Новейшая тенденция в строительстве домов — энергетическая независимость. Можно ли построить дом, который не будет подключен к внешней электрической сети? Будущие инженеры и архитекторы утверждают, что это совершенно реально. Многие из их проектов можно воплотить уже сегодня.

В проводящемся дважды в год состязании Solar Decathlon участвует 20 студенческих команд, которые должны построить дома на полном «самообеспечении» (то есть они должны производить столько же энергии, сколько и потребляют). Однако в январе 2011 года это мероприятие само, по иронии судьбы, оказалось бездомным — ему было отказано в выставочных площадях в парке National Mall в центре Вашингтона, округ Колумбия. Студенты обратились в Конгресс и изложили свое видение этого случая в известном политическом блоге The Hufftington Post. И победили. Состязание, организованное министерством энергетики, все-таки состоялось. С 23 сентября по 2 октября посетители бродили по возведенным на выставке домам и своими глазами видели, как студенты испытывают на прочность новые блестящие идеи, 22 из которых описаны в этой статье.

Калифорнийская команда — CHIP

Проект CHIP (Compact House — Infinite Possibilities, компактный дом — безграничные возможности), разработанный в Калифорнийском технологическом и Института архитектуры Южной Калифорнии (SCI-Arc), объединяет в себе оригинальные решения — как архитектурные, так и инженерные.

1. Зажимы для установки солнечных панелей

Не очень-то охота пробивать кровлю опорами для крепежа солнечных батарей — потом через дыры потечет вода, а кровельщики откажутся от гарантийных обязательств. Чтобы избежать проблем, студенты объединили в одну конструкцию рельсы IronRidge для монтажа батарей и самодельную систему зажимов. В результате и виниловая кровля обходится без повреждений, и солнечные батареи фиксируются вполне надежно.

2. Электропитание для парковки электромобиля

В условия конкурса не включались какие-либо требования касательно парковки или гаража для автомобиля. Однако калифорнийская команда придумала, как, использовав в своем проекте преимущества приподнятого верхнего этажа, устроить прямо под спальней зарядную станцию для электромобиля. Толстый 20-амперный электрический кабель связывает розетку зарядной станции с восьмикиловаттной солнечной батареей.

3. Автоматический кондиционер

Самый оригинальный элемент в системе отопления и вентиляции в доме CHIP, по мнению студента Калтеха Фея Янга, это кондиционер Mitsubishi. Этот аппарат самостоятельно замеряет излучение различных участков дома в инфракрасном диапазоне, а затем автоматически направляет прохладные струи на самые нагретые участки.

4. Управление жестами

Студенты Калтеха взяли разработанную компанией Microsoft систему Kinect для аппарата Xbox 360 и заставили ее работать в качестве системы управления домом. Разработчик Коул Хершковиц описал ее как «интерфейс управления домашними системами посредством жестов». Система фиксирует жесты и телодвижения, и распознает их как команды зажечь свет, включить стереосистему или телевизор и т. п.

5. Сайдинг с рекламных щитов

В качестве влагонепроницаемой обшивки для своего дома эта команда использовала виниловую пленку на полиэфирной основе. Ее можно получать как вторсырье в виде отслуживших свое рекламных плакатов. Этот же материал годится и для кровли.

Enjoy House

Команда Нью Джерси — Enjoy House

6. Бетон пополам с пеной

Команда из Нью-Джерси (Университет Рутгерса и Технологический институт штата Нью-Джерси) свой «Дом радости» — стены, пол и крышу — собрала из бетонных плит толщиной 30 см, внутренние полости которых в половину их толщины заполнены пенополистиролом. Такой подход позволяет добиться высокой теплоизоляции, зимой бетонные плиты днем накапливают солнечное тепло, а отдают его по ночам.

WaterShed

Университет штата Мериленд — WaterShed

7. Терраса с солнечными батареями

У этого дома вся южная плоскость двускатной крыши с обратными скатами покрыта солнечными батареями, которые способны давать 9,2 кВт электроэнергии. В качестве резервного электроисточника над крышей небольшой террасы, примыкающей к кухне, установлены шесть солнечных панелей по 220 Вт каждая. На каждой панели смонтированы микропреобразователи, выдающие переменный ток прямо с солнечной батареи, что избавило строителей от необходимости прокладывать лишнюю электропроводку.

Solar Roof Pod

Команда Нью-Йорка — Solar Roof Pod

8. Система Solar Roof Pod, разработанная городским колледжем Нью-Йорка, может устанавливаться на плоских крышах уже существующих 4 — 6-этажных зданий. Она монтируется из типовых строительных блоков размером полтора на два с половиной метра и толщиной 16 см, которые можно использовать как стены, а затем устанавливаются окна, стеклянные призмы и солнечные панели. Размер и конфигурация блоков могут быть различными в зависимости от необходимости.


