В издании, подготовленном авторами СССР, НРБ, Австралии, США, рассмотрены вопросы проектирования, строительства и эксплуатации зданий, конструкции которых совмещены с устройствами улавливания, преобразования и использования энергии возобновляемых источников (солнечной радиации, гидро– и геотермальной энергии, биогаза) с целью экономии энергии традиционных источников. Сформулированы общие принципы и архитектурно-строительные приёмы разработки энергоактивных зданий. Широко освещен опыт строительства и эксплуатации энергоактивных зданий в СССР, НРБ, Австралии. США и других странах. Для архитекторов и проектировщиков.

Введение

1. Эффективные возобновляемые источники энергии
1.1. Солнечная энергия
1.2. Энергия ветра
1.3. Геотермальная и гидротермальная энергия
1.4. Энергия тепловых выбросов
1.5. Биотехнологические основы конверсии солнечной энергии
Список литературы

2. Общие принципы к архитектурно-строительные приемы проектирования энергоактивных зданий
2.1. Архитектурно строительные приемы повышения энергетической экономичности зданий
2.2. Архитектурно строительные приемы разработки гелиоэнергоактивных зданий
2.3. Ветроэнергоактивные здания как направление в архитектурном и инженерном проектировании (принципы подхода)
2.4. Архитектурные и конструктивные приемы проектирования зданий с использованием гидротермальной и геотермальной энергии
2.5. Экспериментальные приемы разработки биоэнергоактивных зданий и сооружений
Список литературы

3. Селективные системы сбора и преобразования солнечной энергии. Конструкции и формирование энергетических объектов
3.1. Физико-математическая характеристика селективных систем сбора солнечной энергии Фокусирующие солнечные коллекторы
3.2. Солнечные фотоэлектрические станции и солнцезащитные сооружения
Список литературы

4. Конструирование и расчет тепловых систем солнечных энергоактивных зданий
4.1. Задачи создания зданий с эффективным использованием энергии
4.2. Системы солнечного отопления и горячего водоснабжения
4.3. Единый метод термодинамического и физико-математического описания и расчета процесса тепломассообмена в элементах гелиосистем
4.4. Основы построения теории эффективности и надежности систем кондиционирования микроклимата
4.5. Расчет и обобщение тепловых характеристик систем солнечного теплоснабжения зданий для южных районов СССР
Список литературы

5. Архитектура энергоактивных промышленных зданий и комплексов
5.1. Архитектурные и энергетические начала разработки многофункциональных гелиокомплексов
5 2. Комплексное решение задач при проектировании многофункционального гелиокомплекса «Сатурн»
5.3. Различные архитектурные композиции многофункциональных гелиокомплексов
5.4. Основные составляющие архитектурного проектирования научно производственных гелиокомплексов
5.5. Универсальная система солнцезащитного экранирования
5.6. Примеры решения различных типов энергоактивных зданий в гелиокомплексах
5.7. Многофункциональные гидрогелиокомплексы
5.8. Проектирование и строительство гелиокомплекса «Солнце»
5.9. Архитектурная разработка энергоактивных промышленных зданий
5.10. Комплексный подход к архитектурному проектированию солнечных энергетических станций
5.11. Экономия энергии в зданиях, перекрытых пространственными конструкциями
Список литературы

6. Опыт разработки и строительства гелиоэнергоактивных объектов в СССР
6.1. «Солнечные» дома Института высоких температур Академии наук СССР. Полигон «Солнце»
6.2. Энергоактивный комплекс сооружений Крымской экспериментальной базы по использованию солнечной энергии ЭНИН им Г.М. Кржижановского
6.3 Аккумулирование солнечной энергии для систем отопления в горных районах тропиков
Список литературы

7. Зарубежный опыт разработки солнечных энергоактивных зданий
7.1. Технико-экономические обоснования строительства энергоактивных зданий в НРБ. Перевод с болгарского Р.Ф. Залялова
Список литературы
7.2. Пассивные методы использования солнечной энергии. Перевод с английского И.И. Спиридоновой
Список литературы
7.3. Биоклиматическая архитектура. Перевод с английского И.И. Спиридоновой
7.4. Солнечное отопление и кондиционирование воздуха в зданиях в США. Перевод с английского И.И. Спиридоновой

