Trong ngôi nhà thụ động của tôi ...

Kinh điển nói: “Trời phải lạnh vào mùa đông. Hóa ra nó không cần thiết. Ngoài ra, để giữ ấm trong thời gian ngắn, không bị bẩn, có mùi, gây hại cho môi trường.

Hiện tại, chúng ta có thể có nhiệt trong nhà của chúng ta không nhất thiết là do nhiên liệu dầu, khí đốt và điện. Năng lượng mặt trời, địa nhiệt và thậm chí cả năng lượng gió đã tham gia vào sự kết hợp cũ của các nguồn nhiên liệu và năng lượng trong những năm gần đây.

Trong báo cáo này, chúng tôi sẽ không đề cập đến các hệ thống vẫn phổ biến nhất dựa trên than, dầu hoặc khí đốt ở Ba Lan, bởi vì mục đích của nghiên cứu của chúng tôi không phải là trình bày những gì chúng tôi đã biết rõ, mà là trình bày các giải pháp thay thế hiện đại, hấp dẫn về mặt bảo vệ môi trường cũng như tiết kiệm năng lượng.

Tất nhiên, sưởi ấm dựa trên quá trình đốt cháy khí tự nhiên và các dẫn xuất của nó cũng khá thân thiện với môi trường. Tuy nhiên, theo quan điểm của Ba Lan, nó có nhược điểm là chúng ta không có đủ nguồn nhiên liệu này cho nhu cầu trong nước.

Nước và không khí

Hầu hết các ngôi nhà và công trình dân cư ở Ba Lan đều được sưởi ấm bằng hệ thống lò hơi và lò sưởi truyền thống.

Lò hơi trung tâm được đặt tại trung tâm gia nhiệt hoặc phòng lò hơi riêng lẻ của tòa nhà. Công việc của nó dựa trên việc cung cấp hơi nước hoặc nước nóng thông qua các đường ống đến bộ tản nhiệt đặt trong các phòng. Bộ tản nhiệt cổ điển - cấu trúc dọc bằng gang - thường được đặt gần cửa sổ (1).

1. Lò sưởi truyền thống

Trong các hệ thống tản nhiệt hiện đại, nước nóng được luân chuyển đến các bộ tản nhiệt bằng cách sử dụng bơm điện. Nước nóng giải phóng nhiệt của nó trong bộ tản nhiệt và nước được làm mát trở lại lò hơi để làm nóng thêm.

Bộ tản nhiệt có thể được thay thế bằng bảng điều khiển hoặc máy sưởi tường ít "hung hăng" hơn theo quan điểm thẩm mỹ - đôi khi chúng thậm chí còn được gọi như vậy. bộ tản nhiệt trang trí, được phát triển có tính đến thiết kế và trang trí của cơ sở.

Bộ tản nhiệt loại này có trọng lượng nhẹ hơn nhiều (và thường là kích thước) so với bộ tản nhiệt có cánh tản nhiệt bằng gang. Hiện nay, trên thị trường có rất nhiều loại tản nhiệt kiểu này, khác nhau chủ yếu về kích thước bên ngoài.

Nhiều hệ thống sưởi hiện đại chia sẻ các thành phần chung với thiết bị làm mát, và một số cung cấp cả sưởi ấm và làm mát.

Bổ nhiệm HVAC (sưởi ấm, thông gió và điều hòa không khí) được sử dụng để mô tả mọi thứ và thông gió trong một ngôi nhà. Bất kể hệ thống HVAC nào được sử dụng, mục đích của tất cả các thiết bị sưởi ấm là sử dụng năng lượng nhiệt từ nguồn nhiên liệu và truyền nó đến các khu vực sinh hoạt để duy trì nhiệt độ xung quanh dễ chịu.

Hệ thống sưởi sử dụng nhiều loại nhiên liệu khác nhau như khí đốt tự nhiên, propan, dầu sưởi, nhiên liệu sinh học (như gỗ) hoặc điện.

Hệ thống không khí cưỡng bức sử dụng lò thổi, cung cấp không khí được sưởi ấm cho các khu vực khác nhau trong nhà thông qua một mạng lưới các ống dẫn, rất phổ biến ở Bắc Mỹ (2).

2. Hệ thống phòng nồi hơi với tuần hoàn không khí cưỡng bức

Đây vẫn là một giải pháp tương đối hiếm ở Ba Lan. Nó chủ yếu được sử dụng trong các tòa nhà thương mại mới và trong nhà riêng, thường kết hợp với lò sưởi. Hệ thống lưu thông không khí cưỡng bức (bao gồm thông gió cơ học có thu hồi nhiệt) điều chỉnh nhiệt độ phòng rất nhanh.

Trong thời tiết lạnh, chúng hoạt động như một lò sưởi, và trong thời tiết nóng, chúng hoạt động như một hệ thống điều hòa không khí làm mát. Điển hình cho Châu Âu và Ba Lan, hệ thống CO với bếp, phòng nồi hơi, tản nhiệt nước và hơi nước chỉ được sử dụng để sưởi ấm.

