Автономный дом водоснабжение отопление электроэнергия: Автономный дом водоснабжение отопление электроэнергия

Автономный дом — эффективность и энергонезависимость

23.11.2015

Что такое автономный дом и как его построить вопрос на сегодняшний день очень актуальный. К сожалению, в Украине технологии строительства очень отстали от зарубежных и многие здания построены по давно устаревшим стандартам и нормам.

Это во многом объясняет почему даже очень мощные и современные отопительные приборы с высоким КПД работают не эффективно, отдавая большую часть энергии в атмосферу, так и не обогрев жилье до нужного уровня. А мы просто подкручиваем ручку термостата отопительного прибора на большую температуру и «радуемся» счетам за энергоносители. В таких условиях даже такое оборудование как солнечный коллектор или тепловой насос окажутся неэффективными, потому что их тепла может просто не хватить на отопление домов старых построек, под полами которых земля, а в стенах гуляет ветер.

Поэтому автономный дом – это в первую очередь энергоэффективность, которая достигается хорошей изоляцией от окружающей среды.

Перечислим этапы этой изоляции:

• Утепленные стены – толщина утеплителя от 150 мм, тут следует отметить что лучше все-таки использовать натуральный «дышащий» минераловатный утеплитель, а не пенопласт, который не пропускает воздух.
• Изоляция пола – особенно если используется технология теплых полов, главное этот процесс выполнить правильно, иначе тепло будет уходить в землю.
• Герметичные окна и двери
• Отсутствие в стенах дома трещин и щелей
• Грамотно спроектированная и утепленная кровля

Если все условия будут выполнены, на отопление дома будут нужны значительно меньшие объемы тепла.

А теперь давайте рассмотрим отличия энергозависимого дома от автономного, в чем отличия, плюсы и недостатки.

От чего сегодня зависит обычный дом:

1. Электроснабжение (РЭС).
2. Газоснабжение (Обл или Горгаз).
3. Водоснабжение и канализация (Водоканал).

Кстати водоснабжение и канализация есть далеко не во всех районах города, и тогда вопрос решается просто при помощи бурения скважин и устройства сливных ям или ЛОСов (Локальных очистных сооружений, которые не требуют выкачки или чистки).

Газ – используется для отопления и приготовления еды. Тут стоит сказать, что современные двухконтурные газовые котлы также работают с применением электронасосов, которые значительно повышают эффективность системы отопления.

Электроэнергия для работы приборов, освещения, насосов отопления и на скважине (если таковая имеется).

Ну а если нет напряжения в сети или простыми словами отключили свет, то придется мерзнуть в темноте пока не включат. (Обычно плановые отключения начинаются как раз в октябре- ноябре, когда уже достаточно холодно и длятся по 5-8 часов).

Плюсы:

1.  Все уже сделано и отлажено, само работает
2.  Относительно невысокая стоимость электроэнергии
3.  Оборудование не занимает много места

Минусы:

1.  Дорогой газ (после поднятия тарифов на газ, отопление газом стало дорогим удовольствием), а если не выполнены все мероприятия по энергоэффективности и дом имеет значительные теплопотери то тем более .
2.  Очень дорогое подключение к газовым и электросетям, требуются проекты и соблюдение определенных технических условий, согласования (даже в уже устроенных системах бывает требуются изменения, например, перенос отопительного котла из ванной в кухню).
3.  Риск внезапного отключения электроэнергии или газа по техническим, экономическим или политическим причинам.
4.  Рост тарифов (тарифы на электроэнергию должны будут планомерно повышаться до 2017г).
5. Качество газа и электроэнергии оставляет желать лучшего.

Вроде бы все хорошо, но прямая зависимость от снабжающих сетей и рост тарифов заставляют задуматься, а можно ли от этого уйти и желательно навсегда?

Автономный дом.

Давайте рассмотрим технологии и процессы, которые могут заменить обычные системы.

