Факторы влияющие на успешность проекта строительства экодома с альтернативной энергетикой.

Глобально их можно разделить на социальные и природные итак:
1. Площадь земельного участка.
Чем меньше участок тем больше вероятность что соседские насаждения будут затенять солнечные установки или закрывать ветроустановки от ветра. И больше вероятность что и вы будете мешать соседям.
2. Фактор - возможность выбрать соседей понимающих принципы экологии и альтернативной энергетики.
3. Фактор - уклон местности участка или возвышенность на участке. Тут очевидно увеличивается вероятность найти открытое солнечное место. Но нужно учитывать направление склона. В нашем полушарии лучше южный склон, в южном полушарии - северный.
Склон на побережье видимо самое удачное сочетание. Тут вам и солнце и ветер.
4. Фактор - возможность выбрать регион. Есть регионы где большая солнечная активность. И это могут быть даже не совсем южные районы. Например Бурятия или Якутия. Правда как ни странно но там может возникнуть проблема переизбытка этой энергии летом. Если нет эффективного съёма этой энергии и ее запаса, то в доме будет очень жарко и может случиться пожар.
В некоторых регионах сильные ветра, если вы ориентируетесь на этот вид энергии лучше выбрать место где ветра постоянные и без порывов, равномерные.
5. Фактор - дороги и подъездные пути или возможность их быстро и не дорого построить.
Казалось бы езжай в чисто поле и никаких соседей , никто не мешает ... Но и никто не помогает. Построить дороги и подъездные пути трудно и дорого. Поэтому все же нужно объединяться и кооперироваться и соседи все же нужны.
Получается экология должна охватывать не только наши взаимодействия с природой но и взаимодействия с людьми. Экология это наука изучающая устойчивые самоподдерживающиеся системы. И ваши взаимодействия с соседями должны подчиняться тем же правилам взаимного поддержания.

Форма дома как энергоэффективный фактор

Еще один аспект экологического домостроения - простота формы, приближенность к форма шара.
Причина здесь вроде бы очевидная, но я все же опишу для тех кому это не совсем понятно.
Дело в том, что количество энергии, которое теряет дом зависит от наружной площади поверхности (от количества тепла внутри и от качества утепления конечно тоже). А от чего зависит площадь поверхность дома? Ну конечно от размеров самого дома (про размеры поговорим потом)… А еще?
А еще от количества выпирающих элементов.
Представьте гармошку - у нее есть складки и в полусжатом положении гармошка не большого размера, но как понять какова площадь поверхности гармошки? Ну конечно просто растянуть гармошку до плоского состояния складок - это и будет полная площадь складок.
Так вот если дом имеет разные “складки” выпирающие части и углубления, то площадь такого дома будет больше, чем дом простой формы.
Еще одна аналогия - это батарея. Вы же понимаете зачем у хорошей батареи так много складок? Правильно - чтобы хорошо отдавать тепло в воздух нашей комнаты. Так вот дом с выступающими элементами - это батарея, которая греет улицу и соответственно теряет тепло.
Получается, что разные башенки, эркеры и прочие красоты - это все увеличение площади. Если эти башенки внутри никак не используются, то получается, что они только остужают дом в целом. Но конечно это может быть красиво… тут уж выбирайте уменьшать свой вклад в глобальное потепление или показывать всем окружающим свой статус.
Уверяю вас можно создавать новые архитектурные решения, которые могут считаться произведением искусства даже без башенок.
История показывает нам как менялась архитектура взависимости от требований времени.
Ну хорошо, простые формы, а какие и насколько они энергоэффективные?
Начнем с того, что самая энергоэффективная форма это шар - в нем соотношение внутреннего объема к площади поверхности самое большое. Далее идет форма цилиндра, затем куб и на последнем месте параллелепипед .
Тут возникает вопрос - как же использовать пространства внутри сферы, полусферы и в цилиндре? стены то круглые!
Стоить заметить, что кривизна стены менее заметна, чем размеры дома больше. Но внутренний дизайн и отделка все же будет делать несколько сложней, чем в доме с прямыми стенами. Здесь тема для больших дискуссий. Дело в том, что сейчас нет никаких особых проблем разработать проект нестандартного дизайна с обыгрыванием разных криволинейных поверхностей. Есть только проблема в стоимости как самого проекта так и его реализации. Но и здесь не так все плохо - можно разработать все самому и даже сделать все по своему проекту. Но это требует времени на изучение темы и на реализацию. Это тему я буду раскрывать позже.
В принципе, если вы прикините на что вы способны и захотите все же сделать энергоэффективное жилье, вы можете построить дом по форме близкий к квадрату и за счет других аспектов и принципов все же достигнуть эффективности равной эффективности круглого дома.
А вообще если рассматривать форму дома не просто как “абстрактного коня в вакууме”, то есть дом на открытом месте, а учесть ландшафт, рельеф, розу ветров, уклон, наличие и расположения водных объектов, то возможно вы получите форму отличную от шара или куба. Это может оказаться например форма боба или форма капли. Некоторые умельцы делают дома такой формы чтобы получилась “солнечная ловушка” и за счет использования солнечной энергии такие дома могут покрывать все свои расходы на обогрев.
Я видел проекты домов похожих на соты, но по сути это несколько домиков правильной формы соединенные гранями, если каждый из этих домов сами по себе энергоэффективны, то совмещение этих домов может дать хороший эффект.
Получается что выбор формы ограничивается только тем что форма не должна иметь выпирающих элементов - меньше складок и нужно стремиться к шару. Но дальше есть много факторов, которые могут повлиять на форму дома. В целом это :
1. ландшафт
2. стоимость
3. желание создать что-то уникально
4. желание вообще разбираться с проектированием и технологиями.
Программа SunPowerCalc, которую я разрабатываю позволяет оценить форму дома расположенного в указанном ландшафте на то количество солнечной энергии, которое дом будет получать и на то какое количество энергии будет потеряно через те грани, которые имеет форма дома. Саму форму дома и ландшафт нужно разрабатывать отдельно и загружать в программу в определенном формате, хотя сейчас программа существует в виде плагина к программе Blender и в самом блендере можно создавать и форму дома и форму ландшафта. Но видимо нужно делать реализацию программы SunPowerCalc для браузеров, чтобы было удобно ей пользоваться.

