного газа в жилом секторе составляет 21,1% от общего объема использования природного газа в США, и отопление помещений составляет 66% жилых использования газа [15]. Таким образом, отопление помещений является основной целью энергоэффективности. Для уменьшения количества использования энергии на кондиционирование в этом разделе рассматриваются методы снижения тепловых нагрузок. В последующих разделах работа будет направлена на улучшение энергетической эффективности распределения и преобразования энергии системы отопления и охлаждения.

В целях снижения отопительных и холодильных нагрузок, стены, потолки, окна и изоляция по периметру экодома будет иметь высокое тепловое сопротивление. Стены и потолок будут построены из структурных теплоизоляционных панелей (СТП). СТП являются более жесткими и изоляционные чем рамке стены [16]. Предлагаемая структура стены СТП, от внешнего к внутреннему, состоит из внешнего деревянного сайдинга, OSB, пенополистирола, и гипсокартона с внутренней стороны. Предполагая зимние ветровые условия, R-значение для предлагаемой стены СТП составляет около 39 час-фут2-F/ВТЕ [6].

Значительные потери тепла зимой и усиление тепла летом происходит через окна. Кроме того, плохо установленные окна также увеличивают утечки воздуха в и из дома. Экодом будет использовать низкоэмиссионные, заполненные аргоном Tripane SuperSpacer окна, которые имеют в R-значение 4,76 и коэффициент усиления солнечного тепла 0,65 [17].

Дома, построенные с СИП являются гораздо более герметичными, чем обычные каркасные дома, и требуют механической вентиляции для поддержания свежего воздуха в помещениях. ASHRAE рекомендует минимальную скорость вентиляции воздуха около 0,35 в час, чтобы предотвратить накопление загрязнителей воздуха внутри помещений [18]. Экодом будет иметь теплообменник класса "воздух-воздух" для предварительной подготовки наружного воздуха путем обмена энергией между впускными и выпускными потоками воздуха. С получением 0,35 воздухообмена в час, теплообменник будут обеспечивать около 75 кубических футов в минуту с эффективностью теплообменника на 81% [6].

Изоляция периметра уменьшает теплопередачу от подвала до первого этажа. Экодом будет иметь изолированные, сборные стены подвала с общим R-значением равным 23 час* футов2 *F / БТЕ [19].

Распределение температур в системах отопления и охлаждения

Типичное студенческое общежитие УД отапливается печами и охлаждается кондиционерами. В этих домах распределение воздуха, отопление и охлаждение осуществляется с помощью вентилятора, через каналы в кондиционируемом помещении. Этот способ распределения тепла требует больших объемов воздуха и имеет относительно низкую плотность и теплоемкость. Распределение воздушных вентиляторов в домах УД, как правило, составляет около 0,3 л. Предполагая, 0,3 л.с. двигатель на 75% загружен и 80% эффективности, двигатель потребляет около 210 Вт. Общий объем потребления электроэнергии двигателем вентилятора зависит от того, как часто работает вентилятор. Результаты моделирования, которые предполагают падение давления, показывают, что ежегодные затраты электроэнергии для работы вентилятора составляет около 1000 кВт • ч / год, что составляет около 10% всего потребления электроэнергии бытовыми приборами.

Чтобы уменьшить использование энергии в экодоме на распределение, отопление и охлаждение, потоки горячей и холодной воды будут осуществляться через микротрубные маты в потолке. Для уменьшения потерь на трение, панели будут расположены по мере возможности параллельно. Конфигурация трубопроводов будет использовать косвенный возврат для обеспечения равных потоков через каждую панель. Отдельный термостат будет управлять каждой зоной. Предварительные расчеты показывают, что дом нуждается в 75 панелях, и потребность в энергии на накачку, предполагая, непрерывный поток, составит около 120 кВт-ч в год. Например установленные микротрубки показаны на рисунке 4[20].

Вентиляторы на 70% эффективнее, двигатели которых будут потреблять около 380 кВт-ч в год непрерывной работы. Таким образом, общее потребление электроэнергии на распределение будет около 500 кВт-ч в год, что составляет около половины использования энергии на распределение в типичном УД общежитии.