8. Автоматизация управления работой энергетических систем зданий
8.1. Современное состояние и задачи управления работой энергетических систем зданий
8.2. Структура и функционирование САУ «Контур»

9. Гидротермальные коллекторы энергоактивных зданий
9.1. Общие сведения
9.2. Гидротермальные коллекторы систем защиты зданий от перегрева
9.3. Гидротермальные коллекторы в системе обогрева помещений

10. Экологическая оценка проектов энергоактивных зданий
10.1. Актуальные задачи и цели экологического анализа проектов энергоактивных зданий
10.2. Экологические требования к энергетическим системам зданий
10.3. Экологическая характеристика традиционных энергетических систем зданий
10.4. Экологическая характеристика нетрадиционных энергетических систем зданий
10.5. Экологические показатели и критерии проектирования энергоактивных зданий

Послесловие
Приложение
Терминология по солнечному теплоснабжению

Введение

Влияние энергетики на экономику можно смело отнести к числу определяющих факторов современного общественного развития. Энергетическая проблема представляет собой одну из ключевых технических, экономических и социальных проблем, стоящих сейчас перед человечеством. Обеспечение потребностей в энергии влечет за собой необходимость глубокой динамичной перестройки как самого топливно-энергетического хозяйства так и структуры и способов потребления энергии с точки зрения рационализации и всемерной экономии в сфере энергопотребления вовлечения в энергобаланс новых и возобновляемых источников энергии строительства и реконструкции энергоэкономичных, а на последующих этапах — энергоактивных зданий.

Вся эта огромная работа ведется с учетом ограничивающих факторов экологического, технологического, ресурсного (включая прежде всего трудовые ресурсы) и социального характера. Например, архитектурно-планировочные проблемы необходимо решать в условиях грандиозной перестройки топливно-энергетического комплекса и сферы потребления энергии.

Обеспеченность энергетическими ресурсами в нашей стране за последние годы требует учета сложного экономического фактора: старые, географически удобно расположенные и дающие дешевое топливо месторождения истощаются, новые месторождения на громадных пространствах Востока и Севера страны требуют новой дорогостоящей транспортной инфраструктуры, создания городов и поселков, обустройства людей в суровых климатических условиях, специальной техники и оборудования — в конечном счете увеличения удельных затрат на прирост добычи топлива в 3 и более раза по сравнению с 70 ми годами.

Энергетическая программа СССР на длительную перспективу предусматривает всемерную экономию топлива и энергии на базе ускоренного научно-технического прогресса и обеспечение таким образом значительного снижения удельной энергоемкости национального дохода. С точки зрения народнохозяйственных затрат меры по экономии в расчете на 1 т условного топлива в 2—3 раза эффективнее (дешевле) чем добыча соответствующего количества дополнительного топлива.

Один из путей замещения органического топлива — развитие атомной энергетики — обеспечивает народное хозяйство электроэнергией и теплотой при централизованном теплоснабжении в постоянно возрастающих объемах. Вовлечение атомной энергии в топливно-энергетический баланс страны сопоставимо по энергетическому вкладу с приростом добычи нефти. Но развитие атомной энергетики требует времени, значительной концентрации средств и ресурсов и не освобождает нас от необходимости и целесообразности экономного расходования энергии. Энергетическая программа СССР предусматривает на рубеже XX и XXI вв. замещение (экономию) органических топлив за счет энергии АЭС и ГЭС в объеме 400- 500 млн. т условного топлива, а экономию топлива за счет совершенствования производства, транспорта и потребления энергии, производимой традиционными способами, — в объеме 540 -580 млн. т условного топлива.

Дальнейшее развитие централизованного теплоснабжения сможет обеспечить нам экономию 50 -60 млн. т условного топлива, а совершенствование норм и нормативов расхода топлива и энергии на основе внедрения новых технологических процессов и энергосберегающих технологий должно дать такую же если не большую, экономию.

В области жилищно-коммунального хозяйства утвержденная Госпланом СССР и ГКНТ Государственная программа по энергосбережению предусматривает реальные объемы экономии топлива и энергии в 1990 г в объеме до 35 млн. т условного топлива, а к 2000 г. — в несколько раз больше. Таким образом, в действующем и строящемся фонде жилых, общественных и коммунальных зданий имеются большие резервы экономии энергии.

