CC BY
16
УДК 697.1
DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.280519.78.439
ПРОЕКТ БУДИНКУ МРП ТА ОБГРУНТУВАННЯ ЙМОВ1РНОСТ1
ЙОГО ЗВЕДЕННЯ
1 *
РОТТ Н. О/ , канд. техн. наук, доц., ПУША I. О.2, учень, ЗАВГОРОДНШ Д. В.3, учень
'* Кафедра матерiалознавства та обробки MaTepiMiB, Державний вищий навчальний заклад «Придтпровська державна академш будiвництвa та архпектури», вул. Чернишевського, 24-а, 49600, Дншро, Укра!на, тел. +38 (0562) 46-93-72, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3839-6405
2 КЗ «Слобожанський НВК № 1 ССР», вул. Буд1вельниюв, 1, смт Слобожанське, Дтпровський район Дтпропетровсько! облaстi, 52005, Укра!на, тел. +38 (050) 999-64-57, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-9995-6122
3 КЗ «Слобожанський НВК № 1 ССР», вул. Буд1вельниюв, 1, смт Слобожанське, Дшпровський район Дтпропетровсько! обласл, 52005, Укра!на, тел. +38 (095) 021-92-15, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3333-3675
Анотащя. Забезпечення населения доступним та яшсним житлом, що вiдповiдae принципам сучасно! свггово! поливки сталого розвитку - е важливою стрaтeгiчною соцiaльною задачею, яка актуальна для Укра!ни. Для устшно! виршення ше! зaдaчi необх1дно впровадження в масове будiвництво енергоефективних eкономiчно виправданих тeхнiк застосування eкологiчних мaтeрiaлiв при проектуванш малоповерхових житлових будинк1в.
Для житлового будiвництвa Укра!ни в умовах нацюнально! еколопчно!, eкономiчно! та сошально! кризи е дуже актуальним питання зниження використання eнeргорeсурсiв при експлуатацп житла, розвиток нових eкологiчних енергоефективних технологш нового будiвництвa, створення альтернативного та яшсного доступного житла.
На сьогодшшнш день використання сонячно! енергп е одним з перспективних напрямшв у гaлузi альтернативно! енергетики.
Будинки нульового споживання е практичними i вже переходять з «майбутнього» в сьогодення. Все залежить вiд бажання власника жити в злaгодi з природою, а дaлi проектанти, будiвeльники i iнстaлятори зроблять все, щоб будинок став називатися нульового споживання.
При сучасному проектуванш iнжeнeрних систем все частше застосовуються зaмiсть традицшних рaдiaторiв, бiльш eнeргоeфeктивнi конструктивнi ршення. Одним з таких е використання тепло! тдлоги для обiгрiву малоповерхових будиншв.
Обiгрiв теплими пiдлогaми мае масу переваг, в порiвняннi з шшими видами опалення: eкономiя вшьно! площi, eкономiя рeсурсiв, вiдсутнiсть протяпв, здоровий клiмaт в будинку. Крiм цього, водянi системи iнтeгруються в опалення, де використовуються альтернативш джерела eнeргi!: тепловими насосами, сонячними батареями, конденсацшними котлами.
Однiею iз складових дано! роботи е проектування будинку та розрахунки eкономiчно! eфeктивностi.
Kro40Bi слова: енергозабезпечення; екологiчний житловий будинок; «нуль енергп»
ПРОЕКТ ДОМА МЕЧТЫ И ОБОСНОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТИ ЕГО ВОЗВЕДЕНИЯ
1 *
РОТТ Н. А. , канд. техн. наук, доц., ПУША И. А2, ученик, ЗАВГОРОДНИЙ Д. В.3, ученик
'* Кафедра материаловедения и обработки материалов, Государственное высшее учебное заведение «Приднипровская государственная академия строительства и архитектуры», ул. Чернышевского, 24-а, 49600, Днипро, Украина, тел. +38 (0562) 46-93-72, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3839-6405
2 КЗ «Слобожанский УВК № 1 ССР», ул. Строителей, 1, пгт Слобожанское, Днипровский район Днепропетровской области, 52005, Украина, тел . +38 (050) 999-64-57, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-9995-6122
3 КЗ «Слобожанский УВК № 1 ССР», ул. Строителей, 1, пгт Слобожанское, Днипровский район Днепропетровской области, 52005, Украина, тел . +38 (095) 021-92-15, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3333-3675
Аннотация. Обеспечение населения доступным и качественным жильем, соответствующей принципам современной мировой политики устойчивого развития является важной стратегической социальной задачей, которая актуальна для Украины. Для успешной решения этой задачи необходимо внедрение в массовое строительство энергоэффективных экономически оправданных техник применения экологичных материалов
при проектировании малоэтажных жилых домов.
Для жилищного строительства Украины в условиях национальной экологической, экономической и социальной кризиса очень актуальным вопрос снижения использования энергоресурсов при эксплуатации жилья, развитие новых экологических энергоэффективных технологий нового строительства, создания альтернативного и качественного доступного жилья.
На сегодняшний день использование солнечной энергии является одним из перспективных направлений в области альтернативной энергетики.
Дома нулевого потребления являются практическими и уже переходят из «будущего» в настоящее. Все зависит от желания владельца жить в согласии с природой, а дальше проектанты, строители и инсталляторы сделают все, чтобы дом стал называться нулевого потребления.
