Как спроектировать «умное» электроснабжение в зданиях с нулевым потреблением энергии

Здания с нулевым потреблением энергии на коммерческом рынке

За последнее десятилетие в области проектирования зданий с нулевым потреблением энергии произошел большой прогресс. Многие подобные здания уже спроектированы, построены и находятся в эксплуатации. Полезность таких сооружений заключается еще и в том, что они предоставляют возможность измерения и мониторинга: полученные данные просто неоценимы при проектировании и строительстве будущих зданий.

Согласно перечню зданий с нулевым потреблением энергии в США и Канаде, составленному Институтом новых зданий за 2019 г. [4], количество завершенных и проверенных в 2016–2019 гг. проектов выросло на 53%, а количество проектов, находящихся в стадии планирования или строительства, — на 79% (рис. 1). Эти данные подтверждают, что со временем здания с нулевым потреблением энергии станут значительной частью строительного фонда.

Рис. 1. Число проектов строительства зданий с нулевым потреблением энергии за период 2016–2019 гг

Во всем мире существует множество примеров высокоэффективных зданий, использующих меньшую часть энергии по сравнению со зданиями, соответствующими текущим нормам и имеющими аналогичные конструкцию, размер и расположение. Однако такие здания часто зависят от электроэнергии, поставляемой по электросети. В отличие от них здания с нулевым потреблением энергии используют электроэнергию, произведенную исключительно из ВИЭ (рис. 2).

Рис. 2. Концепция зданий с нулевым потреблением энергии: как потребность здания в энергии зависит от источника производства энергии

Однако здание, подключенное к местным ветряным и солнечным источникам электроэнергии, имеет высокую степень сложности, что приводит к большему количеству проектных параметров и выполнению множества нормативных требований.

Безусловно, у зданий с нулевым потреблением энергии есть финансовая выгода. Как известно, в различных отчетах определен диапазон периодов окупаемости, и многие исследования указывают на такие финансовые преимущества, как экономия затрат на коммунальные услуги 20–50%, окупаемость в течение 5–10 лет при увеличении первоначальных затрат всего лишь на 3–5%. Конечно, такие цифры могут варьироваться в зависимости от нескольких факторов, но есть много примеров из индустрии проектирования и строительства, демонстрирующих, что здание с нулевым потреблением энергии может быть хорошим финансовым вложением.

Как построить пассивный дом?

Как уже отмечалось, пассивный дом — это отличная теплоизоляция, герметичность, возврат тепла вытяжной вентиляции в дом с притоком свежего воздуха, энергоэффективная бытовая техника.

Для того, что бы определиться с необходимыми конструктивными решениями, нужно составить энергетический баланс дома. Обычно приход-расход тепла имеет следующий вид:

Экономим на солнечных батареях: что требуется для сохранения бюджета

Если планируется подобный дом, следует озаботиться некоторыми нюансами ещё на этапе строительства. Первое, что влияет на расход электроэнергии – это плохие гидроизоляция и утепление стен, пола, причём как самого строения, так и подвала. Необходимо несколько раз всё перепроверять – малейший просвет в утеплителе приведёт к утечке тепла, а значит и к повышению расхода электричества.

Все лампы в доме должны быть энергосберегающими, а лучше и вовсе светодиодными – при том же световом потоке, как у ламп накаливания, светодиоды расходуют в 8 раз меньше электроэнергии, а срок их службы значительно больше.

Сравнение светодиодной лампы и «лампочки Ильича» – преимущество светодиодов очевидно

Про бойлерные накопительные нагреватели для горячего водоснабжения придётся забыть – ни к чему круглосуточно поддерживать горячей 150-200 л воды, тратя электричество. Вопрос горячей воды решит установка проточного водонагревателя.

Первоначальные затраты на дом с нулевым энергопотреблением

Многим может показаться, что первоначальные работы по строительству оборачиваются слишком большими затратами. На самом деле, для того чтобы понять рациональность производства подобных работ и закупки оборудования, следует просто посчитать, какие суммы тратятся на электроснабжение, ГВС, ХВС (возле частного дома можно пробурить скважину) и отопление. Таким образом, станет понятно, через какое время окупятся солнечные батареи или ветряки, устанавливаемые возле дома.

Полезная информация! Для освещения двора лучшим вариантом будет использование уличных светильников на солнечных батареях, стоимость которых невелика. Они накапливают энергию в течение дня и способны работать несколько часов после заката солнца.