4 идеи, которые вы можете испытать у себя дома

10. Следите за расходом энергии. Система eMonitor компании Intellergy установлена в доме Колледжа Миддлберри. Она показывает потребление энергии — и в режиме реального времени, и усредненные величины. Кроме того, она высвечивает список из пяти потребителей, которые расходуют больше всего энергии. Он поможет вам найти те места, где экономность даст максимальный эффект.

11. Возвращение тепла. В доме enCORE, построенном командой Университета штата Огайо, в качестве одного из элементов вентиляционной системы используется рекуператор, то есть вентилятор с возвратом тепловой энергии. Это устройство, которое можно включить прямо в вашу действующую систему вентиляции, передает тепло из отработанного и выпускаемого наружу воздуха тем свежим порциям, которые засасываются с улицы в дом. Таким образом, вы снижаете энергорасходы на нагрев и охлаждение воздуха, утилизируя тот энергопоток, который обычно бывает просто выброшен на улицу.

12. Назад к природе. Посмотрев, как все это происходит в низинах у Чесапикского залива, Университет штата Мериленд организовал свое болотце, которое помогает управиться с дождевыми и бытовыми стоками. Обитатели могут ходить над всем болотом по специальным мосткам. Для защиты от гниения эти мостки построены из древесины, специально обожженной в печи — по своим качествам она похожа на дерево, обработанное высоким давлением.

13. Солнечный козырек. Полупрозрачные солнечные панели Sanyo, из которых сделан навес над террасой дома Университета Аппалачей, заливают ее мягким, рассеянным светом. Такая полутень не только приятна, но и выгодна — все 42 панели обеими своими поверхностями поглощают ультрафиолет и выдают каждая по 195 Вт электроэнергии.


Университет Аппалачей — The Solar Homestead

9. Студенты из Университета Аппалачей штата Северная Каролина придумали, как можно повысить эффективность трубчатых коллекторов солнечной энергии. Для этого оказалось достаточно простенького самодельного устройства, правда, дополненного очень сложным алгоритмом его расчета.

The Solar Homestead

Желобки с зеркальной поверхностью, установленные под решеткой из трубок теплового накопителя, повышают эффективность всей системы и лучше нагревают теплоноситель (этиленгликоль), который передает энергию для нагрева воды в «Усадьбе». Чтобы изготовить эти зеркальные желоба, студенты придумали такую технологию. Гибкая зеркальная пленка прижимается на большой длине к трубе из ПВХ диаметром 32 см и фиксируется парой брусков сечением 5 х 10 см, закрепленных на петлях. Затем на незеркальную сторону пленки накладывается стеклоткань с эпоксидкой — в результате получается достаточно жесткая подложка. Весь этот процесс не так уж и сложен, однако вычисление правильной кривизны отражающего желоба и оптимального расстояния, на котором должна быть установлена теплосборная трубка, потребовали от будущего инженера Нейла Рифкина полных двух семестров кропотливых вычислений. Должна ли это быть парабола? Или дуга окружности? И какова высота солнца в сентябре над Вашингтоном? «После того, как я все это рассчитал, изготовить сами рефлекторы было уже совсем несложно», — говорит студент. В результате получился термоблок размером 2 х 5 метров. Он смотрится как солнечное пятно над не имеющей окон хозяйственной пристройкой.

Команда Массачусетса — 4D Home

14. Массачусетский колледж искусства и дизайна совместно с Университетом штата Массачусетс в Лоуэлле представили проект, где в едином гибридном модуле совмещены полупроводниковые солнечные батареи и тепловые водяные коллекторы. Кремниевый сэндвич обычной солнечной батареи толщиной 12 мм вставлен в трехсантиметровую алюминиевую рамку. В гибридной системе SunDrum, установленной на доме 4D, плоский солнечный тепловой коллектор вставляется в свободное место алюминиевой рамки, служа подложкой под солнечной батареей. В результате такой «бутерброд» и подогревает воду для домашних нужд, и охлаждает полупроводниковые панели, повышая этим их энергоотдачу.

Дэвид Дэйли, выбравший себе специальность «электротехника», проводит кабели от контрольной панели к розеткам и батареям, заканчивая работы с солнечным навесом, построенным мерилендскими студентами.