Первичное отопление и охлаждение

Следующий шаг в подходе «изнутри-наружу» заключается в рассмотрении первичного нагрева и охлаждения оборудования. Экодом будет использовать геотермальную энергию, водо-водяной тепловой насос, чтобы обеспечить теплую и прохладную воду для микротрубных панелей. Тепловой насос будет передавать тепло в и из воды, циркулируя через контур заземления, которое представлено в качестве источника тепла зимой и теплоотвода в течение лета. Схема предлагаемой конструкции показана на рисунке 5.

Предварительные расчеты показывают, что температуры работы петель земляного насоса, необходимых для удовлетворения пиков отопительных и холодильных нагрузок являются 84 F и 67 F, соответственно [6]. Расчетный объем расходов через обе петли - 7 галлонов в минуту. Среднегодовая температура почвы для Дейтона, штат Огайо около 50 F. Если предположить, что контур заземления поставляет 42 F жидкости к тепловому насосу в зимний период и 58 F жидкости в течение лета, тепловой насос будет работать со средним КС нагрева около 4,8 и среднее время охлаждения EER составит около 24 (БТЕ / ч) [21].

Солнечные водонагреватели

Подход «изнутри-наружу» был применен и к системе горячего водоснабжения. На внутренней стороне будут расположены эффективные посудомоечные машины. Для стиральных машин предполагается снизить температуру горячей воды на 20%. В системе распределения, температура горячего водоснабжения была сокращена с 60 C (140 F) в типичных УД общежитиях до 48,9 C (120 F). Наконец, солнечные тепловые системы горячего водоснабжения будут основным источником тепла для горячей воды. Дополнительное тепло будет обеспечено электрическими нагревателями сопротивления.

Использование энергии для горячего водоснабжения было смоделировано с помощью программного обеспечения SolarSim [22]. SolarSim использует типичные метеорологические данные [9] для имитации почасовой производительности фотоэлектрических и тепловых солнечных систем. SolarSim использует Хэй, Дэвис, Клухер, Рейндл (HDKR) модель для расчета падающей солнечной энергии на поверхности [10]. Вычислительные алгоритмы основаны на фундаментальных термодинамических, психрометрических и теплообменных расчетах. С использованием SolarSim была разработана солнечная тепловая система с тремя 2-м 2 солнечными коллекторами, которые расположены на южной части крыши с углом наклона 52 градусов от горизонта. Коллекторы [23]] и системные требования к системе показаны на фиг.6.

Результаты моделирования показывают, что 3858 кВт-ч в год 3911 кВт-ч в год электроэнергии необходимой для нагрева воды будет обеспечиваться солнечной системой (рис. 7).

Коэффициент общей солнечной нагрузки будет 99%. Электрические нагреватели сопротивления дают дополнительно 53 кВт-ч в год, для нагрева дополнительного количества горячей воды.

Моделирование потребления электричества

Годовое использование электроэнергии в экодоме было смоделировано с помощью программного обеспечения ESim [8].

Строительные характеристики экодома, используемые в моделировании, представлены в таблице 5.

По оценкам, в экодоме ежегодно использование электроэнергии на приборы освещения составит около 416 кВт / ч в месяц. Предварительные расчеты показывают, что в доме насос будет потреблять около 10 кВт-ч в месяц, а вентиляторы теплообменника класса "воздух-воздух" будут потреблять около 32 кВт-ч в месяц. На основе моделирования SolarSim, вспомогательные использование электроэнергии для горячей воды будет составлять около 4 кВт-ч в месяц. Таким образом, общее внутреннее потребление электроэнергии составит около 462 кВт / ч в месяц.

Используя эти исходные данные и метеорологические данные для Дейтона, штат Огайо, моделирование потребления электроэнергии в экодоме показано на рисунке 8. По оценкам ESim общее использование электроэнергии в экодоме, в том числе на кондиционирование и нагрев горячей воды, составит около 6520 кВт-ч в год.

Моделирование потребления электричества в экодоме по сравнению с потреблением электричества в старых и новых домах базового типа представлены на рисунке 9.

Годовое использование электроэнергии в новом базовом доме 13455 кВт-ч в год, а ежегодное потребление электроэнергии в старом базовом доме 15 581 кВтч в год. Таким образом, экодом будет использовать примерно на 51% меньше электроэнергии, чем новый базовый дом, и примерно на 58% меньше электроэнергии, чем старый дом базовой линии.

Использование природного газа в старых, новых домах базового типа и экодоме показаны на рисунке 10.

Экодом не будет использовать природный газ, по сравнению с 61 млн. БТЕ в год в новом базовом доме и 163 млн. БТЕ в год в старом базовом доме.

