Конкурс "Экодом”

 Оборудование

 Таблицы, бумага, карандаши, калькулятор.

Вводное слово

 Экологические проблемы не возникают сами по себе. Они порождаются людьми, нашим образом жизни, нашими ценностями и ориентирами Бессмысленно кричать, что мы против уничтожения дикой природы, при этом приобретая участок с лесом под дачу или огород. Бессмысленно кричать, что мы боремся с глобальным потеплением и одновременно строить каменные дворцы, на отопление которых требуются тонны угля или мазута. Поэтому, если, мы хотим построить устойчивое гармоничное общество, и сохранить красоту живого мира, не на словах, а на деле, начинать надо с себя, со своего образа жизни, своего дома, своей семьи.

Действительно, большая часть нашей жизни, так или иначе связана с нашим жилищем, здесь мы проводим 60% своего времени: работаем и отдыхаем, встречаемся с друзьями и воспитываем детей. Специалисты оценивают вклад жилья в общую экологическую нестабильность в 30%. В них входят проблемы энергосбережения, утилизации бытовых отходов, водообеспечения, производства экологически чистых стройматериалов, рациональное использование приусадебного хозяйства, создание психологически комфортной среды обитания и множество других.

Поэтому если каждый человек попытается решить задачи связанные хотя бы с собственным домом это будет существенный вклад в устойчивое развитие цивилизации.

Экологическое домостроение развивается в Европе и Северной Америке более двадцати лет, а у нас  мало кто знает, что такое экодом. В этом конкурсе вы сами попробуете разобраться в этом. Конечно всех задач, которые должен решать экодом в одном задании не охватить, поэтому мы предлагаем вам решить проблему энергосбережения  (теплосбережения) дома - одну из самых главных, так как производство энергии - самое грязное производство в мире, использующее  невозобновляемые  ресурсы и влияющее на изменение климата. В ваших силах спроектировать энергоэффективный дом, на отопление которого в холодный период потребуется совсем небольшое количество топлива. Как это сделать? Попытайтесь сами.

"Экодом" - это экологически чистый дом, сочетающий современный комфорт с автономными системами жизнеобеспечения, в которых максимально используются возобновляемые ресурсы и процессы, такие как солнечная энергия и переработка органических отходов биологическими методами. Как правило, "экодом" строится из местного сырья, и имеет приусадебный участок для выращивания овощей и утилизации всех органических отходов.

Условия конкурса

 Необходимо спроектировать экодом для семьи из 5 человек. Обязательное условие чтобы дом был энергоэффективтым, то есть при эксплуатации этого дома на обогрев требовалось небольшое количество топлива. В этом случае лишние затраты на хорошую теплоизоляцию легко окупятся за несколько лет проживания в доме. В нашей задаче они должны окупиться за 10 лет.

Таким образом,  вам нужно спроектировать дом, который на строительство и за 10 лет эксплуатации потребует минимум денежных средств и в тоже время обеспечит достойное проживание его обитателям. Температура в жилых помещениях должна быть не ниже +20 градусов.

Задание 1: Разработать общий план дома для семьи из пяти человек. На одного человека должно приходиться не меньше 16 кв.м. Дом должен оказаться  компактным, так как лишняя поверхность стен и окон увеличивает потери тепла. (Пример чертежа на рис. 1)

 

Задание 2: Дом теряет тепло при остывании внешней поверхности здания и за счет утечки теплого воздуха при вентиляции (открытые окна и двери, тяга печи и т.п.). Причем потери на вентиляцию достаточно велики и обычно составляют 40% от всех теплопотерь. Чем больше внешняя поверхность здания и перепад температур внутри и снаружи, тем больше тепла теряет дом. Материалы из которого сделаны стены, двери, фундамент могут значительно снизить эти теплопотери. Чем больше теплоизоляционные свойства материала постройки, тем меньше остывает дом. Таким образом потерянное тепло можно рассчитать по формуле:

Qпотери = S • dt • k / Rтреб + Qвентил

Где:

Qпотери - потери тепла за один месяц;

S - общая площадь внешней поверхности здания (стены + окна + двери + пол + потолок)

dt - разница температур комнатного и наружного воздуха (tкомнатного - tнаружного)

Kтреб. - требуемая теплоизоляция здания

k - расчетный коэффициент, для учета теплопотерь за один месяц, k = 1600 МДж/кВт;

Qвентил - потери тепла за счет вентиляции Qвентил = 0.4 Qпотери

Раз так или иначе часть энергии теряется она должна быть восстановлена за счет сжигания топлива или другого источника энергии (например, электроэнергии)

Qсгор = q • m или Q = W • t (для электроэнергии)

где:

m - масса топлива для обогрева помещений, потребляемого за один месяц;

q - теплота сгорания выбранного вида топлива;

t – время использования электроэнергии.