Электроснабжение частного дома могут решать солнечные или ветровые установки. Установка солнечных панелей обычно осуществляется на крыше, где они никому не мешают и отлично работают. Конечно существуют такие моменты, когда солнца нет или его недостаточно, такой вопрос решается аккумуляторными хранилищами, резервными бензогенераторами или ветрогенераторами.

Солнце и ветер гармонично работают в паре, в отсутствие солнца обычно есть ветер, и наоборот. Поэтому такие гибридные установки наиболее эффективны и работают стабильно.

 Для солнечной станции необходимо следующее оборудование:

1. Солнечные батареи
2. Инвертор (автономный если используется солнце и гибридный если солнце+ветер)
3. Контроллер заряда
4. Аккумуляторные батареи
5. Если в станции также присутствует ветрогенератор, то ещё потребуется мачта и собственно сам ветряк.

Отопление и горячее водоснабжение.

Для приготовления горячей воды применяют солнечные коллектора круглогодичного использования, подключенные к буферной накопительной емкости, в которой находится горячая вода до её использования. В зимнее время, когда солнечная активность снижается, к буферной емкости подключается второй источник тепла, который догревает воду до нужной температуры. Обычно солнечные коллектора обеспечивают 100% нагрев воды с марта по ноябрь, а в зимний период их эффективность снижается до 50-60%.

Также солнечный водонагреватель может участвовать и в системе отопления, однако эффективно он может работать только в условиях идеальной изоляции дома. Поэтому для отопления в наших условиях он не подходит.

Для отопления помещений автономно используются твердотопливные коты и тепловые насосы. Рассмотрим каждый вид отдельно.

Твердотопливный котел – уже усовершенствован настолько, что может работать до 3-х суток без вмешательства человека, имеет автоматику для регулирования интенсивности горения и удаления угарных газов. Имеет возможность подключения к буферной емкости и даже может иметь два контура (в зависимости от назначения). Для работы необходимо топливо (дрова, брикеты, пеллеты) и электроэнергия для циркуляционного насоса и автоматики. Однако может работать и при отключенной электроэнергии, но с меньшей эффективностью. Недостатком является необходимость где-то хранить твердое топливо и периодически закладывать его в топку. Также требует периодического технического обслуживания, чистку сажи которая при большом скоплении снижает эффективность работы.

И второй вариант – это тепловой насос. Работает от электроэнергии и окружающей среды, берет тепло от воды, земли или воздуха. Если ваш дом находится только на этапе строительства, это идеальный источник тепла. При потребленном 1 кВт электроэнергии – вырабатывает 4-5 кВт тепла. Стоит единоразово уложить контур в грунт, и на долгие годы получить стабильное тепло в доме. Воздушный тепловой насос менее эффективен, так как при значительных минусовых температурах требует больших затрат электроэнергии. Установка теплового насоса возможна на улице, занимает он не много места. В летнее время тепловой насос работает на охлаждение. Стоит отметить что предпочтение стоит отдавать водяным и земляным насосам, так как они работают намного эффективнее и затрачивают меньше электроресурсов.

Подводя итог можно сказать, что сделать автономный дом возможно. Установив все вышеперечисленные системы, ваш дом будет работать долгие годы и при этом вам не придётся тратить деньги на коммунальные услуги. К тому же чтобы все это установить, не нужны никакие согласования и утвержденные проекты. Вложения в альтернативные инженерные системы для устройства автономного дома – это выгодные инвестиции в будущее.

На нашем сайте вы можете найти как составляющие таких систем, так и готовые решения для автономного дома.

Автономный дом. Как функционирует — преимущества

Вся наша жизнь подчиняется обстоятельствам, правилам, нормам, но в своем доме можно стать независимым от всех. Идея создания автономного дома уже давно вызывает огромный интерес. Благодаря ему можно стать свободным от всех инстанций, создавать уют в доме, не опасаясь перебоев и аварий на станциях, прорыва водопровода и т.п.

