Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Опыт проектирования и строительства автономных энергоэффективных жилых домов усадебного типа. Современное состояние вопроса и задачи исследования . 13
1.1. Современные тенденции в проектировании и строительстве малоэтажного сектора. 13
1.2. Современные инженерно-технические системы на основе солнечной радиации в жилищном строительстве. 18
1.3. Оценка возобновляемых источников энергии (ВИЭ) юга России. 24
1.4. Развитие и анализ российских и европейских строительных норм по энергоэффективности зданий . 32
1.5. Развитие отечественных энергоэффективных зданий. 37
1.6. Комплексный подход к проектированию и строительству автономных энергоэффективных зданий усадебного типа. 42
1.7. Вывод из обзора литературы, задачи исследования. 52
Глава 2. Применение и обоснование эффективных объемно планировочных и конструктивных решений экспериментального жилого дома . 54
2.1. Современные требования и обоснование объемно-планировочного решения автономного энергоэффективного жилого дома усадебного типа. 54
2.2 Создание эффективных конструктивных решений офаждающих конст рукций экспериментального дома. 59
2.3 Теоретические и экспериментальные исследования стеновой офаждающей конструкции . 64
2.3.1. Изготовление, подготовка и проведение испытаний стеновой офа-ждающей конструкции. 64
2.3.2. Методика испытаний, аппаратура и оборудование. 69
2.3.3. Проведение испытаний и обработка результатов стеновой офаж-дающей конструкции. 74
2.3.4. Анализ влажностного состояния конструкций, оценка несущей способности. 83
2.3.5. Технико-экономическая оценка результатов исследований. 93
2.4. Расход тепловой энергии на отопление экспериментального здания за отопительный период и выбор системы климатизации. 98
2.5. Выводы по главе 2. 101
Глава 3. Проектирование экспериментального здания с активной солнечной системой на основе фотоэлектрических солнечных модулей . 102
3.1 Применение фотоэлектрических систем в жилищном строительстве. 102
3.2 Расчет эффективной мощности фотоэлектрического солнечного модуля (ФСМ) по освещенности . 103
3.3 Математическая модель положения солнца над горизонтом. 114
3.4 Статистическое моделирование параметров ФСМ от времени светового дня. 116
3.5 Оценка КПД ФСМ и обоснование составляющих элементов автономной системы энергоснабжения (АСЭ). 125
3.6 Моделирование ФСМ в годовом цикле для климатических условий г. Краснодара. 127
3.7 Выводы по главе 3. 130
Глава 4. Функционально-стоимостной анализ экспериментального «солнечного» здания усадебного типа с автономной системой энергоснабжения . 131
4.1 Анализ автономного потребителя и выбор системы климатизации здания. 131
4.2 Подбор элементов автономной системы энергоснабжения (АСЭ) экспериментального жилого дома, срок окупаемости. 135
4.3 Принцип и схема работы активной солнечной системы здания и стоимостной анализ фотоэлектрической составляющей . 140
4.4 Выбор и обоснование элементной базы энергообеспечения дома 144
4.5 Выводы по главе 4. 147
Заключение 148
Список использованной литературы
- Развитие и анализ российских и европейских строительных норм по энергоэффективности зданий
- Теоретические и экспериментальные исследования стеновой офаждающей конструкции
- Расчет эффективной мощности фотоэлектрического солнечного модуля (ФСМ) по освещенности
- Принцип и схема работы активной солнечной системы здания и стоимостной анализ фотоэлектрической составляющей
Введение к работе
з 1.
1.1 Актуальность темы диссертации. В настоящее время в строительной индустрии России важнейшей задачей является эффективное использование топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и произведенной энергии, а не наращивание объемов их добычи и производства. Ресурс повышения энергоэффективности в России в 3-4 раза больше ресурса наращивания производства первичных энергоносителей. Комплекс национальных программ, направленных на решение данной проблемы, согласно которым энергоемкость российской экономики к 2020 году должна быть снижена на 40 % по сравнению с 2007 годом и выбросы парниковых газов сокращены на 50-80% к 2050 году по сравнению с уровнем 1990-х годов, требует конкретных предложений по разработке энергоэффективных мероприятий.
