Юрий Лапин. Экожилье - ключ к будущему


        ANNOTATION

     The  book  deals  with  a  modern  intensively  growing  trend  towards
designing and experimental constructing of effective low  houses.  Different
kinds    of    effective    houses    are    described:    energy-effective,
resource-effective, bio-effective, etc.
     The  notion of "ecological house"  (eco-house) is formulated. A concept
of  ecological  dwelling  (eco-dwelling)  as   the  living  environment   of
eco-houses-composed  settlements  is  proposed  and the  role of  ecological
dwelling  in  solving  the  problems  of  towns  and  other  settlements  is
discussed.
     The possible eco-dwelling influence on economic, social, ecological and
other global processes is studied.
     The  book  is  intended  for  ecologists,  designers  and  all  people,
interested in ecological problems.



        PъEFACE

     Quite recently, one used to have the opinion that if the humans want to
avoid causing any damage to nature, the only alternative  to their life with
all modern conveniences  is returning to the  life in caves. This means that
ecological  damage was excused as the inevitable evil and as inevitable cost
of habitual everyday amenities. Nowadays it is getting clear that  this view
has become  obsolete. Modern technologies offer opportunities  for the third
way: building the houses, which  ensure the living conditions worthy of man,
simultaneously diminishing their negative influence on the environment.
     Moreover, it is greatly  important that  this does not concern so  much
the houses themselves, influencing directly on the environment, as the whole
dwelling  sphere, including  engineering  infrastructure  and the  servicing
sector of economy, influencing profoundly on the environment.
     Thus, dwelling turns out to be  an important factor, able  to influence
deeply on solving of more and more aggravating global problems.
     The  work  deals  with  the problem  of the movement, being  formed  at
present  time, which aims  at transition to ecological dwellings. This  vast
theme needs to be discussed on different levels:
     On  the technical  level, concerning the  issues  of  construction  and
maintenance of individual houses;
     On  the level of dwelling environment  and settlements, including towns
and urbanized zones, and
     On the global level.
     The author of  the work has attempted to consider  all mentioned issues
conceptually.


        Аннотация

     В  книге рассматривается интенсивно развивающаяся современная тенденция
проектирования  и  экспериментального  строительства эффективных малоэтажных
домов.  Описываются различные  виды  эффективных  домов:  энергоэффективных,
ресурсоэффективных,    биоэффективных    и   т.д.   Формулируется    понятие
экологического   дома  как  интегрально   эффективного   дома.  Предлагается
концепция  экожилья  как  жилой  среды поселений  образованных  экодомами  и
рассматривается его влияние на решение  проблем городов и  других поселений.
Прослеживается  вероятное  влияние экожилья  на  экономические,  социальные,
экологические и другие глобальные процессы.
     Для  экологов,  проектировщиков,  и всех  интересующихся  экологической
проблематикой.






        ПРЕДИСЛОВИЕ

     Еще сравнительно недавно было распространено мнение о том, что, если мы
хотим   избежать  наносимого  природе  ущерба,  то  альтернативой  жизни   с
современным уровнем  бытовых  удобств является возвращение  в  пещеры. Иначе
говоря экологический  ущерб оправдывался  как неизбежное  зло сопровождающее
цивилизацию,  как неизбежная  плата за привычный  уровень  бытовых  удобств.
Сейчас  становится  ясно,  что  этот взгляд  устарел. Современные технологии
открыли  возможность   третьего  пути,  на  котором   возможным  оказывается
построение жилищ с одной стороны обеспечивающих достойную человеку жизнь и с
другой стороны  кардинально снижающих негативное воздействие их на природную
среду.  Причем,  что особенно  важно,  это касается не  только и не  столько
непосредственного влияния на среду самого жилья, сколько полного, системного
воздействия  на  среду всей жилой сферы включая инженерную инфраструктуру  и
обслуживающий  сектор  экономики.  Еще в  древности  было  замечена  важная,
системообразующая роль жилья: : "Мы создаем дома, а затем дома создают нас".
Таким  образом  жилье  оказывается  важным  фактором  способным  существенно
повлиять на решение все более обостряющихся глобальных проблем.
     Предлагаемая работа  посвящена проблематике  формирующегося в настоящее
время движения ставящего своей  целью переход  к  экологическим жилищам. Эта
обширная  тема требует  рассмотрения на разных  уровнях - на  техническом  -
касающемся вопросов строительства  и эксплуатации отдельных домов, на уровне
жилой среды  и  поселений  в  т.ч.  городов  и  урбанизированных  зон  и  на
глобальном   уровне.   Автором   в   настоящей  работе  предпринята  попытка
концептуально рассмотреть все эти вопросы.


