Енергозбереження у житловому секторі базується на кількох критеріях. Першим і визначальним є рівень утеплення будинку. Зважаючи на низьку висоту котеджів (1-2 поверхи), роботи з їхнього утеплення можна виконати власноруч або силами кількох робітників. Бажаним є використання грубих верств природних матеріалів  (суміші вапна, глини, тростини, відходів льону, коноплі тощо).

Застосування саме масивних природних ізоляторів  дає змогу:

- накопичити в огороджувальних конструкціях (стінах та стелі) значну кількість тепла та суттєво зменшити їхні тепловтрати;

-  реалізувати «дихаючі» огороджувальні конструкції;

- заощадити значні кошти впродовж опалювального сезону;

- зменшити або відмовитися від споживання газу, іншого викопного палива чи мережної  електроенергії для опалення будинку;

- суттєво скоротити витрати на дорожчу і шкідливу синтетичну теплоізоляцію;

- забезпечити екологічність будівлі та проживання у ній.

Розглянемо детальніше, як забезпечуються ізоляційні характеристики суміші вапна з кострицею льону чи коноплі, які мають велику масу.

Зрозуміло, що легкі синтетичні матеріали такої здатності не мають. Саме завдяки великій масі природних ізоляторів процес накопичення тепла чи холоду триває досить довго – аж до 7-ми годин поспіль взимку і до 15-ти влітку. Взимку це дає змогу ефективно протидіяти охолодженню стін, а влітку – їхньому нагріванню. На рис. 1 показано процес накопичення тепла зовнішньою штукатуркою вранці холодного сонячного зимового дня. За відсутності вітру затемнена поверхня природного ізолятора відчутно нагрівається  Сонцем. Проникнення  холоду до приміщень будинку сповільнюється, що характеризується меншим втратами тепла і відповідно меншим споживанням палива. Після обіду весь об’єм ізолятора може прогрітися. Тобто можлива ситуація, коли ізолятор прогрівся (рис. 2) по всій товщині до температури понад 20°С і починає випромінювати тепло до будинку. Тоді витоки тепла з будинку припиняються. Увечері, після заходу Сонця (рис. 3), теплоізолятор поступово охолоджується, але продовжує чинити опір проникненню холоду. Нарешті, вранці відбувається найбільш інтенсивна передача тепла назовні (рис. 4), яка сповільнюється при підвищенні температури довкілля.

Отже, кількість тепла, яке втрачає будинок з природним теплоізолятором, не є постійною і залежить від температури повітря, пори року, сонячного випромінювання, сили вітру та товщини покриття. Але при цих обставинах можна говорити лише про усереднений опір теплопередачі зовнішніх огороджувальних  конструкцій (наприклад, стін). Відповідно, тепловтрати не є постійними. Що більша маса теплоізолятора, вагомішим є її вплив на температурні процеси у стіні чи іншій огороджувальній конструкції. Експерименти, проведені в Англії, повністю підтвердили це припущення. При раптовому зменшенні температури зовнішнього ізоляційного покриття на 20°С усереднений опір теплопередачі збільшувався у чотири рази. Оскільки синтетичні ізоляційні матеріали не мають великої маси, то для них перехідні температурні процеси не є такими значущими. Екструдований пінополістирол, мінеральна вата, напилювальна теплоізоляція айсінін тощо швидше нагріваються чи охолоджуються і починають працювати у стаціонарному режимі. Тоді значення опорів теплопередачі повертаються до значень, задекларованих виробниками.

 Чому на цьому факті так загострюється увага?

Тому що ефективність тепло ізолятора, у першу чергу, визначається його здатністю накопичувати та утримувати тепло.

Лише після ефективної теплоізоляції будинку можна здійснювати наступні кроки, які полягають у використанні енергій сонця, вітру, тепла землі і, нарешті, викопного палива.

Це і є другим критерієм, за яким можна оцінити рівень енергоощадності та екологічності будинку.

Звичайно, для опалення будинку у першу чергу слід використати безкоштовні та чисті енергії сонця, вітру, тепла землі тощо, а вже після цього спалювати вуглецеві сполуки. Ми є представниками виду гомо сапієнс, що означає «людина розумна». Але важко знайти логіку у діях людей, які вирубують ліси, спалюють нафту і газ, ігноруючи навіть можливість використання безкоштовних і поновлюваних  енергій. Наприклад, у цивілізованій Німеччині це дасть змогу закрити всі атомні електростанції у 2017 році. В Україні при відповідному рівні утеплення будівель можемо швидко досягнути такого ж ефекту при використанні енергій сонця та вітру, відмовитися від імпорту газу. Адже ще є запаси свого природного газу, якого при ощадливому використанні вистачить надовго.

Альтернативні джерела електроенергії

Найпростіше опалювати  будинки гарячим повітрям. Його легко нагріти від сонця чи електроенергією і розвести по приміщеннях повітропроводами. Цей давній спосіб огрівання є значно дешевшим та безпечнішим порівняно з водяним газовим чи дров’яним опаленням.