Сложилось такое мнение, что автономные дома – дорогое удовольствие, так как на картинках они все выглядят стильно, современно и богато. На самом деле это не совсем так. Да, западные СМИ подробно рассказывают об этих уникальных строениях во всей красе, но как поведут эти дома в наших реалиях и главное – сколько они стоят?

Для начала нужно понять, что это такое — «автономный дом»? Представляет собой он постройку, которая не зависит от городских коммуникаций:

• Газоснабжения
• Электроэнергии
• Канализации и водоснабжения

Ключевые достоинства автономного дома – компактность оборудования, относительно недорогая электроэнергия, работа оборудования в автоматическом режиме.

Возведение его возможно в любом месте, на любой территории, чего нельзя сказать об обычных постройках, которые привязываются к местности, коммуникациям. Но это далеко не все достоинства уникальной постройки.

Основные отличия стандартного дома от автономного

Первое и важнейшее отличие – технологии. В автономном доме можно заменить все стандартные процессы на независимые от сетей. Рассмотрим на примере электричества.

В среднем ежемесячно в жилом доме используется до 300 кВт/ч электроэнергии. Заменить эту потребность можно солнечными батареями (идут в комплекте с бензиновым или дизельным генератором). Нужно отметить, что в летний период солнечная инсоляция играет ключевую роль в выработке электроэнергии, а вот в период осень – зима ветер и солнце отлично дополняют друг друга.

Что представляет собой солнечная батарея?

Она состоит из:

• Солнечных панелей, которые размещаются на крыше. Площадь они занимают от 10 до 50 м² (зависит от мощности)
• Контроллера заряда. Находиться он внутри здания отвечает за зарядку батареи
• Инвертора– преобразует постоянное напряжение в 220 В
• Аккумуляторных батарей, которые хранят, накопленную за день, энергию

Горячая вода и отопление

Без этих составляющих в доме с нашим климатом жить практически невозможно. Для обеспечения автономного дома горячей водой устанавливают гелиоколлектор. Он преобразует солнечную энергию в тепловую. Для небольшого дома до 140 квадратов коллектор займет на крыше не более 10 м², накопительный бак же будет иметь емкость 200 – 500 литров. При учете, что солнечное излучение гораздо ниже зимой, система закроет 60 % потребности в горячей воде. Остальной процент можно обеспечить за счет установки бойлера. Бойлер также подбирать следует с учетом нужного объема.

Варианты отопления

Для отопления автономного дома существует 3 варианта — твердотопливный котел, тепловой насос и электрический котел. Твердопливный котел может работать на биотопливе, дровах. Для некоторых это покажется не совсем автономным. К счастью, сегодня есть возможность приобрести такой твердопливный котел, к которому подходить потребуется не каждый день, а подачу топлива автоматизировать. Безусловно, у такой системы отопления есть и свои недостатки – потребуется создать условия для хранения дров или искать поставщика брикета, но это гораздо экономичней подведения газа.

Использование теплового насоса целесообразно в домах с отличным утеплением. Электрический котел также отличное решение для автономного дома. Главное – правильно выбрать подходящую мощность устройства и тогда в доме будет круглый год тепло и комфортно. 

Как снизить затраты на электроэнергию?

Нужно отметить, что именно от качественного утепления и будет зависеть потребление энергии и температура в помещении. Еще на этапе строительства нужно создавать такой дом, который будет сохранять энергию.

Методы снижения затрат на электроэнергию:

1. Установка солнечных панелей.
2. Максимальное утепление дома.
3. Использование при строительстве только качественных материалов.

Также стоит отдавать предпочтение бытовым прибором с энергосбереганием (класс А++).

Итог

Наличие всех систем подарит свободу выбора участка для строительства дома. Возведение постройки будет возможно на любой территории без переплат за наличие стандартных коммуникаций. Не сомневайтесь, с новыми технологиями в доме будет комфортно и безопасно, а при грамотном расчете систем и их подключении экономия будет очевидна.