Hệ thống không khí cưỡng bức thường cũng lọc chúng để loại bỏ bụi và chất gây dị ứng. Các thiết bị tạo ẩm (hoặc làm khô) cũng được tích hợp sẵn trong hệ thống.

Nhược điểm của các hệ thống này là cần phải lắp đặt các ống thông gió và dành không gian cho chúng trong các bức tường. Ngoài ra, quạt đôi khi ồn ào và không khí di chuyển có thể phát tán chất gây dị ứng (nếu thiết bị không được bảo dưỡng đúng cách).

Ngoài các hệ thống mà chúng tôi biết đến nhiều nhất, tức là Ngoài ra còn có các bộ tản nhiệt và bộ cấp không khí khác, hầu hết là hiện đại. Nó khác với hệ thống sưởi trung tâm và hệ thống thông gió cưỡng bức bằng điện tử ở chỗ nó làm nóng đồ đạc và sàn nhà, không chỉ không khí.

Yêu cầu đặt bên trong sàn bê tông hoặc dưới sàn gỗ của ống nhựa được thiết kế cho nước nóng. Nó là một hệ thống yên tĩnh và hiệu quả năng lượng tổng thể. Nó không nóng lên nhanh chóng, nhưng giữ nhiệt lâu hơn.

Ngoài ra còn có "lát gạch sàn", sử dụng các thiết bị điện được lắp đặt dưới sàn nhà (thường là gạch men hoặc đá). Chúng ít tiết kiệm năng lượng hơn hệ thống nước nóng và thường chỉ được sử dụng trong các không gian nhỏ hơn như phòng tắm.

Một kiểu sưởi khác, hiện đại hơn. hệ thống thủy lực. Máy nước nóng âm trần được gắn thấp trên tường để chúng có thể hút không khí lạnh từ bên dưới phòng vào, sau đó làm nóng nó và đưa nó trở lại bên trong. Chúng hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn nhiều.

Các hệ thống này cũng sử dụng một lò hơi trung tâm để làm nóng nước chảy qua hệ thống đường ống đến các thiết bị gia nhiệt rời rạc. Trên thực tế, đây là phiên bản cập nhật của các hệ thống tản nhiệt dọc cũ.

Bộ tản nhiệt bảng điện và các loại khác không được sử dụng phổ biến trong các hệ thống sưởi ấm chính tại nhà. máy sưởi điệnchủ yếu là do chi phí điện cao. Tuy nhiên, chúng vẫn là một lựa chọn sưởi ấm bổ sung phổ biến, ví dụ như trong không gian theo mùa (chẳng hạn như hiên).

Lò sưởi điện lắp đặt đơn giản và rẻ tiền, không yêu cầu đường ống, hệ thống thông gió hoặc các thiết bị phân phối khác.

Ngoài máy sưởi panel thông thường, còn có máy sưởi bức xạ điện (3) hoặc đèn sưởi truyền năng lượng cho các vật có nhiệt độ thấp hơn thông qua bức xạ điện từ.

3. Máy sưởi hồng ngoại

Tùy thuộc vào nhiệt độ của cơ thể bức xạ, bước sóng của bức xạ hồng ngoại nằm trong khoảng từ 780 nm đến 1 mm. Máy sưởi hồng ngoại điện tỏa ra tới 86% công suất đầu vào dưới dạng năng lượng bức xạ. Hầu như tất cả năng lượng điện thu được được chuyển thành nhiệt hồng ngoại từ dây tóc và được truyền đi xa hơn qua các tấm phản xạ.

Địa nhiệt Ba Lan

Hệ thống sưởi ấm địa nhiệt - rất tiên tiến, chẳng hạn như ở Iceland, ngày càng được quan tâmnơi mà các kỹ sư khoan của (IDDP) đang ngày càng lao sâu vào nguồn nhiệt bên trong của hành tinh.

Vào năm 2009, khi đang khoan một EPDM, nó đã vô tình tràn vào một hồ chứa magma nằm dưới bề mặt Trái đất khoảng 2 km. Như vậy, giếng địa nhiệt mạnh nhất trong lịch sử với công suất khoảng 30 MW năng lượng đã có được.

Các nhà khoa học hy vọng sẽ đến được Mid-Atlantic Ridge, sườn núi giữa đại dương dài nhất trên Trái đất, ranh giới tự nhiên giữa các mảng kiến ​​tạo.

Ở đó, magma làm nóng nước biển đến nhiệt độ 1000 ° C, và áp suất cao gấp hai trăm lần áp suất khí quyển. Trong điều kiện như vậy, có thể tạo ra hơi nước siêu tới hạn với công suất năng lượng là 50 MW, lớn hơn khoảng mười lần so với năng lượng của một giếng địa nhiệt điển hình. Điều này có nghĩa là khả năng bổ sung thêm 50 nghìn. ở nhà.

Nếu dự án có hiệu quả, một dự án tương tự có thể được thực hiện ở các nơi khác trên thế giới, chẳng hạn như ở Nga. ở Nhật Bản hoặc California.