Сонячні колектори

Отже, використання електроенергії та енергії сонця може в корені вирішити всі проблеми опалення у житловому секторі. Для виробництва «своєї» електроенергії бажано використати вітрогенератори.  Для прикладу, тепловтрати добре утепленого будинку становлять не більше 20 Вт/м². Тоді щогодини будинок площею 100 м² потребує до 2 кВт∙год електроенергії на годину (48 кВт∙год на добу). Нині фахівцями розроблені проекти домашніх вітрогенераторів,  які забезпечують на виході 3-5 кВт електроенергії. Зрештою, не слід забувати також про сонячну енергію, денні надходження якої навіть у зимову пору становлять  1,5 кВт/м². Застосування кількох таких недорогих колекторів площею 10 м² може забезпечити додаткових 15 кВт∙год, що становить третину споживаної взимку добової енергії. Зрозуміло, що навесні та восени сонячних годин більше, і повітряні колектори повністю забезпечують будинок тепловою енергією.

Сонячні колектори найбільш доцільно монтувати на простінках між вікнами, оскільки кут нахилу зимового сонця до горизонту є незначним. Тому сонячні промені падають на вертикально розміщений  колектор майже під прямим кутом. Суттєвим доповненням до повітряних колекторів можуть бути  відбиваючі поверхні, які спрямовують сонячні промені на колектор. Ясного сонячного дня такі прості пристрої можуть збільшити надходження сонячної енергії до будинку на 20-30%.  Перевагою повітряних колекторів є їхня простота та низька вартість. Такий саморобний пристрій може працювати від невеличкої сонячної панелі та вентилятора. Окрім того,  для надходження теплової сонячної енергії до будинку не потрібні будь-які регламентні роботи.  На сьогодні найбільш раціональним є підлогове чи стельове опалення, яке заощаджує до 40% теплової енергії. Для реалізації такого опалення слід розмістити у підлозі та під стелею бляшані повітропроводи. Під час руху по них гаряче повітря нагріває плиту перекриття і через вентиляційні канали виходить назовні. Тим не менше, можливі спрощені реалізації, при яких повітря забирається з приміщення, прогрівається колектором та знову подається до приміщення. Такий спосіб нагрівання є менш ефективним, але значно простішим.

Вітрогенератори

Вітрогенератори  на сьогодні є логічним доповненням до сонячної енергетики. На черзі також дешеві сонячні електричні панелі інфрачервоного випромінення, розроблені в Україні, які можуть поставити хрест на використанні газу для опалення взагалі. Під цим кутом зору спроби організувати в Україні добування сланцевого газу виглядають недолугими, шкідливими і морально застарілими. Ці дії (порушення  прав людей, які проживають у зоні видобутку сланцевого газу, нищення  їхнього здоров’я  та отруєння мільйонів гектарів с/г угідь) підпадають під  статті кримінального кодексу. За це колись доведеться відповідати.

Будинкові вітрогенератори є різних типів. Здебільшого використовуються лопатеві конструкції. Але останнім часом вживаються і роторні прибудинкові вітряки, які мають нижчий рівень вібрацій, шкідливих для здоров’я. При використанні потужних промислових лопатевих вітрогенераторів ця проблема вирішується перенесенням вітряка на безпечну відстань. Наприклад, у Європі потужні вітростанції розміщують на морському узбережжі або ж у безлюдних місцях. Так чи інакше незалежно від конструкції силою вітру обертаються рухомі частини генератора, який виробляє електроенергію. Останнім часом з’явилися надпотужні ніодімові постійні магніти, застосування  яких дало змогу збільшити виробництво електроенергії  вітрогенераторами.  У випадку використання енергії вітрогенератора лише для нагрівання повітря відпадає необхідність у стабілізації напруги та частоти живлення, що здешевлює його використання.  Взимку вітрогенератор можна використовувати для нагрівання приміщень, а влітку – для нагрівання басейнів, приготування сухофруктів, живлення побутової техніки тощо.

Виникає запитання, як зменшити терміни окупності пропонованих систем сонячного та електричного опалення?

Для середньостатистичного сільського мешканця навіть $2000 інвестицій можуть бути проблемними. Вихід з цієї ситуації нам вбачається у розвитку громад та кооперативного руху на їхній основі. Наприклад, при розвинутому льонарстві, яке, нарешті, відроджується, можна мати безкоштовну кострицю льону як сировину для утеплення.

Другою можливістю є експорт чистих с/г продуктів до країн ЄС, оскільки наші землі є чистими, бо переважно не використовувались впродовж останніх 20-ти років. Наприклад, при добре налагодженому експорті сухофруктів до країн ЄС річний чистий прибуток може сягати 5000 євро. При вартості лізингу сушарки у 1000 євро за рік можна розрахуватися з боргами і повністю повернути кошти, витрачені на термомодернізацію будинку.

Юрій ДУДИКЕВИЧ, Михайло БОЙКО