Основной причиной расточительства ТЭР в нашей стране является неэффективное использование энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве, в строительстве и промышленности. Потенциал энергосбережения в России в различных секторах экономики составляет около 40% современного энергопотребления, или 360-435 млн. т.у.т. При этом 205-250 млн. т.у.т. сосредоточено в промышленном и жилищно-строительном комплексе.
Энергопотребление в России на один квадратный метр жилья за год составляет около 400 кВт-ч/ії2 -год в многоквартирных домах И ОКОЛО 600 кВт-чl{i2-год^ в частном секторе, против энергопотребления в западных странах, со схожим климатом, в обычных домах - 120-150 кВт-ч/іі2 -год. Низкая эффективность использования энергии является причиной высоких цен на услуги ЖКХ и ведет к снижению экономической доступности жилищно-коммунальных услуг. Тарифы на услуги ЖКХ в России в 2009 году выросли в среднем на 22-23%, а в 2010-2011 планируется дальнейшее повышение в соответствие с государственной стратегией, направленной на достижение «равной доходности» с экспортными поставками. Многие регионы нашей страны уже крайне энергодефицитны, о чем свидетельствуют трудности при присоединении объектов нового строительства по причине отсутствия мощностей и значительной перегрузки трансформаторных подстанций и электрических сетей. Аварии на Чернобыльской АЭС и Сая-
4 но-Шушенской ГЭС, «газовый конфликт» между Украиной и Россией заставили задуматься о целесообразности крупной централизованной энергетики.
Таким образом, возникает необходимость в развитии малой энергетики, а именно, в разработке автономных систем энергоснабжения (АСЭ) жилых зданий на основе возобновляемых источников энергии. При этом внедрение малой энергетики целесообразно в малоэтажный сектор, что обеспечит рационально-экологическое и ответственное использование ТЭР.
В связи с вышеизложенным, работы, направленные на снижение эксплуатационных расходов для строящихся и существующих жилых зданий и внедрение в практику строительства возобновляемых источников энергии (ВИЭ), представляются актуальными и имеют большую научно-техническую и практическую ценность.
Цель исследования - обоснование и применение на основе комплексных исследований эффективных архитектурно-планировочных и конструктивных решений энергоэффективных жилых зданий на примере дома усадебного типа с автономной системой энергоснабжения (АСЭ) на основе солнечной энергии в климатических условиях юга России.
Задачи исследования. В соответствии с поставленной целью необходимо было решить комплекс задач:
выявить преимущества малоэтажной застройки с использованием пассивных и активных гелиосистем и их перспективы применения в климатических условиях юга России;
провести анализ распределения целесообразного использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), применимых в условиях юга России, с целью выбора альтернативного источника энергии для энергоснабжения зданий;
систематизировать и разработать методологические принципы комплексного подхода к оптимизации энергосберегающих мероприятий и технических решений для применения при проектировании и строительстве автономных ресурсосберегающих домов усадебной застройки;
разработать объемно-планировочные и конструктивные решения, повышающие энергоэффективность малоэтажного здания, с учетом местных климатических и региональных условий строительства;
выполнить теоретические и экспериментальные исследования комплекса свойств наружных ограждающих конструкций, изготовленных с использованием современных эффективных теплоизоляционных материалов;
определить потребность в тепловой энергии на отопление здания за отопительный период с целью выбора мощности системы климатизации (на примере жилого дома усадебного типа в п. Черноморском Краснодарского края);
провести экспериментальные исследования фотоэлектрического солнечного модуля (ФСМ) с целью построения годовой модели выдаваемой мощности для разработки автономной системы энергоснабжения (АСЭ) зданий на основе солнечной радиации в климатических условиях Краснодарского края;
разработать и провести функционально-стоимостной анализ АСЭ экспериментального дома с учетом энергетической нагрузки автономного потребителя и провести технико-экономическую оценку характеристик ФСМ, используемых в жилищном строительстве, для нахождения оптимального значения КПД.
Объектом исследования являются малоэтажные жилые дома усадебного типа.
Предметом исследовании являются методы и способы объемно-планировочных и конструктивных решений, обеспечивающие повышение тепловой эффективности здания; разработка АСЭ с использованием фотоэлектрических солнечных модулей с целью придания зданию статуса «автономности».