4. Hình dung về cái gọi là. năng lượng địa nhiệt nông

Về mặt lý thuyết, Ba Lan có điều kiện địa nhiệt rất tốt, vì 80% lãnh thổ của đất nước được chiếm bởi ba tỉnh địa nhiệt: Trung Âu, Carpathian và Carpathian. Tuy nhiên, khả năng thực sự của việc sử dụng các vùng nước địa nhiệt liên quan đến 40% lãnh thổ của đất nước.

Nhiệt độ nước của các hồ chứa này là 30-130°C (có nơi còn 200°C), độ sâu xuất hiện trong đá trầm tích là từ 1 đến 10 km. Dòng chảy tự nhiên rất hiếm (Sudety - Cieplice, Löndek-Zdrój).

Tuy nhiên, đây là một cái gì đó khác. địa nhiệt sâu với giếng lên đến 5 km và một cái gì đó khác, cái gọi là. địa nhiệt nông, trong đó nguồn nhiệt được lấy từ mặt đất bằng cách sử dụng lắp đặt tương đối nông (4), thường từ vài đến 100 m.

Các hệ thống này dựa trên máy bơm nhiệt, là cơ sở, tương tự như năng lượng địa nhiệt, để thu nhiệt từ nước hoặc không khí. Người ta ước tính rằng đã có hàng chục nghìn giải pháp như vậy ở Ba Lan và sự phổ biến của chúng đang dần phát triển.

Máy bơm nhiệt lấy nhiệt từ bên ngoài và truyền vào trong nhà (5). Tiêu thụ ít điện hơn các hệ thống sưởi thông thường. Khi bên ngoài trời ấm, nó có thể hoạt động ngược lại với máy điều hòa không khí.

5. Sơ đồ bơm nhiệt máy nén đơn giản: 1) bình ngưng, 2) van tiết lưu - hoặc mao dẫn, 3) thiết bị bay hơi, 4) máy nén

Một loại máy bơm nhiệt nguồn không khí phổ biến là hệ thống chia nhỏ, còn được gọi là không ống dẫn. Nó dựa trên một đơn vị máy nén tương đối nhỏ bên ngoài và một hoặc nhiều đơn vị xử lý không khí trong nhà có thể dễ dàng thêm vào các phòng hoặc các khu vực xa trong nhà.

Máy bơm nhiệt được khuyến khích lắp đặt ở những nơi có khí hậu tương đối ôn hòa. Chúng vẫn kém hiệu quả trong điều kiện thời tiết quá nóng và rất lạnh.

Hệ thống sưởi và làm mát hấp thụ chúng được cung cấp không phải bằng điện, mà bằng năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt hoặc khí tự nhiên. Máy bơm nhiệt hấp thụ hoạt động giống như bất kỳ máy bơm nhiệt nào khác, nhưng nó có nguồn năng lượng khác và sử dụng dung dịch amoniac làm chất làm lạnh.

Con lai tốt hơn

Tối ưu hóa năng lượng đã đạt được thành công trong các hệ thống hybrid, hệ thống này cũng có thể sử dụng máy bơm nhiệt và các nguồn năng lượng tái tạo.

Một dạng của hệ thống lai là bơm nhiệt kết hợp với nồi hơi ngưng tụ. Máy bơm đảm nhiệm một phần tải trong khi nhu cầu nhiệt bị hạn chế. Khi cần nhiều nhiệt hơn, nồi hơi ngưng tụ sẽ đảm nhận nhiệm vụ gia nhiệt. Tương tự, một máy bơm nhiệt có thể được kết hợp với một nồi hơi nhiên liệu rắn.

Một ví dụ khác về hệ thống lai là sự kết hợp đơn vị ngưng tụ với hệ thống nhiệt năng lượng mặt trời. Một hệ thống như vậy có thể được lắp đặt trong cả các tòa nhà hiện có và mới. Nếu chủ sở hữu của việc lắp đặt muốn độc lập hơn về nguồn năng lượng, máy bơm nhiệt có thể được kết hợp với lắp đặt quang điện và do đó sử dụng điện được tạo ra bởi các giải pháp gia đình của chính họ để sưởi ấm.

Việc lắp đặt năng lượng mặt trời cung cấp điện giá rẻ để cung cấp năng lượng cho máy bơm nhiệt. Điện dư tạo ra từ nguồn điện không được sử dụng trực tiếp trong tòa nhà có thể được sử dụng để sạc pin của tòa nhà hoặc bán cho lưới điện công cộng.

Cần nhấn mạnh rằng các máy phát điện hiện đại và các thiết bị nhiệt thường được trang bị giao diện internet và có thể được điều khiển từ xa bằng ứng dụng trên máy tính bảng hoặc điện thoại thông minh, thường từ mọi nơi trên thế giới, điều này cũng cho phép chủ sở hữu bất động sản tối ưu hóa và tiết kiệm chi phí.

Không có gì tốt hơn năng lượng tự chế

Tất nhiên, bất kỳ hệ thống sưởi ấm nào cũng sẽ cần các nguồn năng lượng. Bí quyết là làm cho điều này trở thành giải pháp tiết kiệm nhất và rẻ nhất.

