10226

В топливных элементах может использоваться не только чистый водород, но и другое водородосодержащее сырье, например, природный газ, аммиак, метанол или бензин.

При использовании чистого водорода в качестве топлива продуктами реакции, помимо электрической энергии, являются тепло и вода (или водяной пар), т. е. в атмосферу не выбрасываются газы, вызывающие загрязнение воздушной среды или парниковый эффект.

Топливные элементы можно размещать непосредственно в здании, при этом снижаются потери при транспортировке энергии, а тепло, образующееся в результате реакции, можно использовать для теплоснабжения или горячего водоснабжения здания. Достоинствами топливных элементов являются также доступность топлива, надежность (в топливном элементе отсутствуют движущиеся части) и долговечность.

Внедрение интегрированных экологических систем в жилище, которые представляют собой различные модификации набора функциональных систем, сочетающих сложнейшие технологии и легкость их использования, называемых «умным домом», и служат для повышения комфорта жилой среды (контроль задымления, контроль СО, контроль утечки газа, управление светом, управление отоплением дома и т.д.) с возможностью компьютерного управления [65,66];

Под термином «Умный дом» обычно понимают интеграцию в единую систему управления зданием следующих систем [108]:

-систему отопления, вентиляции и кондиционирования;

-охранно-пожарную сигнализацию, систему контроля доступа в помещения, контроль протечек воды, утечек газа;

-систему видеонаблюдения;

-сети связи (в том числе телефон и локальную сеть здания);

-систему освещения;

-систему электропитания здания (АВР, промышленные ИБП, дизельгенераторы);

-автоматику въездной группы (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов);

61

-телеметрию — удалённое слежение за системами;

-удалённое управление электроприборами, приводами механизмов и всеми системами автоматизации.

На сегодняшний день технологии позволяют строить домашнюю автоматизированную систему на не взаимосвязанных между собой функциях, а выбирать только те, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы невысокой стоимости.

Уже в ближайшей перспективе все большую часть прироста национальных потребностей России в топливе и энергии необходимо будет обеспечивать за счет мероприятий по энергосбережению [30]. В основных положениях Энергетической стратегии России до 2020 года энергосбережение предполагается в основном осуществлять за счет организационных и технологических мероприятий, направленных на более эффективное использование традиционных видов топливно-энергетических ресурсов.

Следует, однако, подчеркнуть, что энергосбережение - это не только внедрение технологий, позволяющих увеличить эффективность использования традиционных энергоносителей, но также и диверсификация энергобаланса за счет использования альтернативных источников энергии.

Традиционная энергетика основана на применении ископаемого топлива, запасы которого ограничены. Она зависит от величины поставок и уровня цен на него, конъюнктуры рынка.

Возобновляемая энергетика базируется на самых разных природных ресурсах, что позволяет беречь невозобновляемые источники и использовать их в других отраслях экономики, а также сохранить для будущих поколений экологически чистую энергию [99].

К возобновляемым источникам энергии относятся:

-солнечное излучение (гелиоэнергетика);

-энергия ветра (ветроэнергетика);

-энергия рек и водотоков (гидроэнергетика);

-энергия приливов и отливов;

62

-энергия волн;

-геотермальная энергия;

-рассеянная тепловая энергия: тепло воздуха, воды, океанов, морей и водоемов;

-энергия биомассы, куда в свою очередь относятся:

-растительная биомасса, образуемая на основе фотосинтеза и включающая различные виды растений;

-биомасса животного происхождения, представляющая отходы жизнедеятельности и переработки животных, включая птицеводство;

-торф (согласно международной классификации торф относится к растительной биомассе);

-бытовые отходы антропогенной деятельности (органического состава);

-органические отходы целлюлозно-бумажной, деревообрабатывающей и лесной промышленности, лесозаготовок.

Все это многообразие можно свести к трем глобальным видам источников:

-энергия Солнца;

-энергия Земли;

-энергия орбитального движения планет.

В свою очередь возобновляемые источники энергии делятся на группы [99]: 1) Нетрадиционные возобновляемые источники энергии 1-й группы (НВИЭ-1), куда входят: энергия солнца, ветра, геотермальная энергия и др.;

2) Нетрадиционные возобновляемые источники 2-й группы (НВИЭ-2) куда входят биомасса, продукты ее переработки, бытовые отходы и др.

В понятие нетрадиционные возобновляемые источники энергии не входят возобновляемые источники энергии, получаемые за счет крупных гидроэнергетических установок (гидроэлектростанции большой мощности) в отличие от гидроэнергии, используемой за счет малых рек и водотоков.