Твердотопливые, электрические котлы, тепловые насосы, солнечные электростанции, гелиосистемы – все это уже давно используется на просторах России, Украины, Германии. Пора бы и нам перенимать передовой опыт. Единственное и обязательное условие — начало строительство должно начинаться с проекта, дабы в процессе не столкнуться с массой сложностей.

Автономные источники тепла

Автономные источники тепла — это источники тепла , не подключенные к системам центрального отопления. Эти источники не подключены к внешним тепловым сетям и часто не являются полностью автономными , так как подключены к централизованным системам подачи топлива (преимущественно газа), электроэнергии и воды. Они обслуживают один дом, группу домов, а иногда и небольшой город.

Автономные источники теплоснабжения включают котлы малой мощности, а также газопоршневые агрегаты и газовые турбины малой мощности. Газопоршневые установки и мини-ТЭЦ на базе паротурбинных и газотурбинных установок являются автономными источниками как тепловой, так и электрической энергии, т.е. когенерационными источниками.

В качестве основного топлива для газопоршневых агрегатов используется природный газ с метановым числом не ниже 75. Допускается использование попутных, технических газов и биогаза.

Капитальные вложения в когенерационное оборудование выше требуемых вложений в автономных источников тепла , но значительно меньше, чем в строительство объектов большой мощности.

Когенерационные установки имеют срок окупаемости 3-5 лет, а в большой энергетике — более 10 лет. На сегодняшний день когенерационная технология является одной из ведущих в мире, так как обладает высочайшей топливной экономичностью, удовлетворительными экологическими показателями и мобильностью.

Например, доля когенерационных электростанций в энергетике Дании составляет около 60%, Нидерландов ~ 43%, Финляндии ~ 33%, Австрии ~ 25% и так далее.

В Украине в когенерационном цикле, включая действующие ТЭЦ, вырабатывается около 7% электроэнергии, Украина имеет достаточно большой потенциал для внедрения когенерационных технологий. Комбинированная выработка тепла и электроэнергии в котельных позволяет установить до 6 тыс. МВт генерирующих мощностей, в промышленном тепле ~ 8 МВт, а на базе ГТС путем когенерации — создать до 2 тыс. МВт новых мощностей. .

Когенерация автономная Источники энергии на основе газовых турбин и паровых турбин имеют большую единичную мощность (от 1,25 МВт) и поэтому редко используются в качестве местных источников тепла. На ГТУ ТЭЦ продукты сгорания после расширения в турбине подаются в утилизационный теплообменник, в котором нагревается вода, или в котел-утилизатор, в котором вода превращается в пар. Полученная горячая вода или пар используются в системе отопления для обеспечения теплом потребителя.

Схема отопления ГТУ ТЭЦ

К-компрессор; КЗ — камера сгорания; Т-турбина; Г-генератор, ТУ — рециркуляционный теплообменник; насосы h2, h3; В1, В2 — клапаны.

На рисунке представлена ​​схема ГТУ ТЭЦ с рециркуляционным теплообменником. Сжатый в компрессоре воздух вместе с топливом подается в камеру сгорания. Продукты сгорания вращают ротор турбины, соединенный с ротором электрогенератора. На выходе из турбины температура продуктов сгорания составляет около 500°С, а их теплота используется для нагрева воды в рециркуляционном теплообменнике. Количество подаваемых продуктов сгорания в технических условиях может регулироваться. Насосы h2 и h3 обеспечивают циркуляцию воды в контурах теплообменника и потребителя тепла, а вентили В1 и В2 позволяют регулировать расход воды по этим контурам.

Удельная мощность газопоршневых агрегатов значительно ниже, чем у ГТУ, а их электрический КПД значительно выше, достигая 40%. В таких агрегатах тепловая энергия вырабатывается за счет использования тепла дымовых газов и тепла охлаждения блока цилиндров и масла, но это делает систему теплогенерации достаточно сложной в изготовлении и обслуживании. Доля вырабатываемого тепла составляет до 50% тепла, получаемого при сжигании топлива.