Cuối cùng, các chức năng như vậy có năng lượng được tạo ra "tại nhà" trong các mô hình được gọi là đồng phát vi mô () hoặc nhà máy điện vi mô ().

Theo định nghĩa, đây là quy trình công nghệ bao gồm sản xuất kết hợp nhiệt và điện (không nối lưới) trên cơ sở sử dụng các thiết bị kết nối công suất vừa và nhỏ.

Đồng phát vi mô có thể được sử dụng ở tất cả các cơ sở có nhu cầu đồng thời về điện và nhiệt. Người dùng phổ biến nhất của các hệ thống ghép nối là cả người nhận cá nhân (6) và các bệnh viện và trung tâm giáo dục, trung tâm thể thao, khách sạn và các tiện ích công cộng khác nhau.

6. Hệ thống năng lượng gia đình

Ngày nay, các kỹ sư điện gia dụng trung bình đã có một số công nghệ để tạo ra năng lượng tại nhà và ngoài sân: năng lượng mặt trời, gió và khí đốt. (khí sinh học - nếu chúng thực sự là "của riêng").

Vì vậy, bạn có thể lắp trên mái nhà, không bị nhầm lẫn với máy phát nhiệt và thường được sử dụng để làm nóng nước.

Nó cũng có thể đạt đến mức nhỏ tua bin giócho nhu cầu cá nhân. Thông thường chúng được đặt trên cột buồm chôn dưới đất. Loại nhỏ nhất trong số chúng, với công suất 300-600 W và điện áp 24 V, có thể được lắp đặt trên mái nhà, miễn là thiết kế của chúng phù hợp với điều này.

Trong điều kiện trong nước, các nhà máy điện có công suất 3-5 kW thường được tìm thấy, tùy thuộc vào nhu cầu, số lượng người dùng, v.v. - phải đủ để chiếu sáng, vận hành các thiết bị gia dụng khác nhau, máy bơm nước COXNUMX và các nhu cầu nhỏ hơn khác.

Các hệ thống có công suất nhiệt dưới 10 kw và công suất điện từ 1-5 kw chủ yếu được sử dụng trong các hộ gia đình cá nhân. Ý tưởng vận hành một "CHP vi mô gia đình" như vậy là đặt nguồn cả điện và nhiệt bên trong tòa nhà được cung cấp.

Công nghệ sản xuất năng lượng gió gia đình vẫn đang được cải tiến. Ví dụ, các cối xay gió Honeywell nhỏ do WindTronics (7) cung cấp với tấm vải che hơi giống bánh xe đạp có gắn các cánh quạt, đường kính khoảng 180 cm, tạo ra 2,752 kWh ở tốc độ gió trung bình 10 m / s. Năng lượng tương tự được cung cấp bởi các tuabin Windspire với thiết kế thẳng đứng khác thường.

7. Tua bin Honeywell nhỏ gắn trên nóc nhà

Trong số các công nghệ thu năng lượng từ các nguồn tái tạo khác, cần chú ý đến khí sinh học. Thuật ngữ chung này được sử dụng để mô tả các loại khí dễ cháy được tạo ra trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, chẳng hạn như nước thải, chất thải sinh hoạt, phân, chất thải nông nghiệp và nông nghiệp thực phẩm, v.v.

Công nghệ có nguồn gốc từ đồng phát cũ, tức là sản xuất kết hợp nhiệt và điện trong các nhà máy nhiệt và điện kết hợp, ở phiên bản "nhỏ" của nó còn khá non trẻ. Việc tìm kiếm các giải pháp tốt hơn và hiệu quả hơn vẫn đang tiếp tục. Hiện tại, một số hệ thống chính có thể được xác định, bao gồm: động cơ pittông, tuabin khí, hệ thống động cơ Stirling, chu trình Rankine hữu cơ và pin nhiên liệu.

Động cơ của Stirling chuyển nhiệt thành năng lượng cơ học mà không cần quá trình đốt cháy dữ dội. Việc cung cấp nhiệt cho chất lỏng làm việc - khí được thực hiện bằng cách đốt nóng thành ngoài của bộ gia nhiệt. Bằng cách cung cấp nhiệt từ bên ngoài, động cơ có thể được cung cấp năng lượng chính từ hầu hết mọi nguồn: hợp chất dầu mỏ, than, gỗ, tất cả các loại nhiên liệu khí, sinh khối và thậm chí cả năng lượng mặt trời.

Loại động cơ này bao gồm: hai piston (lạnh và ấm), một bộ trao đổi nhiệt tái sinh và các bộ trao đổi nhiệt giữa chất lỏng công tác và các nguồn bên ngoài. Một trong những yếu tố quan trọng nhất hoạt động trong chu trình là bộ tái sinh, bộ phận này lấy nhiệt của chất lỏng làm việc khi nó chảy từ không gian được làm nóng đến không gian được làm mát.