Использование солнечной энергии для теплоснабжения является одним из наиболее перспективных направлений использования возобновляемых источников энергии. Солнечные водонагревательные установки имеют наименьшие сроки

63

окупаемости из всех видов НВИЭ. Они технически несложны и обеспечивают хорошие экологические показатели.

Попель О.С. (Институт высоких температур Российской академии наук) считает, что в климатических условиях средней полосы России солнечные водонагревательные установки могут эффективно использоваться различными потребителями в бытовых целях в течение 6- месяцев в году (март/апрель - сентябрь). В этот период времени, например, в Нижнем Новгороде, из 183 календарных дней с помощью той же СВУ возможно получение теплой воды (37° С) в течение около 100 дней, а в летние месяцы - около 60 дней из 92. Для нагрева 100 л воды солнечная установка должна иметь 2-3 м солнечных коллекторов. Такая водонагревательная установка в летнее время обеспечит ежедневный нагрев воды до температуры не менее 45° С с вероятностью не менее

70-80% [12].

При анализе интенсивности использования солнечной энергии имеют значение данные о количестве солнечной радиации, поступающей на горизонтальную и вертикальную поверхности, условиях облачности.

Актуальной задачей для российской гелиоэнергетики является по существу воссоздание нормативно-информационной базы. Государственные стандарты на конструкции и испытания СК устарели и не соответствуют современным требованиям, например, европейским нормам EN 12975. Нормы проектирования гелиоустановок необходимо кардинально переработать [100].

Развитию российской гелиоэнергетики будет способствовать и реализация проекта “ Энергетическая политика в области ВИЭ” в рамках энергетического сотрудничества Евросоюза и России. Для апробации мероприятий этого проекта на региональном уровне выбран Краснодарский край [105].

Инженерно - экологическая оценка ветровой энергии производится с учетом данных о направлении ветра, распределении его скорости по времени и высоте, влияния региональных факторов (рельеф, микрорельеф, строящиеся здания). Для строительства зданий, использующих энергию ветра, благоприятна скорость ветра 3...10 м/с при повторяемости около 60...90%. Велико влияние на скорость ветра

64

рельефа местности, особенно на небольших высотах над поверхностью земли. Так, поправочный коэффициент при скорости ветра 3...5 м/с для открытого ровного места составляет 1, для открытых возвышенностей — до 1,6... 1,7, для дна не продуваемых ветром лощин - 0,6 и менее.

Энергетика земли (геотермальная энергетика) базируется на использовании природной теплоты Земли. Недра Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии.

Схема геотермального отопления имеет ряд весомых положительных характеристик. Доказано, что выделение энергии в разы превышают расходы на электричество для работы насоса. Затрачивая один киловатт электроэнергии, получают от трех до пяти киловатт тепла [99].

К тому же уровень экологической безопасности такого проекта значительно выше всех иных теплосистем. Такое отопление не производит выбросов, которые так негативно влияют на окружающую среду.

Для работы этой системы не нужно топливо или дополнительные химические вещества, что делает её абсолютно безопасной и для хозяев самого дома, и для водоёма, если он используется. В работе этой отопительной системы исключён риск взрыва или возгорания.

Существует три основных принципа работы системы геотермального отопление:

-Первый вариант позволяет использовать тепловую энергию глубоких грунтовых вод. Эта вода достигает высоких температур, а тепловой насос, который поднимает её на поверхность, ещё и нагревает. После этого вода проходит через теплообменник, где отдаёт основное количество своей энергии. Такой тип геотермального отопления выгодно применять в индивидуальных жилых домах, так как получение необходимого количества тепла не требует дополнительных затрат, что приводит к снижению сроков окупаемости установки.

-Следующий способ требует дополнительных затрат. В глубину грунта, которая достигает семидесяти пяти метров и более, спускают резервуар с антифризом. Он нагревается там и поднимается с помощью теплового насоса к теплообменнику. После того, как энергия отдаётся теплообменнику, антифриз спускается обратно в

65

резервуар шахты. Такой тип геотермального отопления выгодно применять в многоэтажных жилых домах и районах, так как, те средства, затраченные на установку дополнительного оборудования не значительны, по отношению к массовости использования геотермальной энергии, что так же приводит к снижению сроков окупаемости установки.

- Третий принцип не нуждается в установке грунтовой шахты. Он подходит для обогрева зданий, которые имеют выход к водоёмам. В таком случае от теплообменника по дну водоёма устанавливаются горизонтальные зонды, которые поглощают и трансформируют тепло воды на дне.

ВРоссии развитие геотермальной энергетики имеет достаточно давнюю историю, и по ряду позиций мы находимся в числе мировых лидеров, хотя в общем энергобалансе огромной страны доля геотермальной энергии пока ничтожно мала.