Про отопление и про эффективность дома

Вот прошел декабрь и маленький отчет.

За декабрь я сжег 16 мешков брикетов по 30 кг - 16*30*5 = 2400 кВт*ч
Да, я все записывал, каждый мешок :))
Ну и для розжига я использовал дрова , за декабрь примерно 110 кг - то есть 430 кВт*ч
всего это 2830 кВт*ч. Получается в среднем 3,8 кВт. Но у меня иногда включается 0.8 кВт ТЭН для подогрева печи чтоб не было резких перепадов температур для кирпичей печи и кроме этого 1,6 кВт для подогрева воды, он тоже включается не часто  - только для поддержания 80 градусов в бачке, но все его теплопотери это подогрев пространства дома.
Поэтому думаю что в целом для поддержания комфорта в доме по теплу тратится не больше 5 кВт.
Но понятно, что кроме тепла есть еще уборка, посуда и стирка это тоже траты
Но если говорить об энергоэффективности именно здания, то вот не более 5 кВт
И это пока еще не заработал солнечный коллектор.
Когда он заработает то его мощность начнет увеличиваться с увеличением угла наклона солнца над горизонтом.
Максимальная мощность примерно 2,5 кВт в это время длина солнечного дня будет примерно 10 часов
То есть средняя мощность в сутки 1 кВт.
Ну а если установить солнечные коллекторы на всей стороне, то можно уменьшить количество сжигаемого топлива больше чем в 2 раза.
Для того чтобы просчитать это более точно, я сейчас пишу программу для расчета солнечной мощности на поверхностях зданий любой формы.
Кстати я не учел КПД самой печи, ведь часть энергии улетает в трубу вместе с дымом.
Так что реально в дом приходит чуть меньше энергии на обогрев.
Таким образом мой дом еще более энергоэффективней чем тот который тратит 5кВт на отопление.
В комментах к моим постам в фейсбуке возникла идея оценивать энергоэффективность дома через электропотребление. То есть по киловаттчасам за месяц. И это правильно т.к. "Практически всё электричество, потреблённое в доме, превращается в тепло (кроме разве что света, излучённого в окна и тепла воды, утекшей в канализацию). Поэтому нет смысла заморачиваться с подсчётом мощностей ТЭНов и т.п., можно тупо брать общее среднее потребление электроэнергии. "
Но! с печкой в доме расчет немного усложняется.
Часть тепла практически тут же сливается в канализацию, например из посудомоечной машины или из стиральной машины - хотя это все тоже потери тепла и в целом тоже являются показателем энергоэффективности дома. Но если учитывать эффективность только самого строение - качество строительных материалов и конструкции дома в целом, то нужно количество утекшей в канализацию энергии вычитать из расчетов.
Кроме этого нужно вычесть электричество которое греет машину или освещает двор и сени и вообще дома не касается...
А машину у меня греет например 1,5 кВт.

В таблице указаны цифры теплоты сгорания объема и массы разных материалов.

Вот посмотрите уголь , дрова и брикеты (у меня из лузги семечки)… Но обратите внимание на водород.
Кстати, еще один осложняющий фактор для оценки энергоэффективности - это то что когда дом засыпает снегом, то потери тепла уменьшаются. Это хорошо когда в этот момент живешь в этом доме и мало тратишь на отопление. Но для оценки это плохо. И если вдруг окажется малоснежный год, то будет перерасход топлива...

