Солнечные дома в Канаде

В Канаде накоплен большой опыт строительства энергосберегающих домов, отапливаемых солнечной энергией.

Содержание

• Экономия топливных ресурсов
• Сокращению тепловых потерь
• Дополнительные расходы
• Альтернативная энергия и местные материалы
• Выводы

Экономия топливных ресурсов

Подход к решению проблемы экономии топливных ресурсов и энергии в Канаде:

• уменьшение теплопотерь зданием;
• использование энергии, выделяемой различными источниками домового тепла;
• использование системы пассивного солнечного отопления.

Дж.Деллейр ещё в 1980 г. рекомендовал канадский опыт строительства суперизолированных домов с малым потреблением энергии на отопление.

Сокращению тепловых потерь

Канадская фирма Concept Construction построила 20 суперизолированных энергосберегающих домов в провинции Саскачеван, климатические условия которой характеризуются зимней расчетной температурой -34,5°С и 6,1 тыс. градусо-дней отопительного периода.

В домах Concept Construction предусмотрены различные конструктивные меры по сокращению теплопотерь. Основными из них являются:

• суперизоляция наружных стен и перекрытий (соответственно в 3 и 2 раза выше нормативной);
• обеспечение паро- и воздухонепроницаемости ограждений полиэтиленовой пленкой;
• применение теплообменников для нагрева поступающего свежего воздуха теплом удаляемого воздуха;
• пассивное использование солнечной энергии.

Пример планировки дома этой фирмы показан на рисунке. В северной стене устраивается только одно окно для освещения кухни. Минимальное количество окон также в западной и восточной стенах. Предусмотрен входной тамбур. Всё это сокращает теплопотери.

Южная стена полностью остеклена. При этом только треть остеклённой поверхности используется для естественного освещения и инсоляции общей жилой комнаты. В остальной части стены за остеклением размещена железобетонная стеновая панель (стена Тромба) толщиной 25 см с окрашенной в чёрный цвет наружной поверхностью. Зазор между этой панелью и внутренним стеклом, равный 5 см, образует своего рода высокую и тонкую солнечную теплицу. Солнечная радиация, проходя через остекление, поглощается чёрной поверхностью бетонной стены и нагревает её.

План жилого дома фирмы Concept Construction:
1 — стена Тромба; 2 — двойное остекление; 3 — жилая комната; 4 — входной тамбур; 5 — лестница наверх; 6 — лестница вниз; 7 — столовая; 8 — кухня; 9 — спальня

В промежутке между стеклами (15 см) двойного остекления по всей длине фасада автоматически опускаются на ночь теплоизоляционные алюминизированные нейлоновые шторы. Они приводятся в действие электродвигателем, управляемым термочувствительными элементами. Это позволяет значительно сократить теплопотери здания в холодное время суток.

Летом эти шторы могут использоваться для защиты помещений от перегрева. Для этого они опускаются в дневное время и поднимаются вечером. Важно разместить шторы именно между слоями остекления, что предохранит внутреннее стекло от переохлаждения и возможного оледенения.

Поперечное сечение южной стены дома фирмы Concept Construction:
1 — стена Тромба; 2 — холодный воздух; 3 — двойное остекление; 4 — теплоизолирующая штора; 5 — нагретый воздух

Важным моментом является герметизация наружных ограждающих конструкций полиэтиленовой пленкой. Она препятствует теплопотерям за счёт инфильтрации воздуха, а также в качестве пароизоляции предохраняет теплоизоляционный слой от намокания конденсатом внутреннего воздуха.

Для системы вентиляции использован воздушный теплообменник, смонтированный в подвальном помещении, который позволяет извлечь из отработанного воздуха 80% тепла. Циркуляция воздуха в помещениях дома естественная. Лишь для кухни и ванной комнаты применяют вентилятор в системе вентиляционных каналов.

Стоимость типового дома площадью 98 м² с малым потреблением энергии увеличилась за счёт:

• повышения стоимости южной стены;
• дополнительной теплоизоляции;
• использования воздушного теплообменника.

Применение напольных электрообогревателей вместо обычных печей также даёт экономию. В итоге продажная стоимость дома (включая стоимость земельного участка) повышается на 3–5%.

В типовом 2-этажном доме фирмы Enercon Building Corporation, имеющем жилую площадь 153,5 м² и отапливаемый подвал 83,6 м² для сокращения расходов на отопление предусмотрено:

• теплоизоляция стен в 3,2, а чердачного перекрытия в 2,6 раза выше норматива;
• утеплённые ставни для всех окон, закрываемые на ночь;
• большая площадь остекления южной стены;
• полиэтиленовая воздухо- и пароизоляция;
• воздушный теплообменник;
• внутренние тамбуры у входных дверей;
• тройное остекление окон;
• воздухораспределительная система со встроенным электронагревателем.

