Проектирование экологических домов

Заполнителем каркаса могут служить: кирпич, ячеистый бетон, грунтоблоки, саман, глинобитная стена и другие материалы. Основная нагрузка приходится на каркас. Утеплитель и облицовка крепятся к каркасу с внешней стороны. Лучше всего использовать утеплитель со сроком эксплуатации, равным сроку эксплуатации дома. Утеплитель должен обеспечить такую теплозащиту дома, чтобы суммарные теплопотери зимой были меньше, чем количество солнечной энергии, накопленной летом в сезонном аккумуляторе.

В соответствии с формулой «толщина конструкции = толщине утеплителя» базовая рамочная конструкция заполняется утеплителем соответствующей толщины. Наветренная сторона дома может иметь дополнительный слой утеплителя изнутри или снаружи. Это поможет избежать неравномерной теплопроводности ограждающей конструкции.

Доминирующим материалом в доме является дерево для конструкций и отделки. Нет другого более близкого человеку материала. Это залог здоровья и долголетия. Экологически чистым материалом, дешёвым и практичным в интерьере является и гипсоволокнистая плита.

Утеплителем может быть минеральная вата, пробковая крошка, целлюлоза, обработанный противопожарными средствами торф, солома. В структуру конструкции входят также слои ветроизоляции и пароизоляции. Наружная поверхность покрывается металлопрофилем с полимерным покрытием.

Для защиты от шума в домах из деревянных конструкций основной упор делается на грамотное сочетание материалов и правильное чередование изолирующих слоёв.

Для звукоизоляции потолков укрепляются навесные потолки на упругой обрешётке, либо межблочные перекрытия заполняются звукоизолятором. Также эластичное крепление и изоляция между полом и стенами надежно защитит от шума.

Приток и отток воздух в доме осуществляется централизованной системой вентиляции с теплообменником.

В местах сочленения перекрытий с наклонной ограждающей конструкцией образуется мертвая зона вдоль всего дома - технологическая ниша с удобным доступом. В ней располагаются все коммуникации - вентиляционные системы, отопление, электрика, элементы централизованного пылесоса.

В зоне расположения цокольного этажа в структуру пола встраиваются обогревающие элементы для обогрева дома. Толщина стен цокольного этажа может быть достаточно тонкой - порядка 25-30 см. Для этого необходима слоёная конструкция стены с утепляющим слоем из пенополистирола с железобетонными оболочками, как снаружи, так и изнутри.

Наиболее широко применяются два типа утеплителя: засыпка легким материалом и плиты из тонких искусственных волокон. При использовании засыпки необходимо предусматривать будущую усадку. Плиты из утеплителя применяются по рекомендации изготовителя. Если срок действия утеплителя меньше срока эксплуатации, необходимо предусмотреть технологию его замены, в том числе - демонтаж облицовки.

Достоинства. Каркасные стены просты, их можно быстро возвести, сделать крытое помещение и производить работы при любой погоде. Каркасные стены с “двойной” теплоизоляцией из легких материалов (пенопласт, минвата, солома и т.п.) обладают самой низкой теплопроводностью.

Поэтому если зимой дом не отапливался, прогревать его до комфортных условий можно за несколько часов.

Для каркасных стен достаточна толщина 15см. Каркасные стены самые легкие изо всех рассмотренных и устойчивы к деформациям. Их можно строить на столбчатом фундаменте или фундаменте “плавающие столбики”. Каркасные стены могут выдержать неограниченное число циклов замораживание - оттаивание. Обшивка из ЦСП обеспечивает защиту (правда, не абсолютную) от огня и влаги. В каркасных домах возможна наиболее свободная планировка внутренних помещений. Затраты средств, сил и времени на сооружение каркасных стен минимальны. Пред отделкой не нужно ждать “осадки”. При хорошо организованных работах, въезжать в каркасный дом можно через месяц после начала строительства.

Деревянные каркасные системы с мягким утеплителем в завершенном виде с облицовкой кирпичом внешне ничем не отличаются от домов, построенных полностью из кирпича. При этом они дают возможность получить значительную экономию как в процессе строительства, так и при эксплуатации. Они значительно менее материалоемки, требуют легких низкозаглубленных фундаментов, позволяют получить значительную экономию на топливе.

Замечание. При применении каркасной конструкции теплоинерционный слой (наполнитель каркаса) в значительному усложнению каркаса и снижению надежности. ограждающих конструкциях можно не делать. Необходимая тепловая инерция может быть обеспечена за счет применения внутренних аккумуляторов тепла, в том числе - массивных межкомнатных стен.

Стены из дерева легко воспламеняются и подвержены действию насекомых - вредителей и гниению, а потому требуют специальной обработки и конструктивной защиты от влаги и огня. Вагонка - основной материал для обшивки каркасных стен быстро (в течение 1-2 лет) рассыхается, на стене появляются щели (при правильно выполненных работах - не сквозные).

Считается, что срок службы каркасных домов не превышает 30 лет, однако применение современных материалов может его значительно увеличить. Увеличение размеров дома (L стены > 9м, высота - > 2 этажей) приводит к Применение сайдинга для обшивки недопустимо, так как он “не дышит” - не пропускает пары воды.

Цена. 1 кв. м каркасных стен, обшитых вагонкой или ЦСП, обойдется вам, по меньшей мере, в 320 - 270 руб., расходы на сооружение фундамента под 1 погонный м стены - 250 руб. (столбчатый фундамент) или 130 руб. (плавающие столбики). Учтены затраты на забирку (цоколь).

Резюме. Каркасные стены целесообразно применять при строительстве дач, предназначенных для сезонной или круглогодичной эксплуатации.

Каркасный дом с утеплителем из легкого самана оптимально сочетает в себе достоинства каркасных, деревянных и саманных домов .

Конструкция стены: с несущими стенами.

Каркасный дом по оригинальной глиносоломенной технологии (90-95% - солома, 5-10% - глина) можно построить всего за неделю. Хотя обычно дома из соломы и глины приходиться сушить чуть ли не год.

