1)При виборі місця для будівлі мають бути враховані такі природні чинники:
а)кліматичні умови;
б)топографія;
в)орієнтація будівлі за сторонами світу;
г)сила та напрямок вітрів;
д)захищеність будівлі зеленими насадженнями.
2)Створення неперервної оболонки будинку з підвищенною теплоізоляцією та малим коефіцієнтом теплопровідності.
3)Спеціальні високоякісні вікна і віконні профілі
4)Компактність споруди (уникання під час проектування великої кількості кутів)
5)Обмін повітрям з навколишнім середовищем (рекуперація)
6)Геотермальне теплопостачання.
7)Використання енергії сонця

  • 1)При виборі місця для будівлі мають бути враховані такі природні чинники:

    а) Правильна орієнтація будинку по сторонах світу дозволить не тільки зробити життя в ньому більш зручним, але і заощадити на опаленні та освітленні будинку за рахунок використання сонячної енергії. Бажано щоб найдовша стіна будівлі розташовувалася по осі схід- захід з напрямком на південь. Щоб вікна отримували достатньо світла і тепла будинок необхідно будувати якомога далі від сусідніх будівель.
    Кімнати яким необхідне інтенсивне денне освітлення – вітальня, робочий кабінет, їдальня, розташовують з південного боку або з орієнтацію на південь і на захід. Вікна спалень найкраще розташувати в східному напрямку. Найкращою орієнтацією для кухні є північна сторона.
    б)Топографічні особливості ділянки також можна раціонально використати для досягнення ефекту енергозбереження. У випадку рівних ділянок раціонально використовувати навколишню забудову. В такому випадку вона послужить бар’єром від кліматичних чинників. Якщо на ділянці присутній ухил будівлю рекомендується посадити з суворою паралельністю до горизонталі. Таким чином земельні перепади будуть ефективним захистом від сильних вітрів. В наших кліматичних умовах найкраще щоб найвища частина ділянки знаходилась з західної сторони будівлі. В такому випадку площа західної стіни буде зменшено чим самим зменшиться тепловіддача цієї частини будинку.
    в) Важливим чинником при проектуванні будь – якого будинку є архітектурно – будівельне кліматичне районування (ДБН 360- 92**). Для західних областей України найбільш поширеним є I кліматичний район та кліматичний район III а.I кліматичний район має назву – північно- західний (див рис1).Район III а. характеризується, як гірсько- карпатський, він в свою чергу охоплює… (див рис1). Кожен з кліматичних районів визначених (ДБН 360- 92**) має власні кліматичні показники такі як:
    – середня температура найтеплішого та найхолоднішого місяців;
    – кількість опадів за рік;
    – відносна вологість у липні;
    – швидкість вітру у січні.

    Враховуючи інформацію даної законодавчої бази можливо визначити необхідні для проектування конструктивні та інженерні рішення будівлі. А це безпосередньо пов’язано з енергозбереженням вашої оселі.
    г) Роза вітрів – графічний показник вітрових потоків регіону. З допомогою цього інструменту можна визначити які вітри є панівними в регіоні забудови, а які найбільш пасивними. Цей підпункт стосується вище зазначеного кліматичного районування, але саме на інтенсивність вітрових потоків необхідно звертати найбільшу увагу.
    д) Захищеність будівлі зеленими насадженнями – це створення так званого зеленого бар’єру. В такому випадку біля південного фасаду будинку саджають листяні дерева, які взимку вільно пропускають сонячне тепло, а літом захищають приміщення від перенагрівання. З північно- західної частини будівлі поблизу зовнішніх стін варто посадити хвойні породи дерев, які створюють «повітряний прошарок» між собою і стінами. Таким чином вони послаблюють пориви вітру , спрямовані на будинок, і витрати тепла зменшуються.