        ТИПОЛОГИЯ ЖИЛЬЯ
     дом как символ

     Дом это не только жилье, но и важнейший  символ Земного  существования.
От Греческого слова эйкос  - дом произошло название экологии. От  латинского
domus  в  разных  европейских  языках  образовались  такие  основополагающие
понятия как собственность, владение, власть, суверенное право. Дом  является
самым часто встречающимся словом  в Библии. Известно выражение:  "Мы создаем
себе дома,  а  затем они  создают  нас". Его  можно  было  бы  без  большого
преувеличения перефразировать следующим образом: "Мы создаем  себе жилища, а
затем они формируют наш мир".
     За последние полтора столетия индустриальная эпоха кардинально изменила
характер массового жилья, что не могло соответствуюшим  образом не сказаться
на ккультуре, массовой психологии, социально-экономических отношениях и т.д.
Для  того чтобы  понять  характер  этих  изменений  необходимо  сравнительно
рассмотреть наиболее общие свойства жилищ разных эпох, а именно такие как их
взаимодействие с  природным окружением,  зависимость  от внешних технических
систем, степень благоустроенности и обеспечения санитарных условий и т.д.

     Доиндустриальное жилье 
      Типичное жилье  доиндустриальной эпохи  представляло собой малоэтажный
дом  с  участком  земли, с  печным  или  близким к печному  отоплением,  без
привычных  для  нас  современных  удобств.  Доиндустриальное  жилье обладало
свойствами автономности,  относительной  устойчивости,  сравнительно  низкой
экологической  вредности, не отгораживало  человека от природного окружения,
но не отвечало в жолжной мере санитарно-гигиеническим требованиям.

     Жилье индустриальной эпохи

     Индустриальное   жилье   требует   для   своего  существования  больших
инженерных  сетей  и  поддерживающих их отраслей промышленности.  Тем  самым
многоэтажные жилые дома оказываются концевыми или терминальными сооружениями
инженерных   сетей.   Экологический  ущерб  окружающей   среде   современная
застройка,   таким  образом,  наносит  как  непосредственно,  так  и   через
инженерную  инфраструктуру  и  обслуживающий  ее   производственный  сектор.
Сравнительно  с  прошлой,  доиндустриальной эпохой, этот  ущерб  оказывается
критически  большим,  в  связи  с чем жилье  индустриальной  эпохи  является
антиэкологичным, как непосредственно, так и в системном смысле.
     В  свете   этого   представляеся   сомнительной   нацеленность   многих
экологических  организаций   преимущественно  на   борьбу  с   промышленными
загрязнениями  окружающей среды,  поскольку  это оказывается  в значительной
мере борьбой со следствиями, а не с причинами.
     Несмотря   на  высокий  уровень  внутриквартирных  санитарных  условий,
следует  признать,  что индустриальное жилье  в способствует заболеваниям  и
вырождению   людей   из-за   оторванности   от   природы,   непредоставления
возможностей   для   нормального   физического   труда,   общего   ухудшения
экологических условий.
     Изначальная  антиэкологичность  многоэтажной  застройки  обясняет  крах
многочисленных  попыток построения городов-садов  предпринимаемых  уже более
столетия.  По  общему  признанию характер развития городов  с  начала  эпохи
индустриализации  и  по  настоящее  время,  проявил  себя как  антигуманный,
антиэкологичный и тупиковый.