При современном проектировании инженерных систем все чаще применяются вместо традиционных радиаторов, более энергоэффективные конструктивные решения. Одним из таких является использование теплого пола для обогрева малоэтажных домов.
Обогрев теплыми полами имеет массу преимуществ, по сравнению с другими видами отопления: экономия свободной площади, экономия ресурсов, отсутствие сквозняков, здоровый климат в доме. Кроме этого, водяные системы интегрируются в отопления, где используются альтернативные источники энергии: тепловых насосов, солнечными батареями, конденсационными котлами.
Одной из составляющих данной работы является проектирование дома и расчеты экономической эффективности.
Ключевые слова: энергообеспечение; экологический жилой дом; «ноль энергии»
DESIGN OF THE HOUSE OF DREAM AND SUBSTANTIATION OF THE PROBABILITY OF ITS ERECTION
1 *
ROTT N O.1 , Cand. Sc. (Tech.), Ass. Prof., PUSHA I.O.2, Student, ZAVHORODNYI D.V.3, Student
1* Department of Materials Science and Materials Processing, State Higher Educational Institution "Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture", 24-A, Chernyshevskoho St., 49600, Dnipro, Ukraine, tel. +38 (0562) 46-93-72, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3839-6405
2 Municipal Institution "Slobozhanskyi educational complex No. 1", 1, Budivelnykiv St., town settlement of Slobozhanske, Dniprovskyi district, Dnipropetrovsk region, 52005, Ukraine, tel. +38 (050) 999-64-57, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0001-9995-6122
3 Municipal Institution "Slobozhanskyi educational complex No. 1", 1, Budivelnykiv St., town settlement of Slobozhanske, Dniprovskyi district, Dnipropetrovsk region, 52005, Ukraine, tel. +38 (050) 999-64-57, e-mail: [email protected], ORCID ID: 0000-0002-3333-3675
Abstract. Providing the population with affordable and high-quality housing that corresponds to the principles of the modern world policy of sustainable development is an important strategic social task that is relevant for Ukraine. For successful solution of this task it is necessary to introduce into mass construction the energy-efficient economically substantiated techniques of the use of ecological materials in the design of low-rise residential buildings. For the housing construction of Ukraine in the conditions of the national ecological, economic and social crisis it is a very urgent issue of reducing the use of energy resources in the operation of housing, the development of new environmental energy-efficient technologies of new construction, the creation of alternative and quality affordable housing. Today solar energy is one of the most promising areas in the field of alternative energy. Houses of zero consumption are practical and they are already moving from the "future" to the present. Everything depends on the owner's desire to live in harmony with nature, and then the designers, builders and installers will do everything to make the building known as zero consumption. In modern design engineering systems, instead of traditional radiators, more energy-efficient design solutions are increasingly used. One of these is the use of a warm floor for the heating of low-rise buildings. The heating with warm floors has a lot of advantages compared with other types of heating: saving free space, saving resources, lack of drafts, a healthy climate in the house. In addition, water systems are integrated into heating, which uses the alternative sources of energy: heat pumps, solar panels, condensing boilers. One of the components of this work is the design of the house and calculations of cost-effectiveness.
Keywords: energy supply; ecological dwelling house; "zero energy"
Вступ. Забезпечення населения доступним та яюсним житлом, що вщповщае принципам сучасно! св1товох пол1тики стшкого розвитку, - важливе
стратепчне сощальне завдання, актуальне для Укра1ни. Для його устшного виконання необхщне впровадження в масове буд1вництво енергоефективних економ1чно
виправданих техшк застосування еколопчних матер1ал1в тд час проектування малоповерхових житлових будинюв.
Сучасш технологи змушують нас гги в ногу з часом. Застосування енерги вщ природних явищ - одне з найбшьш значущих досягнень нашо! науки.
Ми навчилися використовувати воду, в1тер, тепер настав час сонця. Сонячна енерпя невичерпна, так чому не застосувати !! на благо?
На раз1 використання сонячно! енерги -один 1з перспективних напрямюв у галуз1 альтернативно! енергетики. Прекрасна реал1защя перетворення тепла сонячного випромшювання на електричну енерпю - це впровадження в побутове життя людини сонячних батарей. Зовам недавно сонячш батаре! використовувалися тшьки в косм1чнш промисловосп як джерело енерги для руху м1жпланетних станцш. Однак тепер сонячш акумулятори найактившше вщстоюють сво! позицп в повсякденному житп людини. Панельш перетворювач1 знайшли свое широке застосування у вс1х сферах людсько! д1яльносп. Це стосуеться, в першу чергу, електростанцш, що працюють тшьки за рахунок сонячного тепла.
Останними десятил1ттями розвиток використання сонячно! енерги особливо актуальний. Потенщал сонячно! енергетики свггу надзвичайно високий.
У зв'язку 1з цим виникае необхщшсть у розробленш шженерних систем для еколопчних малоповерхових будинюв, а також для проектування активних будинюв, що не тшьки вживають «нуль енерги», а й продають !! надлишок.
Анал1з лггературних джерел. Еколопчний - це будинок, що максимально можливо штегруеться у навколишне середовище, сконструйований з натуральних мюцевих матер1ал1в, цшком вщновлюваних.
