АНАЛИЗ ЗАРУБЕЖНОГО ОПЫТА АРХИТЕКТУРНО-ТИПОЛОГИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ ДОМОВ С СОЛНЕЧНЫМИ БАТАРЕЯМИ

УДК  728.1:662.997 

Воронежский государственный  архитектурно-строительный университет

Доц, Т.В. Богатова;

Магистрант  кафедры проектирования зданий и сооружений   

Бондарук  Яна Сергеевна

Россия, г. Воронеж, тел. 8(4732)774-339 
 
 
 

Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering

Senior lecturer, T.V. Bogatova;

Undergraduate of designing of buildings and constructions faculty

Bondaruk Yana

Russia, Voronezh, tel. 8(4732)774-339 
 

    Т.В. Богатова, Я.С. Бондарук 

    АНАЛИЗ  ЗАРУБЕЖНОГО ОПЫТА  АРХИТЕКТУРНО-ТИПОЛОГИЧЕСКОГО ФОРМИРОВАНИЯ ДОМОВ С СОЛНЕЧНЫМИ БАТАРЕЯМИ 

    Представлены  исследования влияния применения солнечных  батарей на повышение энергоэффективности  жилых зданий. Установлено, что применение солнечных батарей позволяет  сократить до 70%  энергии на отопление и горячую воду. Приведены рекомендации по применению солнечный батарей и основные правила проектирования солнечных домов.

Ключевые  слова: солнечные батареи, энергосбережение, альтернативные источники энергии

T.V. Bogatova, Y.S. Bondaruk

ANALYSIS OF FOREIGN EXPERIENCE IN ARCHITECTURAL AND TIPOLOGICAL FORMING OF BUILDINGS WITH SOLAR BATTERIES.

    Researches of solar batteries application influence on increasing of residential buildings power efficiency are presented. It was established that application of solar batteries permits to decrease energy on heating and hot water up to 70%. Recommendations for solar batteries application and basic rules of solar houses engineering are introduced.

Key words: solar batteries, power efficiency, alternative energy sources

    Повышение энергоэффективности зданий в последние  десятилетия стало одним из основных направлений развития строительной индустрии. За рубежом начало разработок по улучшению теплозащиты эксплуатируемых  зданий явилось следствием энергетического  кризиса 70-х годов, и с 1976 года в большинстве зарубежных стран нормируемые величины теплозащиты конструкций увеличились в 2 - 3,5 раза. В настоящее время процесс этот не замер на месте: требования к используемым теплоизолирующим материалам постоянно повышаются, ужесточаются нормативы теплопроницаемости и смежных параметров отдельных строительных конструкций и сооружений в целом.

    Теплоизоляция зданий и сооружений преследует несколько  практических, целей: повышение уровня комфортности, тепло- и звукоизоляции, экономию топливных ресурсов и сокращение эксплуатационных расходов. Однако в концепцию энергоэффективного дома входит не только изоляция конструкций при помощи теплоизолирующих материалов, но и специфические инженерные решения системы вентиляции и теплоснабжения.

    Для развития концепции энергосберегающего дома, безусловно, необходимо опираться  на богатый опыт эксплуатации различных  зданий. Очевидно, что энергоэффективность  здания определяется совокупностью  многих факторов. Исследования показывают, что при эксплуатации традиционного многоэтажного жилого дома через стены теряется до 40% тепла, через окна - 18%, подвал - 10%, крышу - 18%, вентиляцию - 14%. Поэтому свести теплопотери к минимуму возможно только при комплексном подходе к энергосбережению.

    В зарубежной практике уже довольно активно используются альтернативные источники энергии. Вот один из многих примеров зданий, где используется энергия солнечной радиации для отопления и подачи горячей воды

    Солнечный дом Шмида. В солнечном доме Шмида 70% энергии на отопление и горячую воду производят коллектор площадью 62 м² и резервуар объемом 12 м.Семья Шмидов из Регенсбурга отапливает дом солнечной энергией и лишь небольшим количеством дров.