     Экологическое жилье

     В  настоящий   момент  стихийно  появляются  дома  нового  типа  обычно
называемые экологическими и которые имеют все основания стать основным видом
жилья постиндустриальной эпохи.
     Кратко экодом - это  индивидуальный или блокированный  дом  с  участком
земли,  являющийся радикально ресурсосберегающим и  малоотходным, здоровым и
благоустроенным,   неагрессивным  по   отношению  к   природной  среде.  Это
достигается   главным   образом   применением   автономных   или   небольших
коллективных инженерных систем жизнеобеспечения  и рациональной строительной
конструкцией дома. Что важно,  этими  качествами он обладает  не только  как
отдельно взятый, но и системно - со всеми коммунальными и обслуживающими его
производственными системами.





        ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ДОМ

     Энергоэффективный дом

     Мировое потребление энергии
     Современную  историю   экологического  домостроения  можно  начинать  с
энергоэффективных домов  которые  можно  считать  прямыми  предшественниками
экологических.  Разрабатываться  проекты  энергоэффективных домов начали  во
множестве после известного энергетического кризиса начала 70 - х годов.
     Энергия   на  протяжении   всей  историиявлялась   важнейшим  ресурсом,
необходимым любому  обществу. Она  является одной из  основных  потребностей
человека,  предоставляющей  возможность для  отопления  и  освещения  домов,
приготовления  пищи.  Кроме  того  энергия  необходима  для  промышленности,
транспорта и связи.
     В  настоящее  время  в  среднем  на   жителя  земли  вырабатывается  20
мвт*час/год, при  этом  разброс  этого  значения  для  стран разного  уровня
развития   составляет   более   50  раз.   Суммарное   потребление   энергии
человечеством в наше время превышает 120 миллиардов мвт*час/год и продолжает
увеличиваться со скоростью прибдизительно 3% в год.

     Экологические аспекты производства энергии

     Производство    и   использование    энергии    всегда   сопровождается
экологическим ущербом,  чего  по видимому не удастся избежать  и в  будущем.
Среди всех отраслей производства, энергетичесое лидирует по степени вредного
воздействия  на  окружающую  среду. При рассмотрении  экологических  проблем
любого города,  любой проимышленного района, всегда приходится сталкиваться,
как  с  одним  из  главных,  с  букетом  экологических  проблем  порожденных
производством энергии. Экологический  ущерб  от энергетики как правило носит
комплексный характер,  загрязняются  воздух,  вода, почвы,  отчуждаются  под
шахты, электростанции, отвалы  и терриконы большие территории. С энергетикой
связаны  такие  глобальные  экологические  проблемы как  проблема  кислотных
дождей,  потепления  климата, озоновых дыр.  Очевидно что кардинальный  путь
решения экологических проблем энергетики состоит в сокращении производства и
потребления энергии. Расчет показывает что по крайней мере в жилищном сеторе
можно  обходиться  многократно  меьшим количеством  энергии  без  ухудшенния
условий жизни.
     ___________________________________________________________________________
     Энергоэкономность и энергоэффективность

     Первоначально на этом пути возникли программы экономии энергии, позднее
стали  говорить об энергоэффективности.  Второй термин значительно шире,  он
подразумевает не только  ликвидацию лишних  трат  энергии,  но  и  повышение
коэффицента   полезного   использования  энергии   во  всех   энергетических
процессах.
     Экономия энергии  где бы  то ни было  всегда благоприятно отражается на
состоянии природной среды поскольку позволяет сократить ее производство (или
наращивать меньшими темпами)  и избежать  загрязнения и отходов по всей, как
правило   весьма  длинной,   цепочке   ее   производства,   распределения  и
использования.  По подсчетам специалистов энергосбережение оказывается в 4-5
раз экономически выгоднее чем выработка эквиваленнтного количества энергии.