Солома является идеальным утеплителем и одновременно конструкционным материалом.

Солома имеет теплопроводность в 7 раз ниже, чем кирпич, и в 4 раза ниже, чем дерево. Соответственно во столько же раз снижаются и объемы топлива, необходимые для прогрева помещения. Многие их тех, кто живет в соломенных домах, отмечают, что их расходы на отопление всегда в два раза меньше чем у соседей, которые живут в обычных домах.

Солома представляет собой необычайно доступный и дешевый материал. Для того чтобы вырастить достаточное количество соломы для постройки одного дома площадью 70 м2, необходимо от 2 до 4 гектаров земли. Цена на древесину неуклонно растет и возможно, что через десять лет лишь очень богатые люди смогут позволить себе деревянный дом. Особенно это актуально для Украины и степных регионов России, где строительная древесина в основном завозится извне. Зато соломы здесь очень много.

Это дает возможность не прибегать к дополнительным расходам на наем квалифицированных рабочих, а самостоятельно осуществлять основной объем работ.

Снижение энергоемкости кв. метра при глиносоломенном строительстве - как минимум в 200 раз, при эксплуатации жилья - в 3-10 раз.

Экологичность этого вида жилья не требует доказательств - саманные стены легко дышат, не выделяют вредных веществ, обладают превосходной шумоизоляцией. У больных детей, переселившихся в эти дома, наблюдается уменьшение аллергических заболеваний и улучшение самочувствия в целом. Зимой в таком доме необычайно тепло. Кроме этого, в летнее время в соломенном доме всегда прохладнее, нежели снаружи, независимо от жары. Все эти качества делают их необычайно приятными для обитателей.

Использование глины и соломы в качестве строительного материала снимает проблему утилизации строительного мусора после окончания сроков службы дома - проблемы, которая остро стоит в последнее время.

Техника строительства

Техника возведения каркасных стен с утеплителем из легкого самана настолько проста, что ею может овладеть практически любой человек, причем в очень короткий срок.

На фундаменте ставится деревянный каркас. Сооружается крыша. Затем устанавливается переставная опалубка. Готовится глиняный раствор. Приготовленная солома вымачивается в данной смеси и после стекания лишней жидкости утрамбовывается внутри опалубки.

После подсыхания слоя и формирования поверхности стены опалубка переставляется. Готовая стена должна очень хорошо просохнуть во избежание гниения (около 2х месяцев).

Затем дом гидроизолируется - штукатурится по сетке или без нее. Готовые стены имеют все преимущества монолитной саманной стены, при этом также легко возводятся как и каркасные.

Наименее трудоемка укладка глиносоломенного наполнителя между готовыми поверхностями стен или наружной и внутренней отделки из бруса, кирпича, вагонки. Но в массиве образуемой стены необходимо предусмотреть каналы вентиляции и увеличить время для просушки каждого слоя.

Для того чтобы преимущества соломенного дома проявились в полной мере, необходимо позаботиться о теплоизоляции всех элементов строения. В особенности это касается чердачного помещения. И в этом случае соломенные блоки могут сослужить добрую службу, если их уложить поверх перекрытия.

Достаточное внимание необходимо уделить также окнам и дверям. В отношении последних целесообразно устройство тамбура. Что касается окон, то очень важна, помимо теплоизоляции, их ориентация по отношению к сторонам света. Основное количество окон целесообразно размещать на южной стороне для осуществления дополнительного обогрева за счет солнечной энергии. На северной стороне должно находится минимальное количество окон.

Каркас

Каркас для глиносоломенного дома по своей конструкции похож на каркасы, обычно применяемые в практике строительства.

Все несущие части дома - фундаменты, колонны, перегородки, стропильная система кровли - выполняются из конструктивных материалов: железобетона, кирпича или деревянного (металлического) каркаса. Но их количество и способ устройства рассчитываются только на обеспечение необходимой прочности здания, без учета теплопроводности.

а) б)

Рис. Вид сверху стены с несущими колоннами: а) кирпичными; б) деревянными.

Окна и двери

Устройство окон и дверей в каркасных глиносоломенных домах не представляет особой сложности. Основное требование, которое к ним предъявляется, это быть в достаточной мере влагонепроницаемыми. При использовании деревянных стоек и балок в качестве несущих деталей конструкции оконные и дверные проемы являются элементами каркаса и устраиваются по общепринятым принципам. Аналогичной конструкцией обладают обшивные каркасные дома.

Фундамент

Стены из легкого самана обладают очень важным свойством -- легкостью. Поэтому давление на грунт в этом случае будет намного меньше, чем у кирпичных и даже у деревянных стен. Это дает возможность уменьшить трудозатраты, связанные с устройством основания и фундамента, и сделать конструкцию последнего максимально простой. При этом используется значительно меньше строительных материалов, что также снизит стоимость строительства.

Тем не менее, перед началом практических работ, всегда необходимо исследовать тип грунта, на котором будет осуществляться строительство. В зависимости от результата этой проверки выбирается тип фундамента.

На сухих грунтах при возведении одноэтажных сооружений можно сделать песчаную засыпку траншеи, на которой устраивается кирпичный или бетонный цоколь, а затем выкладываются наружные стены из соломенных блоков. После каждой засыпки песка слоем в 10-15 сантиметров должна производится трамбовка и поливка водой. Песок для этих целей должен браться крупнозернистый. Разновидностью этой техники является засыпка траншеи гравием, который точно так же должен поливаться водой и утрамбовываться после укладки очередного слоя. Не доходя 10 сантиметров до поверхности устраивается опалубка, которая возвышается над землей на высоту будущего цоколя. Затем вовнутрь укладывается бетонная смесь, которая для надежности может быть армирована железными прутьями. Фундаменты такого типа называются “плавающими”, и особенно большое распространение они получили в районах с повышенной сейсмической активностью. Устройство фундаментов по этому принципу подразумевает минимальное использование бетона, что значительно снижает общие затраты на приобретение строительных материалов. Тем не менее, вышеописанные техники должны использоваться только на сухих грунтах, при условии что высота строения не будет превышать одного этажа.

