Енергоактивний житловий будинок

Винахід відноситься до будівництва, зокрема до енергозберігаючих те хнологій в сучасному будівництві з системами кондиціювання мікроклімату в приміщеннях. Відомі технічні рішення будинків з вітроенергетичною установкою і сонячними колекторами на даху (Энергоактивные здания. Н.П.Селиванов, А.И.Мелуа, С.В.Зоколей и др. Под ред. Э.В.Сарнацкого и Н.П. Селиванова М. С тройиздат, 1988. -376с.). Відомі технічні рішення будинку з тепловим насосом, сонячним колектором та пластиковою трубою великої довжини, закладеною на подвір’ї в ґрунті і з’єднанню з тепловим насосом і системою опалення (Энергосберегающие технологии в современном строительстве Пер. с англ. Ю.В. Матросова и В.А. Овчаренко. Под ред. В.В. Козлова.- М. Стройиздат, 1990. -296с.). Відомі також технічні рішення будинку з сонячним колектором на даху і тепловим насосом, який з’єднаний циркуляційним контуром з трубами в шпаринах, розташованих поруч з будинком (Бекман Г., Гилли П. Тепловое аккумулирование енергії. - пер. с анг. - М. Энергоатомиздат, 1990. -392с.). Загальний огляд технологічних рішень з енергозберігаючою технологією опублікований в монографії "Разработка энергосберегающих зданий для сельского строительства" под общ. ред. И.Н.Иванова Итоги НИР Гос. университета. - М. ГУЗ. - 2000. -92с. Прототипом винаходу прийнято Попередній проект ґрунтового акумулятора для центру відпочинку, який впроваджено в Швеції. (PRELIMENAR Y DESINGN OF A SUNSTORE INSTALL ATION AT STORA SKUGGAN RECREATION AL CENTRE bu Hans Huden and Lars olof Matsson? SWEGO? Swedish.Consultinq Qroup P. О. Box. 5038, s. -10241, Stockholm, Sweden). Проект виконаний для опалення приміщень будівлі на основі сонячної накопичувальної установки, та сезонного акумулятора теплової енергії, розташованого в шпаринах під будівлею. В прийнятому варіанті система опалення містить сонячні колектори, акумулятор теплової енергії з сезонним накопичувачем, які з’єднані циркуляційним контуром з тепловим насосом, баком гарячої води і топкою, а також з системою опалення і вентиляції будинку. При загальній опалювальній потребі 0,5ГВтч год. Зовнішня енергія складає 15%. Досягненню очікуваного технічного результату перешкоджають причини: розміщення сезонного водоґрунтового тепло акумулятора безпосередньо під будівлею, що може привести до негативного впливу на її фундамент при зниженні несучої здібності ґрунту внаслідок циклічного нагріву та охолодження; тепловий насос невизначеного типу з’єднаний циркуляційним контуром з баком - акумулятором гарячої води з сонячними колекторами, а також системами вентиляції і опалення не передбачає дублювання поновлюваних джерел енергії, наприклад енергії вітру, а також функціональних зв’язків з ними апаратів екологічно безпечного теплового насосу; відсутність системи автоматичного контролю і управління мікрокліматом в приміщеннях, яка може підвищити ефективність системи опалення і вентиляції будинку при використанні енергії сонця, вітру і ґр унту. В основу винаходу поставлена задача самоенергозабезпечення житлового будинку шля хом підвищення ефективності використання поновлюваних джерел енергії для забезпечення оптимальних параметрів мікроклімату. Поставлена задача вирішується тим, що будинок зведений на масивному фундаменті, а водоґрунтовий акумулятор розташований на підніжжі прилеглих до будинку культиваційних спорудах, з’єднаний циркуляційним контуром з тепловим насосом абсорбційного типу, генератор якого забезпечений автономним теплоелектричним акумулятором з термосифонами підключеним через блок управління до електромережі вітроенергетичної установки, при цьому абсорбер і конденсатор теплового насосу з’єднані між собою циркуляційним контуром, паралельно циркуляційному контур у сонячних колекторів, підключені до бака - акумулятора гарячої води, куди вставлені термосифони, розвинена поверхня яких разом з вентилятором та приточно-витяжними каналами введені в автоматизовану систему повітряного кондиціювання мікроклімату з датчиками теплового комфорту в приміщеннях будинку і культиваційних спорудах, датчиками параметрів навколишнього середовища її технологічних енергоносіїв, а також обчислювальним комплексом і управляючою міні-ЕОМ. На малюнку зображений Енергоактивний житловий будинок і принципова схема використання відновлюваних джерел енергії для кондиціювання мікроклімату. На масивному фундаменті 1 збудований житловий будинок 2 з гаражем 3 для енергетичного обладнання - теплового насосу абсорбційного типу 4, бака - акумулятора гарячої води 5, вітроенергетичної установки 6, програмно-обчислювального комплексу 7 з управляючою міні - ЕОМ 8. Блок сонячних колекторів 9, розташований на даху будинку і з’єднаний циркуляційним контуром 10 з баком акумулятором. Паралельно цьому контуру бак - акумулятор з’єднаний також циркуляційним контуром 11 з абсорбером 12 і конденсатором 13 теплового насосу, випарювач якого 14 циркуляційним контуром 15 з’єднаний з трубами великої