Независимость НВИЭ от топлива обеспечивает энергетическую безопасность страны и стабильность цен на электроэнергию НВИЭ экологично чисты: при их работе практически нет отходов, выброса загрязняющих веществ в атмосферу или водоемы. Отсутствуют экологические издержки, связанные с добычей, переработкой и транспортировкой ископаемого топлива [105].

Вбольшинстве случаев электростанции легко автоматизируются и могут работать без прямого участия человека.

Использование вторичной энергии и биоэнергии имеет место независимо от внешних условий и определяется замыслом проектировщика.

Втехнологиях возобновляемой энергетики реализуются новейшие достижения многих научных направлений и отраслей: метеорологии, аэродинамики, электроэнергетики, теплоэнергетики, генераторо- и турбостроения, микроэлектроники, силовой электроники, нанотехнологий, материаловедения и т. д. Развитие наукоемких технологий позволяет создавать дополнительные рабочие места за счет сохранения и расширения научной, производственной и эксплуатационной инфраструктуры энергетики, а также экспорта наукоемкого оборудования.

66

Например, Российские ученые Научного центра прикладных исследований Объединенного института ядерных исследований (г. Дубна Московской обл.) провели презентацию звездной батареи, не имеющей аналогов в мире. Звездная батарея работает круглосуточно, выдаваемая мощность с 1 м составляет 600 Вт, при мощности солнечного излучения 1300 Вт/м. КПД звездной батареи составил 54% энергии видимого излучения и 31% - невидимого спектра. Такой прорыв в области фотоэлектричества будет стимулировать строительство автономных энергосберегающих зданий [60].

Увеличение доли НВИЭ в энергобалансе страны предусмотрено Энергетической стратегией России. Для достижения этой цели необходима законодательная база, которая создавала бы стимулы, как для производителей оборудования, так и для потребителей НВИЭ, так же ряд мер необходимых для стимулирования НВИЭ в России:

-Декларация государством поддержки НВИЭ;

-принятие регламентов о приоритетности принятия НВИЭ в сети, их субсидировании, оплате повышенных издержек;

-принятие документов по поддержке ввода и эксплуатации генерации на НВИЭ;

-сертификация - «зеленые стандарты»;

-налоговые льготы и отсрочки;

-компенсация стоимости оборудования.

Перспектива развития энергоэффективного строительства неотъемлемо связанно с развитием НВИЭ. Строительство и эксплуатация здания должны способствовать развитию технологий, связанных с использованием окружающей среды. Строительство энергоэффективного жилья с НВИЭ является актуальным для России, так как при большом потенциале развития, уровень внедрения остается минимальным. Поэтому необходимо интенсифицировать работы по внедрению для отопления, вентиляции и кондиционирования зданий машин и устройств, которые могут уменьшить энергопотребление при сохранении комфортных условий.

67

Список использованных источников

Нормативные правовые акты

1. Российская федерация. Закон. Об энергосбережении №28-ФЗ [Текст] : федер. закон : [принят Гос. Думой 3 апреля 1996. : одобр. Советом Федерации 20 марта 1996 г.]. – ( Актуальный закон.)– М. : Кремль, 1996.

Стандарты

2.ГОСТ Р 54964–2012 Оценка соответствия. Экологические требования к объектам недвижимости. – М. : Стандартинформ, 2012.

3.ГОСТ 51597-2000 Нетрадиционная энергетика. Модули солнечные фотоэлектрические. Типы и основные параметры. – М. : Стандартинформ, 2000.

4.СНиП 31-01-2003 Здания жилые многоквартирные. – М. : Москва, 2003.

5.СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий. – М. : Москва, 2004.

6.СП 23-101-2004 Проектирование тепловой защиты зданий. Свод правил по проектированию и строительству. – М. : Госстрой России, ФГУП ЦПП. - 2004.

7.СП 23-102-2003 Естественное освещение жилых и общественных зданий. Свод правил по проектированию и строительству. – М. : Госстрой России, ФГУП ЦПП. -

2003.

8.СТО НОСТРОЙ 2.35.68–2012 « Зеленое строительство». Здания жилые и общественные. Учет региональных особенностей в рейтинговой системе оценки устойчивости среды обитания. – М., 2011.

9.СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011 « Зеленое строительство». Здания жилые и общественные. Рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания. – М.,

2011.

10. ТСН 23-301-97 (ТСН 31-301-96 НН) Строительная климатология для пунктов Нижегородской области. – Н.Новгород. : Комитет архитектуры и градостроительства, 1997.