При наличии влажных глинистых грунтов (наименее благоприятный вариант) наиболее целесообразным является ленточный тип фундамента, выполненный из бута или кирпича.

Глубина закладывания фундамента зависит от глубины промерзания грунта в конкретной местности. Например, на широте г. Димитровграда эта величина составляет примерно 180 см.

В данном случае фундамент следует закладывать на глубину 125 см. В песчаном грунте глубина закладывания фундамента может быть порядка 80 см от уровня земли.

Для глиносоломенных строений подходящей техникой является сооружение столбчатого фундамента. Такие фундаменты могут быть выполнены из различных материалов, в том числе дерева, красного кирпича, бетона и т.д. Столбы устанавливаются на расстоянии приблизительно 1,5 метра друг от друга. При этом необходимо проследить, чтобы они находились во всех углах пересечения стен и перегородок.

Теплоизоляции фундамента, чрезвычайно важна для того, чтобы сделать сооружение более эффективным в энергетическом плане.

Крыша

Больше всего подходит тип крыши, который обладает наибольшей легкостью конструкции и обеспечивает равномерную нагрузку на все стены строения.

Крайне важно предусмотреть достаточный свес карниза для защиты стен от атмосферных осадков (не менее 60 см).

Штукатурка

Оштукатуривание поверхности стен -- очень важный элемент строительства глиносоломенных домов.

Прежде всего этот фактор сказывается на сроке службы стен, благодаря обеспечению защиты от ветра и атмосферной влажности. Покрытие необходимо также для обеспечения пожарной безопасности и защиты от вредителей.

Опыт строительства глиносоломенных домов показывает, что в качестве наружного покрытия для стен могут применяться самые разнообразные составы. Ранее применяли обыкновенный глиняный раствор, смешанный с мякиной или половой. С течением времени в раствор стали добавлять известь, и этот тип штукатурки зарекомендовал себя лучше всего. Состав раствора 1:1:0,5 (известь: глина: мякина или полова).

Для оштукатуривания поверхности глиносоломенных домов может с успехом применяться цементно-известковый раствор средней жирности. Эта техника получила наибольшее распространение в современном строительстве домов.

Оштукатуривание можно осуществлять непосредственно после возведения стен. Впрочем, тот факт, что дом не покрыт снаружи штукатуркой, не может служить задержкой для новоселья при условии, что стены и крыша уже находятся на своих местах. Даже просто соломенные сооружения, не покрытые слоем штукатурки (хозяйственные постройки), могут не подавать никаких признаков разрушения на протяжении многих лет.

Пожарная безопасность

Поскольку саман огнеупорен, он может использоваться для изготовления печей и дымоходов; он также идеален для несгораемых домов в пожароопасных районах. Глиносоломенные дома намного превосходят в противопожарном плане деревянные конструкции (срубы, каркасные дома и т.д.). Глиносоломенный наполнитель содержит внутри себя достаточно воздуха, для того чтобы обеспечить хорошие теплоизолирующие качества, но в то же время, благодаря прессовке, он не содержат достаточного количества воздуха для возгорания”.

Тем не менее, глиносоломенные дома могут гореть, как любые другие, и особое внимание прежде всего необходимо уделять устройству электропроводки. Наилучшей стратегией является укладка достаточной толстой проводки, а также использование металлических или пластиковых трубчатых изоляторов. Огонь обычно распространяется сверху вниз от крыши или чердака, поэтому в конструкцию дома необходимо включить противопожарный барьер, укладываемый на верхнюю плоскость стены. Таким барьером может служить слой бетона.

Вредители

Глиносоломенный наполнитель подвергается прессовке, что не оставляет грызунам особых шансов на новоселье. Кроме того, толстый слой штукатурки -- достаточно хорошая защита от всех типов вредителей, включая и самых небольших -- насекомых. Старинные здания, где утеплителем служила обычная ржаная солома (ржаную солому не едят грызуны), прекрасно сохранялись в течение 100-150 лет.

5. СИСТЕМЫ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ

Традиционные для УЗБЕКИСТАНА строительства и энергосбережения, в сочетании с современными достижениями теплотехники, позволяют обойтись для обогрева и водоснабжения дома и даже зимних теплиц, ресурсами своего участка.

Все внутренние отапливаемые помещения в разных вариантах конструкции дома должны быть так теплоизолированы от внешней среды, чтобы теплопотери за год были меньше, чем количество тепла, которое можно получить за год от солнца и аккумулировать в доме. Особое внимание следует обратить на то, чтобы в конструкции корпуса не было мостиков холода.

утеплителя из этих материалов Для утепления дома наилучшими являются естественные, традиционно используемые утеплители, (солома, камыш, льняная костра, глина, опилки). Для производства не нужно энергоемкое и дорогостоящее производство. Кроме того, что они имеют наилучшие для человека экологические характеристики, они очень долговечны, если конструкция стены и крыши защитит их от намокания, и легко утилизируются после срока службы.

(Варианты защиты соломенного утеплителя от грызунов: засыпка сыпучим материалом зазора вокруг утеплителя из соломы, пересыпка известью, кедровой хвоей, облицовка мелкой металлической сеткой по низу и верху стены).

Высокая теплоизоляция добротно построенного дома приводит к тому, что теплопотери связаны, в основном, с вентиляцией. Правильно выполненные встроенный холодильник, погреб и ледник существенно повышают стабильность проживания в доме и независимость от внешних факторов.

Роль теплового аккумулятора, обеспечивающего тепловую инерцию дома, выполняет термическая масса, составляющая внутреннюю часть наружной стены, внутренних (межкомнатных) перегородок и межэтажных перекрытий. Этот пассивный аккумулятор тепла должен состоять из тяжелого материала, чтобы поддерживать постоянную температуру в доме при периодическом протапливании. Кроме того, внутренние стены могут и понижать температуру до оптимальной, аналогично тому, как это происходит в традиционной русской печке.