Оценки и прогнозы относительных объемов потребления энергии по секторам народного хозяйства в нашей стране и большинстве стран региона Европейской экономической комиссии (ЕЭК) ООН совпадают. Так, по данным ЕЭК ООН на здания жилищного сектора и сферы обслуживания приходится в странах региона ЕЭК около 35% всего национального энергопотребления. Эксперты ЕЭК ООН считают, что «...в строительном секторе энергия потребляется при производстве строительных материалов, их последующей перевозке в самом процессе строительства при эксплуатации здания в течение его срока службы и во время его возможного сноса. Сравнение этих видов потребления энергии показывает, что, как правило, больше всего энергии требуется при эксплуатации здания, что составляет, возможно свыше 90% всего потребления энергии. Энергия, используемая для производства материалов, составляет около 6%, а для перевозки и на строительство здания — 1—2%» [ЕЭК ООН. Комитет по жилищному вопросу, строительству и градостроительству. Политика экономии энергии в зданиях. — Документ Рабочей группы по строительству от 17 октября 1984 г.]. В рамках цитируемого документа ЕЭК ООН предложена методика «Комплексного проектирования зданий с уделением особого внимания требованиям экономии энергии», подготовленная Р. Ван Баарселем (Нидерланды) и автором этих строк.

Таким образом, с точки зрения энергетики главное внимание при проектировании здания следует уделять его эксплуатационным характеристикам. Основные расходы энергии в эксплуатируемых зданиях связаны с обеспечением кондиционированного микроклимата, т. е. с возмещением теплопотерь здания (или охлаждением здания или его отдельных помещений), с горячим и холодным водоснабжением и водоотведением, освещением приготовлением пищи, работой лифтов в многоэтажных домах, использованием электрических бытовых машин, приборов и средств технической коммуникации. Задача состоит в том, чтобы не снижая качественные показатели и уровни современных стандартов жилища, минимизировать бесполезные потери энергии на эти цели, повышая показатели термического сопротивления ограждающих конструкций и коэффициенты полезного действия энергопотребляющего оборудования и приборов. Все это имеет достаточно четкие граничные условия по капиталовложениям, по показателям экономической и социальной целесообразности. На сегодня практически любая задача по энергосбережению разрешима инженерными средствами, однако затраты материалов и труда на строительство и последующую эксплуатацию требуют оптимизации. Так называемые «дома термосы» или «суперизолированные дома», возведенные в экспериментальном порядке в Советском Союзе и других странах, обеспечивают сведение теплопотерь к минимуму, однако затраты на теплозащиту таких зданий не окупаются по современным экономическим критериям.

Вместе с тем затраты на мероприятия по энергосбережению должны соотноситься не со средними экономическими критериями для страны или региона, а с соответствующими критериями для конкретных районов строительства. Мировые реальные цены на топливо и энергию в какой-либо временной отрезок могут подвергаться конъюнктурным изменениям, однако исчерпаемость, конечность запасов органических топлив требует уже сегодня детальной проработки концепций конкретных технических решений по энергосбережению при потреблении энергии и экспериментальной про верки этих решений на практике с целью дальнейшего широкого тиражирования.

Исходя из этого и рассматривая возможный сегодня и вероятный в будущем вклад новых и возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в топливно-энергетический баланс здания, необходимо рассматривать это здание как систему, взаимосвязанную с энергетической ситуацией в окружающей здание среде и активно воспринимающую рассеянную низкопотенциальную энергию с трансформацией ее до требуемого потенциала. Но поскольку вклад возобновляемых источников энергии недешев, а нередко и ограничен по различным причинам, здание должно иметь минимальные потери энергии в окружающую среду. Добиваясь этого конструктивными мерами, следует учитывать взаимосвязь здания с окружающим пространством — архитектуру традиции, экологию Все это требует системного подхода, достаточной информации о научных исследованиях, мировом и отечественном опыте.

Вероятностные оценки максималистских и пессимистических воззрений на идею, практические результаты и возможности использования НВИЭ укладываются сегодня в прокрустово ложе экономических требований и технологических ограничений. Для определения судьбы и путей использования НВИЭ следует начинать с оценки этих источников. Укажем здесь некоторые особенности НВИЭ которые если не препятствуют, то осложняют их широкое применение.