Таблица для расчета солнечной электростанции

Всем привет!
Соскучились по техническим деталям?
Вот вам пример расчетов электрической солнечной системы в файле.
я к сожалению не большой спец по работе в экселе и прочих электронных таблицах, поэтому под постоянные величины выделяю целый столбец, т.к. в каждой строке идет расчет учитывая эти константы.
Например постоянными являются угол установки солнечных панелей к горизонту, емкость аккумулятроных батарей, и номинальная мощность солнечной панели или группы панелей.
Здесь в таблице идет расчет получаемой от солнца энергии (вся энергия выражается в заряде батареи, в Ампер*часах) по дням.
Я взял для примера два месяца декабрь и январь. Это самые показательные в плане подбора емкости аккумуляторов.
Время светового дня и угол наклона солнца я брал из таблиц отсюда:
https://timewek.ru/citysun.php/?sID=54
Естественно что я брал это для своего места , то есть Новосибирск. У каждого может быть свое место положение и от этого будет зависеть долгота светового дня и угол наклона солнца к горизонту.
Самое сложное было найти хоть какие-то адекватные цифры по облачности...
Обычно это в архивах погоды описывается словами или баллами , но как это перевести в коэффициент потерь энергии не понятно.
Поэтому я делал все приблизительно , "на глаз". с помощью этого коэффициента потерь от облачности я примерно смоделировал поведение моей солнечной системы, на период который уже прошел. Я же помню как она себя вела и когда разрядилась полность.
А на последующие даты поставил примерные цифры потерь от облачности.
Видите  -  в общем не сложные формулы для вычисление получаемой от солнца энергии.
А дальше мы для каждого следующего дня берем сумму полученной энергии за прошлый день и оставшейся в аккумуляторах и отнимаем энергию которую "съели" потребители.
Здесь надо заметить, мне пришлось посчитать какое количество потребителей и какой мощности, а также какое время в сутки этот потребитель работает.
Затем я округлив это значение в большую сторону подставил в столбец нагрузки.
На второй вкладке файла расчетов вы можете посмотреть расчет потребительной нагрузки.
Там учтено, что нагрузка меняется. Когда наступает период с большей солнечной активностью начинают работать вентиляторы солнечных коллекторов. Из-за этого нагрузка возрастает.
Конечно хотя выглядит все просто - здесь есть несколько важных упрощений и упущений.
Например: у меня солнечные панели расположены покругу и поэтому вырабатываемая ими мощность почти не меняется в течении дня. Это соответствует панелям которые постоянно следят за солнцем.
Если у вас стационарные панели, которые не вращаются за солнцем в течение суток, то нужно учесть что в колонке номинальная мощность будет меньше указанной в паспорте.
Кроме этого в таблице есть колонка для учета потери энергии около горизонта, но это не учитывается в данном расчете.
В общем есть свои ньюансы.
Что мы видим в итоге?
В течение декабря солнечная активность очень слабая и батареи не могут зарядиться, чтобы обеспечить нагрузку когда солнца нет.
Нужно понимать, что наргузка тоже делится на постоянно необходимую (у меня например это около 70 Ампер часов в сутки) и на не критическую, которую можно отключить на время слабой солнечной активности.
И у меня (в моем месте и с моей обязательной нагрузкой) получается что в декабре примерно неделя или две в батарее не хватает заряда. Приходится ее подзаряжать из сети.
А дальше начиная с середины января даже не смотря на возрастание нагрузки заряд батареи растет.
Т.к. растет солнечная активностьи количество солнечных дней у нас в январе больше (туч мало).
И почти весь год батарея стоит заряженная, а солнечные панели работают в холостую. Ну вернее они дают энергию перекрывающую потребление и могут заряжать еще больше батарей. Но накапливать не в чем.
Таким образом, видно что весной летом и осенью можно увеличивать нагрузки на солнечную систему в несколько раз.
Как это проверить? во сколько раз? вы можете просто продолжить таблицу датами. Углами наклона и продолжительностью светового дня и изменение нагрузки , если она у вас изменяется от месяца к месяцу.
В общем можете поиграться с цифрами, подставить свою емкость батареи или можность солнечных панелей и т.д.
При желании можете прикрутить туда стоимость панелей и батарей и будет понятно за какие деньги вы сможете построить себе устойчивую солнечную электростанцию.
Ну и если найдете способ как учесть облачность  - это сильно приблизит вас к реальности.
Забыл сказать, что мощность панелей указана в Ваттах и напряжение их 12 Вольт.
В формуле получаемого от панели заряда (Ампер* часы) это учитывается.