Методы исследований. В работе использован комплекс методов, включающий экспериментальные исследования, компьютерное моделирование, математическое моделирование с элементами математической статистики, функционально-стоимостной анализ.
1.7Научная новизна работы включает в себя следующее: 1) теоретическое, экспериментальное обоснование и подтверждение целесообразности создания автономного энергоэффективного жилого дома усадебного
6 типа с учетом использования солнечной энергии в климатических и региональных условиях юга России, в частности, Краснодарского края;
обоснование и применение наиболее рациональных объемно-планировочных и конструктивных решений энергоэффективного дома;
описание экономически целесообразного технического решения стеновой ограждающей конструкции с железобетонным сердечником, не являющегося «теплопроводным включением», обеспечивающего необходимые прочностные качества здания;
испытание и моделирование фотоэлектрической составляющей автономной системы энергоснабжения (АСЭ) экспериментального дома в климатических условиях Краснодарского края;
описание методики функционально-стоимостного анализа АСЭ, определяющего необходимое число элементов системы энергоснабжения для устойчивого обеспечения электроэнергией автономного энергоэффективного жилого дома усадебного типа.
1.8 На защиту выносятся:
результаты анализа распределения возобновляемых источников энергии на территории Краснодарского края;
результаты систематизации оптимальных энергосберегающих мероприятий и технических решений для применения при проектировании и строительстве жилых зданий усадебного типа с пониженным энергопотреблением в отопительный период;
результаты обоснования объемно-планировочных и конструктивных решений энергоэффективного жилого дома усадебного типа;
результаты теоретических и экспериментальных исследований теплотехнических свойств стеновой ограждающей конструкции с железобетонным сердечником, не являющимся «теплопроводным включением»;
результаты экспериментального исследования и моделирования фотоэлектрического солнечного модуля в годовом цикле для климатических условий г. Краснодара;
результаты оценки энергопотребления экспериментального энергоэффективного здания в годовом цикле;
результаты функционально-стоимостного анализа автономной системы энергоснабжения экспериментального дома и технико-экономической оценки характеристик фотоэлектрических солнечных модулей, используемых в жилищном строительстве.
1.9 Достоверность результатов диссертационных исследований обеспе
чивается использованием при испытаниях аппаратуры и оборудования, соответ
ствующих требованиям нормативных документов, хорошим совпадением изме
ренных в эксперименте и полученных расчетов параметров конструкций; боль
шим объемом выборок, использованных при статистической обработке экспери
ментальных данных.
1.10 Практическая ценность работы. Разработаны эффективные ограж
дающие конструкции, обоснованы ресурсосберегающие мероприятия по форми
рованию архитектурно-конструктивных решений зданий, и запроектирована
АСЭ дома, обеспечивающая устойчивое энергоснабжение автономного энерго
эффективного жилого дома в климатических условиях Краснодарского края.
7.77 Реализация научных исследований.
1) Исследования проводились в рамках программы департамента по вопросам топливно-энергетического комплекса в области энергосбережения и использования ВИЭ для строительства экологически чистых селитебных территорий Краснодарского края.
2) Основные положения диссертационной работы использованы для проектирования и строительства энергоэффективных жилых домов с применением автономных систем энергоснабжения на основе ВИЭ Краснодарской региональной общественной организацией «Союз архитекторов России» (КРОСАР) и приняты к внедрению ООО «Архитектурно-строительной проектной мастерской» г.Краснодар, и ООО «Специальные технологии» г. Екатеринбург.
7.72 Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:
на общем собрании Краснодарской региональной организации «Союза архитекторов России» (КРОСАР);
на заседаниях кафедры «Архитектуры гражданских и промышленных зданий и сооружений» ГОУ ВПО Кубанского государственного технологического университета и кафедры «Архитектуры гражданских и промышленных зданий» ГОУ ВПО Московского государственного строительного университета.
1.13 Публикации результатов диссертации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 работ, в том числе 3 статьи в журнале, рекомендуемом ВАК, и получен патент РФ на полезную модель.
1.14 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы, включающего 116 наименований источников, и 7 приложений. Основной текст работы изложен на 150 страницах, включая 42 рисунка и 27 таблиц.