    С зимы 2004 года семья Шмидов живет  в солнечном доме, который на 70% отапливается энергией солнца. Оставшаяся часть приходится на котел, работающий на щепе, мощностью 20 кВт. Томас Шмид ведет учет расходов. «В наш второй отопительный сезон, холодной зимой 2005/6, мы первый раз затопили 14 ноября, а в последний раз – 5 марта,» -вспоминает он. Система солнечно-древесного отопления не только сохраняет его деньги, но и не наносит вред окружающей среде.

     Если пройти вдоль дома с северной стороны (рис.1), то нельзя даже предположить, что сзади скрывается «солнечная электростанция»(рис.2). Две двери на террасу и большие окна пропускают в дом солнечный свет, что позволяет пассивно использовать солнечную энергию. А на крыше установлен солнечный коллектор размером 62 квадратных метра. Крыша с углом наклона 60 градусов больше напоминает фасад.

     Рис.1.Дом Шмида, г.Регенсбург.             Рис.2. Дом Шмида. Вид солнечных батарей

              Северный фасад

    Преимуществом крутого ската крыши является то, что зимой солнце стоит практически  вертикально к крыше и накопитель поглощает особенно много солнечного тепла. С середины февраля по середину марта семья Шмид обходится лишь солнечной энергией для отопления жилой площади в 220 квадратных метров. В темное время года котел дает дополнительное тепло накопителю, чей объем составляет 12 кубических метров, и тепло аккумулируется внутри дома.

    Сведения  о солнечном доме Шмида:

    Дом жилой площадью 220 м², с подвалом

    Строение  из кирпича с внешней изоляцией  и обшивкой досками в разбежку

    Площадь коллектора 62 м²

    Угол  наклона коллектора 60 градусов

    Накопитель: швейцарский накопитель объемом 12 м³

    Высота 7,8 м, двухступенчатая система разгрузки/загрузки

    Распределение тепла: стеновое панельное отопление  и «теплый пол»

    Дополнительное  отопление: котел, работающий на щепе, мощностью 20 кВт

    Потребность в топливе: от 3 до 5 стер (складочный кубический метр) дров.

    Рекомендации  по применению солнечных батарей

    Первым  этапом проектирования солнечного дома считается выбор оптимальной  формы здания. Как правило, рекомендуется  компактная, близкая к квадрату форма  плана с минимальным периметром наружных стен.

    Показателем компактности служит коэффициент, равный отношению площади наружных стен к внутреннему объему здания. Для  уменьшения поверхности наружных стен могут использоваться цилиндрические, полусферические и другие нетрадиционные формы.

    Особое  значение при проектировании солнечного дома приобретают планировка участка  и правильная ориентация. Для эффективного использования солнечной радиации южная стена или кровля жилого дома должны облучаться прямыми солнечными лучами с 9.00 до 15.00 даже в самый неблагоприятный день. Для этого солнцевоспринимающий фасад должен быть ориентирован на юг с отклонением не более чем на 10..20°.

    При детальном проектировании зданий (ориентация, инсоляция и т. д.) должны также  учитываться по возможности энергетические требования. Солнечные дома необходимо проектировать очень тщательно, и этот принцип должен соблюдаться в мельчайших деталях.

    Вот основные правила, которых следует  всегда придерживаться:

    - строить с учетом климата и  изучать естественные условия;

    - проект, не учитывающий сохранение  энергии, в большинстве случаев  не имеет успеха и всегда  неэкономичен;

    - хорошая инсоляция всего здания  обеспечивает снижение его энергетических  потребностей;

    - значение R для стен и крыши  должно составлять не менее 5;

    - применять по возможности тройное  остекление;

    - располагать отверстия и солнечные  коллекторы с южной стороны  и правильно ориентировать здание;

    - избегать затенения южного фасада  здания;

    - учитывать, что технически и  конструктивно многократное использование  энергии всегда находит применение  в доме (отработанная вода, освещение  и т. д.);

    - предусматривать защиту дома  от холодного ветра (деревьями,  склонами, тепловыми буферными зонами  и т. д.);

    - тщательно рассчитывать оптимальное  соотношенне между объемом здания  и наружной поверхностью (максимально  возможный объем при наименьшей  поверхности);

    - предусматривать проектирование  тепловой буферной зоны (т.е. двойные  двери, крытые террасы и др.);

    - использовать редкое физическое  явление экзотермии (теплоотдачи);

    - использовать термические свойства  аккумуляторов здания с точки  зрения оптимального решения  резервуара для возмещения дневных  (ночных) теплопотерь и удовлетворения  сезонных тепловых энергетических требований;

    - учитывать оптимальное соотношение  комфортной, автономной и наружной  энергий; 

    - уменьшать теплопотери через  окна, увеличивая величину R (окно  днем обеспечивает нас меньшим  количеством тепла, чем теряет  его ночью.).