В обычном жилом доме значительная часть потерь тепла связана с прониканием холодного наружного воздуха и выходом наружу тёплого внутреннего. На приведённой схеме дома Paska House фирмы Enercon Building Corporation показаны меры, принятые по значительному снижению тепловых потерь.

Прежде всего дом герметизируют воздухонепроницаемыми уплотнительными материалами. При этом возникающие в доме запахи и другие загрязнители воздуха становятся проблемой. Решить её можно путем применения вентиляторов в сочетании с воздушным теплообменником, в котором исходящий тёплый воздух нагревает холодный наружный, отдавая ему свыше 70% своего тепла.

Использование воздушного теплообменника:
1 — свежий холодный наружный воздух (-18°С); 2 — отработанный тёплый внутренний воздух (22°С); 3 — вентилятор; 4 — +15,6°С; 5 — +22°С; 6 — воздушный теплообменник (тепловой рекуператор); 7 — свежий, подогретый до +15,6°С, наружный воздух смешивается в вентиляционном канале с тёплым воздухом, циркулирующим внутри дома; 8 — отработанный и охлаждённый до —12°С внутренний воздух; 9 — установленный в вентиляционном канале электронагреватель используется по мере необходимости

При нагреве солнечными лучами воздуха внутри помещения выше нормы включается вентилятор, подающий тёплый воздух в аккумулятор. Аккумулированное тепло используется ночью. Так как пассивная солнечная система не может нагреть равномерно все комнаты, предусмотрена воздухораспределительная система.

Лишь при наружных температурах ниже —10°С требуется периодическое включение электрического обогревателя.

Внешний вид суперизолированного дома Paska House

Дополнительные расходы

Принятые меры по снижению потерь энергии в суперизолированном доме Paska House приводят к удорожанию дома на 7–8% (без учета стоимости земельного участка).

К основным статьям дополнительных расходов относятся:

• более эффективная теплоизоляция стен (R = 30), состоящих из стоек 5х15 см, плит из стекловолокна и наружной обшивки слоем пенополистирола — повышение стоимости дома на 3%;
• воздушный теплообменник и система вентиляции для кухни и ванной комнаты — повышение на 2%;
• более высокое качество окон (оконные переплёты и уплотнения, обеспечивающие герметичность) — повышение на 1,5%;
• полиэтиленовая изоляция — повышение на 0,5%;
• контроль качества — повышение на 1%.

Затраты дополнительных 7–8% экономически вполне целесообразны. Строительство таких домов выгодно как домовладельцу, так и всему обществу.

Альтернативная энергия и местные материалы

Значительный интерес представляют четыре дома, построенные для индийской общины в провинции Квебек по проектам архитектурной школы университета MсGill.

Проекты предусматривают использование альтернативных источников энергии (солнечной и ветровой), местных строительных материалов, местной рабочей силы и отходов в виде пластмассовой тары из-под напитков и других жидкостей. Два здания построены в колледже Маниту в 170 км к северу от Монреаля, oдин дом — в пос. Мистассини в 545 км к северу от Монреаля и ещё один — около 320 км к востоку от пос. Матагами.

Отличаясь по архитектурно-планировочным решениям, все здания оборудованы системой воздушного отопления с использованием солнечной энергии. Для снижения теплопотерь северные стены всех домов имеют меньшую высоту, а для теплоизоляции стен дополнительно использован мох, в изобилии растущий в этой местности.

В системах солнечного отопления применены различные конструктивные решения. Один из домов колледжа Маниту оборудован абсорбером-аккумулятором солнечного тепла в виде массивной теплоёмкой стены Тромба из бетонных блоков, которая снаружи ограждена двумя слоями прозрачного стеклопластика и шторой, закрывающейся на ночь. Люки в перекрытиях регулируют подачу нагретого воздуха в помещения.

Во втором доме воздух из коллектора направляется сверху вниз вентилятором в гравийный аккумулятор, расположенный в подвале. Для обогрева помещений в холодное время суток тёплый воздух из аккумулятора следует по каналам, проходящим под полом, что способствует созданию более комфортных условий.

Поперечный разрез дома с воздушным солнечным отоплением:
1 — коллектор; 2 — вентилятор, 3 — гравийный тепловой аккумулятор

В других домах для аккумуляции тепла используется освободившаяся тара от напитков и нефти, заполненная водой. В Мистассини в состав дома включена еще и солнечная теплица, которая также является источником тепла.

Выводы

Уменьшение тепловых затрат на отопление позволяет существенно сократить общественные капиталовложения на строительство теплоэлектростанций.

Другими аргументами в пользу сокращения расхода топливных ресурсов являются:

• возможность использования топлива в качестве сырья химической промышленности;
• уменьшение попадания в атмосферу кислот при сжигании угля и двуокиси серы — при других процессах;
• сокращение загрязнения атмосферы углекислым газом, что может существенно изменить климат планеты.