  • 2)Створення неперервної оболонки будинку з підвищеною теплоізоляцією та малим коефіцієнтом теплопровідності.
    Неперервна оболонка будинку складається з так званого пирога. Як правило першим шаром якого є несуча конструкція, а другим матеріал утеплювача. У випадку стін це або цегла товщиною 380 мм або залізло – бетонний каркас в якому проліти між колонами закриті цеглою товщиною 250 мм або іншим матеріалом. Другим основним шаром є утеплювач. Основними параметрами ізоляції є коефіцієнт теплопровідності – це кількість тепла яке проходить через м2 площі утеплювача за одиницю часу при існуючій температурі, та так звана точка роси – це точка в конструкції стіна – утеплювач в якій різниця температур всередині та назовні сприяють утворенню конденсата. Найкраще щоб ця точка була як най далі від несучих конструкцій будівлі. В наш час існує багато видів утеплювачів, звернемо увагу на 3 основних та їхні плюси і мінуси:
    1)Пінополістирол.
    До плюсів даного матеріалу належать:
    1) низька ціна самого утеплювача та необхідних монтажних робіт;
    2) швидкість встановлення на фасад, простий в плані монтажу, отже не потребує висококваліфікованих кадрів;
    3) коефіцієнт теплопровідності нижчий ніж у дорогої мінвати 0.039 Вт/м2.0С при товщині 10см.
    До мінусів належать малий рівень вогнестійкості, низька повітропроникність, не є екологічно чистим матеріалом, термін служби 10-20 років.
    2)Мінвата.
    Існує 2 види звичайна та базальтова (більш екологічно чиста). Вищий коефіцієнт теплопровідності 0.041 Вт/м2.0С при товщині в 10 см, не робить цей матеріал гірший за пінопласт. До плюсів цього утеплювача можна віднести:
    1)Не горючість (передача надлишкового тепла в середині матеріалу);
    2)Довговічність (30-50) років;
    3)Повітропроникність (за рахунок чого будинок «дихає», повітря циркулює в наслідок цього не утворюється надлишкова волога);
    4)Набагато екологічно чистіший та безпечніший ніж пінополістирол.

    Мінус цього матеріалу полягає в складнішій технології монтажу, що тягне за собою необхідність в висококваліфікованих кадрах, а це в свою чергу потребує більших матеріальних затрат.
    3)Целюлозний утеплювач.(Ековата)
    Цей матеріал зазвичай складається на 81% з вторинної целюлози (макулатура), на 12% із антисептика та на 7% з антипіренів і має коефіцієнт теплопровідності 0.037 Вт/м2.0С (найкращий показник) . Його монтаж відбувається за допомогою спец. техніки, а не з готових плит. Це ускладнює процес встановлення. Таким чином він є найбільш екологічно доцільним але найменш реальним в нашій країні. Це зумовлено відсутністю кваліфікованих кадрів та необхідної кількості сировини – переробленої целюлози. Звичайно можливо використати цей вид утеплення але його вартість буде відповідною.

    Також для створення ефекту неперервної оболонки будівлі необхідно запобігти так званим «діркам в броні» теплоізоляції. Вони виникають там, де стикуються один з одним буд. матеріали з різною теплопровідністю, або там, де неізольовані деталі входять в ізольовані. Для запобігання цієї проблеми необхідно утеплювати усі частини будівлі розташовані на зовні.

    Отже в загальному ознайомившись з основними видами утеплювачів можна з впевненістю визнати, що мін. вата є серединою між пінопластом та єковатою. Таким чином усі горизонтальні та вертикальні конструкції які контактують із зовнішнім середовищем доцільно утеплювати блоками з мін. вати товщиною 10 см. При бажанні можна утеплити оселю і всередині 5 сантиметровим шаром утеплювача але це несе за собою додаткові витрати, а ефективності в нашій кліматичній зоні не додає. (Для нашої клім. зони достатньо 10 см утеплювача він не промерзає до температур нижче -20.0С).(Вентильовані фасади допомагають уникнути скупчення вологи всередині утеплювача за допомогою постійної циркуляції повітря всередині конструкції та віддаляє точку роси від стін будинку).