Замечания. В случае применения каркасной конструкции внешняя стена целиком состоит из легкого материала (утеплителя), тогда внутри дома необходимо устраивать специальную конструкцию, обеспечивающую необходимую тепловую инерцию - суточный аккумулятор, в котором могут быть расположены дымоходы, воздуховоды от солнечного коллектора или в него может быть встроен сам источник тепла. Эта система может быть выполнена из кирпича, бетона, грунтоблоков, а может быть выполнена в виде бака, заполненного водой. Масса этой системы определяется тем, какую тепловую инерцию здания мы хотим иметь. Например, ее можно определить, исходя из условий протапливания один раз в сутки при самых низких температурах (один раз в течение двух суток и т.д.).

В процессе жизнедеятельности человек готовит пищу, сам выделяет тепло, использует бытовые приборы для освещения, слушает музыку, смотрит телевизор, работает на компьютере. На первый взгляд эти источники выглядят незначительными, но при такой теплоэффективности, которой обладает экодом, они все вместе могут играть существенную роль в его обогреве. Расход невозобновляемых энергоносителей в энергоэффективном доме в несколько раз меньше, чем в обычном доме. В идеале дом должен обеспечиваться теплом только за счет возобновимых источников: дерево, солома, ветер, водные потоки, суточные и сезонные перепады температур, т.е. энергии солнца.

Для отопления наиболее эффективны печи медленного горения с каталитическим дожигом горючих газов, работающие на древесных отходах, а также воздушные и водяные солнечные коллекторы.

Газогенераторные печи имеют КПД (коэффициент полезного действия) 55-80%. Они оборудуются воздуховодами, обеспечивающими подачу теплого воздуха в разные помещения для их быстрого нагрева. Так как частный дом - это относительно небольшое здание, распределять тепло по дому можно с помощью естественной конвекции и лучистого обогрева. Получающийся горючий газ можно отводить и использовать для приготовления пищи или выработки электроэнергии. Эти печи легко совместить с суточным водяным аккумулятором, в котором можно дополнительно снять остаточное тепло дымовых газов. Зола является ценным удобрением.

Тепловой КПД традиционной русской печи достигает 90%. При этом вовсе не обязательно топить ее дровами. Главная проблема в настоящее время - требуется высокая квалификация мастера-печника.

«Неправильная» печь кроме избыточного потребления топлива еще и создает проблему избыточной или недостаточной влажности воздуха. А это одинаково вредно и для здоровья, и для сохранности вещей и конструкций.

Дом, построенный на основе тепло-эффективной конструкции, с февраля по май и с сентября по октябрь можно отапливать только за счет солнечной системы обогрева, основывающейся на простых (самостоятельного изготовления) воздушных солнечных коллекторах и воздуховодах с принудительной циркуляцией воздуха.

Биоклиматическое жильё предполагает возможность сбора солнечной энергии. На эту возможность влияет площадь и угол наклона поверхности кровли. Солнечная архитектура выгодна и уместна в зонах умеренного климата, не говоря уже о южных широтах, позволяет достигать высокой комфортности при одновременном снижении эксплутационных расходов.

По многолетним наблюдением метеорологов на широте Ульяновской области с апреля по сентябрь на квадратный метр поверхности падает около 300000 МДж солнечной энергии. При завышенной норме энергопотребления на квадратный метр отапливаемого помещения 70 кВт-ч/год/кв. м годовое потребление энергии составит всего 25200 МДж.

Т. о., солнечной энергии вполне достаточно для отопления круглый год и для горячего водоснабжения летом.

При этом система сезонного аккумулирования солнечного тепла может иметь КПД всего 10%.

Типичная система воздушного солнечного обогрева состоит из воздушного солнечного коллектора, воздуховодов, вентилятора. Если температура в помещениях недостаточна, то горячий воздух из коллектора попадает в комнату. Более холодный воздух из комнаты подается в воздушный коллектор и подогревается в нем. Если в помещениях тепло, то горячий воздух поступает в тепловой аккумулятор. Воздух начинает циркулировать, когда работает вентилятор, который приводится в действие солнечной батареей. Такая система удобна тем, что вентилятор работает только тогда, когда солнечная батарея вырабатывает электричество и именно в это же время солнечный коллектор нагревает воздух. Весной осенью система работает на нагрев помещения и на накопление тепла в суточном аккумуляторе. Летом эта энергия накапливается в сезонном аккумуляторе.

Рис. Воздушная система солнечного обогрева с принудительной вентиляцией.

Воздушный солнечный коллектор - главный элемент системы воздушного солнечного обогрева.

Его конструкция очень проста. Теплоизолированная снизу зачерненная поверхность является дном плоского ящика. Сверху этот ящик закрыт стеклом или другим прозрачным материалом (в настоящее время часто применяются двухслойные пластиковые покрытия). Видимый свет поглощается зачерненной поверхностью, нагревает ее, а она, в свою очередь, нагревает воздух в коллекторе. Нагретый воздух подается в помещение.

Площадь воздушных коллекторов, необходимая для нагрева помещений определяется теплотехническими параметрами дома. В отсутствии солнца недостаток тепла компенсируется дровяной печью медленного горения с каталитическим дожиганием горючих газов.

Замечание. Воздушные коллекторы не обладают высоким коэффициентом полезного действия, но они просты и дешевы в изготовлении и в эксплуатации. Производство воздушных солнечных коллекторов не сложное. Для создания долговечных и устойчивых к погодным воздействиям в условиях сурового климата конструкций целесообразно использовать в качестве теплоизолятора пеностекло.

Рис. Воздушный солнечный коллектор с турбулизатором, повышающим эффективность нагрева воздуха.

Система приготовления горячей воды

Основными источниками горячей воды для бытовых нужд в доме являются каталитическая печь медленного горения и водогрейная установка с водяными солнечными коллекторами.

Солнечные камины - важная составляющая дома, устанавливаются на крыше для нагрева воды и подачи её по трубам в ванную, душ и на кухню. Остатки горячей воды автоматика сбрасывает в резервный накопитель для обогрева помещений. Водогрейные системы, использующие солнечную энергию, бывают двух типов: с естественной и принудительной циркуляцией воды.

