Výstavba energeticky úsporných budov v Uralském federálním okruhu | Archiv COK | 2020 | Č. 4

Tento článek představuje projekt rekonstrukce budovy kravína na moderní řadový dům s využitím energeticky úsporných technologií a obnovitelných zdrojů energie (OZE). Rekonstruovaná budova kravína, která se nachází na okraji Jekatěrinburgu, demonstruje účinnost energetických systémů, celoroční využití tepelného čerpadla a zemního výměníku tepla. Projekt rekonstrukce objektu a vývoj inženýrských systémů byly realizovány pod vedením doktora technických věd, profesora S. E. Ščekleina.

Úspora energie je jedním z prioritních úkolů dneška. Přestože Ruská federace má vlastní zásoby tradičních palivových a energetických zdrojů, je rozvoj obnovitelných zdrojů energie (OZE) mimořádně důležitým strategickým směrem energetiky budoucnosti [1, 2]. Pokud v autonomní energetice může být mnoho technologií pro využití OZE již dnes poměrně konkurenceschopných, pak v centralizované energetice je nutné zavést opatření státní ekonomické podpory analogicky s jinými zeměmi [3]. Zrychlený rozvoj OZE v Rusku by měl být považován za důležitý faktor modernizace ekonomiky, včetně těch spojených s rozvojem inovativní výroby, nových technologií, rozvojem malých a středních podniků, vytvářením nových pracovních míst, zlepšováním životního prostředí atd. [4].

Příkladem implementace „zelených“ technologií je rekonstrukce budovy kravína na obytný dům (obr. 1). Projekt rekonstrukce budovy kravína a veškerá řešení inženýrských sítí a systémů byly realizovány pod vedením doktora technických věd, profesora S. E. Ščekleina, vedoucího katedry jaderných elektráren a obnovitelných zdrojů energie na Uralském energetickém institutu UraFu.

Tento řadový dům v obci Rastuščij ve Sverdlovské oblasti býval kravínem patřícím státnímu statku. Vzhledem k tomu, že budova byla dlouho opuštěná a byla určena k chovu krav, bylo rozhodnuto provést inspekci stavebních konstrukcí a kompletní hygienickou úpravu, aby byla budova vhodná k trvalému bydlení.

Nejprve specialisté provedli inspekci konstrukcí budovy stodoly. Závěrem bylo, že budova je v uspokojivém stavu. Poté byla přijata opatření k sanitaci budovy a půdy, která umožní bezpečné bydlení v budově. Zemina byla vyříznuta do hloubky nejméně 0,5 m a byla provedena dekontaminace a antiseptické ošetření stěn, stropů, střech a všech ostatních stavebních konstrukcí. Během přestavby budovy stodoly byl navržen řadový dům s osmi byty.

Cílem bylo, aby budova měla vysoké tepelněizolační vlastnosti, nízkou spotřebu tepelné energie, byla komfortní a měla potřebné systémy vytápění, kanalizace a elektřiny. Níže jsou uvedeny popisy inženýrských systémů v řadovém domě.

Zásobování vodou a kanalizace

Voda se odebírá ze studny hluboké asi 100 m a poté se pomocí čerpadla shromažďuje v membránové akumulační nádrži. Čerpadlo se zapíná jen zřídka, pouze po poklesu tlaku vody v důsledku odběru vody. Během dne se čerpadlo vždy vypíná. Večer, kdy začíná odběr vody, lze odebrat prvních 150–200 litrů bez zapnutí čerpadla. Na pozemku se nachází odvodňovací pole, což je přírodní bažina o rozloze asi 1 hektar. Veškerá odpadní voda se tam po vyčištění shromažďuje a před vstupem do odvodňovacího pole se odstraňují husté a biologicky aktivní frakce. Vyšetření ukázalo, že voda je „šedá“, tj. vhodná k vypouštění do řek.

elektřina

Hlavním zdrojem energie je místní 10kV síť. Jedním z hlavních cílů bylo snížit spotřebu energie do takové míry, aby její významná část mohla být zajištěna z obnovitelných zdrojů energie.

Budova využívá solární panely pro záložní napájení. Dům má plynové vytápění, ale také oběhová čerpadla a automatizaci. Čerpadlo a regulátor vyžadují výkon 150 W. Úkolem obnovitelných zdrojů energie je zajistit spolehlivé zálohování a výrobu elektřiny v případě výpadku centralizovaného napájení. Podél fasády jsou instalovány solární panely o napětí 12 V a celkovém výkonu 800 W s regulátory určenými k nabíjení baterií. V celém domě je instalováno další 12V rozvody. Celkem má dům dva typy napětí: 12 V a 220 V (systém). Pokud je nutné z 220 V získat 12 V, používá se střídač.

Na pozemku přiléhajícím k řadovému domu (obr. 600) bylo instalováno několik větrných generátorů určených pro nízké rychlosti větru s celkovým výkonem 2 W.