Светильники на солнечных батареях будут прекрасно освещать двор

Установка контролирующего оборудования

Установка системы управления энергией в доме – очень важный этап в реализации этого плана. Она будет регулировать подогрев воды в бойлере, температуру в доме, порядок освещения комнат и расход воды в унитазе.

Такие системы позволяют снизить затраты почти на треть за счёт автоматической и разумной экономии не в ущерб комфорту

Термальное тепло для отопления

Это непросто – установить систему, которая бы обогревала дом за счёт тепла планеты. Но это реально и возможно. Для этого потребуется специальная установка и бурение глубокой скважины. Да, удовольствие не из дешёвых, но вы вкладываете деньги в себя, а не отдаете их «Газпрому», а это уже греет.

Термальные установки могут черпать энергию не только из грунта, но и из воды, так что если у вас поблизости есть водоём – скважину бурить не надо

Тепловые насосы и LED-лампы во главе революции

Один из примеров передовых технологий, приближающих нулевое энергопотребление, — тепловые насосы. На данный момент большинство домов в США оснащены двумя раздельными системами охлаждения и обогрева, которые используют природный газ. Тепловые насосы работают от сети и могут одновременно охлаждать и обогревать помещение. Раньше они подходили только для применения в регионах с теплым климатом, но теперь их можно использовать даже при -23°C.

Все более эффективными и доступными становятся и другие системы. Например, водонагреватели, светодиодные энергосберегающие лампы и даже обычные бытовые приборы, которые в некоторых случаях потребляют на треть меньше энергии, чем 25 лет назад.

Солнечные батареи и ветрогенераторы

А теперь, после того, как вы снизили энергопотребление дома до минимальной отметки, пора задуматься о добыче собственной энергии. Сделать это можно двумя доступными способами: использовать ветрогенераторы и солнечные батареи. Лучше пользоваться и тем и другим, чтобы не было перебоев в энергоснабжении. Солнечные батареи придётся купить, а вот ветрогенератор вполне реально собрать своими руками, и вот тому подтверждение:

Кстати, если вам нужно освещение во дворе и в саду – используйте светильники на солнечных батареях. За день их аккумуляторы наполняются энергией, а с наступлением темноты она расходуется на работу энергосберегающей светодиодной лампы.

Устанавливая собственные устройства получения энергии, позаботьтесь о возможности её накопления, и тогда даже в пасмурный и безветренный день вы не будете испытывать нехватки

Максимальное утепление от фундамента до кровли

Сохранение тепла без энергозатрат – это очень существенно. Для этой цели ещё на этапе строительства максимально утепляют фундамент пенополистиролом. Это уже сократит расходы на отопление почти на 20%. Энергосберегающие окна и двери, стены с многослойной структурой и качественная крыша – всё это часть энергосберегающей системы. Чтобы летом не тратиться на кондиционеры, нужно сделать свесы кровли шире и установить на окна жалюзи.

Для поддержания оптимальной температуры и хорошего воздухообмена устанавливаются рекуператоры

Проточные водонагреватели вместо бойлера

Сами подумайте: сколько энергии тратится на то, чтобы постоянно поддерживать температуру в двухсотлитровом баке воды? А нужно ли вам это каждую минуту? Гораздо дешевле и экономичнее – установить проточные водонагреватели на все краны.

Они будут мгновенно нагревать воду только тогда, когда вы будете в ней нуждаться

Удивительно, но факт: газ из собственных источников

Если у вас не просто большая семья, но и богатое подворье, вы можете даже обустроить собственную газодобычу, которая обеспечит вашу кухонную плиту топливом. Не верите? А ведь это возможно! Метан – это продукт разложения биоотходов. Если сделать герметичный резервуар и складировать в нём навоз – вы получите тот самый метан, который отлично горит.

Собственная газодобыча потребует инженерной смекалки, но этого добра у наших людей не занимать

Обустроив дом с нулевым энергопотреблением, вы не только перестанете оплачивать баснословные счета, а ещё и сделаете мир чище, ведь все перечисленные способы абсолютно экологичны. Да, работа по организации такого жилища потребует немалых вложений, но они окупятся за 5-7 лет, а удовольствие от полной независимости – просто бесценно.

Если у вас есть ещё мысли о том, как снизить затраты и получить бесплатную энергию – поделитесь с нами в комментариях!