На Рис. представлена принципиальная схема системы приготовления горячей воды с естественной циркуляцией. Такие установки называются термосифоны. В них используется механизм естественно конвекции, которая возникает за счет того, что нагретая в солнечном коллекторе теплая вода легче холодной. За счет этого теплая вода поднимается в бак-аккумулятор, который необходимо размесить выше верхней части коллектора на высоту примерно 60 см.

Рис. Термосифонная водогрейная система с водяным солнечным коллектором.

Замечание. Эта система не требует перекачивающего насоса и электроэнергии, но накладывает ограничения на конструкцию и способы ее размещения в доме. Термосифонные водогрейные системы целесообразно применять для летнего душа, летней кухни и других подобных случаях.

Более удобна с точки зрения произвольного ее размещения водогрейная система с принудительной циркуляцией. Составными частями солнечной установки для подогрева воды с принудительной циркуляцией являются плоский коллектор, бак-аккумулятор, трубопроводы, насос и система управления. Эта система предусматривает автоматическое регулирование. Каждый раз, когда температура воды в верхней части коллектора становится выше температуры воды на дне бака-аккумулятора на заранее заданное число градусов, включается насос. Вода прокачивается по системе до тех пор, пока температура не выровняется в баке и коллекторе за счет нагрева или не снизится уровень солнечного излучения. В зимнее время в контуре через солнечный коллектор необходимо прокачивать жидкость, не замерзающую на морозе, а тепло в бак-аккумулятор передавать через теплообменник.

Рис. Система солнечного нагрева воды с принудительной циркуляцией.

Замечание. На данном этапе, когда еще не налажено производство такого оборудования, надо использовать подогреватели воды, использующие электричество, газ, дрова или их комбинацию. Для накопления необходимого объема горячей воды для бытовых нужд целесообразно использовать водяной суточный бак-аккумулятор.

При проектировании необходимо предусмотреть, чтобы летом эта система работала в автономном режиме, но в то же самое время водогрейная система должна являться составной частью отопительной системы дома.

Жидкостный солнечный коллектор

Водяной солнечный коллектор - главный элемент системы солнечного нагрева воды. В отличие от воздушного, коллектор на жидком теплоносителе имеет замкнутую систему, которая включает коллектор и теплообменник. По этой системе циркулирует незамерзающая и не выделяющая при нагревании накипь жидкость. Теплообменник размещается в нижней части бака-аккумулятора.

Замечание. Жидкостной солнечный коллектор может использоваться тогда, когда тепловыделения больше теплопотерь. В условиях холодного климата это предъявляет повышенные требования к теплозащите водяного солнечного коллектора.

Суточный водяной аккумулятор тепла

Суточный водяной аккумулятор тепла является активным элементом тепловой системы дома. Суточный водяной аккумулятор тепла устанавливается внутри дома, в том числе он может быть встроен в одну из межкомнатных перегородок. Аккумулятор представляет собой полую стену, в которой размещены баки, заполненные водой. Через эти баки проходят дымовые трубы от каталитической печи медленного горения, которые подогревают воду в баках. Принципиальная схема отопления приведена на Рис. 6.6. Источниками нагрева водяного аккумулятора кроме каталитической печи медленного горения, могут быть использованы система воздушного солнечного отопления и система солнечного подогрева воды. Внешняя теплоизоляция аккумулятора - деревянная, кирпичная или из газобетона, - служит для понижения температуры обогревающей поверхности примерно до 40 ^оС. Теплоизоляция обеспечивает медленное остывание бака-аккумулятора с тем, чтобы температура в комнате поддерживалась в приемлемом диапазоне температур.

Аккумулятор должен быть сконструирован так, чтобы можно было легко делать его профилактику, промывку, чистку.

Рис. Суточный водяной аккумулятор тепла. ЭГ - электрогенератор; ТГ - теплогенератор; 1 - бак с водой; 2 - дымовые трубы; 3 - кожух; 4 - каналы подачи теплого чистого воздуха; 5 - нижняя (входная) дымовая камера; 6 - верхняя (выходная дымовая камера; 7 - подача дыма в регенератор; 8 - подача чистого воздуха к ТА; 9 - кожух; 10 - поверхность теплообмена; 11 - забор чистого холодного воздуха; 12 - забор теплого отработанного воздуха; 13 - выхлопная труба; 14 - переключатель; 15 - канал подачи сбросного воздуха в теплицу; 16 - шторки; 17 - вент-каналы вертикальные; 18 - дымосос.

Другие аккумуляторы тепла

Тепловые аккумуляторы подразделяются на суточные и сезонные. Кроме многофункционального активного суточного водяного аккумулятора на практике используются пассивные аккумуляторы тепла из материалов с высокой теплоемкостью, например, кирпич или грунтоблоки, из которых построена печь, массив внутренней части ограждающих конструкций, межкомнатные перегородки, гравий, засыпанный в специальные контейнеры, грунт под домом. За счет теплопроводности такие аккумуляторы быстро теряют энергию. Их используют для увеличения тепловой инерции дома. Это выгодно, когда они выполняют функции конструктивного элемента дома, при простой конструкции и недорогом устройстве. Перспективны сезонные аккумуляторы, использующие для аккумулирования энергии вещества, в которых могут протекать обратимые химические реакции, сопровождающиеся поглощением и выделением тепла. Их главным преимуществом является то, что хранение энергии осуществляется в химических связях при обычных температурах любое количество времени. Применение именно этих аккумуляторов может сделать дом "солнечным".

Замечание. Эффективное накапливание энергии в таких сезонных аккумуляторах требует достаточно высоких температур воздуха (~ 130 ^оС), что предъявляет высокие требованиях к солнечным коллекторам и теплоизоляции воздуховодов от коллекторов, хорошей теплоизоляции контейнеров, в которых находится рабочее вещество такого теплового аккумулятора.