    Применение  данных решений на территории нашей страны

    К сожалению, Россия в вопросе развития "солнечного" домостроения продолжает отставать от индустриального мира, хотя ее климатические условия позволяют  строить "солнечные" здания во многих регионах. Еще 20 лет назад в Московском архитектурном институте был создан первый отечественный эскизный проект загородного "солнечного" дома, который так и не был реализован.

    Сегодня, правда, фронт работ по строительству "солнечных" зданий расширился. Этому  способствует деятельность созданного в 1994 году в Москве "Интерсолцентра", вскоре ставшего ассоциированным членом ОРЕТ. Его задача - интеграция с ЮНЕСКО и другими международными организациями, а также мониторинг российских проектов по "солнечному" дому, включенных в Мировую солнечную программу на 1996-2005 годы. По инициативе "Интерсолцентра" и при поддержке Минтопэнерго и Министерства промышленности, науки и технологий России в 1996 году был организован Московский солнечный саммит, а в 1999 году прошли Международный конгресс и выставка "Бизнес и инвестиции в области воспроизводимых источников энергии в России".

    Не  так давно в Московском государственном  строительном университете была разработана  программа "Солнечный дом" и  создан проект жилого дома "СОЛ-1" (руководитель - архитектор Т. В. Захарова), получивший золотую медаль на международной выставке "Жилище-99". В этом проекте использованы исключительно элементы пассивной системы энергосбережения: две стены Тромба, гравийные накопители тепла в полуподвальном помещении, массивные полы, перекрытия и стены. Хорошим аккумулятором тепла служат сад и теплица, расположенные на втором этаже. По расчетам, в жилище, построенном по проекту "СОЛ-1", только в зимнее время придется пользоваться дополнительными источниками тепла, расход которых сокращен на 70%. Проект наш, российский, однако первый объект по "СОЛ-1" будет построен в Германии, хотя в перспективе собираются возводить подобные дома и в южных районах России. Кроме этого у нас разработан проект СЭС мощностью 1,5 МВт для детского санатория в Кисловодске, а в Калмыкии уже ведется строительство подобной станции. Успешно работают над "солнечной" программой НПО "Астрофизика" и АО "Ставропольэнерго", создавшие автономные гелиоэнергетические установки и блочные модульные электростанции с параболическими концентраторами и зеркалами, оснащенными системами слежения за Солнцем. Наконец-то появился план "солнечной" деревни в Краснодарском крае. Фирма "Солнечный ветер" (г. Краснодар) и завод "Красное знамя" (г. Рязань) готовы поставить для нее солнечные модули и фотоэлементы. И все же по сравнению с тем, что делается в области солнечной энергетики в западных странах, - это капля в море. А ведь наша промышленность и проектные институты давно готовы внести свою лепту в мировую копилку разработок по "солнечному" домостроению. Это и тепловые коллекторы, и высокоэффективные фотоэлементы, и изделия из специально обработанной влаго- и огнестойкой древесины.

    Возможно, российские "солнечные" дома, особенно в сельской местности, будут больше тяготеть к деревянным конструкциям, чем на Западе, где дерево в большом дефиците. Но основная концепция энергосберегающего дома, по-видимому, должна быть единой - в Европе ли, в Америке или на необъятных просторах России. Нужна технологическая совместимость элементов "солнечного" дома, изготовляемых у нас и в других странах. Мы должны интегрироваться в зарубежное производство, иначе безнадежно отстанем и будем вынуждены покупать "солнечные" дома за границей, где уже сейчас 1 м² гелиоколлекторов, поставляемых западными фирмами, стоит в среднем 400 долларов.