Сравнительный энергетический баланс когенерационных установок

При проектировании когенерационных установок основной задачей является выработка электроэнергии , а вырабатываемое тепло в данном случае играет второстепенную роль. В этом случае в отопительный сезон возникает дефицит тепла, который необходимо восполнять за счет дополнительных источников. Чаще всего этот вопрос решается установкой пиковых котлов.

Наиболее распространенным автономным источником теплоснабжения в настоящее время являются маломощные водогрейные котлы . По месту расположения они делятся на встроенные, пристроенные, раздельные, крышные. Чаще всего используют газ или дизельное топливо. Реже используемым местным топливом являются древесные отходы. За время эксплуатации таких котлов возникают проблемы, связанные с дымоходом, так как каждый автономный источник требует сооружения индивидуальной системы дымохода, относительная стоимость которой тем выше, чем меньше мощность источника.

Крышные котлы имеют большое преимущество, так как их можно устанавливать не только на крышу или техэтаж строящихся зданий, но и на уже существующие. Они не требуют дополнительного места внутри или снаружи дома; повышается пожаробезопасность сооружения по сравнению с другими вариантами размещения; исчезают риски загазованности полов и отпадает необходимость строительства высоких дымоходов и т. д. При этом можно использовать систему трубопроводов и отопительных приборов, предназначенных для централизованной системы теплоснабжения. Проблема дымохода для крышных котлов не стоит так остро, как в других случаях. При проектировании и установке крышных котлов на существующих зданиях необходимо учитывать прочность строительных конструкций.

Одним из современных способов повышения энергоэффективности является создание систем, позволяющих полностью использовать химическую энергию топлива. Низкотемпературные водогрейные котлы, реализующие эту идею, называются конденсационными котлами. Их внедрение экономит первичное топливо и снижает выбросы CO2.

Преимущество конденсационного котла перед конвекционным заключается в том, что в конденсационном котле используется теплота парообразования (конденсации) водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания.

Причиной образования конденсата является падение температуры продуктов сгорания ниже температуры точки росы (для продуктов сгорания природного газа tp = 52 ÷ 54 °С), которая зависит от температуры обратной воды, проходящей через дополнительный теплообменник, расположенный за котле или внутри котла.

Автономные источники тепла, использующие электричество, такие как электрокотлы и электронагреватели, требуют меньших капитальных затрат и легко регулируются. Их главный недостаток в том, что они используют дорогое электричество. Их использование оправдано только в районах, где нет других источников энергии или имеется избыток электроэнергии, а также временные источники (например, при строительстве).

К автономным источникам энергии относятся широко распространенные в мире тепловые насосы, с помощью которых тепловая энергия может передаваться от источника тепла с низкой температурой (0-25°С) — почвы, воздуха, воды и т.п. — к получатель (потребитель). ) с высокой температурой (50-90 °С) при условии подвода механической энергии извне для привода компрессора (энергия привода). Тепловая мощность (теплоемкость) теплового насоса состоит из двух составляющих: тепла, полученного испарителем от источника тепла, и энергии привода, с помощью которой полученная тепловая энергия поднимается на более высокий температурный уровень. Типы тепловых насосов бывают абсорбционными и компрессорными.

Энергоэффективность компрессорного теплового насоса оценивается отношением тепловой мощности к потребляемой мощности и называется коэффициентом преобразования.

Фактические коэффициенты пересчета могут быть 3-7, т.е. на 1 кВт потребляемой мощности можно получить 3-7 кВт тепловой мощности.

Во многих странах тепловые насосы являются основой политики энергосбережения. Они широко распространены в США, Канаде, Дании, Швеции, Германии, Японии и других странах. Украина имеет высокий энергетический потенциал низкопотенциальной теплоты, в частности почвы и подземных вод, но недостаточно внедряет тепловые насосы.