6. СИСТЕМА ХЛАДООБЕСПЕЧЕНИЯ

Обычные холодильники стали привычными, но холодный климат позволяет круглый год иметь условия для охлаждения продуктов без электричества. Такие системы хладообеспечения исторически традиционны для России и включают зимний холодильник, встроенный в стену, погреб и ледник.

Правильно выполненные встроенный холодильник, погреб и ледник существенно повышают стабильность проживания в доме и независимость от внешних факторов.

Встроенный в стену зимний холодильник

В течение зимнего периода, когда внешняя температура имеет устойчивое отрицательное значение, нет необходимости пользоваться обычным электрическим холодильником.

Для этого в стену кухни встраивается шкаф, в котором можно обеспечить необходимую температуру, с помощью вентиляции охлаждаемого объема наружным воздухом (Рис. ). В холодильной камере можно установить терморегулятор, а можно регулировать температуру изменением вентилирующего отверстия, соединяющего камеру с внешней средой. Общее тепловое сопротивление дверцы холодильника надо обеспечить не меньшее, чем для окон.

В конструкции холодильника легко предусмотреть смену внутреннего покрытия, возможность размораживания и другие эксплуатационные удобства.

Погреб

Устройство погреба должно обеспечить необходимую температуру и влажность, наиболее благоприятные для сохранения продуктов. При строительстве следует учитывать грунты и характерные зимние и летние температуры. Вход в погреб для загрузки продуктов целесообразно устроить из помещения буферной зоны, а для использования зимой - из теплой части дома. Принципиальная схема конструкции погреба приведена на Рис.

Рис. Устройство погреба.

Ледник

Конструкция ледника практически такая же, как и у погреба (Рис. 7.3.). В сибирском климате можно устроить ледники с намораживанием льда в зимний период. Для этого в леднике оборудуется намораживаемый объем (из металла или из плотного бетона с гидроизоляцией). Это исключает трудоемкую операцию заготовки льда и последующей его упаковки в леднике. Для намораживания льда всю зиму ледник находится в открытом состоянии. Характеристики теплоизоляции ледника рассчитываются из условий продолжительности эксплуатации в летнее время. Теплоизоляция ледника обеспечивает увеличение срока таяния намороженного за зиму объема льда.

Рис. . Устройство ледника.

7. СИСТЕМЫ КАНАЛИЗАЦИИ

Создавая систему “дом и участок - единое целое”, мы переходим на принципиально новый уровень развития архитектурно-строительной мысли. Мы не только экономим деньги, время, энергию, другие ресурсы и снижаем антропогенную нагрузку на окружающую среду. Мы рассматриваем дом как искусственную экосистему, обеспечивающую автономное существование. Только такое жилище полностью соответствует принципам устойчивого развития цивилизации.

Экодому нужны только дороги и электричество. Система канализации - автономная.

Биопереработка органических отходов

Бытовые органические отходы - ценный продукт для производства удобрения. Переработка органических отходов дома (пищевые отходы и отходы из туалета) производится в специальных биореакторах в техническом подполье или на участке методом компостирования с последующей утилизацией на ботанической площадке участка. Испытанные даже в городах дешевые локальные биологические системы утилизации хозбытовых стоков, работающие по принципу замкнутого цикла, не создают проблем ни зимой, ни летом. Площадь таких биоочистных сооружений 200 кв. м и выглядят они, как обычный фруктовый сад и огород.

Неперерабатываемая часть (стекло, пластмасса, металл и др.) разделяются, моются, накапливаются жильцами и сдаются для переработки и вторичного использования на специализированное предприятие.

С хозяйственной и санитарной точек зрения предпочтение следует отдать сооружению канализации раздельного типа, при которой выполняется раздельное отведение фекальных (черная вода) и бытовых (серая вода) отходов.

Можно также использовать специальные компостные туалеты и использовать компост как дешевое органическое удобрение. Энергопассивный экодом использует такую локальную пермакультурную биосистему утилизации хозбытовых стоков.Кроме того, местная канализация при правильном устройстве и эксплуатации является также источником органических удобрений (азот, калий, фосфор).

Туалеты с выгребом требуют периодически вывоза отходов ассенизационой машиной, поэтому возможно устройство в доме компостирующего био-туалета, который прямо на месте перерабатывает фекальные отходы в готовое удобрение (компост).

Слыша слово "компостирующий туалет" люди немедленно протестуют утверждая, что мы возвращаемся к использованию "вонючих отхожих мест". Но это совершенно неверно.

Контейнеры компостирующих био-туалетов всех моделей снабжены вытяжной вентиляцией. Вентиляция туалета производится через пьедестал, контейнер и вытяжной стояк, и поэтому запахи в помещении отсутствуют.

Выбор модели зависит от климатической зоны и высоты подвала или подполья. В первую очередь следует учитывать, что для непрерывного процесса компостирования необходима температура не ниже 18°С. Для самостоятельной постройки рекомендуется предельно простой компостирующий био-туалет, который несложно изготовить самостоятельно. Единственным недостатком модели является большая высота (2 м), требующая наличия высокого обогреваемого подвала.

Классический компостирующий биотуалет состоит из:

? большого контейнера (биореактора) в котором происходит процесс компостирования;

? туалетного пьедестала;

? трубы системы вытяжной вентиляции.

Особенности процесса компостирования

Процесс перемешивания содержимого происходит только в барабанных компостирующих био-туалетах. В классическом однокамерном компостере в контейнер после посещения прямо через унитаз можно бросить горсть разрыхлителя (например, стружки), который будет способствовать созданию рыхлой структуры компостируемого материала и обеспечивать доступ воздуха.

Контейнер снабжен вытяжной вентиляцией. Так как вентиляция туалета производится через пьедестал, контейнер и вытяжной стояк, то запахи в помещении отсутствуют. При устройстве вытяжной вентиляции через контейнер компостирующего туалета несложно обеспечить необходимую скорость вентиляционного воздуха устройством вытяжного вентиляционного канала вблизи (или в самом массиве) дымовентиляционного блока для улучшения тяги (подогрев) или установкой небольшого вентилятора мощностью не более 20 Вт.Основная масса отходов преобразуется в углекислый газ и водяной пар и удаляется по каналу вентиляции. Остается лишь небольшое количество разложившихся отходов - перегной (ценное органическое удобрение).