     Энергоэффективные дома

     Энергоэффективные  дома можно  считать самыми  близкими  родственниками
экологических,   и  с  них   почти   можно   начинать   современную  историю
экодомостроения.   Несмотря  на   то   что  энергоэффективность  далеко   не
исчерпывает всех сторон экологического  дома, она  является одним из главных
свойств экологического дома и степннь его энергоэффективности является одной
из  главных  его  характеристик.  Успешные проекты  энергоэффективных  домов
являются хорошей основой для конструирования экологических домов.

     Потребление энергии в жилищном секторе

     На энергоснабжение жилых  и общественных  зданий  в странах с умеренным
климатом  тратится около  трети  всей  потребляемой энергии,  таким  образом
потенциал энергосбережения в жилищном секторе весьма велик.
     Энергопотоки в жилище

     Дом представляет собой единую теплоэнергетическую систему с проходящими
через нее потоками различных энергий.
     Рисунок

     Энергопотери дома

     Дом теряет энергию почти исключительно в виде тепла, поскольку все виды
поступающей энергии превращаются в нем в тепло. Основных каналов теплопотерь
дрма  три:   через   ограждающие   конструкции,  через   окна  и   с  теплом
вентилируемого воздуха. Поскольку  в  последнее время  появились конструкции
окон с достаточно большим сопротивлением теплопередаче, то впервые появилась
возможность кардинально утеплять дома до такой степени, что им становится не
нужна  система  отопления  даже  в  весьма холодном  климате.  Таким образом
становится  реальным лозунг "лучше один раз утеплить дом, чем  всю жизнь его
отапливать".

     Неотопительные теплопоступления


     В  доме  помимо  функционирования  системы  отопления,  постоянно  идут
множество   других  энергетических  процессов,  сопровождающихся  выделением
тепла.  Суммарно  эти  тепловыделения  для  средней   величины   коттеджа  в
среднероссийских условиях составят порядка 10 мвт*час за отопительный сезон.
С другой стороны теплопотери за этот же  период могут быть сделаны несколько
ниже этой величины.


     Система терморегулирования

     Вместо системы отопления в хорошо изолированном  доме для компенсации в
экстремально   холодные   периоды  достаточно   иметь   маломощную   систему
терморегулирования. Действовать она будет эпизодическии выполнена может быть
по лучистому типу.

     Вентиляция

     На вентиляции в  существующих домах теряется ориентировочно около трети
всего тепла. Исходя из этого естественно было бы  ее  сократить , однако при
этом  могут ухудшиться качество внутреннего воздуха,  что также недопустимо.
Анализ показыват,  что  возможно  проведение  системы  различного  характера
мероприятий нацеленных на замедление или компенсацию ухудшения гигиенических
показателей внутреннего воздуха. При этом без ухудшения качества внутреннего
воздуха окажется возможным сократить об®емы вентиляции и вместе с тем потери
тепла.  Потери тепла  на вентиляцию  могут  быть сокращены также применением
искусственных   сосредоточенных   приточно-вытяжных  систем   вентиляции   с
теплообменниками или тепловыми насосами.






     Энергоснабжение экодомов
     Возобновляемые источники энергии

     Для  снабжения  энергией  экодомов  естественно  использование  энергии
возобновляемых  источников  (ВИЭ).  Было  бы  неверным  утверждать  что  ВИЭ
экологически безупречны, но экологический ущерб от  них  несравненно  меньше
чем от традиционной энергетики.


     Солнечная энергия

     Первичной энергией для жизни на земле за небольшим исключением является
солнечная. Она  как показывают расчеты, в  большинстве  районов  Земли может
быть и основным источником энергии для экодома. Идея "солнечного дома" имеет
солидный  возраст, а если обратиться  к традиционным верованиям, имеет еще и
мистическое   обоснование.   Она   составной  частью   входит  в   концепцию
экологического жилища.