  • 3)Спеціальні високоякісні вікна і віконні профілі.
    Саме через вікна втрачається близько 40% внутрішнього тепла будинку, отже необхідно встановлювати такі віконні конструкції які матимуть якомога меншу теплопровідність.
    Віконна система складається з профілю (рами) та самого скла.
    Найчастіше використовують ПВХ профілі. В середині цього профілю знаходяться спеціальні порожнини які забезпечують кращі показники теплоізоляції. Для досягнення цього ефекту їхня кількість повинна бути від 5 до 8. У випадку дерев’яного профілю ми маємо максимальний екологічний ефект так, як він створений з екологічно чистого матеріалу – деревини. Але цей вид конструкції вимагає досконалої системи виготовлення, у іншому випадку такий профіль під дією суворих атмосферних чинників може деформуватись.

    Що до скла найбільш енергоефективним на даний момент є низько емісійне скло. Його принцип роботи полягає в наступному. До складу склопакета встановлюється одне скло з низькоемісійними властивостями. Тепло з приміщення, проникаючи в масу нізькоемісійного скла і досягаючи покриття, не може виходити назовні, оскільки випромінювальна здатність поверхні низькоемісійного скла низька. Тепло повертається назад в приміщення. З іншого боку (з вулиці) добре проходить сонячне короткохвильове випромінювання у видимому діапазоні (довжиною хвиль від 380 до 780 нм), але відображає ~ 30% довгохвильового теплового випромінювання в інфрачервоному діапазоні (від 3 000 до 50 000 нм). Таким чином, сонячна енергія майже безперешкодно проникає в приміщ

  • ення.

  • 4)Компактність споруди (уникання під час проектування великої кількості кутів)
    Не є секретом, що чим більша площа споруди тим важче раціонально використовувати енергетичні ресурси. Щоб запобігти великій кількості зайвих площ необхідно створювати планування максимально ефективно та ергономічно , запобігати створенню великої кількості прямих та гострих кутів (через них виходить найбільше тепла) віддаючи перевагу заокругленим пластичним формам. В такому випадку досягається ефект максимального використання внутрішнього простору та мінімізується тепловіддача будинку. Рекомендована площа енергоощадного будинку до 200 м.к.
  • 5)Обмін повітрям з навколишнім середовищем (рекуперація)
    Рекуперація тепла (зворотне отримання, повернення тепла) – це процес теплообміну, при якому тепло забирається від видаленого повітря і передається свіжому припливному. Система вентиляції з рекуперацією тепла дозволяє забезпечити приміщення чистим повітрям з комфортною температурою, зменшуючи тим самим навантаження на системи опалення. Робота установки реалізується наступним чином: «відпрацьоване» тепле повітря з приміщення за системою повітропроводів потрапляє в теплообмінник, в якому нагріває свіже холодне повітря з вулиці, що надходить далі вже з більш комфортною температурою в приміщення. Така система повітрообміну називається активною, та як в її роботі використовується насос і теплообмінник.

    Також існує пасивна система вентиляції з рекуперацією тепла , що використовує природні потоки теплого і холодного повітря. Для цього в грунті прокладається система повітроводів , що має вихід « на повітря ». Оскільки температура грунту не змінюється протягом року , а температура «на вулиці » коливається від негативних до позитивних значень , створюється різниця температур. Взимку холодне повітря , проникаючи в систему вентиляції , нагрівається , проходячи по підземних повітроводам і обмінюючись теплом у теплообміннику з зустрічним « відпрацьованим » повітрям. Влітку температура повітря з вулиці вище температури землі , і чистий тепле повітря , проходячи через теплообмінник і систему підземних повітроводів , охолоджується , і в приміщення надходить чисте прохолодне повітря .

    Порівнюючи ці дві системи вентиляції можна з впевненістю сказати, що система з підземними повітропроводами (пасивна) є більш енергетично незалежної, але її вартість набагото вища ніж у системи з активними складовими. Система рекуперації – один з ключових енергозберігаючих елементів нульового будинку та її впровадження дозволяє істотно підвищити якість повітря за санітарними показниками та показниками вологості.