Преимущества

При установке в доме компостирующего (сухого) био-туалета получаем:

? значительную автономию и независимость при сохранении комфорта;

? экономию воды 15000...20000 л/год, которая при использовании смывного туалета попала бы в систему сточных вод;

? защиту системы сточных вод от попадания испражнений, бумаги и даже мочи.

Таким образом, компостирующие туалеты:

? могут работать везде;

? преобразуют отходы в ценное сырье - компост;

? уменьшают эксплуатационные затраты;

? значительно снижают расход воды;

? не требуют септиков, фильтрующих колодцев, полей фильтрации;

? не требуют постоянных эксплуатационных расходов;

? не вызывают загрязнения окружающей среды.

Комбинированный контейнерный биотуалет со смывом и фильтрацией стоков

Многие люди имеют устойчивое предубеждение к безводным компостирующим биотуалетам. Поэтому можно использовать совмещенную систему - смывной туалет с малым расходом воды, слив из которого осуществляется в компостирующий биореактор с фильтрующим слоем (фильтр-контейнер).

Профильтрованные стоки направляются в общую систему переработки бытовых стоков (автономную канализацию).

Эта система аналогична двухкамерной системе, с той разницей, что контейнер делается гидроизолированным, а в нижней его части устраивается дренажное устройство с фильтрующим слоем, через которое попадающая в биореактор жидкость просачивается и попадает в септик (систему переработки и фильтрации бытовых стоков). Система делается двухкамерной или с большим набором сменных контейнеров, количество которых определяется, исходя из состава семьи, чтобы было удобно заменять заполненные контейнеры на пустые.

Рис. Комбинированный контейнерный биотуалет со сливным унитазом и фильтрацией стоков.

Однокамерный безводный биотуалет непрерывного действия (Кливус-Мультрум)

Биотуалет Кливус-Мультрум предназначен для непрерывной переработки всех органических отходов жизнедеятельности семьи (пищевые отходы и отходы из туалета). Он представляет собой контейнер наклонного типа с двумя приемными отверстиями - для органических пищевых отходов и туалета. Контейнер оборудован системой аэрации и вытяжки, устроенной таким образом, чтобы вытяжка осуществлялась на коньке дома, а во все остальные отверстия воздух всасывается. Для этой системы важна аэрация, чтобы протекали процессы, характерные для компостирования, а не гниения, соблюдался влажностный режим, а температура поддерживалась в диапазоне 20-40 ^оС. Эта система на Западе приобретает все большее распространение. Контейнер биотуалета располагается в обогреваемом техническом подполье.

К недостаткам можно отнести то, что для его эффективной работы требуется поддерживать достаточно стабильные условия.

Двухкамерный безводный биотуалет

Двухкамерный биотуалет также используется для переработки всех органических отходов. Эта система более проста в эксплуатации за счет увеличения срока переработки содержимого. В этой системе изготавливается два контейнера большого объема с периодом наполнения до трех лет. В то время как заполняется один контейнер, во втором все это время происходит процесс биологической переработки. Для эффективной работы контейнеры утепляются. В доме такой туалет размещается в техническом подполье с южной стороны и оборудуется системой пассивного обогрева для ускорения процесса компостирования. Если туалет располагается с северной стороны, то рядом с ним размещают воздуховоды от солнечных коллекторов.

Замечания. Объем контейнеров туалета рассчитывают, исходя из состава семьи.

Переработка и утилизация бытовых стоков

В современных домах применяются автономные системы переработки и утилизации стоков, использующие биоинтенсивные методы переработки органики, содержащейся в бытовых стоках. Система переработки стоков может основываться на переработке смешанных стоков или раздельной переработке из разных источников образования стоков. Стоки, содержащие органику: кухонные, серые (ванная, стирка), черные (туалет) могут предварительно раздельно перерабатываться внутри дома и/или поступать в единую систему сбора и переработки на участке с последующим дренированием жидкой части. Накапливающаяся твердая часть в виде биологического ила перерабатывается на участке по мере накопления совместно с твердыми органическими отходами методами компостирования. Выбор варианта системы определяется особенностями естественного ландшафта и пожеланиями хозяина.

Преимущества раздельной очистки стоков серой и черной воды:

? устранение потребности в централизованной канализации и неконтролируемых септиках при многократном использовании всей воды, собранной в дренажных системах.

? сохранение здоровья и окружающей среды;

? существенные сбережения денежных средств.

Между серой водой (вода из ванны, умывальника и душа) и черной водой (вода из смывных туалетов) имеются очень важные различия, зная которые можно применить оптимальные методы очистки серой воды.

Ключевые различия между серой водой и черной водой:

? серая вода содержит азота в 10 раз меньше, чем черная вода (нитриты и нитраты азота - наиболее трудно удаляемые загрязняющие вещества);

? медицина рассматривает черную воду как наиболее существенный источник человеческих патогенов. Отделение серой воды от черной воды значительно понизит опасность, связанную с загрязнением окружающей среды патогенами;

? органические вещества, содержащиеся в серой воде разлагаются намного быстрее, чем содержащиеся в черной воде и для их разложения требуется меньшее количество кислорода;

? серая вода - ценный ресурс, т.к. содержит питательные вещества, которые можно использовать для выращивания декоративных и сельскохозяйственных растений.

Для предотвращения застоя воды в основании, имеющем небольшой уклон, на слое полиэтилена, препятствующего проникновению серой воды в почву, находится слой окатанного гравия для обеспечения эффективного дренажа. Пластмассовая противомоскитная сетка предотвращает следующий слой крупного песка от смешивания с гравием. Поверх песка находится 75 см слой богатой гумусом почвы. Глинистые почвы использоваться не должны.

Серую воду направляют в фильтр-жироуловитель и затем сквозь 75 см слой почвы.