     В  центральной  Европе годовой приход солнечной радиации составляет 1.1
мвт*час/м[2],[    ]в    районах    Сахары    -     2.3
мвт*час/м[2]. В России приход солнечной энергии на горизонтальную
поверхность колеблется  от 0.7 мвт*час/м[2]*год на севере до  1.5
мвт*час/м[2]*год на юге.
     Таблица  1. Среднегодовой  приход  солнечной  энергии на горизонтальную
площадку.
     Город
     мвт*час/м[2]*год
     Город
     мвт*час/м[2]*год

     Архангельск
     0.85
     Омск
     1.26

     Петербург
     0.93
     Новосибирск
     1.14

     Москва
     1.01
     Ростов на Дону
     1.29

     Екатеринбург
     1.1
     Астрахань
     1.38


     Элементарный расчет показывает что в средней  полосе России двухэтажный
коттедж  занимающий в плане  100  м[2] за год получает  от солнца
более 160  мегаватт*час  энергии, что превышает всю  его годовую потребность
даже при нынешнем расточительном потреблении энергии.

     Тепловые гелиоприемники

     Тепловые  солнечные коллекторы  превращают энергию солнечного излучения
непосредственно  в  тепло. Достоинством тепловых солнечных  преобразователей
является высокий КПД.  У  современных  коллекторов  он  достигает 45 -  60%.
Эффективность термальных  гелиоприемников повышается если они  снабжены теми
или  иными  концентрирующими  излучение  зеркальными  поверхностями.  Весьма
перспективными для  экодомов обещают  стать  плоские  солнечные  элементы  с
линейными  концентраторами   излучения  -   фоконы.  Однако  потребности   в
низкотемпературном  тепле  летом  в  доме  невелики,  поскольку  в  связи  с
трудностью его длительного хранения,  до  зимы,  когда  оно  главным образом
нужно, его  сохранить сложно. Этим  об®ясняется относительно ограниченное их
использование в энергоэффективных домах.

     В  зависимости от  этого  тепловые коллекторы  разделяются на плоские и
концентраторные.  Плоские  коллекторы наиболее  просты и дешевы, однако дают
лишь  низкотемпературное  тепло,   сфера  применения  которого   в   домовом
энергохозяйстве ограничена. Концентраторные коллекторы более  эффективны, но
достаточно  сложны в  т.ч.  в  эксплуатации,  и  дороги  из-за необходимости
поворотных систем слежения за солнцем. Поэтому их использование в автономной
энергосистеме жилищ пока проблематично.
     Промежуточное  положение  занимают  появившиеся  сравнительно   недавно
фоконы  -   плоские  солнечные   элементы  составленные  из  полос  линейных
концентраторов лучистой энергии. Концентраторы в сечении имеют V -  образную
форму (плоскую или параболоидную, последняя дороже, но эффективнее)  которые
в  широком  диапазоне углов нахождения солнца концентрируют всю или  большую
часть  излучения  в  своей  сужающейся части где  располагаются теплос®емные
трубки. Фоконы  совмещают в  себе  преимущества  плоских  и  концентраторных
коллекторов  - они не  требуют строгой ориентации на солнце  и  в тоже время
позволяют  получить более высокую температуру теплоносителя, что увеличивает
их эффективность.

     рисунок


     Теплоулавливающие стены

     В последнее  время  стали популярны  стены с  прозрачной теплоизоляцией
которые хорошо улавливают солнечное тепло и  передают его внутрь зданий. Они
представляют  интерес для  домов  переходного  типа, для экологических домов
эффективнее использовать все же солнечные батареи.


     Фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии

     Электроэнергия относится к  качественным видам  энергии поскольку может
легко  преобразовываться и  успешно сохраняться,  поэтому потребность