При нормальном функционировании дома Qпотери = Qсгор

Найдите зависимость теплоизоляции (Rтреб) от массы сжигаемого топлива и вычислите значение требуемой теплоизоляции дома для самого холодного месяца года.

Так как наша задача построить энергоэффективный дом и уменьшить затраты на отопление, массу топлива для расчетов нужно выбрать не больше чем используется для обогрева обычного дома (450 кг угля за январь).

Задание 3: Используя справочные материалы таблицы 3, разработать строение и толщину стен и утеплителей для крыши и фундамента для найденного значения теплоизоляции. Например:

Стена из деревянного бруса

с облицовкой из кирпича

 кирпич - 10 см, воздух - 10 см, дерево - 20 см

R = 200 + 300 + 700 + 700 = 1900

Стоимость 1 кв.м - 112 у.е.       

Стена из кирпича

с пенопластовым утеплителем

кирпич – 10 см, пенопласт - 10см, кирпич - 10см

R = 200 + 2000 + 200 = 2400

Стоимость 1 кв.м 134 у.е.

Вариант деревянного перекрытия

со шлаковым утеплителем

дерево - 10см, шлак - 20 см

R = 700 + 450 + 450 = 1600

Стоимость 1 кв.м 60 у.е.  

Для элементов дома, находящихся под землей, необходима теплоизоляция в два раза меньше расчетной, так как окружающая почва сама служит хорошим изолятором.

Может оказаться так, что значение Rтреб слишком велико и не получается выбрать стены, окна или крышу с такими теплоизоляционными характеристиками. В этом случае вычисляется равноэффективная площадь этих элементов.

Для окон:

S равноэфф.окон = Sокон • Rтреб / Rокон

Например, для 10 кв.м окон с двойным остеклением и при требуемой теплоизоляции Rтреб = 2600:

S равноэфф.окон = 10 кв.м • 2600 / 400 = 65 кв.м

другими словами через 10 кв.м поверхности окон теряется столько же тепла, сколько через 65 кв.м поверхности с расчетной теплоизоляцией. Это и будет равноэффективный вклад окон в общую поверхность дома (не забудьте учесть его в общей формуле).

В итоге, общая равноэффектшшая площадь Sравноэф равна:

Sравноэфф = Sстен • Rтреб / Rстен + Sокон • Rтреб / Rокон + Sпола • Rтреб / Rпола + Sпотолка • Rтреб / Rпотолка + ...

Если вынести Rтреб за скобки:

S равно эфф = Rтреб • (Sстен / Rстен + Sокон / Rокон + Sпола / Rпола + Sпотолка / Rпотолка + ...)

и теперь формула теплопотерь примет вид:

Qпотери = S равно эфф • dt • k / Rтреб + Qвентил.

Задание 4: Вычислить общую стоимость дома и дополнительного оборудования (таблица 4). Учтите, что затраты на устройство крыши и отделочные работы составляют 30% от стоимости основных стройматериалов, а расходы на транспорт и непредвиденные расходы составляют 25% от стоимости стройматериалов если строить самому и 50% если использовать труд профессиональных рабочих.

Задание 5: Вычислить затраты на обогрев дома за 1 год и за 10 лет. Найти оптимальное соотношение затрат на строительство и эксплуатацию дома за 10 лет так чтобы их сумма была минимальной.

Задание конкурса выдается командам заранее и готовится дома. Во время проведения олимпиады команда объясняет свой проект экодома и отвечает на дополнительные вопросы.

Оценка

Общий план дома - 3 балла

Расчет необходимой теплоизоляции - 3 балла

Разработка строения стен - 3 балла

Расчет общей стоимости дома - 3 балла

Оптимизация затрат на строительство и эксплуатацию - 5 баллов

• 2018 Декабрь
• 2019 Май