довжини 16, розташованими під культиваційними спорудами 17 з інтенсивною технологією вирощування культур і забезпеченою для цього системою повітряного кондиціювання мікроклімату 18 з датчиком теплового комфорту рослин 19 та освітлювачами 20. Теплота з баку - акумулятора гарячої води відводиться термосифонами 21 в систему повітряного кондиціювання мікроклімату приміщень житлового будинку з вентилятором 22 приточно 23 витяжними 24 каналами та датчиками теплового комфорту людини 25. Генератор 26 теплового насосу забезпечений автономним електротепловим акумулятором, який ввімкнутий в електромережу 27 нестабілізованої напруги 28 вітроенергетичної установки через блок управління 29 з електроакумуляторними батареями 30. В програмно-обчислювальний комплекс 7 підведена інформативновимірювальна система з датчиками параметрів навколишнього середовища 31, технологічних енергоносіїв 32 та датчиками теплового комфорту в приміщеннях будинку 25 і культиваційних спорудах 19. Функціонує енергоактивний житловий будинок таким чином. В холодний період року (схема приведена на Фіг.) циркулюючий теплоносій по трубам 16 великої довжини з теплопровідного матеріалу, заглиблених в ґрунт під культиваційними спорудами 17, нагрівається від ґрунту до 10-30 градусів і насосом 15 подається в випарювач 14 теплового насосу, де віддає теплоту Qо і охолоджується на 7-9 градусів. Конструктивно водоґрунтовий акумулятор теплоти виконується з пластикових труб Ду=25-16мм в формі сітки з інтервалом 0,5-0,6м, закладених в глину або скельні породи на глибину 1,5-2,0м. Використання глини, як накопичувача теплоти пов’язано з ризиком знизити опір ґрунту зсуву та усадки, тому фундамент 1 під житловий будинок 2 і культиваційні споруди 17 повинні бути масивними і тепло- гідро ізольованими, наприклад, піносклом. При цьому потрібно ураховувати вимоги сейсмостійкості до будівель в конкретному регіоні. По експериментальним даним в умовах Швеції для будинку тепловою потужністю 10кВт в тепло акумуляторі потрібно 300-400п.м. труб, закладених на площі 300 400кв.м. Доцільна закладка V-образних тр уб або шлангів в шпарини діаметром 100-220мм і глибиною 20-70м. Розмір чарунки сітки свердловин залежить від їх діаметру, тривалості режима розрядки та температуропроводності гранта. Ризик зсуву та усадки, а також потрібна площа ґрунту для шпарин тепло акумулятора суттєво знижуються. В генератор 26 теплового насосу через автономний електротепловий акумулятор з термосифонами подається теплота середнього потенціалу Qг при температурі 80-140 градусів з електромережі 27, в яку ввімкнуті вітроенергетична установка: з генератором нестабілізованої напруги 28 та електроприводи циркуляційних насосів 10, 11, 15, вентилятора тепло генератора 15 та освітлювачів 20. Автономний електротепловий акумулятор може бути твердотільним, хімічним, або на основі використання теплоти фазового переходу відповідних температурі матеріалів, наприклад, парафіну. Для стійкої роботи генератора теплового насосу від вітроенергетичної установки доцільне дублювання енергоживлення акумулятора через блок управління 29 акумуляторними батареями 30. Сумарна Qо+Qг кількість теплової енергії відводиться Qa+Qк від послідовно з'єднаних абсорбера 12 і конденсатора 13 циркулюючим контуром 11 в бак - акумулятор гарячої води 5 з температурою 65-70 градусів. В цей же бак - акумулятор паралельним контуром 10 подається (при наявності сонячної радіації) гаряча вода з температурою 50-80 градусів від сонячних колекторів 9, розташованих на даху житлового будинку 2. Теплота гарячої води з баку - акумулятора відводиться термосифонами 21, конденсаційні зони яких мають розвинену поверхню для нагріву повітря, що подається вентилятором 22 з приточно-витяжними каналами 18, 23, 24 в жилому будинку 2 і в культиваційних спорудах 17. Параметри мікроклімату в приміщеннях забезпечуються автоматизованою системою з програмно-обчислювальним комплексом 7, куди при періодичному опитуванні вводяться поточні сигнали з датчиків параметрів навколишнього середовища 31 і технологічних енергоносіїв 32, а також з датчиків теплового комфорту 25, 19 в приміщеннях житлового будинку та к ультиваційних спорудах. Прикладом датчика теплового комфорту може бути пристрій вимірювання інтегрального показника впливу середовища WBGT по температурі, вологості і швидкості повітря, а також радіаційному випромінюванню огороджень. Програмно-обчислювальний комплекс з урахуванням параметрів навколишнього середовища оптимізує параметри технологічних носіїв, які задаються і підтримуються управляючою міні-ЕОМ 8. В теплий період року програмно-обчислювальний комплекс 7 і керуюча міні-ЕОМ переключають режим теплового насосу на виробіток тепла з температурою води 35-45 градусів і те хнологічного холоду з температурою води 7-9 градусів, які використовуються відповідно для нагрівання ґрунту під культиваційними спорудами, та кондиціювання мікроклімату в приміщеннях будинку і культиваційних спорудах.