Енергоефективна буд1вля - це передуам буд1вля з гарною тепло1золящею, яка мш1м1зуе тепловтрати будинку, дозволяючи економити до 50 % електроенерги на опаленш.
Для створення оптимально! конструкци доступного в буд1вницга, експлуатаци та
утил1заци яюсного житла необхвдне поеднання критерив еколопчносп та енергоефективносп буд1вл1 [1].
Близько половини вс1х невщновлюваних ресурав, споживаних людством,
використовуються в буд1вництв1. Буд1вельна галузь значно збшьшуе чинники забруднення навколишнього середовища. Основна ознака традицшно! буд1вельно! галуз1 - це надм1рне використання енерги, що впливае на процес глобального потеплшня 1 змши кшмату. Енерпя витрачаеться тд час видобутку сировини, виробництва 1 транспортування матер1ал1в, у процес буд1вництва, експлуатаци, ремонту 1 лшвщаци буд1вель. Згвдно з даними багатьох дослщжень, до 50 % викид1в вуглекислого газу припадае на буд1вельну шдустр1ю. Кр1м того, шкода навколишньому середовищу на еташ лшвщаци та утил1заци буд1вл1 може бути екв1валентною його впливу протягом всього життевого циклу.
Ус ц фактори роблять буд1вництво одшею з найстшюших галузей у свт, 1 в той же час найбшьш перспективною для впровадження нових технологий 1 досягнення пом1тного результату в скороченш впливу на навколишне середовище.
Основний матер1ал. Кожен мр1е про еколопчне енергоефективне житло. Наш вдеальний будинок, розташований за мютом, просторий 1 св1тлий.
Ця двоповерхова споруда забезпечуе сам себа електрикою 1 гарячою водою. Побудована з дерева, всередиш мае утеплювач (костра конопель).
Фасад пофарбований в жовтий кол1р 1 оздоблений облицювальною цеглою.
Дах зроблений з плит з очерету, на яю прикршлеш сонячш панель Вони найголовшш1 в цьому будинку, адже завдяки !м будинок оснащено електрикою.
Загальний вигляд «Будинку мри» показано на рисунку 1, конструктивно-планувальне р1шення - на рисунку 2, схема огороджувальних конструкцш - на рисунку 3.
Житловий будинок - двоповерховий, покр1вля - двоскатна. Загальна площа
житлова - 82,6 м , 2 висота
будинку - 146,3 м , опалювана площа - 146,3 м першого поверху - 3,275 м, мансардного поверху - 2,7 м.
Фундаменти, монол^ш стр1чков1 зал1зобетонн1 та зал1зобетонш стшки
об'еднуються ростверком, шднесеним над вщмггкою денно! поверхш на 490 мм - до низу ростверку. Р1вень чисто! тдлоги на 1,6 м вищий позначки земл^
Рис. 1. Енергоефективний малоповерховий житловий будинок «Будинок мри», Fig. 1. Energy efficient low-rise dwelling house "House of Dreams"
Рис. 2. Загальний вигляд «Будинку мри» /Fig. 2. General view of "House of Dreams"
Конструктивна схема будинку -каркасна (з дерев'яним каркасом). Зовшшш стши являють собою просторову каркасну конструкцию заводського виготовлення, яка складаеться з дерев'яних стшок типу «сходи» з кроком 500 мм, заповнених тепло1золяцшним оргатчним матер1алом 1з костри конопель. Товщина стшового огородження - 500 мм. Внутршня i зовтшня обробка стш - цегла-сирець товщиною 120 мм.
Перекриття тдлоги, перекриття другого поверху i кроквяна конструкцiя - дерев'яш гратчастi ферми з кроком 500 мм iз крiпленням елеменпв до стiнового каркаса на металевих зубчастих пластинах.
Теплоiзоляцiя та звукоiзоляцiя конструкцiй забезпечуються заповненням мiжфермового простору таким самим теплоiзоляцiйним матерiалом, як i для стiн будинку. Висота ферм перекриття - 600 мм, стропильних ферм - 500 мм. 1з зовтшнього i внутрiшнього боюв огороджувальнi неснi конструкцii обшиваються плiвкою для забезпечення гiдро- i в^розахисту i плитами OSB товщиною 20 мм.
Покриття покрiвлi - плити з очерету. Вжна та дверi - дерев'янi зi склом. Склшня - потрiйне з низькоемiсiйним покриттям i заповненням склопакета iнертним газом. Отр теплопередачi склопакета Rпр = = 0,85 м2 К/Вт [4].
На першому поверх розташоваш 2 2 веранда площею 3,4 м ; тамбур - 2,5 м ; хол 22 - 14,1 м ; санвузол - 3,5 м ; вггальня -22 19,6 м ; кухня-!дальня - 16,3 м ; кабшет -
16,6 м2; тераса - 30,3 м2.
На другому (мансардному) поверс
розташоваш: три спальш площею 11,7, 16,6 22 та 11,2 м , в1дпов1дно; комора - 3,8 м ; хол -
23,5 м2; санвузол 3,5 м2; балкон - 5,7 м2.