Развитие и анализ российских и европейских строительных норм по энергоэффективности зданий
В настоящее время исследователями установлено, что важнейшим фактором, определяющим здоровье человека, является среда жизнедеятельности. Среда жизнедеятельности - это комплекс объектов и систем, которая должна обеспечивать комфортное существование человека на протяжении всей жизни. Она включает не только материальную среду, но и экологический, политический, социально-психологический, медицинский и экономический факторы.
В зависимости от специальности, образа жизни, рода деятельности человек ежесуточно может находиться в помещении, т.е. в окружении строительных материалов, до 20 часов. Влияние строительных материалов оказывает существенное значение на продолжительность жизни, на самочувствие, трудоспособность, продолжение рода и т.д. Основные факторы, влияющие на здоровье человека следующие: состояние среды обитания человека - 40%, образ жизни - от 20 до 50%, генетические факторы - от 15 до 22%, уровень медицины - от 7 до 12% [8]. Поэтому в настоящее время необходим поиск рациональных решений, включающих вопросы производства, эксплуатации и утилизации строительных материалов, а также проектирования зданий и сооружений с энергетической точки зрения, удовлетворяющих концепции устойчивого экологического развития.
Проживание людей в больших городах (мегаполисах), с однообразной застройкой, может стать источником морального и физического дискомфорта. Статистика свидетельствует о нарастании в связи с этажностью различных болезней на основе стресса. Монотонность и механичность облика многоэтажного города может вызывать острое голодание психики (сенсорное голодание). Напротив, насыщенность зрительной информацией, ее художе 14 ственная слаженность многократно расширяет способности воображения, а значит, и способности вообще воспринимать содержательную информацию, что осуществимо в малоэтажной застройке. Многоэтажные жилые дома, послужившие для своего времени выходом из жилищного кризиса в нашей стране, в настоящее время не отвечают современным тенденциям.
В развитых западных странах в конце 70-х годов 20 столетия возникла идея создания экологических городов — экополисов (малоэтажных поселений). При проектировании и строительстве экополисов в городскую застройку максимально включали элементы природного окружения. На основе анализа ряда робот (Черешнева И.В., Колесниковой Т.Н., Копсовой Т.П., Буровой Т.Ю., Иовлева В.И., Меренкова А.В., Передельского Л.В., Приход-ченко О.Е., Козачун Г.У., Смык О. Г., Усова Я.Ю., и др.) выявлены принципы формирования экологичного многофункционального малоэтажного жилища, являющегося перспективным направлением для возведения жилых комплексов в нашей стране в рамках концепции устойчивого экологического развития [9-16]. Идея создания экополисов навстречу мегаполисам спровоцировало биоклиматическую научную теорию, сформулированную в конце 20 века Кен Янгом [17]. Применение ВИЭ, использование дождевой воды, применение озелененных лоджий и внутренних дворов, строительство из перерабатываемых материалов и т.д. - основные постулаты биоклиматической теории.
В последнее время малоэтажная застройка усадебного типа в городе и за его пределами становиться одним из самых массовых объектов архитектурной деятельности в нашей стране. Проблема развития массового малоэтажного строительства в городской среде опирается на социально-политический и экономический факторы. К решению вопросов качественной планировки населенных мест надо подходить с государственных позиций и учитывать развитие на ближайшие и более отдалённые периоды, с целью ориентации генеральных планов городов и поселений на высокоплотную малоэтажную застройку. При этом существенно сокращаются расходы и сроки на проектирование и строительство зданий, а также эксплуатационные расходы, по сравнению с многоэтажной застройкой.
При рассмотрении характерных четырех периодов развития индивидуального малоэтажного сектора в советской архитектуре [18] делается вывод, что преимущество получило полносборное типовое жилищное строительство, тогда как малоэтажное - признано было нерентабельным.
Начиная с 90-х годов прошлого столетия отмечается положительная тенденция увеличения ввода индивидуальных жилых домов почти во всех субъектах Российской Федерации. Например, в 2005 году объем ввода малоэтажного жилья в целом по России составил 17,57 млн.кв.м. -40 % от общего ввода, в 2006 году - 19,8 млн. кв.м. На юге нашей страны широко развернуто индивидуальное жилищное строительство малоэтажного сектора, особенно в Краснодарском и Ставропольском краях, в Астраханской и Ростовской областях, в Дагестане и Карачаево-Черкесской Республиках, что в 2,5 раза больше чем 15-20 лет назад (рис 1.1) [19-20]. Подавляющее большинство индивидуального жилья на юге страны составляют одно- и двухэтажные дома, выполненные из мелкоштучных материалов.