Для большинства возобновляемых источников энергии (за исключением теплотехнического использования геотермальных вод, биогаза и солнечного охлаждения) характерно несовпадение по времени возможности получения энергии и потребности в ней для энергообеспечения объектов. Это требует решения проблемы аккумулирования теплоты или другого вида энергии. Можно рекомендовать читателям, интересующимся данной проб темой, обратиться к материалам Первой встречи Рабочей группы по аккумулированию тепла, проходившей в Москве 12—15 февраля 1985 г. Встреча была организована Институтом высоких температур Академии наук СССР под эгидой ЮНЕСКО.

Использование солнечной энергии рассматривается сегодня как наиболее технологически доступный и экономически целесообразный вид возобновляемой энергии. Хотелось бы обратить внимание читателей на то, что применение солнечной энергии для теплоснабжения было бы неверно ограничивать районами с теплым климатом и достаточными с общепринятых позиций числом дней солнечного сияния и величиной солнечной радиации.

Ленинградским зональным научно исследовательским и проектным институтом типового и экспериментального проектирования жилых и общественных зданий разработана Госгражданстроем в 1985 г. утвержден экспериментальный проект малоэтажных жилых домов усадебной застройки с гелиосистемами отопления и горячего водоснабжения для строительства в Якутской АССР (авторы Н.И. Масленников, Е.В. Плюхин). Прежде всего следует обратить внимание на то, что проекты предусмотрены для строительства на вечномерзлых грунтах по I принципу в климатическом подрайоне I А при расчетной температуре наружного воздуха —55° С. Экспериментальной проверке запроектированных трехкомнатных домов со стенами из крупных панелей и кирпича подвергались комбинированные системы отопления здания с использованием пассивных гелиосистем в сочетании с традиционными. В проекте применены архитектурно планировочные решения с целью экономии энергопотребления зданий, определены места элементов гелиосистем в объемно-планировочной структуре дома взаимное расположение и ориентация по странам света функциональных зон жилища, интегрированы аккумулирующие элементы и конструкция дома. Ожидаемая расчетная экономия теплоты составляет 20% на горячее водоснабжение и 20% на отопление.

Предложены варианты устройства основания дома на теплоизолирующей подсыпке и на сваях, а также блокировки гелиодомов с парниками и надворными постройками. Необходимость южной ориентации средств сбора солнечной энергии определяет строгие условия ориентации дома на приусадебном участке, уменьшены площади ограждающих конструкций за счет улучшения компактности и увеличена площадь южного фасада. Парники выполняют роль буферной тепловой зоны Жилая зона (тяготение к южному фасаду) защищена от неблагоприятных воздействий с севера подсобно хозяйственными помещениями. Окна размещены таким образом (ночная зона — запад, дневная — восток), что облучение прямой солнечной радиацией происходит непосредственно перед режимом функционирования помещений.

Теплоаккумулирующие стены устроены из кирпича толщиной 640 мм с двойным остеклением Теплоноситель для четырех гелиопанелей — пропиленгликоль (применяется для непосредственного замораживания пищевых продуктов, не обладает запахом, коррозионно-инертен, температура замерзания равна —71° С, что позволяет использовать гелиосистему с февраля по сентябрь; система водоснабжения — двухконтурная. Тепловой дублер — котел КЧМ 2 со скоростным водоподогревателем.

Этим же институтом разработаны архитектурно-конструктивные принципы сочетания различных сводчатых, складчатых, мембранных, вантовых конструкции, стержневых структур и пластинчатых сводов покрытий зданий различного назначения с энергоактивными элементами играющими значительную, а иногда и определяющую роль в обеспечении микроклимата здания, в облегчении условий эксплуатации самого покрытия. Предложенный принцип работы энергоактивиых покрытий зданий технически совершенен и достаточно прост, при этом может обеспечиваться как подогрев здания путем подачи в помещение нагретого в прослойке покрытия воздуха, так и охлаждение его за счет теплосъема с внутренней поверхности циркулирующим воздухом.

Давно известен и широко применяется в нашей стране принцип обеспечения энергоактивности зданий, особенно протяженных, при так называемом пофасадном автоматическом регулировании систем отопления, когда освещаемый солнцем фасад использует в ясный зимний день солнечный энергетический вклад (расход теплоносителя в системе южного фасада снижается до нулевых значений).