Солнечная электроэнергия

Для достижения чистого нуля использования энергии, экодом будет использовать фотоэлектрические солнечные системы (PV) размера для удовлетворения общей потребности в электроэнергии в доме. Когда выходные показатели PV системы превышают потребности дома в электричестве, избыточная электроэнергия будет введена в коммунальные сети и счетчик электроэнергии дома будет работать в обратном направлении. Когда система PV не обеспечивает достаточное количество электроэнергии для дома, экодом будет приобретать необходимое количество электроэнергии от сети.

Фотоэлектрическая система была разработана с использованием программного обеспечения для моделирования SolarSim. На основе этих моделей, была выбрана система с 29-ью 1,26 м2 коллекторами, которые располагаются на южной части крыши с наклоном 33 градуса от горизонта. Характеристики PV [24] и системы, введенные в SolarSim, показаны на рисунке 11.

На основе этого моделирования, выход системы оценивается примерно в 6756 кВтч в год (рис. 12). Это приведет к положительному денежному потоку около $ 22 от электрического оборудования для экодома.

В соответствии с этими моделированиями, экодом будет экономить около 163 млн. БТЕ в год на использование природного газа и 15 581 кВтч в год на электроэнергию по сравнению с старым базовым домом, и 61,2 млн. БТЕ в год на использование природного газа и 13 455 кВт-ч в год электроэнергии по сравнению с новым домом базовой линии. Если предположить, что общая эффективность электрической генерации и распределения составляет 30%, то общий источник экономии энергии в экодоме по сравнению со старым и новым базовыми домами будет около 340 млн. БТЕ в год, и 214 млн. БТЕ в год, соответственно (рисунок 13).

Кроме того, уместно сравнить сокращение выбросов СО2. Местное оборудование генерирует около 2,3 фунта CO2 для каждого кВтч электроэнергии [25]. Предполагая, 10% избыточного воздуха, примерно 113 фунтов CO2 генерируются для каждой млн. БТЕ сжигаемого природного газа. Используя эти цифры, общий выброс CO2 экономии в экодоме по сравнению со старым базовым домом и новым базовым домом составит около 53 713 фунтов в год и 37 964 фунтов CO2 в год, соответственно (рис. 14).

Нынешняя стоимость природного газа в районе Дейтона составляет $ 9,40 за млн. БТЕ и стоимость электроэнергии составляет около $ 0,098 за кВт-ч. Используя эти затраты на единицу, общая экономия расходов на электроэнергию экодома по сравнению со старым и новым базовыми домами составит $ 3009 в год и $ 1902 в год, соответственно (рис. 15).

Выводы и будущие направления

В ответ на глобальные и местные проблемы, Университет Дейтон стремится к созданию сети нуль-энергетичного студенческого общежития, называемым экодомом. Эта статья описывает концептуальный подход к проектированию и его первые результаты. Экодом университета Дейтон будет построен летом 2006 года. Уникальным аспектом экодома является степень участия студентов, в соответствии с миссией Университета Дейтон (УД), междисциплинарные студенческие команды проводят конструкторские работы и включают направления: машиностроение, строительство и гуманитарные науки. Студенты, проживающие в экодоме будут контролировать работу систем, в том числе солнечные системы горячего водоснабжения, солнечные фотоэлектрические системы, системы энергосберегающих приборов и освещения, а также систем отопления и охлаждения. Процесс проектирования производится с помощью подхода «изнутри-наружу».

Для достижения энергоэффективности, жители будут практиковать экологически сознательное поведение. Для дальнейшего снижения потребления электроэнергии, будут использоваться энергосберегающие приборы и освещение. Затраты на кондиционирование уменьшаются за счет высокой изоляции ограждающих конструкций здания и использования теплообменника класса "воздух-воздух". Чтобы свести к минимуму требования распределения энергии, кондиционирование будет осуществляться гидравлической сеточной микротрубной системой. Основное отопление и охлаждение оборудования будет осуществляться за счет работы высокоэффективного земляного теплового насоса. Наконец, дом будет подключен к сети фотоэлектрической системы. Такая конструкция приводит к существенным уменьшениям использования традиционных источников энергии, выбросов СО2 и годовой экономии.