Основными преимуществами автономных систем теплоснабжения являются возможность индивидуального регулирования тепловой нагрузки и отсутствие дорогостоящих тепловых сетей, являющихся одним из основных источников теплоты и теплопотерь. Недостатками таких систем являются необходимость дополнительных площадей для их установки, индивидуального обслуживания и ремонта, стоимость дымоходной системы.

Энергетическая и водная автономия для автономных плавучих сооружений на берегу

Дорит Авив, доктор философии

Населенные пункты, расположенные на берегу, наиболее подвержены изменению климата и экстремальным погодным явлениям. Помимо риска затопления, централизованные системы водоснабжения и энергоснабжения подвержены сбоям в динамических штормовых условиях; подключение канализации и водоснабжения в прибрежных районах часто нарушается во время штормов. Например, в 2012 году во время урагана «Сэнди» цепочки поставок и распределения в Ред-Хук, Бруклин, были нарушены, а канализация была заблокирована, что привело к затоплению улиц неочищенными сточными водами.

Проект BlueCity Lab (BCL) Центра RETI родился в ответ на эти неудачи. BCL будет водным физическим пространством и структурой поддержки сообщества, расположенной в заливе Гованус в Ред-Хук (рис. 1a; Nandan et al 2020). Параллельно Департамент водных ресурсов Филадельфии работал над созданием плавучего класса на реке Шуйлкилл в Филадельфии (рис. 1b; Philadelphia Inquirer).

Плавучие конструкции предназначены для адаптации к поднимающейся воде. В ходе прошлых демонстраций в Нидерландах такие конструкции доказали свою способность выдерживать повышение уровня моря, а также увеличение частоты и интенсивности штормов (Эдидин, 2005 г. ). Однако из-за того, что они расположены на воде, они представляют серьезную эксплуатационную проблему: они должны работать вне сети, поскольку подключение к центральной инфраструктуре водоснабжения и энергетики становится затруднительным или даже невозможным. Вместо этого такие структуры должны быть самодостаточными; их требования поднимают конкретные вопросы об автономии воды и энергии в масштабе здания. Моя лаборатория в Школе дизайна Вайцмана Пенсильванского университета, Лаборатория тепловой архитектуры, является частью сотрудничества с Центром RETI и Водным центром в Пенсильвании для разработки автономных энергетических и водных систем для автономных плавучих сооружений.

Рис. 1. Прототипы плавучей лаборатории на берегу: (a) Визуализация лаборатории BlueCity Центра RETI. Предоставлено: thread коллектив + Oasis Design Lab; (b) Визуализация плавучей мастерской на реке Шуйлкилл в Филадельфии, кредит: Philadelphia Inquirer и Департамент водных ресурсов Филадельфии

Создание рамок самообеспечения для использования энергии и воды

Энергоавтономные здания являются ответвлением типологии зданий с нулевым потреблением энергии (ZEB), характеризующимся отсутствием подключения к сети. Они спроектированы с собственной системой подачи и хранения энергии, а также с уменьшенными потребностями в энергии, достигаемыми за счет повышения эффективности (Torcellini et al. 2006). Точно так же здание с автономным водоснабжением, или здание с нулевым потреблением воды (ZWB), представляет собой новую основу для здания, которое поддерживает независимость от водопользования за счет использования таких стратегий, как сбор дождевой воды и восстановление на месте (Harputlugil et al. 2020). Мы используем эти схемы водной и энергетической автономии для разработки модели автономных, плавучих, самодостаточных зданий.

Проживание на воде как возможность

Плавучие сооружения на берегу предоставляют много потенциальных преимуществ в отношении как энергии, так и воды. Во-первых, из-за своего расположения такие сооружения обычно не затеняются окружающим городским контекстом, что обеспечивает доступ к избытку солнечной энергии по сравнению с большинством городских объектов. Кроме того, их размещение на открытом пространстве увеличивает их доступ к ветру; это может быть полезно для производства турбинной энергии, а также для естественной вентиляции здания. В некоторых случаях, когда имеются достаточно сильные водные течения, плавучие конструкции также могут получать выгоду от производства приливной энергии. Преимуществом является и проживание на воде: воду можно использовать как поглотитель тепла для летнего охлаждения и как источник тепла для обогрева зимой, так как температура воды более постоянна и менее изменчива из-за ее тепловой инерции.

