А.2 Концепція побудови Еко-Smart будівель (інтелектуальний енергоефективний екобудинок)

 

В проекті передбачено комплексне вирішення побудови "розумного (інтелектуального) і екологічного будинку" на базі мікросистем розосередженої генерації, що сприяє підтримці високого рівня надійності і якості енергопостачання при мінімальному впливі на оточуюче середовище.

Запропоновано комплексний підхід до вирішення проблем енергопостачання, енергозбереження та екологічної безпеки в масштабі окремого будинку, який враховує зазначені вище застереження та забезпечує:

· зниження енергоспоживання від традиційних джерел як в масштабах окремих регіонів, так і в масштабах всієї країни;

· енергетичну незалежність окремого громадянина, як елемент його особистої незалежності від енергогенеруючих компаній.

Інтелектуалізація будинків, як тенденція, існує в світі вже більше 20 років, але на Україні поки що не стала масовою. Останнім часом такі поняття, як інтелектуальний будинок або "розумний будинок", стали відомими широкому колу споживачів і в Україні. Різні компанії, постачальники апаратних і програмних засобів, інженерних систем, пропонують все нові й нові рішення.

Концепція інтелектуальних будинків спрямована на забезпечення комфорту та економію енергії за рахунок "інтелектуалізації" управління окремими системами (освітлення, опалення, тощо).

Сьогодні все частіше можна почути розмови про пасивний будинок – будинок з практично нульовим енергоспоживанням, який обігрівається за рахунок пасивного використання сонячної енергії, покращення теплоізолюючих властивостей огороджувальних конструкцій, вентиляції з рекуперацією тепла відпрацьованого повітря та попереднього підігріву свіжого повітря за допомогою ґрунтового теплообмінника. Витрати енергії для опалення у пасивному будинку не перевищують 15 кВтг/м² на рік. Традиційне опалення (точніше, підігрів) потрібне лише в особливо холодні дні.

Крім того, враховуючи зростаючу увагу до екології та появу ефективних технологій розосередженої генерації, особливо відновлюваних джерел енергії, у світі надають перевагу проектуванню та будівництву комфортного житла з автономними системами життєзабезпечення та регенерацією відходів, яке отримало назву екобудинок.

Ідея проекту полягає у об’єднанні цих понять у єдину систему – інтелектуальний енергоефективний екобудинок (ІЕЕ - буд).

Будівництво такого житла можливе лише за умови прийняття проектувальниками ряду складних інженерних рішень. Досвід розвинених країн показує, як можна раціонально вирішувати окремі питання, але єдиної комплексної моделі прийняття рішень на сьогодні немає. Разом с тим відчувається нестача наукових методів та підходів при проектуванні інтелектуального енергоефективного екожитла і взагалі не існує цілісної концепції побудови такої системи.

Концепція передбачає створення єдиного підходу до проектування та побудови будівлі з врахуванням складних взаємозв’язків підсистем життєзабезпечення будівель, та розглядається як складна цілісна система, ефективність якої базується на врахуванні трьох складових (рис. А.1):

· забезпечення енергоефективності інженерних систем, урахування факторів зовнішнього середовища (в залежності від метеорологічних особливостей регіону);

· забезпечення інтелектуальності системи управління, що разом має забезпечити нульове (мінімальне) споживання енергетичних ресурсів вуглеводнів;

· забезпечення мінімального впливу на екологію проектованого варіанта (екологічність).

 

Рисунок А.1 Складові, що мають забезпечити ефективність життєзабезпечення будівель

 

Сучасний будинок розглядається, як складна технічна автономна система – матеріальний цілісний об’єкт, призначений для скінченої множини функцій у заданих умовах, технічно реалізований на основі впорядкованої за номенклатурою, скінченої множини функціонально взаємозалежних, структурно взаємопов’язаних функціональних технічних систем (забезпечення мікроклімату, водозабезпечення, енерговикористання, енергозабезпечення, інтелектуальна система управління), які технологічно взаємодіють.

