ОТЕЧЕСТВЕННЫЙ И ЗАРУБЕЖНЫЙ ОПЫТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СОЛНЕЧНЫХ КОЛЛЕКТОРОВ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

В статье проанализирован отечественный и зарубежный опыт использования солнечных коллекторов в строительстве, рассмотрены проблемы энергоэффективного домостроения в России.

Ключевые слова: солнечный коллектор, солнечная энергия, энергосбережение, эко-дом, теплоноситель.

В последнее десятилетие резко возрос интерес к использованию солнечной энергии для отопления жилых и общественных зданий. Перспектива обеспечить частичное, а в отдельных случаях и полное теплоснабжение весьма заманчива, и это побуждает к развитию теоретических и экспериментальных работ. Сегодня во многих странах построены сотни опытных зданий различного назначения с солнечным отоплением, серийно выпускаются комплекты бытовых гелиосистем, служащих для обогрева жилища и иных хозяйственных нужд.

Опыт зарубежных стран можно использовать с большой пользой для отстающих государств в области энергосбережения, так как у них есть возможность подробно разобрать плюсы и минусы передовых технологий, видеть особенности, хитрости и ошибки в проектировании таких зданий [1]. При разумном использовании всех этих знаний можно добиться больших успехов в сфере энергосбережения, в том числе использования солнечных коллекторов.

В мире накоплен большой опыт использования солнечной энергии, который включает два основных метода — активный и пассивный. Поглощения и собирания солнечной энергии непосредственно элементами строительных конструкций зданий с использованием дополнительных устройств или без них происходит в пассивных системах. Активные системы основаны на использовании коллекторов, устройств преобразующих солнечную энергию в тепло или электричество [2]. Солнечные коллектора являются неотъемлемой частью проектирования и строительства зеленых домов.

Ярким примером использования солнечных коллекторов является немецкий квартал Вобан (Vauban) во Фрайбурге, который считается одним из европейских экспериментальных эко-районов (Рис.1). Основная работа проводится в области энергосбережения и альтернативных источников энергии – к 2040 году район должен полностью обеспечить себя солнечной энергией. Применены солнечные коллекторы для нагревания воды, системы утепления каждого дома, солнечные батареи для электричества [3]. Эти дома могут отапливаться солнцем через огромные окна и от энергии, которую выделяют люди и электроприборы, то есть 59 энергетически активных зданий, которые обогреваются только ветром и солнцем и еще отдают лишнюю энергию городу.

Еще одним примером является район Viikki, расположенный в пригороде Хельсинки (Финляндия), представляет собой экологическое поселение (Рис.2). Демонстрационный энергоэффективный район стал одним из девяти европейских экспериментальных проектов программы Европейского сообщества Thermie, решающей задачи зеленого строительства. Здесь в реальных условиях исследуются различные инновационные технологии, а также их взаимосвязь с экологическими и социальными аспектами.

Система солнечного теплоснабжения состоит из восьми установленных на зданиях солнечных коллекторов общей площадью 1 248 м2. Эти солнечные нагревательные системы обеспечивают централизованное теплоснабжение и в некоторых случаях производят также, обогрев помещений при помощи систем подогрева пола.

Применяются солнечные комбинированные системы, системы пассивного использования солнечной радиации, параллельная работа систем солнечного обогрева и систем централизованного теплоснабжения, в солнечных коллекторах используются модули большой площади (площадь блока коллектора – 10 м2)( Рис.3).

Солнечная система горячего водоснабжения и напольного отопления скомбинирована с центральным теплоснабжением Хельсинки. Площадь солнечных коллекторов составляет 157 м2. Эта система обслуживает группу зданий, состоящую из основного четырехэтажного дома с солнечными коллекторами и двух рядом стоящих зданий с террасами (44 квартиры, в которых проживает около 150 жильцов). С помощью данной системы удается покрыть приблизительно 62 % потребляемой энергии, необходимой для горячего водоснабжения. Кроме того, она участвует в работе системы напольного отопления, необходимого даже в некоторые холодные летние ночи. Из первого бака подается в основном вода для горячего водоснабжения, в то время как напольное отопление осуществляется из второго бака. Недостающая тепловая энергия берется из сети централизованного теплоснабжения (Рис.3). Солнечные коллекторы встроены в конструкцию крыши жилого дома. Эти коллекторы установлены под углом 47–60°. Такие углы оптимальны, поскольку они соответствуют наклону Солнца осенью, зимой и весной, когда имеется наибольшая потребность в энергии.