  • 6)Геотермальне теплопостачання.
    Зараз коли традиційні енергоносії з часом постійно дорожчають, доцільно переходити на природні джерела отримання тепла. Земля фактично є найбільшім природним акумулятором теплової енергії, температура якого на глибині 10 м стабільно становить середньорічну температуру у нашій місцевості. Принцип дії опалення геотермальними тепловими насосами заснований на зборі тепла з грунту або води , і передачі зібраного тепла опаленню будівлі. Для збору тепла незамерзаюча рідина тече по трубі , розташованій у грунті або водоймі , до теплового насоса . Тепловий насос , подібно холодильнику , відбирає близько 8 ° С у незамерзаючої рідини , при цьому рідина охолоджується. Рідина знову тече по трубі , відновлює свою температуру і надходить до теплового насоса . Відібрані тепловим насосом градуси передаються системі опалення та / або на підігрів гарячої води.

  • 7)Використання енергії сонця
    а)Сонячні колектори.
    Принцип дії системи сонячних колекторів:
    Відрізняються від геотермальної системи не можливістю приймати участь в опалюванні будівлі, їхня функція виключно в нагріванні води для побутових потреб.
    Сонячні промені, потрапляючи на поверхню вакуумної труби колектора, віддають теплову енергію, яка за допомогою спеціальної рідини передається в бойлер, в якому нагрівається вода. Постійна циркуляція тепла досягається за рахунок циркуляційного насоса з системою управління. Схеми дії системи сонячних колекторів наводяться на малюнках:

    Звичайно такий метод нагріву води в нашому кліматичних широтах менш ефективний ніж тепловий насос, але використовуючи колектори з вакуумними трубами прийому тепла можна досягти порівняно хорошого результату, і вартість такого обладнання набагато нижча ніж у геотермального.
    б)Сонячні батареї
    За принципом роботи сонячна батарея являє собою фотоелектричний генератор постійного струму, який використовує ефект перетворення променевої енергії в електричну. Точніше, у сонячних батареях використана властивість напівпровідників на основі кристалів кремнію. Кванти світла, потрапляючи на пластину напівпровідника, вибивають електрон із зовнішньої орбіти атома даного хімічного елементу, що створює достатню кількість вільних електронів для виникнення електричного струму. Однак для того, щоб напруги й потужності такого джерела було достатньо для застосування в побутових цілях, одного або двох кремнієвих елементів недостатньо. Тому їх збирають у цілі панелі, де з’єднують паралельно або послідовно.
    Сонячна батарея взимку буде неефективна. У той же час не можна не помітити й очевидні переваги:
    • тривалий термін служби;
    • незалежність від технічних неполадок енергогенеруючої організації;
    • низька імовірність поломки сонячної батареї;
    • немає необхідності постійно її обслуговувати
    • безкоштовність самої енергії (правда після того як у систему були вкладені чималі кошти).

    Недоліки сонячних батарей
    Недоліків у сонячних батарей як джерела енергії не так вже і багато, але вони, на жаль, досить переконливі й конкретні:
    • – висока вартість і, як наслідок, тривалий строк окупності;
    • – залежність від погодних умов;
    • – низький ККД у порівнянні із традиційними джерелами енергії;
    • – неможливо використання для приладів, що споживають велику потужність.

  • Оглянувши усі існуючі та загально доступні технології по енергозаощадженню можна зробити висновок:
    – Проектуючи енергозберігаючий будинок необхідно звертати увагу на всі нюанси в процесі будівництва починаючи з орієнтації завершуючи кольором будівлі;
    – Необхідно приділяти утепленню будинку найбільшу увагу;
    – Максимально використовувати усі вище перелічені сучасні енергоощадні технології;
    – Необхідно дотримуватись цілісної системи енергощадного будинку, усій його складові мають працювати на максимальне ресурсозбереження, інакше люба слабка ланка може нанівець знести усю концепцію енергозбереження.

    Література:
    1.Теплоенергетичні установки та екологічні аспекти виробництва енергії. Видавництво Політехніка» 2003.
    2.Невечерпна енергія. Кн 3. Альтернативна енергетика. Севастополь СНТУ 2006.
    3. Основи теплофізики будівель та енергозбереження. Видавництво «Сага» 2006.