Ohřev teplé vody pomocí solárních kolektorů

Bylo testováno mnoho solárních kolektorů ruské i zahraniční výroby. V řadovém domě se v létě již několik let nepoužíval plyn ani elektřina k ohřevu vody. Stávající systém ohřevu vody funguje takto: v akumulační nádrži (o objemu cca 250 l) se udržuje nastavená teplota (asi 7 °C). Teplota v nádrži by neměla být nižší než 0 °C, jinak se budou tvořit patogenní bakterie – legionely. Pokud slunce nedokáže ohřát vodu na nastavenou teplotu, použije se přídavné ohřev. Takový systém vyžaduje neustálý přívod vody, v takovém případě se bakterie nestihnou tvořit. Pokud instalujete nízkoenergetickou jednotku (pro jednopatrovou chatu nebo zahradní domek), můžete se obejít bez čerpadla a provést instalaci s přirozenou cirkulací chladicí kapaliny.

Využití elektrické energie k vytápění pomocí tepelného čerpadla

Pro vytápění řadového domu se elektřina neodebírá ze sítě; elektřina se odebírá ze sítě pouze pro pohon kompresoru tepelného čerpadla. Pro takové provozní schéma je nutné mít nízkopotenciální zdroj tepla. V tomto případě je například takovým zdrojem země, jejíž průměrná roční teplota je 6-7 °C. Na pozemku byl vyvrtán vrt do hloubky asi 100 m, do kterého byl spuštěn výměník tepla. Teplo se postupně odebírá ze země, poté tepelné čerpadlo zvyšuje teplotu chladicí kapaliny ze 7 °C na požadovanou teplotu a v závislosti na hodnotě druhé (potřebné) teploty se liší součinitel topného výkonu (COP) tepelného čerpadla. Například pokud je nutné dodávat teplo do baterií s teplotou 7 °C, pak bude COP asi 0. Pokud je požadovaná teplota 1,15 °C, je součinitel topného výkonu 4.

Pro teploty 30–3 °C se KI blíží hodnotě 5. Teploty 4,0–30 °C lze využít pro ohřev vzduchu pomocí fan coilů.

Během horkých letních měsíců se kompresor vypne a mezi fan coilem a zemí začne pomalá cirkulace chladiva: teplota ve fan coilu je 7 °C, ventilátor fouká ochlazený vzduch a systém začne fungovat jako klimatizace. Zároveň se země ohřívá. Energii, kterou země v létě ukládá, tak lze jeden až jeden a půl měsíce využít ke zvýšení účinnosti tepelného čerpadla.

Provozní schéma inženýrských systémů je znázorněno na obr. 3.

Tento příklad rekonstrukce kravína dokazuje, že využití obnovitelných zdrojů energie je v Uralském federálním okruhu efektivní a možné. Experimentální a inovativní projekt rekonstrukce budovy kravína a její přeměny na pohodlný a energeticky úsporný obytný dům demonstruje praktické využití obnovitelných zdrojů energie pro vytápění a klimatizaci domu, stejně jako pro ohřev vody.

Dne 11. prosince 2019 byl přijat federální zákon „O mikrogeneraci“ [4], který je doplňkem k zákonu č. 35-FZ „O elektroenergetice“ [5]. V souladu s přijatými změnami jsou energetické organizace povinny nakupovat energii vyrobenou „mikrogeneračními zařízeními“ [4] za velkoobchodní tarif stanovený na daném území. Tato změna legislativního rámce by měla přispět k rozvoji obnovitelných zdrojů energie v Ruské federaci.

Rádi bychom vyjádřili zvláštní poděkování doktoru technických věd, profesoru S. E. Ščekleinovi za exkurzi, poskytnuté materiály a projevený zájem o spolupráci.

1. Bašmakov I. A., Bašmakov V. I. Politika zvyšování energetické účinnosti v Rusku // Úspora energie, 2012. č. 4. S. 10–16.
2. Panshin I.V., Tobien M.A. Studie dostupnosti zdrojů v regionálních ekonomických programech pro úsporu energie a zvyšování energetické účinnosti // Regionální ekonomika: Teorie a praxe, 2015. č. 21. S. 48–60.
3. Popel O. S. Autonomní elektrárny na obnovitelné zdroje energie // Úspora energie, 2006. č. 3. S. 70–76.
4. Popel O. S. Obnovitelné zdroje energie v regionech Ruské federace // Energetická rada, 2011. č. 5. S. 22–27.
5. O změnách federálního zákona „o elektroenergetice“ v oblasti rozvoje mikrogenerace: Federální zákon Ruské federace ze dne 27.12.2019. 471. XNUMX č. XNUMX-FZ.
6. O elektroenergetice: Federální zákon Ruské federace ze dne 26.03.2003 č. 35-FZ (ve znění pozdějších předpisů ze dne 27.12.2019).