Теоретические и экспериментальные исследования стеновой офаждающей конструкции
До середины 90-х годов прошлого столетия в практике строительства и эксплуатации отечественных зданий и сооружений был узаконен непроизводительный расход энергетических ресурсов на поддержание необходимых параметров микроклимата помещений. Существенные энергетические потери наблюдались при производстве строительных материалов и изделий. Основным глобальным фактором являлась невысокая стоимость энергетических ресурсов в нашей стране. Дешевая энергия поощряла такие явления как низкий контроль за ее эффективным использованием, недостаточный учет вопросов энергосбережения при нормировании и проектировании объектов строительства, низкое качество строительно-монтажных работ и, как следствие, покрытие недостатков проекта излишними расходами тепловой энергии на отопление зданий.
Нормативная основа по тепловой защите зданий в России развивалась с 1921 года. Нормы по теплотехники претерпели с этого периода времени свыше десяти редакций, связанных с изменением технического уровня строительства в стране. До конца 80-х годов, приоритетным направлением было минимизации капитальных затрат и нисколько не учитывались эксплуатационные расходы, посколысу топливо было дешевым. Распространенное в городах централизованное теплоснабжение обеспечивало теплом здания практически бесплатно. Нормативная база, существовавшая в то время, отвечала исключительно вопросам гигиены, безопасности и экономии строительных материалов.
В начале 90-х годов наша страна перешла к рыночной экономике и, как следствие, значительный рост цен на энергоресурсы внутри страны. Было очевидным, что страна в значительной мере расточительно расходует свои энергетические ресурсы на поддержание требуемого микроклимата в зданиях, и что доля эксплуатационных расходов на отопление зданий относительно велика. В связи с этим, в стране были приняты законодательные акты, направленные на энергосбережение и эффективное использование энергии, были разработаны новые территориальные нормы и произведены изменения в существующие строительные нормы.
В новых условиях Госстрой РФ занял активную позицию по вопросам энергосбережения в зданиях. Это нашло свое отражение в решениях Коллегии Госстроя, проведенной в конце 1993 года. В 1995 году Госстрой РФ своим постановлением № 18-81 от 11.08.95 г. принял и ввел в действие новые нормативные требования к теплозащитным качествам наружных ограждающих конструкций зданий, согласно которым требования по сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций жилых и общественных зданий к 2000 г. были повышены в 2,5-3 раза. В 1998 году были уточнены требования к свегопрозрачным ограждениям. В связи с этим, разрабатывались новые энергетических принципы нормирования параметров зданий [46].
Большой вклад в развитие и внедрение новой идеологии нормирования зданий с энергетической точки зрения, совместно с Центром по энергетической эффективности и Комитетом по защите природных ресурсов, проведен автором в работах [1,47-51]. Апробирован новый «энергетический принцип» так называемый потребительский подход. В результате исследований установлено, что относительно простое потребительское требование может быть определено всего по одному параметру - удельной потребности в тепловой энергии на отопление здания по отношению к ГСОП. Внедрение в нормы «энергетических принципов» последовательно по времени разделяется на четыре этапа [51].
С 1998г. по 2003 г. с привлечением региональных специалистов разработаны и внедрены в 46 регионах РФ территориальные нормы. И, наконец, на основе полученного опыта в 2003г. был разработан и внедрён новый СНиП 23-02-2003 по тепловой защите зданий и соответствующий ему свод правил. Результативность работы СНиП 23-02-2003 стала итогом комплекса мероприятий, начало которым положил организационно-технический анализ территориальных решений в области эффективности теплоизоляции зданий. Однако эти результаты относятся только к одной, пусть и практически важной энергосберегающей технологии тепловой защиты зданий, и существенно не затрагивают таких технологий, как применение ВИЭ, автономных дизельных установок, переведённых на газ с применением тепловых труб, диспетчеризация энерго-, ресурсопотребления, использование современных осветительных приборов и технологий и т.п. В большинстве случаев эти технологии также должны оказывать существенное влиянии на энергоэф-фективность зданий в целом и на организацию строительного производства. Кроме того, в настоящее время следует рассматривать так же экологические аспекты использования энергосберегающих технологий, которые учтены комплексом национальных программ. Благодаря современным нормам по тепловой защите зданий энергопотребление домов, на которые распространяется действие новых норм, снизилось на 35-45%.