Стратегии проектирования

Чтобы сделать лабораторию BlueCity Центра RETI самодостаточной с точки зрения использования энергии и воды, мы работали вместе с командой дизайнеров BCL, Гитой Нандан, Зехрой Куз и Тимом Гилманом, а также с нашим сотрудником. Доктор Форрест Меггерс (Принстонский университет) за интеграцию следующих стратегий в процесс проектирования BCL:

Пассивный дизайн

Пассивный дизайн может значительно снизить энергопотребление здания за счет архитектурных стратегий, которые уменьшают теплообмен. между зданием и окружающей его средой. Эти стратегии проектирования включают ориентацию здания и его массивность, дизайн оболочки и выбор материала. Мы провели параметрическое исследование ориентации, чтобы понять его влияние на спрос на энергию в разные сезоны, чтобы предложить способы минимизации нагрузки на охлаждение и обогрев (рис. 2). Мы изучили естественную вентиляцию и преобладающие направления ветра на площадке, чтобы определить наилучшее расположение отверстий в оболочке. Кроме того, мы рассмотрели материалы ограждающих конструкций и соотношение остекленных и непрозрачных частей фасада, чтобы предложить проектное решение, которое уравновешивает круглогодичный доступ дневного света и предотвращает чрезмерные потери тепла в холодное время года. Поскольку многие запланированные образовательные мероприятия BCL будут проходить в дневное время, в нашем анализе и проектных решениях приоритет отдавался дневному освещению, чтобы свести к минимуму энергетическую нагрузку искусственного света.

Рис. 2. Иллюстрация параметрического исследования ориентации здания и конструкции фасада для оптимизации множества переменных, включая приток солнечного тепла, дневное освещение и подачу солнечной энергии, с использованием инструментов Ladybug и программного обеспечения Design Explorer. Фото: Мриналини Верма и Дорит Авив.

Энергоснабжение

В дополнение к ориентации здания, форме и материалам мы изучали потенциал энергоснабжения посредством нашего моделирования. Варианты на соседней иллюстрации показывают не только приток и потерю тепла зданием, но и потенциальное поступление энергии от солнечных панелей, расположенных на крыше. Мы предлагаем разместить солнечные батареи на крыше и южном фасаде БКЛ, чтобы производить достаточно энергии для работы здания. Небольшие ветряные турбины и технологии приливной энергии являются дополнительными возможными источниками энергии для поддержания самодостаточности. Аккумулятор необходим как часть системы энергоснабжения для хранения энергии в пиковые периоды. Кроме того, чтобы снизить риски, связанные с использованием прерывистых источников питания, мы предлагаем встроенные датчики и адаптивные элементы управления, которые могут помочь регулировать системы здания в соответствии с доступными источниками питания и погодными условиями.

Строительные системы с низким энергопотреблением

Мы разработали схему энергосберегающей интегрированной системы отопления и охлаждения, которая минимизирует энергетическую нагрузку механической системы здания. Собранные данные со дна залива Гованус в Ред-Хук, где будет построена BCL, показывают, что температура воды остается близкой к 20°C летом и стабильно выше средней температуры воздуха зимой. Используя воду залива круглый год в качестве поглотителя тепла или источника тепла для высокоэффективного теплового насоса, мы можем свести к минимуму затраты энергии на отопление и охлаждение. Насос будет регулировать температуру воды в водяной излучающей системе, встроенной в поверхности здания, для контроля температуры в помещении. Естественная вентиляция обеспечит приток свежего воздуха и дополнительную охлаждающую способность, если это возможно с учетом климатических условий.