Trong các hệ thống này, nguồn nhiệt chủ yếu là khí thải sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu. Ngược lại, nhiệt lượng từ mạch truyền sang nguồn nhiệt độ thấp. Cuối cùng, hiệu quả tuần hoàn phụ thuộc vào sự chênh lệch nhiệt độ giữa các nguồn này. Chất lỏng làm việc của loại động cơ này là heli hoặc không khí.

Ưu điểm của động cơ Stirling bao gồm: hiệu suất tổng thể cao, độ ồn thấp, tiết kiệm nhiên liệu so với các hệ thống khác, tốc độ thấp. Tất nhiên, chúng ta không được quên về những thiếu sót, trong đó chính là giá lắp đặt.

Cơ chế đồng phát như Chu kỳ Rankine (thu nhiệt trong chu trình nhiệt động) hoặc động cơ Stirling chỉ cần nhiệt để hoạt động. Nguồn của nó có thể là, ví dụ, năng lượng mặt trời hoặc địa nhiệt. Tạo ra điện theo cách này bằng cách sử dụng bộ thu và nhiệt sẽ rẻ hơn so với sử dụng tế bào quang điện.

Công việc phát triển cũng đang được tiến hành pin nhiên liệu và việc sử dụng chúng trong các nhà máy đồng phát. Một trong những giải pháp sáng tạo của loại hình này trên thị trường là ClearEdge. Ngoài các chức năng dành riêng cho hệ thống, công nghệ này chuyển đổi khí trong xi lanh thành hydro bằng công nghệ tiên tiến. Vì vậy, không có lửa ở đây.

Tế bào hydro sản xuất điện, cũng được sử dụng để tạo ra nhiệt. Pin nhiên liệu là một loại thiết bị mới cho phép chuyển đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu khí (thường là nhiên liệu hydro hoặc hydrocacbon) thông qua phản ứng điện hóa thành điện và nhiệt - mà không cần đốt khí và sử dụng năng lượng cơ học, như trường hợp, ví dụ, trong động cơ hoặc tuabin khí.

Một số nguyên tố có thể được cung cấp năng lượng không chỉ bằng hydro, mà còn bằng khí tự nhiên hoặc cái gọi là. reformate (khí biến dạng) thu được từ quá trình xử lý nhiên liệu hydrocacbon.

Bình tích nước nóng

Chúng ta biết rằng nước nóng, tức là nhiệt, có thể được tích tụ và lưu trữ trong một vật chứa gia dụng đặc biệt trong một thời gian. Ví dụ, chúng thường có thể được nhìn thấy bên cạnh các bộ thu năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, không phải ai cũng có thể biết rằng có một thứ như trữ lượng lớn nhiệtnhư những bộ tích lũy năng lượng khổng lồ (8).

8. Bộ tích lũy nhiệt tuyệt vời ở Hà Lan

Bể chứa ngắn hạn tiêu chuẩn hoạt động ở áp suất khí quyển. Chúng được cách nhiệt tốt và chủ yếu được sử dụng để quản lý nhu cầu trong giờ cao điểm. Nhiệt độ trong các bể như vậy là dưới 100 ° C một chút. Điều đáng nói thêm là đôi khi vì nhu cầu của hệ thống sưởi, các thùng dầu cũ được chuyển thành bộ tích tụ nhiệt.

Năm 2015, người Đức đầu tiên khay hai vùng. Công nghệ này được cấp bằng sáng chế bởi Bilfinger VAM ..

Giải pháp dựa trên việc sử dụng một lớp linh hoạt giữa vùng nước trên và dưới. Trọng lượng của vùng phía trên tạo ra áp lực lên vùng phía dưới, do đó nước được lưu trữ trong đó có thể có nhiệt độ hơn 100 ° C. Nước ở vùng trên tương ứng lạnh hơn.

Ưu điểm của giải pháp này là khả năng tỏa nhiệt cao hơn trong khi vẫn giữ nguyên thể tích so với bình khí quyển, đồng thời chi phí thấp hơn liên quan đến tiêu chuẩn an toàn so với bình chịu áp lực.

Trong những thập kỷ gần đây, các quyết định liên quan đến lưu trữ năng lượng dưới lòng đất. Bể chứa nước ngầm có thể bằng bê tông, thép hoặc nhựa cốt sợi. Thùng chứa bê tông được xây dựng bằng cách đổ bê tông tại chỗ hoặc từ các phần tử đúc sẵn.

Một lớp phủ bổ sung (polyme hoặc thép không gỉ) thường được lắp ở bên trong phễu để đảm bảo độ kín khuếch tán. Lớp cách nhiệt được lắp bên ngoài thùng hàng. Cũng có những công trình chỉ được cố định bằng sỏi hoặc đào trực tiếp xuống đất, cũng có thể vào tầng chứa nước.

Hệ sinh thái và kinh tế hợp tác với nhau

Nhiệt trong một ngôi nhà không chỉ phụ thuộc vào cách chúng ta sưởi ấm nó, mà trên tất cả là cách chúng ta bảo vệ nó khỏi thất thoát nhiệt và quản lý năng lượng trong đó. Thực tế của xây dựng hiện đại là nhấn mạnh vào hiệu quả năng lượng, nhờ đó các đối tượng kết quả đáp ứng các yêu cầu cao nhất cả về kinh tế và vận hành.