Примером отечественного опыта проектирования стало малоэтажное строительство энергоэффективного эко-дома «Freedom» в Московской области (Рис.4). Первый эко-дом серии FREEDOM — образец малоэтажного жилого здания нового поколения, в котором используются три ключевых параметра: энергоэффективность, экологичность и беспрецедентно низкая стоимость строительства (16 000 руб./кв.м.). Коттедж отапливается с помощью котла на деревянных паллетах. В доме используются солнечные коллектора, которые обеспечивают дом горячей водой. Такое сочетание экологических и экономических параметров является практически уникальным для российского рынка недвижимости и строительных услуг, как правило, повышение класса энергоэффективностии улучшение эко-показателей происходит за счет удорожания себестоимости строительства на 15-25%.

Еще одним примером использования солнечных коллекторов является малоэтажный жилой «Зеленый дом» в Уфе инженера Альфреда Файзулина (Рис. 5). Основной целью было построить дом, который будет дешево обходиться в эксплуатации [4]. Зеленый дом имеет два контура отопления. В доме используется гелио коллектор, обеспечивающий сбор солнечного излучения в любую погоду. Коэффициент поглощения – 98%. В яркий солнечный день установка позволяет нагреть воду до 97-98 градусов. В доме инженера горячее водоснабжение обеспечивают 30 герметичных конденсаторных трубок с гелио титановым покрытием из низко дисперсного стекла. Температура воды в емкости объемом 300 м³ даже в пасмурную погоду не падает ниже 40 градусов.

Анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования «солнечных» домов показал, что для условий эксплуатации сезонно обитаемого жилища средней полосы России, наиболее подходящей является воздушная система теплоснабжения. Воздух нагревается в солнечном коллекторе и по теплоизолированным воздуховодам подается в помещение. Удобство использования воздушного теплоносителя, по сравнению с жидкостным, очевидны: нет опасности, что система замерзнет, нет нужды в трубах и кранах, простота и дешевизна, возможность изготовления гелиосистемы своими силами. Хотя очевидный минус — невысокая теплоемкость воздуха.

В части расположения солнечного коллектора на доме предпочтения отдается вертикальному варианту. Он много проще в строительстве и дальнейшем обслуживании. По сравнению с наклонным коллектором (например, расположенным на крыше) не требуется уплотнения от воды, отпадает проблема снеговой нагрузки, с вертикальных стен проще смыть пыль и т.д. Плоский вертикальный коллектор помимо прямой солнечной радиации будет воспринимать и рассеянную, отраженную от земли или снега энергию в условиях пасмурной погоды и при легкой облачности.

Исходя из анализа зарубежного опыта проектирования, идею энергосбережения в ведущих странах стали активно реализовывать после энергетического кризиса, который послужил серьезной мотивацией для этих стран. Так как в России острых проблем с энергоресурсами на данный момент нет, поэтому идеи энергосбережения, энергоэффективного домостроения развиваются очень медленно, но все же начинают интересовать частных застройщиков.

Список литературы

1.                       Арутюнян, А.А. Основы энергосбережения / А. А. Арутюнян.— Москва: Энергосервис, 2007. — 600 с.

2.                       Технология энергосбережения: Учебник / Ю.Д. Сибикин, М.Ю. Сибикин. - 3-e изд., перераб. и доп. - М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2013. - 352 с.

3.                        Самарин Олег. Теплофизика. Энергосбережение. Энергоэффективность /Самарин Олег, -М.: Издательство Ассоциации строительных вузов (АСВ), 2009. – 296 с.

4.                       Сайт Своими руками. Строительство энергоэффективного, пассивного дома – чертежи и фото, устройство и конструкция [Электронный ресурс]- http://kak-svoimi-rukami.com