В холодном климате обязательно, чтобы это первое устройство находилось внутри дома для круглогодичной работы си,стемы очистки воды. Корни растений насыщают воду кислородом.

Затем вода направляется сквозь фильтр из торфяного мха и угольный фильтр (помогает устранить запахи). Прошедшая очистку вода используется для хозяйственных целей. Она может иметь легкий запах сероводорода, пока растения в устройстве не образуют достаточную корневую систему. В течение первых 6...8 месяцев небольшое количество хлора устранит этот запах.

Простейшая система накопительного типа

Простейшая система утилизации всех типов стоков осуществляется в специальной подземной емкости достаточного объема. Система представляет собой гидроизолированный (дно и стенки) котлован на приусадебном участке, заполненный гравием и песком. Сверху он засыпан грунтом, аналогично любой другой дренажной системе, в которую сливаются все стоки. В грунт над этой дренажной зоной высаживается растительность, способная за вегетационный период выкачать из него воду. Эта система используется для слива только зимой. Летом стоки отводятся в почвенные фильтры, которые будут описаны ниже. Чтобы система не забивалась, стоки предварительно направляются в отстойник для отделения грубой фракции.

Рис. Простейшая система накопительного типа с утилизацией смешанных стоков.

Система раздельной очистки бытовых сточных вод с использованием компостирующего биотуалета

В этой системе используется безводный биотуалет и для обработки остаются только стоки из кухни, постирочной, ванной и бидэ. Стоки из этих источников объединяются в усовершенствованном септике (объединение септика и биофильтра-усреднителя) с последующим пропуском воды через фильтрующие траншеи, расположенные ниже зоны промерзания. Затем они направляются в накопительный резервуар (пруд), если рельеф позволяет его построить. Септик необходимо располагать в обогреваемом техническом подполье.

Рис. Система раздельной очистки бытовых сточных вод с использованием компостирующего биотуалета.

Система раздельной очистки бытовых сточных вод с использованием смывного туалета

В отличие от системы с безводным компостирующим биотуалетом, здесь применяется смывной туалет с малым расходом воды. Слив из туалета осуществляется в биофильтр-отстойник, где оседает и подвергается переработке большая часть органических частиц. Сюда же попадают пищевые отходы с кухни. Один раз в 2-3 года биофильтр нужно чистить от переработанного ила. Ил перемешивается с компостом и вносится в почву под непищевые культуры. (Биофильтр - отстойник можно заменить фильтрующей камерой со сменными контейнерами, но чистят ее чаще.) Еще одним дополнением системы является то, что стоки из ванной, душа пропускаются через механический песчаный фильтр и направляются в бачок смывного унитаза для повторного использования.

Рис. Система раздельной очистки бытовых сточных вод с использованием смывного туалета.

Рис. Варианты системы вторичного использования воды из ванной для смывных туалетов.

Основные элементы систем переработки и утилизации стоков

Система для повторного использования воды

Количество воды, используемое в смывных туалетах на одного человека немного меньше, чем он использует в ванной и душе (23 % и 18 %). Поэтому целесообразно вторичное использование для туалета воды из ванной и душа. Это приводит к снижению потребления воды на 18 %. Система состоит из двух емкостей - буферного накопителя, куда стоки из ванной попадают самотеком с предварительной очисткой через механический песчаный фильтр, и сливного бачка унитаза, в который стоки закачиваются с помощью насоса. Бачок делается существенно больше, чем обычный, а слив дозируется.

Замечание. Система должна быть так устроена, чтобы стоки не застаивались. Эта конструкция должна быть удобна для промывки и профилактики.

Жироуловитель

В бытовых стоках содержится много жиров. Поэтому, чтобы в трубах и других элементах конструкции системы переработки стоков на стенках не откладывался жир на, входе в систему устанавливается жироуловитель. Как правило, он устанавливается перед септиком и предназначен для отделения жиров из сточных вод. Жироуловитель - это устройство, имеющее простую и удобную для профилактической очистки конструкцию (Рис. 5.). Устройство состоит из грязеуловителя и собственно жироуловителя.

Рис. Жироуловитель.

Фильтр для стоков от стиральной машины

Фильтр для стоков стиральной машины предназначен для отделения частиц одежды, жиров, пыли и др. компонентов при стирке грязной одежды. Фильтр должен быть простой, быстрозаменяемый. Песок из фильтра утилизируется на биоботанической площадке.

Рис. Фильтр для стоков от стиральной машины.

Эффективный септик, совмещенный с фильтром

Замечание. Если система используется для очистки только серых стоков, то ее размеры могут быть уменьшены на 30 - 40 %. Компостирующий биотуалет существенно упрощает обработку бытовых стоков. Также, как и биотуалет, септик лучше всего располагать в отапливаемом техническом подполье. С этой целью в проекте экодома предусматривается солнечный обогрев септика. Септик должен быть удобно расположен для обслуживания, которое сводится к очистке и удалению осадков.

Фильтрующая траншея

Фильтрующая кассета

Фильтрующая кассета представляет собой подземную воздушную полость, накрытую сверху ребристой железобетонной плитой, в которую вставлены вытяжные трубы, обеспечивающие вентиляцию полости, чтобы в ней протекал аэробный процесс (Рис. ). В нижней части полости, на границе с грунтом, укладывается сначала песок, а над ним гравий. Такие системы используются на слабофильтрующих грунтах. Объем фильтрующей кассеты рассчитывается под объемы стоков от дома. Для дома фильтрующая кассета применяется для сброса стоков в зимнее время.

Рис. Фильтрующая кассета.

Механический фильтр после душа и ванной

Вода после ванной, душа, полоскания белья (кроме постирочной воды с моющими веществами) содержат достаточно мало разных органических взвесей и поэтому, после простого фильтрования, ее можно использовать вторично в смывных туалетах, а летом ее избыток может использоваться для полива. Это устройство входит в состав системы обработки и утилизации стоков, в которой используется смывной туалет. Устройство механического фильтра простое, с легко заменяемым песчаным фильтром (Рис. ).

...