Очень интересны с архитектурной, экономической и энергетической точек зрения приемы «зеленой архитектуры», т. е. защиты здания или группы зданий деревьями от господствующих неблагоприятных ветров и жесткого прямого солнечного излучения. Можно привести массу примеров, когда увитые плющом, диким или культурным виноградом и другими вьющимися растениями стены домов, лоджии и балконы создают необходимую «мягкость» микроклимата внутренних и летних помещений жилых домов, а в целом — зрительно и экологически благоприятную среду обитания человека. Решение принципов солнцезащиты зданий в целях обеспечения нормируемого микроклимата, например использование внутренних двориков односемейных жилищ с керамическими ограждениями или декоративными элементами зданий, заполненными испаряющейся водой (работы ТашЗНИИЭП), — все это целевое введение энергоактивных элементов в строящиеся и эксплуатируемые здания. Такие приемы планировки в сочетании с зеленой архитектурой, устройством арычных систем брызгальных бассейнов и фонтанов, проветриванием застроенных пространств создают микроклимат небольших жилых образований.

Простым, широко известным и недорогим, но весьма эффективным способом снижения солнечной радиации в жаркое время года является устройство различного типа экранирующих элементов штор, жалюзи и ставен на окнах, позволяющих до 50% снижать расходы энергии на кондиционирование воздуха. Применение так называемых суперокон с несколькими слоями остекления, с зеркальными или теплоотражающими стеклами, которые выходят на южную сторону и в полтора раза превышают обычные окна по площади (увеличение коэффициента естественного освещения), позволяет получить ощутимый солнечный вклад при ясной осенней или зимней погоде. От возможного перегрева зданий летом предохраняют теневые навесы оконные козырьки или крупные деревья лист венных пород сбрасывающие листву зимой.

Принятие эффективных мер по экономии энергии в зданиях — многоцелевая задача, сочетаемая с поисками способов привлечения и использования альтернативных энергоисточников. Мировая практика показывает достаточную эффективность и перспективность строительства заглубленных жилищ и зданий другого назначения. Реакция людей на такого рода решения весьма неоднозначна ранее было принято считать, что складские коммунальные, коммерческие, энергетические и промышленные объекты и транспортные магистрали могут быть полностью или частично заглубленными, а расположение жилища требует непременно дневной поверхности. Специалисты исходят из того, что рельеф или перемещенные и перераспределенные массы и слои грунта могут служить хорошими барьерами, естественной или искусственно создаваемой защитой от ветра, холода осадков излишнего солнечного освещения и нежелательной инфильтрации, излишних теплопотерь. Правильная ориентация заглубленного жилища помимо защиты его от неблагоприятных погодных факторов может обеспечить его дополнительной энергией за счет использования возобновляемых источников и позволит сохранить хорошую коммуникационную и зрительную связь с природой.

Специалистами разработан ряд нетрадиционных решений по жизнеобеспечению в таких зданиях В частности, для освещения заглубленных зданий (как и зданий обычного типа с широким корпусом) можно применять комбинированную систему, включающую комплектные осветительные устройства со щелевыми или плоскими световодами. На кровле здания устанавливается солнечный светоприёмник с концентратором, через шахту свет передается в систему цилиндрических или плоских световодов выполненных из полиэтилентерефталатной пленки или алюминия, внутренняя поверхность которых, за исключением светопропускающих участков или щелей, покрывается зеркально отражающим слоем. В качестве дублеров источников света могут быть применены зеркальные металлогалогенные лампы-светильники и лампы-фары, располагаемые в шахте или на концах световодов. Помимо экономии металла, затрат на электроэнергию и обслуживание осветительных устройств и пускорегулирующую арматуру использование цилиндрических или плоских световодов обеспечивает равномерную освещенность помещения возможность создания зрительного светового эффекта контакта с окружающей средой.

Традиционно широко применяется солнечная энергия в различного рода теплицах, парниках и лимонариях, сельскохозяйственных производственных помещениях. Здесь улавливаемая и концентрируемая теплота солнечного излучения непосредственно используется в технологии выращивания сельскохозяйственных культур, для сушки сельскохозяйственной продукции, выращивания и переработки хлореллы на корм скоту, опреснения воды, обеспечения горячей водой и кондиционирования воздуха для животноводческих помещений. В Грузии, Узбекистане и Таджикистане работают и создаются новые установки с использованием солнечной энергии и теплоты морской воды для сушки винограда, плодов и чая, активного вентилирования кормовых трав, гелиосушильные установки для каракулевых смушек, гелиолимонарии, овощехранилища с гелиохолодоснабженнем. В Ростовской области и ряде других мест созданы и эксплуатируются гелиоводоиагревательные установки для доильных площадок крупного рогатого скота. В той же Ростовской области институт ВНИИТИМЭСХ проводит режимные исследования системы гелиотеплохолодоснабжения свинарника-маточника. Научно-производственным объединением «Солнце» Академии наук Туркменской ССР впервые в отечественной практике построен энергетически автономный овцеводческий гелиокомплекс, организовано на базе гелиотехнологии промышленное производство вещества хлореллы.