а б (b)
Рис. 3. Конструктивно-планувальне ршення енергоефективного малоповерхового житлового будинку: а - план першого поверху, б - план мансардного поверху / Fig. 3. Structural-planning .solution of energy-efficient low-rise residential building:a - plan of the first floor; б - plan of the attic floor
а б (b)
Рис. 4. Конструкщя малоповерховог будгвлг:а) вертикальний ро-^-^^^-з по зовмшмй стШ: 1 - фундамент; 2 - анкер для кр^плення каркаса з фундаментом; 3 - тдлога техшчного поверху; 4 - гiдроiзоляцiйний i антирадоновий захист; 5 - дерев'яш сттки типу «сходи»; 6 - ферми перекриття; 7 - термо1золяц1я;
8, 9 - елементи каркаса; 10 - по^вля; б) конструкця стти: 1 - стшка дерев'яного каркаса типу «сходи»;
2 - термоiзоляцiя, 3 - пароiзоляцiя, 4 - захист вiд вшру; 5 - сшка, 6 - глиняна штукатурка, 7 - внутршня обробка / Fig. 4. Low-rise building design: a) vertical section on the outer wall: 1 - foundation; 2 - anchor for fixing a frame with a foundation; 3 - floor of a technical floor; 4 - waterproofing and antiradone protection; 5 - wooden racks of the type "ladder"; 6 - farm overlays; 7 - thermal insulation; 8, 9 - elements of a frame; 10 - roof; b) the construction of the wall: 1 - a rack of a wooden frame of the type "ladder"; 2 - thermal insulation, 3 - insulation, 4 - wind protection;
5 - mesh, 6 - clay plaster, 7 - internal finishing [3]
Для опалення плануемо викори-стовувати теплу водяну тдлогу, як енергоносп - сонячн1 панель
Для можливост1 реал1зацп даного проекту в умовах смт Слобожанське Дн1пропетровсько! област1 на баз1 ДВНЗ «Придншровська державна академ1я буд1вництва та арх1тектури» проведено так1 розрахунки [5].
М1сце розташування житлово! буд1вл1 -середньо-европейська зона з 1нтенсивн1стю
сонячного випром1нювання - 1 223 кВт/год
1 2 на 1 м в р1к.
Житловий будинок площею 130 м2 призначений для проживання с1м'! в склад! 3...4 чолов1к. Габарити 6уд1вл1 - 6 х 10 м, поздовжня в1сь буд1вл1 мае ор1ентац1ю сх1д-зах1д. Будинок двоповерховий з мансардним поверхом. Перший поверх -
нап1вп1двальний. На ньому розташоваш: кухня-щальня, комора, туалет, ванна 1 к1мната для спортивних занять. На другому поверс1: передпок1й, в1тальня, спальн1, туалет, ванна 1 каб1нет. На мансардному поверс1: зал, прим1щення для 1нженерних комун1кац1й, гардеробна. Корисна площа одного поверху - 50 м , мансардного поверху - 30 м2. Висота прим1щень на поверхах - 2,5 м, мансардного поверху -2,2 м. Будинок мае тепло1золяц1ю з розрахунковими тепловтратами 25 Вт/м3. Вся побутова техшка в будинку розрахована на живлення однофазним електричним струмом напругою 220 В, частотою 50 Гц. За прототип вибрано буд1влю з1 ст1нами 1з солом'яних панелей «Life House Building» [6]. Догов1рна варт1сть становить $ 350 за 1 м2 загально! площ1 буд1вл1.
Рис. 5. Конструкцгя будгвлг-прототипу 1з солом'яних панелей «Life House Building» / Fig. 5. The construction of the prototype building of the "Live House Building" straw panels
На раз1 в Укрш'ш на нацюнальному р1вн1 1снуе певна законодавча 1 нормативна база щодо забезпечення енергоефективност1. Закон Украши «Про енергетичну ефектившсть буд1вель», зокрема, ст. 3.1 «Державна пол1тика у сфер1 забезпечення енергетично! ефективност1 буд1вель» [7] передбачае стимулювання до зменшення споживання енергетичних ресурс1в у буд1влях, скорочення викид1в двоокису вуглецю в атмосферу, розроблення 1 виконання нацюнального плану щодо зб1льшення к1лькост1 буд1вель 1з близьким
до нульового р1внем споживання енерп! тощо.
Частково входять у д1ю м1жнародн1 проекти, як1 п1дтримуються Свропейською ком1с1ею, програмами Tads, Thermie, USAID, Н1мецьким бюро м1жнародного сп1вроб1тництва (GIZ) та 1ншими. Однак для !х ефективного 1 швидкого впровадження потр1бн1 детальний анал1з 1 адаптащя альтернативних технолог1й енергоза-безпечення до умов Украши.
Споживання тепловоТ та електричноТ енергй' в буд1вль Для нормального функц1онування запроектованого будинку 1
урахуванням тривалосп його роботи i витрачено! при цьому потужносп. Результати такого аналiзу наведеш в таблицi 1.
Розрахунок сонячних панелей на основ! визначення сонячноУ активност1.
Селище Слобожанське Дншропет-ровсько! областi мае такi географiчнi коор-динати у всесвiтнiй системi координат WGS
[8]: 48 град. 32 мшути твшчно! широти, 35 град. 04 мшути схщно! довготи.
