Казахские ученые рассмотрели региональные особенности возобновляемых источников энергии в многоэтажных жилых зданиях города Астаны. Этот вопрос стал еще более актуальным в условиях мирового финансового кризиса, который заставил многих пересмотреть свои взгляды и энергетические планы.
Энергоэффективность уже является важным вопросом для будущего страны и мира. В настоящее время на переднем крае альтернативных источников энергии во всем мире находятся три технологии: ветер, солнце и биомасса. Альтернативные источники энергии характеризуются малой энергоемкостью, что предполагает размещение большого количества относительно маломощных установок, вырабатывающих небольшое количество энергии. В этом контексте можно сделать выводы о потенциале внедрения альтернативных энергетических установок внутри и вокруг строительных конструкций для увеличения площади поверхности энергетической инфраструктуры и общей производительности электрической системы. Такое решение позволило бы извлекать энергию практически с любой территории, в том числе и с городской застройкой. В этом случае сокращение протяженности инженерных сетей поможет значительно снизить затраты на строительство и эксплуатацию инженерных сетей.
Снижение потерь при передаче генерируемой энергии, которые значительно возрастают с увеличением протяженности сети и уменьшением удельной мощности сети. Использование новых элементов в архитектуре также может быть средством создания нового высокотехнологичного образа современных зданий. В общем, энергоэффективное здание – это здание, в котором энергосбережение достигается за счет инновационных, технически осуществимых и экономически целесообразных решений, приемлемых с экологической и социальной точек зрения и не меняющих образ жизни.
Строительство энергоэффективных зданий в разных частях мира началось после глобального энергетического кризиса 1974 г. Первый проект энергоэффективных зданий был запущен в 1972 г. в Манчестере, США. Первые успешные проекты энергоэффективных зданий были реализованы в основном в странах с холодным климатом, где отопление зданий за счет аккумулирования тепла было серьезной проблемой при длительных отопительных периодах.
До настоящего времени потенциал возобновляемых источников энергии исследовался ограниченно как в стране, так и в мире, в том числе в сфере гражданского строительства. В последние годы в Казахстане этому направлению уделяется большое внимание. В последние годы в Казахстане были приняты следующие стратегические документы, закрепившие политическую волю к повышению энергоэффективности по всей стране:
– Казахстанская концепция перехода к зеленой экономике.
– Стратегия 2050: доля альтернативных и возобновляемых источников энергии в электроэнергетическом секторе должна достичь 50,0% к 2050 году;
– Закон Республики Казахстан от 13 января 2012 года № 541-1У “Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности”;
– Программа энергосбережения 2020 и др.
При проектировании многоэтажных жилых домов в Астане с альтернативными источниками энергии максимально учитываются природно-климатические условия; малоэтажные жилые дома также проектируются с учетом окружающей местности, расположения прилегающих строений и ландшафта; дома четко ориентированы по солнечному градиенту, что меняет функциональную структуру и внутреннюю планировку здания; учитывается направление приоритетных ветров.
В этом типе здания потери энергии сведены к минимуму, а ограждающая конструкция хорошо изолирована от вредного воздействия внешней среды. При проектировании “энергоемких многоэтажных многоквартирных домов” (“кондиционируемых зданий”) проектировщики должны использовать альтернативные источники энергии для энергоснабжения, частично или полностью покрывающие энергетические затраты здания.
“Автономные жилища” – жилища, включающие систему энергонезависимых конструкций, замкнутую жилую систему, включающую в себя автономный жилой комплекс, в котором объекты и бытовые приборы, обеспечивающие жильцов пищей и водой, а также отходы перерабатываются и повторно используются для формирования жилого комплекса, жилище без отходов.
Рассмотрим подробнее климатические и природные условия столицы Казахстана. В Астане ярко выраженный умеренно-континентальный климат. Для города характерна очень холодная зима и сухое лето. Зима начинается в ноябре и длится до начала апреля. Этот сезон достаточно суров и характеризуется экстремально низкими температурами.
Особенности местного климата, то есть суровые зимы в сочетании с быстрым ростом населения города, значительно увеличивают потребность в энергии. По сравнению с другими подобными городами Астана характеризуется средним и высоким потреблением первичной энергии на душу населения (90-91 ГДж на душу населения).