Научный и практический интерес представляет возможность использования солнечной энергии в технологии бетона, особенно для ускорения его твердения, вместо традиционного пропаривания изделий. Это позволяет сократить цикл пропаривания, увеличить оборачиваемость форм, получить бетон высокого качества. На 1 м. куб. бетона экономится 70—100 кг условного топлива снижаются рас ход воды до 0 5 т и себестоимость изделия на 3—6 руб. В настоящее время эксплуатируются промышленные гелиополигоны на Ташкентском заводе ЖБИ № 2 Минстроя Узбекской ССР, экспериментальном заводе железобетонных изделий Минсельстроя Узбекской ССР, Чиназском комбинате строительных материалов Главсредазирсовхозстроя и на предприятиях Узколхозстроя. Ежегодно выпускается более 100 тыс. кубометров сборных железобетонных изделий по гелиотехнологии. Весьма перспективным оказалось создание комбинированных солнечно-топливиых котельных. Здесь два пути — создание новых, в основном блок модульных, максимальной заводской готовности солнечно топливных котельных и реконструкция действующих котельных на органическом топливе с введением в их технологическую схему гелиоустановок, как это предусмотрено например в котельной одного из кварталов Ашхабада или в проектируемой районной солнечно топливной котельной в Алуште. В одном из кварталов Ашхабада по проекту ЦНИИЭП инженерного оборудования сконструирована существующая котельная с переводом ее в гелиотопливный режим. Установка солнечных коллекторов с баками аккумуляторами обеспечивает покрытие нагрузок горячего водоснабжения в летний и переходный периоды и подпитку тепловой сети за счет использования солнечной энергии. При этом достигается экономия топлива в размере 120 т условного топлива в год. Технико-экономическая оценка предложенного решения показала, что удельные капитальные вложения, связанные с устройством солнечной установки, находятся в прямой зависимости от стоимости 1 м2 солнечного коллектора и вида замещаемого топлива Госстроем Туркменской ССР определены для строительства в Туркмении четыре гелиотопливных котельных.

Блок модульная автоматизированная котельная установка теплопроизводительностью 3,2 Гкал/ч на жидком топливе эксплуатируется в колхозе им. Калинина Крымской области. Она работает вместе с гелиоустановкой, позволяющей экономить до 35% жидкого топлива и полностью обеспечивать горячей водой потребности коммунального хозяйства колхоза. Установка имеет 600 плоских солнечных коллекторов общей площадью 480 м2, ориентированных под наиболее выгодным углом к солнцу, бак аккумулятор, блок управления и циркуляционную систему. Общая площадь, занимаемая гелиоустановкой, составляет 1200 м2.

Сюда следует добавить производимые промышленностью строительных материалов системы поквартирного водяного отопления с гелиоприставками для односемейных домов, комплектные гелиоустановки для горячего водоснабжения для сельских усадебных и садовых домиков, производство которых организуется на ряде заводов Минстройдормаша и других министерств.

Перспективным для энергосбережения является устройство на кровлях промышленных, энергетических и коммунальных зданий различного рода теплиц с использованием вторичных энергоресурсов в сочетании с солнечной энергией Ряд промышленных и коммунальных предприятий Москвы, Ленинграда Тулы, Алма Аты и других городов используют покрытия зданий для устройства таких теплиц, а автозавод им Ленинского комсомола планирует устройство теплиц на кровле зданий площадью 13 тыс м2. Принципиальные основы устройства теплиц на кровлях зданий разработаны проф. И.Ф. Ливчаком, председателем секции Научно-технического совета Госстроя СССР. Указанное направление представляет собой только одно из возможных или уже используемых энергоэффективных направлений. В основном здесь речь идет об одиночном здании в котором эффективно используется один из возобновляющихся источников энергии.