Тривалють свiтлового дня дорiвнюе: найкоротша - 9 год. 36 хв., найдовша -17 год. 26 хв. Мжмальний розрахунковий час активно! сонячно! радiацii: 9 год. 36 хв -2 год. = 7 год. 36 хв (7,6 год.). Сонячна шсолящя в смт. Слобожанському Дншропетровсько! област за даними NASA дорiвнюе: рiчна - 2 223 кВт-год/м2/рш, середньомiсячна - 3,3516 кВт-год/м2/день
[9].
Таблиця 1
Середне споживання електроенерги по пер1одах, кВттод / Average electricity consumption by periods, kWh
При- ЛЯД lll.IV- Мкяць року
ЖШСТЬ Вт 1 2 3 4 5 6 7 8 9 11) 11 12
1. Основн] регулярн] спожнвач!
1 250 23,2 21,0 31,0 37,0 38,8 45,0 46,5 46,5 37,5 38,8 22,5 19,4
2 ! 200 111,6 100,8 111,6 108,0 111,6 72,0 74,4 74,4 144,0 111,6 90,0 93,0
3 60 9,3 8,4 7,4 5,4 5,6 5,4 5,6 5,6 7,2 7,4 9,0 11,2
4 20 14,8 13,4 14,9 14,4 !4,9 14,4 14,9 14,9 14,4 14,9 14,4 14,9
5 5 3,7 3,4 3,7 3,6 3,7 3,6 3,7 3,7 3,6 3,7 3,6 3,7
6 30 2,8 2,5 1,9 1,4 ¡,4 1,8 1,9 1,9 1,8 2,8 2,7 2,8
7 800 24,8 22,4 24,8 28,8 37,2 60,0 62,0 62,0 48,0 37,2 24,0 24,8
8 2500 193.8 175,0 116,2 30,0 30,0 20,0 20,0 20,0 25,0 124,0 187,5 193,8
9 2500 46,5 42,0 46,5 45,0 31,0 22,5 15,5 15,5 22,5 31,0 45,0 42,6
1П 150 9,3 8,4 9,3 9,0 14,0 18,0 18,6 18,6 13,5 11,6 9.0 7,0
11 1x20 1,2 1,1 0,9 0,9 0,6 - - - 0,6 0,9 1,2 1,9
1x20 3,7 3,4 3,1 2,7 0,8 - - - 0,6 0,9 1,2 1,9
2x20 9,9 9,0 8,7 7,2 5,0 2,4 2,5 2,5 2,4 5,0 7,2 9,9
4x20 14,9 13,4 14,9 12,0 7,4 4,8 4,8 5,0 4,8 9,9 14,4 19,8
разом 469,7 424,2 394,9 310,8 301,9 269,9 270,5 270,5 325,9 399,7 432,3 446,6
2. Допомикш регулярн] споживя'и
12 2000 10,0 12,0 12,0 8,0 8,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0 12,0 12,0
13 1500 4,5 6,0 6,0 6,0 7,5 9,0 9,0 9,0 7,5 6,0 6,0 6,0
14 1500 9,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 12,0 9,0 9,0 9,0
15 1800 3,6 5,4 5,4 5,4 7,2 9,0 9,0 9,0 7,2 5,4 3,6 3,6
16 50 0,8 0,7 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
разом 27,9 36,2 36,1 32,2 35,5 411,8 40,8 40,8 37,4 31,1 31,4 31,4
3. Нерегулярш спожнвач!
17 1500 - - 1,5 3,0 4,5 6,0 7,5 7,5 4,5 - - -
18 1500 - - 3,2 4,5 4,5 6,0 7,5 7,5 4,5 - 1,5 -
19 3200 - - 3,2 4.8 6,2 9,6 9,6 6,2 3,2 - 3,2 -
20 1500 - - 1,5 4,5 - - 3,0 9,0 6,0 2,0 - -
21 1000 - - - 1.0 4,0 4,0 4,0 4.0 4,0 2,0 - -
22 320 - - 14,9 19,2 0,3
разом - - 22,6 37,0 19,5 25,6 31,6 34,2 22,0 2,1) 4,7 -
всього 497,5 460,3 453,7 380,0 356,9 336,2 342,9 345,4 385,6 432,9 468,4 477,9
Примика: 1 - холодильник, 2 - плита кухонна, 3 - телев1зор, 4 - швертор, 5 - контролер заряду, 6 - ноутбук, 7 - насос холодно! води, 8 - теплогенератор опалення, 9 - електрочайник, 10 - рекуператор
забезпечення комфортних умов
життедiяльностi необхщно витрачати теплову та електричну енергл на виконання таких функцш:
• приготування !ж1 та й зберiгання; нагрiвання (охолодження) повiтря в примiщеннях будинку для забезпечення комфортних умов проживання людей;
• подача холодно! води в будинок i робота каналiзацii;
• на^вання води для опалення та гарячого водопостачання;
• функцюнування побутових приладiв i побутово! технiки;
• функцiонування допомiжних об'ектiв садиби (господарського блоку, теплищ i т. п.);
• робота iнструменту i пристро!в господарювання.
Автори працi [2] на основi статистичних даних, досвiду шших фахiвцiв виконали аналiз використання кожного споживача енергп протягом кожного мюяця року з
повггря, 11 - лампи освгглення, 12 - електродуховка, 13 - пральна машина, 14 - праска, 15 - пилосос, 16 - витяжка кухонна, 17 - «болгарка», 18 - електродриль, 19 - зварювальний апарат, 20 - дробарка рослин, 21 - газонокосарка, 22 - насос теплищ.