Водоснабжение

Крыша BCL предназначена для сбора дождевой воды в центральный резервуар. В нашем анализе мы обнаружили, что сбор дождевой воды сам по себе не будет поддерживать полную работу BCL, и предложили дополнительные потенциальные варианты сбора и очистки воды. Низкотехнологичные методы солнечного опреснения хорошо сработали бы в этом контексте из-за наличия заливной воды, а адаптивные материалы, такие как гидрогели, можно было бы использовать для сбора атмосферной воды благодаря высокому уровню влажности в этом месте. Вес резервуара для сбора воды следует рассматривать как часть баланса сил, необходимых для достижения плавучести.

Водоснабжение и очистка сточных вод

Компания BCL должна очищать свои собственные сточные воды, а также загрязненную воду залива Гованус, в котором она находится. Группа разработчиков BCL выбрала биофильный бетон для использования в корпусе и основании плавучих садовых стручков, окружающих BCL (рис. 1a, рис. 3), чтобы привлечь морские и болотные организмы, которые, в свою очередь, будут участвовать в разрушении и ускорять его разрушение. загрязняющие вещества в воде.

Мы также изучили дополнительные методы очистки воды: теплица на верхнем этаже BCL может быть смоделирована как живая машина — технология очистки сточных вод, которая сочетает в себе элементы традиционных систем биологической очистки воды с растениями и другими организмами; в корпусе может быть размещен анаэробный метантенк для переработки твердых отходов. На рисунке 3 ниже показаны эти стратегии водоснабжения и восстановления, а также энергетические системы, изученные в этом исследовании.

Рисунок 3. Схема автономных систем воды и энергии для плавучей конструкции BlueCity Lab, кредит: Мриналини Верма и Дорит Авив.

В заключение, это исследование плавучей береговой конструкции подняло важные вопросы об автономности энергии и воды в архитектурном дизайне. Самодостаточные здания, хотя и создают множество проблем, также предлагают преимущество автономной системы проектирования и эксплуатации. Эти системы не зависят от городской сети и предназначены для адаптации к изменяющимся погодным условиям. Это исследование является частью текущих исследований в лаборатории тепловой архитектуры, направленных на разработку применимых решений для прототипов зданий, устойчивых к изменению климата.

Благодарности

Это исследование стало возможным благодаря щедрой поддержке Penn Praxis.

Я хотел бы отметить большой вклад Мриналини Вермы, выпускника MSD-EBD и нынешнего студента MLA в Школе дизайна Вейцмана, которая работала над этим исследованием в течение лета 2020 года в качестве стипендиата Penn Praxis и в настоящее время запускает воду исследования по восстановлению прибрежных сооружений в качестве получателя гранта на поддержку исследований студентов Центра водных ресурсов в Пенсильвании.

Справки

Эдидин Петр. «Плавучие дома, построенные, чтобы пережить наводнение в Нидерландах / Предвидя дальнейшее изменение климата, архитекторы видят другой путь». New York Times, 9 ноября 2005 г.

Харпутлугил, Тимучин, Гюльсу Улукавак Харпутлугил и Питер де Уайлд. «Подход к моделированию в поддержку проектирования зданий с нулевым потреблением воды (NZWB)». REHVA Journal , июнь 2020 г.: 46–53.

Нандан, Гита, Зехра Куз и Тим Гилман, «Лаборатория BLUECITY: лаборатория-амфибия по адаптации к климату». Материалы 2-й Всемирной конференции по плавучим решениям , 2021 г.

Торчеллини, Пол, Шанти Плесс, Майкл Деру и Друри Кроули. Здания с нулевым потреблением энергии: критический взгляд на определение . № НРЕЛ/СР-550-39833. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL), Голден, Колорадо, 2006 г.

Дорит Авив — доцент архитектуры в Школе дизайна Вейцмана, специализирующаяся на энергетике и экологии. Она является директором Лаборатории тепловой архитектуры, междисциплинарной лаборатории на стыке термодинамики, архитектурного дизайна и материаловедения.