68

Диссертации

11.Молодкин, С.А. Принципы формирования архитектуры энергоэффективных высотных зданий: дис. канд. арх.: 18.00.02/Молодкин Сергей Александрович. М., 2009. - 142с. - ил.

12.Подолян, Л.А. Энергоэффективность жилых зданий нового поколения: дис. канд. т. н. 05.23.01/Подолян Леонид Алексеевич. - М., 2005.

13.Афанасьева, O.K. Архитектура малоэтажных жилых домов с возобновляемыми источниками энергии: автореф. дис. канд. арх.: 04.200.905331/Афанасьева Ольга Константиновна. - М., 2009. - 20 с.

Книги

14. Аверьянов, В.К., Чистович С.А. и др. Энергосберегающие системы теплоснабжения зданий на основе современных технологий и материалов

: альбом/ В. К. Аверьянов, С.А. Чистович; под общей научной редакцией С.А.Чисговича.- 2-е изд., испр. и доп. - СПб.: АЦТЭЭТ, 2003. – 147 с.: ил.

15.Бархин, Б.Г. Методика архитектурного проектирования: учебно-методическое пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. / Б.Г.Бархин. -М.: Стройиздат, 1982.- 224с., - ил.

16.Беляев, B.C., Хохлова, Л.П. Проектирование энергоэкономичных и энергоактивных гражданских зданий : учеб. пособие для студ. вузов по спец. «Промышленное и гражданское строительство» /В.С. Беляев, Л.П. Хохлова. –

Москва: Высш. шк., 1991. -255 с.: ил.

17.Беляев, B.C. и др. Проектирование энергоэкономичных и энергоактивных

гражданских зданий / . B.C. Беляев и др. - М.: Высшая школа, 1991. - 254 с. 18. Богуславский, Л.Д. Энергосбережение в системах теплоснабжения,

вентиляции и кондиционирования воздуха : справ. пособие/ Л.Д. Богуславского;

под общ. ред. В.М. Ливчака. - М.: Стройиздат, 1990 - 621 с.

19. Данилевский, Л.Н. Принципы проектирования и инженерное оборудование энергоэффективных жилых зданий / Л. Н. Данилевский. – Москва: Бизнесофсет., 2011.- 375 с.

69

20.Дмитриев, А. Н., Табунщиков, Ю. А., Ковалев, И. Н., Шилкин, Н. В. Руководство по оценке экономической эффективности инвестиций в энергосберегающие мероприятия / А. Н. Дмитриев, Ю. А. Табунщиков, И. Н. Ковалев, Н. В. Шилкин. – М.: АВОК-ПРЕСС, 2005. – 120 С.

21.Куприянов, В.Н. Строительная климатология и физика среды : учебное пособие / В.Н.Куприянов. - Казань: КГАСУ, 2007. - 114 с.

22.Маркус, Т.А., Моррис, Э.Н. Здания, климат и энергия / Т.А.Маркус,

Э.Н.Моррис. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 542 с.

23. Мелюшев, В.В. и др. Автоматизированный расчет размеров оконных проемов гражданских зданий с учетом требований освещенности и минимальных теплопотерь помещений/ В.В. Мелюшев и др. – Челябинск: Дальнаука, 1986. - 70 с.

24.Михеев, А.П., Береговой, A.M., Петрянина, JI.H. Проектирование зданий и застройки населенных мест с учетом климата и энергосбережения : учебное пособие

/А.П. Михеев, А.М. Береговой, Л.Н. Петрянина. -3-е изд. перераб.и доп. - М.: Издательство АСВ, 2002. -192с.

25.Новиков, В.А. Архитектурная организация сельской среды: учеб. Пособие / В. А.Новиков. -М.: Архитектура, 2006. -376с. - ил.

26.Оболенский, Н.В. Архитектура и солнце / Н.В.Оболенский. - М.: Стройиздат,

1988. - 207с.

27.Потапова, Т.А., Нестер, Е.В. Территориальный комплекс как объект оценки энергоэффективности : труды Братского государственного университета / Т.А. Потапова, Е.В. Нестер. – Новосибирск: Дальнаук, 2010. - С. 332. - Т. 2.

28.Потапова, Т.А., Нестер, Е.В. Критерии оценки энергоэффективности градостроительного комплекса // Там же. С. 125-128.

29.Потапова, Т.А. Здание как единая энергетическая система // Там же. С. 102-

105.

30.Пуховский, А.Б. Многоэтажные высотные здания/ А.Б. Пуховский, В.М. Арефьев. -Москва: Стройиздат, 1997.

31.Свенссон, Р. Социальное планирование в градостроительной практике / Р. Свенссон. – Москва: Стройиздат, 1991.

70