Đây là một "sinh thái" kép - sinh thái và kinh tế. Ngày càng được đặt tòa nhà tiết kiệm năng lượng Chúng được đặc trưng bởi một cơ thể nhỏ gọn, trong đó nguy cơ được gọi là cầu lạnh, tức là các vùng mất nhiệt. Điều này rất quan trọng trong việc thu được các chỉ số nhỏ nhất liên quan đến tỷ lệ diện tích của \ uXNUMXb \ uXNUMXcác vách ngăn bên ngoài, được tính đến cùng với sàn trên mặt đất, trên tổng thể tích được sưởi ấm.

Các bề mặt đệm, chẳng hạn như nhạc viện, nên được gắn vào toàn bộ cấu trúc. Chúng tập trung lượng nhiệt phù hợp, đồng thời truyền nhiệt cho bức tường đối diện của tòa nhà, nơi không chỉ trở thành nơi chứa nó mà còn trở thành bộ tản nhiệt tự nhiên.

Vào mùa đông, loại đệm này bảo vệ tòa nhà khỏi không khí quá lạnh. Bên trong, nguyên tắc bố trí không gian đệm của mặt bằng được sử dụng - các phòng nằm ở phía nam và các phòng tiện ích - ở phía bắc.

Cơ sở của tất cả các ngôi nhà tiết kiệm năng lượng là một hệ thống sưởi ấm ở nhiệt độ thấp thích hợp. Thông gió cơ học có thu hồi nhiệt được sử dụng, tức là với bộ thu hồi nhiệt, thổi không khí "đã qua sử dụng" ra ngoài, giữ lại nhiệt của nó để làm nóng không khí trong lành thổi vào tòa nhà.

Tiêu chuẩn đạt đến các hệ thống năng lượng mặt trời cho phép bạn làm nóng nước bằng năng lượng mặt trời. Các nhà đầu tư muốn tận dụng tối đa thiên nhiên cũng lắp đặt máy bơm nhiệt.

Một trong những nhiệm vụ chính mà tất cả các vật liệu phải thực hiện là đảm bảo cách nhiệt cao nhất. Do đó, chỉ những vách ngăn ấm bên ngoài được dựng lên, điều này sẽ giúp cho mái, tường và trần gần mặt đất có hệ số truyền nhiệt U thích hợp.

Tường bên ngoài nên có ít nhất hai lớp, mặc dù hệ thống ba lớp là tốt nhất để có kết quả tốt nhất. Các khoản đầu tư cũng đang được thực hiện vào các cửa sổ có chất lượng cao nhất, thường có ba ô và các cấu hình được bảo vệ nhiệt đủ rộng. Bất kỳ cửa sổ lớn nào đều là đặc quyền của phía nam của tòa nhà - ở phía bắc, việc lắp kính được đặt khá thẳng và ở kích thước nhỏ nhất.

Công nghệ còn tiến xa hơn nữa những ngôi nhà thụ độngđược biết đến trong vài thập kỷ. Những người sáng tạo ra khái niệm này là Wolfgang Feist và Bo Adamson, người vào năm 1988 tại Đại học Lund đã trình bày thiết kế đầu tiên của một tòa nhà gần như không cần cách nhiệt bổ sung, ngoại trừ sự bảo vệ khỏi năng lượng mặt trời. Ở Ba Lan, cấu trúc thụ động đầu tiên được xây dựng vào năm 2006 ở Smolec gần Wroclaw.

Trong các cấu trúc thụ động, bức xạ mặt trời, thu hồi nhiệt từ thông gió (phục hồi) và thu nhiệt từ các nguồn bên trong như thiết bị điện và người ở được sử dụng để cân bằng nhu cầu nhiệt của tòa nhà. Chỉ trong thời gian nhiệt độ đặc biệt thấp, việc sưởi ấm bổ sung không khí cung cấp cho cơ sở mới được sử dụng.

Một ngôi nhà thụ động giống như một ý tưởng, một kiểu thiết kế kiến ​​trúc nào đó hơn là một công nghệ và phát minh cụ thể. Định nghĩa chung này bao gồm nhiều giải pháp xây dựng khác nhau kết hợp mong muốn giảm thiểu nhu cầu năng lượng - dưới 15 kWh/m² mỗi năm - và thất thoát nhiệt.

Để đạt được các thông số này và tiết kiệm chi phí, tất cả các vách ngăn bên ngoài trong tòa nhà được đặc trưng bởi hệ số truyền nhiệt cực thấp U. Lớp vỏ bên ngoài của tòa nhà phải không thấm nước trước sự rò rỉ không khí không kiểm soát được. Tương tự, ván ghép cửa sổ cho thấy sự mất nhiệt ít hơn đáng kể so với các giải pháp tiêu chuẩn.