Большой интерес представляет сравнение принципов методологии нормирования в российских и европейских нормах.
Европейская комиссия и Европейский Парламент для стран Евросоюза (ЕС) разработали ряд законопроектов, предназначенных для увеличения эффективности использования энергии в зданиях. Основной мотивацией разработки этих законов явилось повышение эффективности использования естественных энергетических ресурсов. Природные ресурсы являются не только важнейшими источниками энергии, но и существенными источниками выделения двуокиси углерода.
Расчет эффективной мощности фотоэлектрического солнечного модуля (ФСМ) по освещенности
Экспериментальный жилой дом запроектирован и построен с учётом нормативных требований и положений по строительству жилых зданий. Высота жилых помещений этажей вирируется от 2,6-2,8 м, цокольный- 2,4 м. Цокольный этаж предназначен для установки основных элементов АСЭ (аккумуляторов, инверторов и т.д.) и прокладки коммуникаций. Резервный источник энергии - бензогенератор, может быть установлен в земляной нише вблизи от дома, с целью снижения шумового воздействия.
В базовое решение проекта автор внес следующие изменения: на основании технико-экономической анализа, запроектировал эффективные ограждающие конструкции, позволяющие увеличить полезную площадь помещений и снизить теплопотери здания; предложил современное планировочное решение внутреннего пространства; предусмотрел возможность установки второго света на веранде (дополнительная инсоляция); использовал подвальное помещение для установки инженерных систем; запроектировал АСЭ на основе ФСМ отечественного производства; предусмотрел современную систему климатизации с учетом климатических особенностей Краснодарского края..
Комфортный тепловой режим в помещениях зависит от многих факторов, основными из которых можно назвать сопротивление теплопередаче и температуру внутренней поверхности ограждающих конструкций, инфильтрацию наружного воздуха, температуру и скорость движения воздуха, парциальное давление водяных паров и систему климатизации здания. Один из вариантов придания зданию высокого класса энергетической эффективности это увеличение в несколько раз по сравнению с нормативными значениями сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Такой подход позволяет минимизировать нагрузку на систему климатизиции, а также снизить температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и, температурой внутренней поверхности наружного ограждения до 1,5 С, что оказывает существенное влияние на тепловой комфорт [96].
Автором предложены новые конструктивные решения перекрытия над техническим подвалом и чердачного перекрытия, разработанные на основе. работ [97]. Запатентована схема стенового ограждения, рассмотренная ниже. Методика и результаты расчета приведенных сопротивлений теплопередаче ограждающих конструкций приведены в приложениях 1,2. Расчетные схемы эффективных ограждающих конструкции, разработанных автором, с использованием современных теплоизоляционных материалов (Изоллат, Изол-лат+стеклохолст и др.) представлены нарис. 2.3, 2.4 [98, 99].