Значення щоденно! шсоляци по мюяцях наведен в таблищ 2.
Для електропостачання будiвлi приймаемо автономну сонячну
електростанщю, схема яко! наведена на рисунку 6. За робочу вибираемо полжристашчну панель ABISolarPS-P60250 потужнiстю 250 Вт, напругою 24 В. Розмiр панелi 1650 х 992 х 35 мм, вага - 20 кг, активна площа панелi - 1,6368 м . Вартють панелi - 250 дол. США [10]. Панелi закрiплюються на твденному схилi покрiвлi проектованого будинку. Розмiр ската покрiвлi - 3,7 мх10 м. Кут нахилу ската, приблизно, дорiвнюе 37 град. до горизонту. Згщно з рекомендацiями, панелi сонячно!
Середн1й мпсячний р1вень сонячноУ рад1ацн (сонячна пост1йна) в смт. Слобожанське (КВт ч/м /день) / Average lunar level of solar radiation (solar constant) in urban areas. Slobozhansky (kWh / m2 / day)
батаре! повинш розмiшуватися тд кутом до горизонту на 15 град. бшьшим, нiж географiчна широта мюця установки, тобто 48 + 15 = 63 град.
Кшьюсть панелей диктуеться потребою в електроенерги у найбшьш несприятливi мiсяцi року - в Ычш i грудш.
Необхiдна кiлькiсть панелей по витрат електроенерги в сiчнi: 497,5 / 1.21 х 1,6368 = 8,1 шт. Те ж по витрат грудня: 477,9/0,96 х 1,6368 = 9,8 шт.
Приймаемо для роботи 10 панелей iз сонячно! батаре!. У таблищ наведено даш за обсягами генеращ! i потреби по мюяцях року при робота вЫх 10 панелей.
2
Рис. 6. Схема автономног сонячног електростанци / Fig. 6. Scheme of autonomous solar power plant
Витрата i генеращя електричноУ енергн (кВт год) / Consumption and generation of electric energy (kWh)
Параметр Мкяць PÎK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
генераци 613 912 1512 1989 2816 2735 2892 2577 1797 1152 589 487 20080
витрата 497 460 454 380 357 336 343 345 385 433 468 478 4937
ргшшш 116 452 1058 1609 2459 2399 2549 2232 1412 719 121 9 15143
Розрахунок для допом1жного обладнання. 1нвертор. Потужшсть швертора розраховуемо по найбшьш напруженому месяцю - сiчню. Споживання
в цьому мюящ становить 497 кВт/год, тобто за день 497/31 = 16 кВт/год тривашсть активно! сонячно! рад1аци в с1чш дор1внюе 7,6 години. Потужшсть швертора повинна
3
бути не меншою 16 / 7,6 = 2 кВт, а з урахуванням запасу 1,4*2 = 2,8 кВт. Приймаемо потужшсть швертора 3 кВт. Оскшьки будинок повшстю забезпечуеться електроенергiею вщ сонячних батарей, вибираемо гiбридний швертор для однофазного струму напругою 220 В, частотою 50 Гц i з чистою синусощою.
Рекомендуеться застосувати пбридний iнвертор РН3000-3К (Тайвань). Його коротка техшчна характеристика: номшальна потужнiсть - 3 000 Вт, напруга: вхщний -24,48 вольт, вихщна - 230 В, струм заряду -80 А, вага 29.5 кг. Вартють -1 003 дол. США.
Резервною системою електро-забезпечення може служити промислова електромережа, а там, де й немае, - авто-номний двигун внутршнього згоряння -(генератор потужшстю близько 4 кВт).
Акумуляторт батареи Сумарну емшсть акумуляторних батарей вибираемо по найбшьшому мюячному споживанню. Добове споживання в ачш близько 16 048 Вт-год.
Приймаемо такий розподiл цього споживання: вдень вiд сонячних батарей - 40 %
i BH04Ï вiд акумуляторiв - 60 %. Тодi добове споживання вiд акумуляторних батарей одно 16 048*0,6 = 9 629 Вт-год необхщна емшсть акумуляторно'1' батаре'1' дорiвнюe: 9 629/24 = 401 А-год. Для забезпечення довговiчностi батарей ïx розряд повинен бути не бшьше 80 %, отже, необхщний акуму-лятор емнiстю 401/0,8 = 501 А-год. Приймаемо акумулятор 6 OpzV 600 емшстю 600 Атод. i напругою 2 В. Для батаре'1' 24 В необхщно 12 таких акумуляторiв. Випускае ïx Харкiвський акумуляторний завод «Вла-дар». Це акумулятори нового поколшня, гелевi, з панцерними електродами, яка вщслужила вже до 18 роюв.
Контролер заряду. Вибираемо ефектив-ний контролер заряду типу МРРТ -MORNINGSTAR TRISTAR-MPPT60 з такою техшчною характеристикою: макси-мальний безперервний струм заряду АКБ -60 А, номшальна напруга - 12, 24, 48 В, вартють - 886 дол. США. На основi калькулятора сонячно'1' електростанцп в таблиц наведено орiентовнi розрахунки параметрiв i вартють СЕС для вибору рiзноï потужност станци.