Các cửa sổ sử dụng các giải pháp khác nhau để giảm thiểu tổn thất, chẳng hạn như lắp kính hai lớp với một lớp argon cách nhiệt giữa chúng hoặc kính ba lớp. Công nghệ thụ động cũng bao gồm việc xây dựng những ngôi nhà có mái màu trắng hoặc sáng màu để phản chiếu năng lượng mặt trời vào mùa hè chứ không phải là hấp thụ nó.

Hệ thống sưởi và làm mát xanh họ tiến thêm các bước về phía trước. Hệ thống thụ động tối đa hóa khả năng sưởi ấm và làm mát tự nhiên mà không cần bếp hoặc máy điều hòa không khí. Tuy nhiên, đã có những khái niệm những ngôi nhà đang hoạt động - sản xuất năng lượng dư thừa. Họ sử dụng các hệ thống sưởi ấm và làm mát cơ học khác nhau chạy bằng năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt hoặc các nguồn khác, được gọi là năng lượng xanh.

Tìm những cách mới để tạo ra nhiệt

Các nhà khoa học vẫn đang tìm kiếm các giải pháp năng lượng mới, cách sử dụng sáng tạo có thể mang lại cho chúng ta những nguồn năng lượng mới phi thường, hoặc ít nhất là cách để khôi phục và bảo tồn nó.

Một vài tháng trước, chúng tôi đã viết về định luật thứ hai có vẻ mâu thuẫn của nhiệt động lực học. hồ sơ thí nghiệm Andreas Schilling từ Đại học Zurich. Ông đã tạo ra một thiết bị, sử dụng mô-đun Peltier, làm lạnh một miếng đồng nặng 100 gam từ nhiệt độ trên XNUMX ° C đến nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng mà không cần nguồn điện bên ngoài.

Vì nó hoạt động để làm mát, nó cũng phải tỏa nhiệt, điều này có thể tạo cơ hội cho các thiết bị mới, hiệu quả hơn mà không yêu cầu, ví dụ, lắp đặt máy bơm nhiệt.

Lần lượt, các giáo sư Stefan Seeleke và Andreas Schütze từ Đại học Saarland đã sử dụng các đặc tính này để tạo ra một thiết bị sưởi và làm mát hiệu quả cao, thân thiện với môi trường dựa trên việc tạo ra nhiệt hoặc làm mát các dây dẫn. Hệ thống này không cần bất kỳ yếu tố trung gian nào, đó là lợi thế về môi trường của nó.

Doris Soong, trợ lý giáo sư kiến ​​trúc tại Đại học Nam California, muốn tối ưu hóa việc quản lý năng lượng tòa nhà với lớp phủ nhiệt kim loại (9), vật liệu thông minh hoạt động giống như da người - bảo vệ căn phòng khỏi ánh nắng mặt trời một cách linh hoạt và nhanh chóng, cung cấp khả năng tự thông gió hoặc cách ly căn phòng nếu cần thiết.

9. Doris Soong và đồ đôi

Sử dụng công nghệ này, Soong đã phát triển một hệ thống cửa sổ nhiệt rắn. Khi mặt trời di chuyển trên bầu trời, mỗi viên gạch tạo nên hệ thống sẽ di chuyển độc lập, đồng nhất với nó và tất cả điều này tối ưu hóa chế độ nhiệt trong phòng.

Tòa nhà trở nên giống như một cơ thể sống, phản ứng độc lập với lượng năng lượng từ bên ngoài đến. Đây không phải là ý tưởng duy nhất cho một ngôi nhà "sống", nhưng nó khác ở chỗ nó không yêu cầu thêm nguồn điện cho các bộ phận chuyển động. Chỉ riêng các tính chất vật lý của lớp phủ là đủ.

Gần hai thập kỷ trước, một khu dân cư phức hợp được xây dựng ở Lindas, Thụy Điển, gần Gothenburg. không có hệ thống sưởi theo nghĩa truyền thống (10). Ý tưởng sống trong những ngôi nhà không có bếp và lò sưởi ở Scandinavia mát mẻ gây ra nhiều cảm xúc lẫn lộn.

10. Một trong những ngôi nhà thụ động không có hệ thống sưởi ở Lindos, Thụy Điển.

Ý tưởng về một ngôi nhà ra đời trong đó, nhờ các giải pháp kiến ​​​​trúc và vật liệu hiện đại, cũng như sự thích ứng phù hợp với điều kiện tự nhiên, ý tưởng truyền thống về nhiệt là kết quả cần thiết của sự kết nối với cơ sở hạ tầng bên ngoài - sưởi ấm, năng lượng - hoặc thậm chí với các nhà cung cấp nhiên liệu đã bị loại bỏ. Nếu chúng ta cũng bắt đầu nghĩ như vậy về sự ấm áp trong chính ngôi nhà của mình, thì chúng ta đang đi đúng hướng.

Ấm quá, ấm hơn ... nóng!