Анализ ряда работ (Гагарина В.Г., Козлова В.В., Берегового A.M. и др.) показал, что приведенные сопротивления теплопередачи многослойных стеновых конструкций с эффективными утеплителями, как правило, не удовлетворяют нормируемому значению ввиду малой величины коэффициента теплотехнической однородности (из-за наличия неучтенных теплопроводных включений) [88,100]. Поэтому для достижения нормируемых значений автор предлагает не увеличивать толщину теплоизоляции, а совершенствовать теплопроводные включения в виде ж/б сердечника (рис. 2.4). a)
а) расчетная схема перекрытия 1-го этажа над не отапливаемым подвалом: 1-доски для покрытия пола Л - 0,\4Вт/(мс), 2- маты минераловат-ные прошивные X = 0,0525т/(л с);, 3-деревянные лаги Я = 0,\4Вт/(мс), 4- керамическое теплоизоляционное покрытие «Изоллат» л = 0,002Вт/(мс), 5-стяжка из цементно-песчаного раствора Л = 0,76Вт/(мс), 6- ж/б монолитное перекрытие Л = 1,92Вт /(м-с); б) расчетная схема чердачного перекрытия: 1-керамическое теплоизоляционное покрытие «Изоллат» Л = 0,002Вт/(мс), 2-гипсокартонЛ = 0,19Вт/(мс), 3- подшивная доска Л = 0,14Вт/(мс), 4-маты минераловатные прошивные Л = 0,052Вт/(мс), 5- балка перекрытия Л = 0,\4Вт/(мс). Рис. 2.4. Расчетная схема готовой стеновой ограждающей конструкции (2 варианта): 1- керамческое теплоизоляционное покрытие «Изоллат» Л = 0,002Вт/(м-с), р - 0,002 - 0,03л г /(м ч Па); 2- цементно-песчаный раствор Л = 0,76Вт /(м-с), ц = 0,09мг /(м-ч- Па); 3- ПОЛистиролбетонЛ = 0,14Вт/(м-с), ju = 0,075мг/(м-ч-Па); 4 теплоизоляционное комбинированное покрытие Изоллат + стеклохолст ИПСТ1000 - 1 вариант (либо только «Изоллат», Л = 0,007Вт/(мс) - 2 вариант); 5- керамзитобетон л = 0,67 Вт /(м-с), // = 0,09л г /(м-ч- Па); 6- цементно-шлаковыйраствор Л = 0,47Вт/(м-с), ju = 0,14мг/(м-ч-Па). Общее сопротивление теплопередаче перекрытия над техническим подвалом составило R0 = 3,74м2 С /Вт, что в 1,2 раза превышает нормативное значения для условий города Краснодара, чердачного перекрытия -R0 =5,%7м2-С/Вт, что в 1,9 раза превышает нормативное значение. Для уменьшения теплопотерь через чердачное покрытие и перекрытие первого этажа, пароизоляция может иметь фольгированное покрытие, отражающее тепловое излучение. Керамическое теплоизоляционное покрытие колеруется, что дает дизайнерам возможность использовать его декоративные качества в колористическом решении фасадов и интерьеров помещений.
Используемое керамическое теплоизоляционное покрытие «Изоллат», отечественного производства, состоит из полимерной матрицы и наполните 62 ля. В качестве наполнителя выступают полые микросферы. Использование высококачественных модифицирующих смол позволяет получать покрытия с повышенной адгезией (2,5 МПа). Эксплуатационная температура материала от - 60С до +260 С. При низких температурах на покрытии не образуется трещин и не происходит отслоение от материала основы. Высокая степень наполнения полимерного материала полыми керамическими микросферами приводит к снижению теплопроводности покрытия до Л = 0,002Вт/\м-С). «Изоллат» - это суспензия белого цвета, которая после высыхания образует эластичное покрытие, обладающее высокими теплоизоляционными, звукоизоляционными и антикоррозионными свойствами. Толщина одного слоя покрытия составляет примерно 0,3-0,5 мм. Время сушки однослойного покрытия составляет 6 часов при комнатной температуре. Норма расхода материала при однослойном покрытии - 1 литр на 2 м2, при толщине покрытия 0,5 мм. Покрытие обладает высокой отражательной способностью, коэффициент отражения солнечной радиации материала составляет 75%. Срок службы материала при нормальной эксплуатации составляет не менее 15 лет [101].
К основным преимуществам полистиролбетона, используемым в стеновой конструкции, перед другими строительными материалами можно отнести: технологичность и долговечность (не менее 100 лет), что гораздо больше в сравнении с полимерными материалами. Например, плитный утеплитель в наружных стенах из-за конденсации влаги между стеной и утеплителем превращается в труху уже через 15-20 лет, что приводит к промерзанию стен. Полистиролбетон имеет низкую плотность (150 - 600 кг/м3) при удовлетворительной прочности на сжатие (2,5 МПа); низкую теплопроводность (Я = 0,057 -0,175Вт /(м-С) при условие эксплуатации А); достаточную тепловую инерцию, ударную вязкость и трещиностойкость; экологическую безопасность; трудногорючесть (группа Г1 по FOGT 30244-94); низкую сорбционную влажность; большую морозостойкость (F35-F100), шумопог-лощение (не менее 46 дБ).