Системный подход к проблеме ставит задачу шире — для комплекса зданий, какого то поселения, района или целого города комплексно используются традиционные источники энергии, вторичные разнопотенциальные энергоресурсы, всевозможные возобновляемые источники энергии и рассеянная в природе низкопотенциальная теплота. Здесь одними из предпосылок энергоснабжения являются минимизация бесполезных энергетических потерь и принятие оптимизированных норм и стандартов энергопотребления. В этом случае примат энергетических целей повлияет на планировку данного поселка или жилого образования, а система энергообеспечения органически включит все возможные в данном конкретном случае приемы и способы экономии энергии и получение ее с помощью энергоактивных зданий или их элементов, сочетающихся с генераторами теплоты и других видов энергии на традиционных и возобновляемых энергоресурсах. Вполне вероятен вариант образования избыточной энергии, тем или иным способом передаваемой в энергосистему или запасаемой.
Интересны в этом отношении работы Киевского политехнического института, проводимые под руководством проф Г.И. Денисенко. Системные научные исследования, в которые наряду с крупными учеными вовлечены студенты и аспиранты одного из крупнейших вузов страны, позволили не только продвинуть вперед современные представления об интегрированном использовании возобновляемых энергоисточников и энергоэффективных технологий, создать методическую и расчетную основу конструирования и проектирования энергоактивных зданий и поселков энергокомплексов, но и дали реальные и достаточно бесспорные данные по эксплуатации опытно-промышленной установки (полигона) на возобновляемых источниках. Энергокомплекс (полигон «Десна» в Черниговской обл.) состоит из нескольких зданий ветроэнергоустановок, гелиотеплицы, энергетической лаборатории — автономного жилого дома, круглогодично обеспечиваемого энергией за счет использования теплоты воды, солнца и ветра. Здесь применены термосифонные солнечные кол лекторы, выносные солнечные коллекторы с различными концентраторами солнечной энергии, батарея солнечных фотопреобразователей и две ветроустановки, два тепловых насоса (компрессионный и полупроводниковый).

Полигон функционирует в течение ряда лет, исследования в натурных условиях позволили сделать ряд ценных научных и практических выводов, которые легли в основу реального проектирования в Киевской области и на Черноморском побережье УССР объектов отдыха и сельскохозяйственных поселков с интегрированными системами энергообеспечения. Следует обратить внимание на то, что «энергетический максимализм» построенного и проектируемых комплексов сочетается в данном случае еще и с «экологическим максимализмом» и предусматривает решение ряда вопросов жизнеобеспечения объектов — получение пресной воды, полив сельхозугодий, удовлетворение нужд тепличного хозяйства, что намного расширяет первоначально поставленную задачу.

В Скадовском районе Херсонской области начинается строительство комплексного энергетического узла на базе студенческого пансионата «Маяк» Киевского политехнического института. Поставлена задача автономного энергообеспечения конкретных объектов при комплексном использовании возобновляемых источников энергии — солнца, ветра, теплоты морской воды — и отработки в натурных условиях новых технологических решений. На этой основе должны быть разработаны практические рекомендации по использованию энергетических агрегатов и энергоактивных конструкций, а также методика и принципы технико-экономического обоснования комплексного использования энергии возобновляемых источников в народном хозяйстве.

Энергоузел включает в себя выполненные в модульной компоновке теплонасосную установку мегаваттной мощности фотоэлектрическую станцию и ветроэнергетическую установку киловаттного класса мощности. В энергокомплексе предусмотрена станция утилизации морской воды производительностью 25 м3/ч с опреснительными установками трех типов — термической, вакуумной и с использованием обратного осмоса. Предусмотрено получение минеральных удобрений и извлечение редких металлов при опреснении морской воды Решение этих побочных задач резко улучшает экономические показатели энергокомплекса.

На практике уже сейчас решается ряд крупномасштабных задач создания интегрированных систем использования различных источников энергии. Разработанная Белорусским отделением ВНИПИэнергопрома и утвержденная Минэнерго СССР схема теплоснабжения Большой Ялты будет воплощена в жизнь с комбинированным использованием солнечной энергии теплоты морской воды (тепловые насосы), вторичных энергоресурсов и источников теплоты на органическом топливе. Приоритетная задача этого решения — максимальная экологическая чистота этого удивительного уголка Крыма, всесоюзной здравницы.