Эта статья описывает использование концептуального подхода для разработки нуль-энергетичного студенческого общежития и предварительные расчеты конструкции. Будущая работа включает в себя более детальное проектирование и анализ затрат. Для поддержки этих усилий будут развиваться лучшие модели теплопередачи через сеточный микротрубный гидравлический контур. Вопрос влажности воздуха в помещениях будет исследоваться в дальнейшем. Будут изучены вопросы использования тепловой массы и ночной вентиляции для снижения стоимости строительства холодильных нагрузок. Наконец, будет проводиться анализ стоимости жизненного цикла для выбора размера компонентов строительных конструкций, оборудования и систем энергоснабжения [26].

Список источников

1. Boyle, Godfrey (ed), 2004, "Renewable Energy: Power for a Sustainable Future", 2nd Ed, Oxford UP.
2. US EPA, 1994, http://www.epa.gov/globalwarming/climate/index.html
3. Seryak, J. and Kissock, K. 2003. "Occupancy and Behavioral Effects on Residential Energy Use" Proceedings of the 2003 American Solar Energy Society Conference. Austin, TX: American Solar Energy Society
4. Hammon, Rob. "The Near-Zero-Energy House". Solar Today. May/June 2005: 22. www.solartoday.org
5. American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers (ASHRAE), 2001. ASHRAE Handbook, Fundamentals
6. Raffio, G. S., Mertz, G. A., Paterra, K. J., King, A. S., 2004. "University of Dayton Eco-house Design" Senior Design Project, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Dayton, Dayton, Ohio
7. Kissock, K., 2004, "Heating and Air Conditioning Student Projects, (http://www.engr.udayton.edu/faculty/jkissock/http/HAC)
8. Kissock, K., 1997. "ESim Building Energy Simulation Software", University of Dayton, Dayton, OH.
9. National Renewable Energy Laboratory (NREL), 1995, "User's Manual for TMY2s", U.S. Department of Energy, NREL/SP-463-7668 http://rredc.nrel.gov/solar/old data/nsrdb/tmy2/
10. Duffie, John A. and Beckman, William A., 1991 "Solar Engineering of Thermal Processes". 2nd Ed, Wiley- Interscience
11. Kissock, K., Bader, W. and Hallinan, K., 2001, "Energy and Waste Reduction Opportunities in Industrial Processes", Journal of Strategic Planning for Energy and Environment, Association of Energy Engineers, Vol. 21, No. 1.
12. Seryak, J, 2004, "Energy Use in UD Campus Housing", Master's Thesis, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, University of Dayton, Dayton, Ohio
13. EPA Energy Star Program, 2005, "Select PC Systems: Desktop vs Laptop", http://www.eu- energystar.org/en/en 022.htm
14. Cavallo, J. and Mapp, J., 2000, "Monitoring Refrigerator Energy Usage", Home Energy Magazine Online May/June 2000, http://hem.dis.anl.gov/eehem/00/000514.html
15. Energy Information Administration (EIA), 2002, "Annual Energy Review 2002", U.S. Department of Energy, www.eia.doe.gov
16. Christian, J., 2004, "The First Attempt at Affordable Zero Energy Houses", Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tenn. www.ornl.org
17. Ellison, T., 2000, Proceedings of ASES Annual Conference Madison, WI, June 2000
18. American Society of Heating, Refrigerating and Air- Conditioning Engineers (ASHRAE), 1989. ASHRAE Standard 62-1989
19. Superior Walls, 2005, "Superior Walls R-5 Foundation", General Specifications, New Holland, Penn, http://www.superiorwalls.com/
20. KaRo, 2005., "Natural Cooling", http://www.naturalcooling.com/
21. Trane, 2005, "GSWD High Efficiency Ground Source Heat Pump", Product and Performance Specifications, http://www.trane.com/
22. Kissock, K., 1997. "SolarSim Solar Energy Simulation Software", University of Dayton, Dayton, OH
23. Novan, 1983, "Optima II Liquid-cooled Flat Plate Solar Collectors", P-01-7-0005 4/83
24. BP Solar, 2003, "High-efficiency photovoltaic module using silicon nitride multicrystalline silicon cells. ", http://www.mrsolar.com/pdf/bp/BP_3160B.pdf
25. National Resources Defense Council (NRDC), 1998, "Benchmarking Air Emissions of Electric Utility Generators in the U.S." www.nrdc.org
26. Christensen, C., Stoltenberg, B., Barker, G., 2003, "An Optimization Methodology for Zero Net Energy Buildings", 2003 International Solar Energy Conference