Международный Университет штата Флорида — Perform (d)ance House

15. «Ставни для защиты от ураганов выглядят весьма уродливо», — говорит руководитель проекта Университета Флориды Энди Мадонна. Вот новое решение — 10 поворотных, уравновешенных противовесами ставней, которые в поднятом состоянии служат навесом над террасой. Если нужно защититься от урагана (или просто от посторонних глаз), достаточно будет 15 минут — это в восемь раз быстрее, чем закрыть те ставни, которые предлагаются сейчас на рынке. «Мы надеемся, что наша новинка скоро дойдет до потребителя», — говорит Мадонна.

Perform (d)ance House. Благодаря противовесам эти двухсоткилограммовые панели, защищающие здание во время урагана, можно поднять или опустить так же быстро, как закрыть гаражную дверь.

Empowerhouse

16. Жизнь после выставки.

После окончания Solar Decathlon множество представленных домов оказываются никому не нужными. Зато команда, составленная из студентов Новой школы дизайна Парсонса, Школы международных отношений, менеджмента и городской политики Милано, а также из Института технологии Стивенса, решила, что Динвуд, пригород в округе Колумбия как нельзя лучше подойдет для постоянного обитания их детища — Empowerhouse. Эта команда собирается продемонстрировать свой конкурсный дом площадью около 80 кв. м. на выставке, а после конкурса этот дом в паре с еще одним станет жилищем площадью около 240 кв.м., удобным для обитания двух семей.

17. Дождь не убежит

Чтобы спастись от ливневых вод, делают водопроницаемые мостовые, сквозь которые вода уходит в почву. Вода, падающая на крышу, стекает в четырехтонную подземную цистерну, из которой через специальный патрубок можно будет забирать воду для садовых нужд. Избыточная вода поступает в дождевой сад, расположенный в низине .

18. Ландшафтный дизайн

Дом решено обсадить грабами каролинскими — эти стройные деревья не будут перекрывать тот свет, который должен падать на пятикиловаттные солнечные батареи. Такие растения, как древовидная гортензия, отфильтровывают тяжелые металлы, удаляя их из садовой почвы.

Университет Пердью — INhome

19. Корни растений могут очищать воздух от формальдегидов, бензина и других летучих органических соединений. Это не шутка, а факт, доказанный специалистами NASA. Команда из университета Пердью, опираясь на это научное открытие, построила свою вертикальную биостенку.

Вертикальная стенка из живых растений размером 60 х 180 см очищает воздух в доме INhome, когда этот воздух поступает во внутреннюю вентиляцию. Кевин Роджерс, студент Пердью, устроил этот вертикальный сад таким образом, что все растения живут без почвы, в среде из пористой ткани, в которую подается по каплям насыщенный удобрениями раствор. «Мы использовали самые обычные растения, такие как золотой потто или сердцелистный филодендрон. Как говорит Роджер, нужно только через корни прокачивать большие количества воздуха, и результат будет налицо.

Мидлбери — Self-reliance

20. Непроницаемые окна

Для того, чтобы пресечь утечку тепла через окна, архитектор Джозеф Байш использовал немецкие окна фирмы Optiwin, в которых использовано тройное остекление. Они являются теплоизолятором по классу R-7. Если к этим окнам добавить стены по классу R-42 и крышу по классу R-74, мы получим практически идеальную теплоизоляцию.

Self-reliance

Университет штата Теннеси — Living Light

21. Двойной фасад.

Северную и южную стены дома прикрывают два двуслойных окна, за которыми оставлен воздушный просвет в 30 см. «Таким образом мы можем обеспечить поступление света и хороший вид из окна, но при этом не повредим теплоизоляции», — говорит руководитель проекта Ами Хоуард. Нагрузка на отопительную систему будет снижена и за счет автоматических жалюзи, размещенных между стеклянными панелями.

Living Light

Команда из Флориды — Flex House

Чтобы избавиться от избыточной влажности, которая отнимает 30% энергии кондиционера, студенты из университета штата Флорида сконструировали особый водопад, очищающий воздух от влаги.

22. Капельный осушитель

«По сути дела это просто соленая вода», — говорит студент-выпускник инженерного факультета в университете Флориды о растворе хлорида кальция, стекающего по акриловой пластине высотой 230 см. Эта установка может рассматриваться как украшение интерьера, но кроме того, у нее есть и вторая функция — она представляет собой один из элементов вентиляционной системы. Влажный наружный воздух поступает в эту установку, и теряет здесь излишки воды. Если к этому аппарату добавить еще энергоэкономичный вентилятор, который может нагревать или остужать воздух, но не избавляет его от излишней влаги, мы получим систему, которая выполнит все эти функции, не расходуя лишней энергии.

Статья опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2011).