Bảng chú giải thuật ngữ trao đổi nhiệt

Hệ thống sưởi trung tâm (CO) - theo nghĩa hiện đại có nghĩa là một cài đặt trong đó nhiệt được cung cấp cho các bộ phận làm nóng (bộ tản nhiệt) nằm trong khuôn viên. Nước, hơi nước hoặc không khí được sử dụng để phân phối nhiệt. Có các hệ thống CO bao phủ một căn hộ, một ngôi nhà, một số tòa nhà và thậm chí toàn bộ thành phố. Trong các công trình lắp đặt bao trùm một tòa nhà, nước được lưu thông bằng trọng lực do mật độ thay đổi theo nhiệt độ, mặc dù điều này có thể được ép bằng máy bơm. Trong các cài đặt lớn hơn, chỉ các hệ thống lưu thông cưỡng bức được sử dụng.

Phòng nồi hơi - một doanh nghiệp công nghiệp, nhiệm vụ chính là sản xuất môi trường nhiệt độ cao (thường là nước) cho mạng lưới sưởi ấm thành phố. Các hệ thống truyền thống (nồi hơi chạy bằng nhiên liệu hóa thạch) ngày nay rất hiếm. Điều này là do thực tế là đạt được hiệu quả cao hơn nhiều khi sản xuất kết hợp nhiệt và điện trong các nhà máy nhiệt điện. Mặt khác, việc sản xuất nhiệt chỉ sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo đang trở nên phổ biến. Thông thường, năng lượng địa nhiệt được sử dụng cho mục đích này, nhưng các cơ sở lắp đặt nhiệt mặt trời quy mô lớn đang được xây dựng trong đó

thu nhiệt nước cho nhu cầu gia đình.

Ngôi nhà thụ động, ngôi nhà tiết kiệm năng lượng – một tiêu chuẩn xây dựng được đặc trưng bởi các thông số cách nhiệt cao của các phân vùng bên ngoài và việc sử dụng một số giải pháp nhằm giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong quá trình vận hành. Nhu cầu năng lượng trong các tòa nhà thụ động là dưới 15 kWh/(m²·năm), trong khi ở những ngôi nhà thông thường, nó có thể đạt tới 120 kWh/(m²·năm). Trong những ngôi nhà thụ động, việc giảm nhu cầu nhiệt lớn đến mức họ không sử dụng hệ thống sưởi truyền thống mà chỉ sử dụng hệ thống sưởi bổ sung của không khí thông gió. Nó cũng được sử dụng để cân bằng nhu cầu nhiệt.

bức xạ mặt trời, thu hồi nhiệt từ thông gió (phục hồi), cũng như thu nhiệt từ các nguồn bên trong như các thiết bị điện hoặc thậm chí từ chính cư dân.

Gzeinik (thông tục - bộ tản nhiệt, từ tiếng Pháp calorifère) - bộ trao đổi nhiệt nước-không khí hoặc hơi nước-không khí, là một thành phần của hệ thống sưởi trung tâm. Hiện nay, bộ tản nhiệt bảng điều khiển làm bằng các tấm thép hàn được sử dụng phổ biến nhất. Trong các hệ thống sưởi ấm trung tâm mới, bộ tản nhiệt có vây thực tế không còn được sử dụng nữa, mặc dù trong một số giải pháp, tính mô đun của thiết kế cho phép bổ sung thêm nhiều vây và do đó có thể thay đổi công suất của bộ tản nhiệt một cách đơn giản. Nước nóng hoặc hơi nước chảy qua lò sưởi, thường không đến trực tiếp từ CHP. Nước cung cấp cho toàn bộ hệ thống lắp đặt được làm nóng trong bộ trao đổi nhiệt bằng nước từ mạng lưới sưởi ấm hoặc trong nồi hơi, sau đó đi đến các bộ thu nhiệt, chẳng hạn như bộ tản nhiệt.

Lò hơi sưởi ấm trung tâm - thiết bị đốt nhiên liệu rắn (than, gỗ, than cốc, v.v.), khí (khí tự nhiên, LPG), dầu nhiên liệu (dầu nhiên liệu) để làm nóng chất làm mát (thường là nước) lưu thông trong mạch CH. Theo cách nói thông thường, nồi hơi sưởi ấm trung tâm được gọi không chính xác là bếp lò. Không giống như lò tỏa nhiệt sinh ra ra môi trường, nồi hơi tỏa nhiệt của chất mang nó và vật thể được nung nóng đi đến một nơi khác, chẳng hạn như lò sưởi, nơi nó được sử dụng.

nồi hơi ngưng tụ - một thiết bị có buồng đốt kín. Lò hơi loại này nhận thêm một lượng nhiệt từ khí thải, trong các lò hơi truyền thống thoát ra ngoài qua ống khói. Nhờ đó, chúng hoạt động với hiệu suất cao hơn, đạt tới 109%, trong khi ở các dòng máy truyền thống lên tới 90% - tức là. họ sử dụng nhiên liệu tốt hơn, dẫn đến chi phí sưởi ấm thấp hơn. Ảnh hưởng của nồi hơi ngưng tụ được thấy rõ nhất ở nhiệt độ khí thải. Trong nồi hơi truyền thống, nhiệt độ của khí thải là hơn 100°C và trong nồi hơi ngưng tụ chỉ 45-60°C.