Таблиця 4
Генеращя та споживання електроенерги за вiдсутностi схеми «зеленого тарифу», кВт/год / Generation and consumption of electricity in the absence of a green tariff scheme, kW/hour
Параметр М|СЯЦЬ PiK
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Ki. IhK'il'T h Г Г L ■ ■—' H—. 1H—1 f 9 6 3 2 2 2 2 2 3 4 8 10
Генерашя 552 547 454 398 563 547 578 516 539 461 471 487 6113
Виграга 497 460 454 380 357 336 343 345 385 433 468 478 4937
Рвпиця 55 87 0 18 206 211 235 171 154 28 3 9 1176
Система вентиляцн i рекуперацн тепла. За комплектацп житлових будинюв пла-стиковими герметичними вшонними блоками забезпечуеться хороша тепло1золящя, але виникае проблема пов1трообм1ну в примщеннях. Необхщно перюдично ïx пров1трювати. Однак у холодну пору доводиться подавати в юмнати холодне пов1тря, чим суттево порушуеться тепловий темпера-турний режим у примщеннях. Розрахунка-ми та практикою доведено, що через вентиляцш взимку втрачаеться до 50 % теплово'' енергп. Виникае необхщшсть збе-
регти це тепло i при цьому забезпечити вентилящю.
Системи такого призначення називають-ся рекуперативними. Прикладом вдало'' реалiзацiï тако'' системи може служити установка ВЕНТС МЖРА 150Е Полтавського вентиляторного заводу, яка забезпечуе i вентилящю, i рекуперацш тепла. Перевагою ще' установки також бачиться наявнють функци пвд^ву зовнiшнього повiтря. Установка мае два вентилятори загальною потужнГстю 15,5 Вт i продуктившсть до 150 м3/хв. Вага установки 20 кг, вартТсть 27 609 грн.
Другий вдалий приклад - рекуператори
ф1рми «ПРАНА», м. Льв1в. Ц рекуператори
точкового використання треба встановлю-
вати в кожнш юмнат! 1х коротка
характеристика: приплив пов1тря -
125 м3 / год, витяжка повггря - 115 м3/год,
споживана потужшсть - 32 Вт/год, площа , 2 кшнати - до 60 м .
Система нагр1вання води для опалення i гарячого водопостачання. Основа тако! сис-теми - електричний теплогенератор. Кра-щим технiчним рiшенням наразi вважаеться теплогенератор з електромагнiтним шдукцшним нагрiванням. Вiн мае багато переваг перед шшими видами електронагрiвання: абсолютно пожежобез-печний, тому що на^в безполум'яний; в системi не утворюеться накипу; велика довговiчнiсть (до 30 роюв); безшумна робота; висока економiчнiсть; система може працювати на антифриза
Визначимо теплову потужнiсть теплогенератора. Для житлового будинку за вит-рати тепла 25 Вт /м3 необхщна теплова
потужнiсть дорiвнюе: (100x2,5 + 30x2,2) х х25 = 7 900 Вт. Виходячи з характеристик рекуператорiв ВЕНТС М1КРА 150Е i ПРАНА-150, де вказано, що ш рекуператори повертають 80...93 % тепла (приймаемо для розрахунюв 70 %), можна зробити вис-новок, що для забезпечення нормального опалення необхщно поповнити 7 900х х(1-0,7) = 2 370 Вт теплово! потужностi.
Таким чином, сумарна потужшсть теплогенератора повинна складати: 7 900 + +2 370 = 10 270 Вт. Вибираемо для застосу-вання шдукцшний котел В1Н-10 (м. Запорiжжя), який мае параметри: теплова потужшсть - 10 кВт, ккд - 99 %; вага - 40 кг; вартють - 577 дол. США. Слщ також згада-ти, що гарячу воду вл^ку досить легко можна отримати, використовуючи сонячний колектор, установлений, наприклад, на по^вл^ та накопичувальний бак велико'! мюткост^ встановлений i утеплений на мансардному повера.
Таблиця 5
n^cyMKOBi витрати на елементи архггектурно-конструктивно-технолопчноТ системи будiвлi «нуль енергп» для смт Слобожанське, дол. США/м2/ Final costs for the element of the architectural design-technological system of the building "zero energy" for the village. Slobozhansky, dol. US/m2
№ Елемент архггектурно-конструктивно-технолопчно! системи 6уд1вл1 Варпсть, дол. США/м
1 Коробка будавл1 з чорновою обробкою 350
2 Автономна сонячна електростанщя потужнютю 3 кВт 75
3 Теплогенератор для опалення та гарячого водопостачання 5
4 Система теплового бар'ера 50
5 Система вентиляци i рекуперацп тепла 10
6 Система водопостачання та канал1зацп з приладами 20
Разом: 510
Висновки
1. Житловi проблеми в Укра'ш вимагають розвитку нових економiчно доступних екологiчних технологiй будiвництва.
2. Розроблено конструкцiю екобудинку на основi каркасного дерев'яного домобудування i використання мiсцевих органiчних матерiалiв як утеплювача.
3. На базi видшених принципових критерив розроблено базове конструктивне ршення зовшшньо! стшово! огороджувально! конструкци мало-
поверхового будинку з мюцевих екологiчних будiвельних матерiалiв.
4. Виршення важливо! сошально! проблеми забезпечення доступним еколопчним житлом для Укра'ни полягае у поеднанш досвiду застосування природних матерiалiв iз сучасними технологiями.