Принцип и схема работы активной солнечной системы здания и стоимостной анализ фотоэлектрической составляющей
Проектирование «солнечных» зданий с активными системами на основе различных ФСМ подробно рассмотрено в первой главе. В третьей главе рассмотрена возможность использования современных систем малой энергетики на основе солнечной энергии дополняемых бензо, газо- или дизель-генераторными установками, используемыми в качестве резервного источника электроэнергии и работающими как в кратковременном режиме, так и в непрерывном режиме работы. Дополняют систему энергоснабжения аккумуляторные батареи, позволяющие накапливать избыток электроэнергии, используя её в дальнейшем в момент пиковых нагрузок. На первом этапе исследований были проведены расчеты, позволяющие определить особенности работы ФСМ в данном регионе в зависимости от условий его эксплуатации.
В «солнечных» домах преобразование солнечной энергии, посредством ФСМ, обладает существенными преимуществами [111-113]: -отсутствие движущихся частей, что существенно увеличивает срок службы (проблема возникает в герметизирующих материалах); - возможно создание установок практически любой мощности; - модули могут служить одновременно кровельным или защитным материалом; -электроснабжение здания осуществляется за счет экологически чистого возобновляемого источника — солнечной энергии. Солнечная радиация является решающим фактором в формировании автономной системы энергоснабжения (АСЭ) экспериментального дома. Ра 103 диационные условия Краснодарского края, по сравнению с другими районами России, весьма благоприятны. Максимальное количество солнечных дней повсеместно на территории края — летом. Чаще пасмурная погода в зимнее время в западных районах края. Годовое значение суммарной солнечной ра-диации колеблется в пределах 115 - 120 ккал/см . Территория Краснодарского края находится в области положительных значений радиационного баланса в течение круглого года, тогда как на подавляющей части России радиационный баланс в холодное время года отрицательный. Средние годовые суммы радиационного баланса в крае составляют около 50-54 ккал/см2, что близко к максимальным для России показателям.
При проектировании домов с гелиоустановками для оценки экономической эффективности сооружения солнечной установки необходимо определить, какова экономия топлива и электроэнергии, и за какое время окупятся затраты. Для этого можно использовать обобщенные оценки требуемой эко-номии топлива и электроэнергии, отнесенные к м ФСМ, определенные для разных регионов. При разработке «солнечных» зданий с активными солнечными системами необходимо учитывать возможность подключения к централизованной системе энергоснабжения, экологическую нагрузку при возведении поселений, рельеф местности, назначение здания и т.д.
Данная глава посвящена математическому планированию эксперимента по определению зависимостей мощности ФСМ от его освещенности, а таюке разработке годовой модели реально вырабатываемой мощности ФСМ для условий г. Краснодара. Факторы, влияющие на вырабатываемую мощность ФСМ, зависят от случайных процессов изменения метеорологических условий и детерминированного процесса движения солнца по небосводу. Поэтому в работе принимаем в качестве математического планирования экспери 104 мента - пассивный эксперимент с детерминированной составляющей. Соответственно полученная модель является вероятностно - детерминированной. Данная модель является наиболее удобной, поскольку она позволяет, с одной стороны, учесть случайный характер формирования климатических параметров, а с другой - представляет возможность аналитического описания изменения во времени параметров климата [73].
Для определения выдаваемой мощности ФСМ, серии «БС ЖЦПИ. 564186.010», разработанные отечественным предприятием ОАО «Сатурн», АСЭ для климатических условий Краснодарского края, поставлен эксперимент, позволяющий определить энергетические показатели солнечного модуля. Были проанализированы экспериментальные данные (мощности, освещенности), полученные за период выборочных наблюдений с апреля 2006 года по февраль 2007 года. Измерения осуществлялись с помощью мульти-метра М838 и люксметра М 116. За это время были зарегистрированы различные параметры производства электроэнергии. На рисунке 3.1 представлен вид ФСМ отечественного производства, установленного на крыше здания ГОУВПО КубГТУ, ориентированного на юго-западную часть горизонта.