Следует отметить, что для системных и автономных решений по максимальному использованию вторичных энергоресурсов и возобновляемых энергоисточников важно решить проблему надежности. Здесь имеется в виду не только механическая или иная какая либо подобная надежность установки или устройства, но и надежность энергообеспечения в «энергетическое межсезонье», когда не хватает солнечной энергии (зимой, осенью или в пасмурную погоду), при безветрии и т. п. Существуют два способа решения проблемы: устройство дублирующего генератора энергии или подключение к энергосистеме и аккумулирование энергии. Применение обоих способов почти в равной мере отрицательно сказывается на экономической эффективности использования возобновляемых источников энергии. Что касается аккумулирования теплоты или электроэнергии, то его применение требует решения сложных технических проблем, причем эти решения может дать как фундаментальная, так и прикладная наука.

И все таки в настоящее время предпочитают создавать не системы, а полностью или частично энергоавтономные отдельные здания — сельские жилые дома и производственные здания санатории дома отдыха и пансионаты. Устройства пассивного солнечного отопления и сезонного солнечного горячего водоснабжения, использование вторичных энергоресурсов и устройство солнцезащиты зданий являются реалистическими и экономически целесообразными. Вместе с тем с точки зрения достижения максимального энергетического эффекта технические решения зачастую весьма дорогостоящи, громоздки, ресурсоемки сложны в эксплуатации. Тем не менее такие здания проектируются и строятся, их авторы на основе эксплуатационных испытаний доказывают право таких зданий на жизнь, на широкое тиражирование.

Интересен проект экспериментального энергетически и экологически автономного жилого комплекса лаборатории, предназначенного для строительства в совхозе «Огре» пос. Юмправа Латвийской ССР. Проект разработан авторским коллективом Московского архитектурного института и Университета дружбы народов им П. Лумумбы при участии института Проектпромвентиляция. В проекте предусмотрено:

максимально возможное использование энергии Солнца биогаза и теплонасосных установок при максимальном снижении теплопотерь и повышении термического сопротивления ограждающих конструкций,

создание автономной системы канализации и полной утилизации органических отходов за счет создания биореактора, в котором образуется и собирается метан, а очищенная вода отстаивается, аэрируется и поступает в систему подземного орошения теплицы утилизатора, 
объемно-планировочное решение дома-комплекса при котором обеспечивается максимальный уровень комфортности проживания, а все помещения — жилые, вспомогательные, технологические хозяйственные, надворные постройки — объединены в едином объеме дома и совместно с вегетационными и животноводческими помещениями собраны в единый блок. Предусмотрены утилизация теплоты канализационных стоков и вытяжного воздуха, воздушные солнечные коллекторы, использование метана применение теплового аккумулятора с использованием теплоты фазовых переходов, тепловых насосов, установка теплового дублера — котла на твердом топливе.
Проект рассмотрен и одобрен секцией «Использование солнечной энергии для тепло и холодоснабжения» Научного совета ГКНТ по возобновляемым источникам энергии. Рекомендовано строительство двух таких домов в совхозе «Огре» для натурных экспериментальных исследований.

Однако этот, как и ряд других проведенных или намеченных экспериментов, в которых ставятся задачи достижения максимальной энергетической эффективности, приходится проводить при таких расчетных экономических показателях когда срок окупаемости объекта или установки превышает нормативный даже при зачете в качестве стоимости замыкающих затрат на топливо и энергию. В ряде случаев скептически настроенные специалисты считают, что расчетный по действующим методикам срок окупаемости систем с нетрадиционными технологиями может превышать жизненный цикл этих систем. Действующая методика расчета экономической эффективности не учитывает в полной мере сопоставимых затрат на мероприятия по охране окружающей среды и ряд других факторов. Словом, к оценке нетрадиционных источников энергии мы подходим с традиционными мерками что, вероятно должно претерпеть изменение в ближайшем будущем.

Издание книги с участием советских и зарубежных авторов — определенный этап первый итог короткой по времени, но интенсивной и результативной работы и международного научно-технического сотрудничества в области использования возобновляемых источников энергии в строительстве и реконструкции зданий. Составители книги исходили из необходимости предложить широкому кругу специалистов концептуальный подход к практикуемому сегодня и вероятному в недалеком будущем использованию разнообразных видов возобновляемых источников энергии и новых энерготехнологий.

Э.В. Сарнацкий