5. Результати дослщжень свiдчать, що в середньоевропейсько! зонi Укра'ни, де розташоване смт Слобожанське, е можливiсть стримати автономне енергозабезпечення малоповерхового житлового будинку.
СПИСОК ВИКОРАСТАНИХ ДЖЕРЕЛ
1. ДБН В.2.6.-31: 2006. Конструкцп будиншв i споруд. Теплова iзоляцiя будiвель. - Кшв : Мшбуд Украши, 2006.
2. Савицкий Н. В. Методолгия и результаты проектирования энергообеспечения малоэтажного экологичного жилого здания «нуль энергии» на основе солнечной энергии / Н. В. Савицкий, В. И. Попов, С. И. Кобзарь, М. М. Бабенко, Ал. Н. Савицкий // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Вып. 100, 2017. -С. 138-145.
3. Савицкий Н. В. Энергоэффективное малоэтажное жилое здание из органических материалов / Н. В. Савицкий, Т. Д. Никифорова, А. А. Несин, О. И. Бондаренко, Е. Л. Юрченко, М. М. Бабенко // Строительство, материаловедение, машиностроение. - № 82. - 2015. - С. 187-197.
4. Окна для пассивного дома - высочайшее качество светопрозрачных строительных конструкций [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ioumal.esco.co.ua/cities/2013 4/art192.html - Загл. с экрана. - Проверено - 20 июля 2015.
5. Савицкий Н. В. Методолгия и результаты проектирования энергообеспечения малоэтажного экологичного жилого здания «нуль энергии» на основе солнечной энергии / Н. В. Савицкий, В. И. Попов, С. И. Кобзарь, М. М. Бабенко, Ал. Н. Савицкий // Строительство, материаловедение, машиностроение. - Вып. 100, 2017. -С. 138-145.
6. Технология строительства домов из соломенных панелей [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://lifehousebuilding.com/- Загл. с экрана. - Проверено - 20 июля 2017.
7. Закон Украни «Про енергетичну ефектившсть будiвель» [Електронний ресурс] - Режим доступу: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2118-19
8. Географические координаты. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://dateandtime.info/ru/citycoordinates.php?id=70993084/ - Загл. с экрана. - Проверено - 15 июля 2017.
9. Солнечная радиация в городах Украины. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://solnechniysvet.blogspot.com/p/blogpage.html - Загл. с экрана. - Проверено - 15 июня 2017.
10. Солнечная электроэнергетика и энергосбережение. [Электронный ресурс]. - Режим доступа : http://solar-tech.com.ua/solarelectricity/ - Загл. с экрана. - Проверено - 15 июля 2017.
REFERENCES
1. DBN V.2.6.-31: 2006. Konstruktsiï budinkiv i sporud. Teplova izolyatsiya budivel' [DBN V.2.6.-31.2006. Structures of buildings and structures. Thermal insulation of buildings]. Kyiv: Minbud Ukrayiny, 2006. (in Ukrainian).
2. Savitskiy N.V., Popov V.I., Kobzar' S.I. and other. Metodolgiya i rezul'taty proektirovaniya energoobespecheniya maloetazhnogo ekologichnogo zhilogo zdaniya «nul' energii» na osnove solnechnoy energii [Methodology and results of designing energy supply of low-rise, eco-friendly residential building "zero energy" based on solar energy]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, Materials Science, Engineering]. Vyp. 100, 2017, pp. 138-145. (in Russian).
3. Savitskiy N.V., Nikiforova T.D., Nesin A.A. and other. Energoeffektivnoe maloetazhnoe zhiloe zdanie iz organicheskikh materialov [Energy efficient low-rise residential building of organic materials]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, Materials Science, Engineering]. No. 82, 2015, pp. 187-197. (in Russian).
4. Okna dlya passivnogo doma - vysochayshee kachestvo svetoprozrachnykh stroitel'nykh konstruktsiy [Windows for a passive house - the highest quality of translucent building structures]. Electronic resource. (in Russian).
5. Savitskiy N.V., Popov V.I., Kobzar' S.I. and other. Metodolgiya i rezul'taty proektirovaniya energoobespecheniya maloetazhnogo ekologichnogo zhilogo zdaniya «nul' energii» na osnove solnechnoy energii [Methodology and results of designing energy supply of low-rise, eco-friendly residential building "zero energy" based on solar energy]. Stroitel'stvo, materialovedenie, mashinostroenie [Construction, Materials Science, Engineering]. Vyp. 100, 2017, pp. 138-145. (in Russian).
6. Tekhnologiya stroitel'stva domov iz solomennykh paneley [Straw panel house construction technology]. Electronic resourse. (in Russian).
7. Zakon Ukrvïni «Pro energetichnu efektivnist' budivel'» [Law of Ukraine "On Energy Efficiency of Buildings"]. Electronic resourse. (in Ukrainian).
8. Geograficheskie koordinaty [Geographical coordinates]. Electronic resourse. (in Russian).
9. Solnechnaya radiatsiya v gorodakh Ukrainy [Solar radiation in the cities of Ukraine]. Electronic resourse. (in Russian).
10. Solnechnaya elektroenergetika i energosberezhenie [Solar power and energy saving]. Electronic resourse. (in Russian).
Надшшла до редакци: 16.03.2019 р.