Высокий уровень ПЭК обусловлен длительным отопительным периодом и холодным континентальным климатом, наличием угля, высокими потерями при производстве конечной энергии и очень неэффективным использованием энергии конечными потребителями. Таким образом, развитие нетрадиционных источников энергии в жилой архитектуре помогает горожанам решать вопросы рационального энергопотребления, стимулировать экономику и улучшать экологию страны.
Использование альтернативных источников энергии влияет на проектирование зданий. Исходя из климатических данных в столице Казахстана, рациональным решением является использование ветряков и солнечных коллекторов.
Для внедрения ветрогенераторов нужно проектировать ветроулавливающую форму. Положение оси вращения по отношению к земле является важным параметром для использования ветряных турбин. Это оказывает влияние на конструкцию высотного здания, в котором используются ветряные турбины. Большая часть ветровых потоков направлена горизонтально. Поэтому вертикальная конструкция здания подходит для ветрогенераторов с горизонтальной осью вращения. В большинстве случаев несколько ветряных турбин будут установлены в верхней части конструкции, где скорость ветра самая высокая. Известны места размещения установок в остроконечном, поперечном и консольном расположении инженерно-строительного оборудования, работающего от энергии ветра.
Следующим возобновляемым источником энергии, который следует рассмотреть, является солнечная энергия. Солнечная энергетика является одним из самых быстрорастущих секторов в мировом топливно-энергетическом балансе и растет в два раза быстрее, чем ее основной конкурент – энергия ветра. Глобальные факторы, такие как потребность в национальной энергетической безопасности, растущая озабоченность по поводу воздействия ископаемого топлива на окружающую среду, сильные инновации в области альтернативных источников энергии и постоянное снижение стоимости солнечной энергии, способствовали высокому потенциалу роста этого сектора.
Самый распространенный способ – преобразовать солнечную энергию в электричество путем нагревания кремниевого соединения, нанесенного на пластину. Это может быть использовано как для жилых многоэтажек, так и для зданий-небоскребов.
Другой вариант – преобразование солнечной энергии в тепловую путем нагревания теплоносителя в трубах. Это решение чаще всего используется в домах малой и средней площади для отопления и горячего водоснабжения. Недавно появилось новое поколение солнечных панелей – “Фотоэлектрические модули для интегрированных зданий”. Их главная особенность в том, что их можно устанавливать на любую поверхность здания: кровля, наклонную поверхность, вертикальную стену или стеклянную поверхность. Особый интерес представляют прозрачные панели, способные пропускать дневной свет при преобразовании солнечной энергии.
Многоэтажные жилые дома Астаны вырабатывают в общей сложности более 700 киловатт электроэнергии в час из возобновляемых источников энергии. Это экономит более 20 млн. тенге в год на энергозатратах. Государственные органы и частные компании сейчас активно используют возобновляемые источники энергии в строительстве. На 23 строительных площадках города установлены возобновляемые источники энергии. На сегодняшний день ее общая выработка по городу составляет более 700 киловатт-часов. Это экономит более 20 миллионов тенге в год на энергозатратах. На возобновляемые источники энергии переведены две улицы – Улы Дала и Турара Рыскулова, несколько парков и скверов, насосные станции, автобусные остановки, станции окружающего освещения и зарядки гаджетов.
Этот вопрос стал еще более актуальным в условиях мирового финансового кризиса, который заставил многих пересмотреть свои взгляды и энергетические планы. Казахстан считается страной, богатой “углем, газом и нефтью”, поэтому стимулов для производства альтернативной энергии нет. За последние пять-семь лет в Казахстане растет интерес к увеличению использования возобновляемых источников энергии.
Стратегическими целями в области возобновляемых источников энергии и местных видов топлива являются:
– Сократить потребление невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов;
– Снизить нагрузку на окружающую среду при смешивании топлива и энергии;
– Снижение воздействия на окружающую среду комбинированного цикла энергии и ресурсов;
– Децентрализованное снабжение потребителей и регионов с долгосрочным и сезонным обеспечением топливом. (Наука и образование сегодня/Энергетика Украины и мира)