З огляду на все вище сказане, інтелектуальний енергоефективний екобудинок у загальному випадку представляється як взаємне поєднання п’яти підсистем:

1. Система забезпечення мікроклімату з урахуванням теплоізолюючих властивостей огороджувальних конструкцій будівлі;

2. Система водозабезпечення;

3. Система енерговикористання;

4. Система енергозабезпечення;

5. Інтелектуальна система контролю та управління.

Система забезпечення мікроклімату. Теплова ефективність будівель має важливе значення для створення комфортних умов перебування людей у приміщеннях, визначає рівень інвестиційних витрат на будівництво та витрати на опалення (кондиціювання) і вентиляцію житла протягом всього терміну експлуатації.

Це спонукає до розробки нових наукових методів формування вихідних даних для висунення вимог до архітектури та будівництва будинку з урахуванням зовнішніх кліматичних факторів (середньорічні параметри температури та вологості повітряних мас, кількість сонячних годин). Це дає змогу сформувати вимоги до стін, перекриття, підвалу та верхніх поверхів, вікон, тощо та теплоенергетичного балансу приміщень будівлі, зовнішніх огороджувальних конструкцій.

Система водозабезпечення. Дана система передбачає забезпечення якісною питною водою на базі багаторазової та обігової системи очистки води та обеззараження стічних вод, що містять велику кількість органічних домішок антропогенного та природного походження.

Система енерговикористання. Вибір енергоспоживаючого обладнання визначається за критеріями його енергоефективності та екологічного сприйняття.

Вибрана належним чином побутова техніка дозволяє знизити рівень споживання електроенергії. При цьому номінальна потужність пристроїв може залишатися досить великою за рахунок функціонального оснащення. В свою чергу ефективність енергоспоживання пристрою досягається за рахунок різноманітності економних режимів і відповідного класу самого пристрою.

Система енергозабезпечення. Ця система передбачає постачання на базі комплексного використання поновлюваних джерел енергії з резервуванням від електричної мережі загального призначення у відповідності до принципів формування енергозабезпечення – мікроенергосистема (для окремих будівель), віртуальна електростанція (для групи будівель) та інтелектуальних мереж (smart grids).

Всі функціональні технічні системи слід розглядати як цілеспрямовані, оскільки вони орієнтовані розробниками на виконання тільки визначених цілей. Вони мають чітко обумовлене цільове призначення для заданих умов, а також характеризуються набором обмежень за номенклатурою цілей і заданим діапазоном допустимих змін умов функціонування. Базовими поняттями для таких систем є поняття цілі та характеристичної функції.

Результатом поєднання всіх перерахованих систем є система більш високого класу – цілеспрямована система – система, яка має властивості сприймати вимоги середовища, зовнішнього по відношенню до неї (зміна кліматичних та екологічних умов, енерго- та водозабезпечення, інформаційне забезпечення, тощо), та формувати цілі для досягнення цих вимог за умови суттєво мінливих ситуацій, а також визначати альтернативи всіх дій зовнішнього середовища і здійснювати доцільний вибір власних дій для досягнення цілей за наявних умов (рис.А.2).

 

Рисунок А.2 Спрощена схема енергопостачання житла на базі мікро енергосистеми

 

 

Найважливішою властивістю цілеспрямованих систем є здатність динамічно змінювати цілі і способи їх досягнення у разі зміни ситуації. Вони принципово відрізняються високою гнучкістю, динамічністю і здатністю реагувати на зміну зовнішнього середовища шляхом адаптації потреб, цілей і дій у ситуаціях, що складаються. Системи даного класу можуть змінювати функції, властивості і навіть структуру як функціональних елементів, так і системи загалом.

Для забезпечення високого рівня гнучкості, динамічності та адаптації цілеспрямована система повинна мати інтелект – природний, штучний чи створений у результаті поєднання обох видів.

Інтелектуальна система управління екобудинком. Дана система базується на створенні єдиної інформаційної шини з можливістю управління та контролю з будь-якої точки без обмежень для потреб управління інтелектуальним будинком та зв’язку з зовнішнім світом.

Результатом створення ІЕЕ є акумуляція ефекту від архітектурних та інженерних рішень щодо енергозбереження та систем управління будинком спрямованих на економію енергетичних ресурсів.