Солнечные дома в Карачаево –Черкесии

 Системы солнечного отопления принципиально делятся на два типа:

а) Активные системы. Они сохраняют традиционную систему отопления с котельной и радиаторами, но частичный подогрев воды для котельной осуществляется с помощью солнечных водонагревателей. В качестве аккумулятора используется резервуар с водой примерно в половину объема отапливаемого здания. Такой солнечный дом дороже обычного в 1.6 раза.

б) Пассивные системы. Учитывая, что затраты на отопление в процессе всего периода эксплуатации здания достаточно велики, при проектировании здания за основу принимают способность конструктивных элементов здания и его архитектуры максимально удерживать солнечную энергию и снижать тепловые потери.  Новая солнечная архитектура исходит из геометрии движения солнца по небосклону в течения всего года, аккумулирующей способности южной стенки, выгодных планировочных решений с точки зрения снижения теплопотерь, с учетом использования современных теплоизолирующих материалов. Капитальные затраты увеличиваются на 10-15%. Эксплуатационные затраты сведены к минимуму.

Строительство солнечных домов с пассивным накоплением тепла практически не ограничено климатическими условиями эксплуатации. Вопрос только о доле использования солнечной энергии. При проектировании традиционная система отопления в качестве дублера не рассматривается, а максимально используется энергия окружающей среды (энергия ветра, энергия воды и т.д.). Использование эффективного электрического дублера экономически выгоднее, чем традиционная система отопления.

Разумеется путь к созданию энергоэффективного автономного дома лежит только через использование пассивных систем солнечного отопления.

Тебердинский солнечный дом

          Климатические условия

Объект расположен на высоте 1348 м над уровнем моря, расчетная зимняя температура наружного воздуха минус 20 градусов, средняя скорость ветра – 6,8 м/с. Среднесуточные колебания температуры воздуха достигают 30 градусов.

Тебердинский солнечный дом

Первый в России энергоактивный дом с пассивной системой солнечного отопления. Построен в 1982 году недалеко от горнолыжного курорта «Домбай».

Размеры дома 12 х 6 м. Четыре комнаты, коридор, санузел. Стены выполнены из деревянных щитов. Южная стена представляет собой солнечный коллектор 4–х конструктивных модификаций авторской разработки и представляет собой несущую стенку толщиной 30 см в железобетонной оболочке с защитным остеклением. Солнечный коллектор работает как тепловой аккумулятор. В качестве теплоаккумулирующего материала использовались различные вещества, в том числе и материалы со скрытой теплотой при фазовых превращениях. Дом спроектирован и построен по принципам солнечной геометрии. Традиционная (дублирующая) система отопления – отсутствует. Гарантия эксплуатации солнечного коллектора соответствует сроку эксплуатации бетона. Проект был разработан до стадии индустриального производства, что позволило построить дом за несколько дней. Предварительно был реконструирован цех завода по производству железобетонных изделий для начала массового производства.

Солнечный дом испытывался в условиях холодного континентального климата в течение 7 лет с 1982 по 1989 годы.

Традиционно пассивные солнечные дома в мире строятся в тропических, либо субтропических климатических условиях, где расчетная зимняя температура выше нуля градусов Цельсия. Как правило, наружные стены солнечного дома выполняются из массивного материала для сглаживания наружных температурных колебаний.

В подобных холодно-климатических условиях как в Теберде, пассивные солнечные дома нигде в мире не испытывались. Вдобавок, как указано выше, три наружные стены выполнены из легких деревянных щитов, что усложнило условия эксперимента. Удалось также уменьшить площадь солнечного коллектора в 1,8 раза, по сравнению с известной на тот момент конструкцией солнечного дома Мишеля Тромба в Одейо (Франция). Это позволило ограничиться габаритами южной стены по высоте и ширине, что открывает перспективы многоэтажного солнечного домостроения. Во французском доме коллектор помимо южной части стены захватывал цокольную и чердачную части дома.

Испытания показали высокую эффективность солнечного дома. Стена-коллектор работает по принципу кондиционера и поддерживает температуру от 16 до 28 градусов Цельсия, независимо от времени года и погодных условий. При сильных ветрах в февральские морозы температура воздуха внутри здания падала до + 14-16 градусов Цельсия. Своеобразный рекорд солнечный дом поставил в январе 1987 года. Комиссия сельхозотдела обкома КПСС в присутствии автора по договору отключила полностью электричество и опечатала дом. На следующий день начался снегопад, который длился 16 суток. Выпал снег толщиной 4,5 метра. В присутствии членов комиссии солнечный дом откопали с помощью бульдозера через 17 дней. Снаружи солнечный коллектор обледенел, но температура в помещениях колебалась от плюс 14 до 17 градусов Цельсия.

Через 2 года испытаний в одном из помещений был зафиксирован побочный биологический эффект. Растения, находящиеся во второй комнате развивались намного быстрее и достигали большего роста. Дальнейшие физические исследования показали, что длина волны внутреннего излучения одного из коллекторов благоприятно воздействует на биологические объекты, в том числе и на человека.

Горизонтально расположенные зеркальные ставни днем отражают солнечные лучи на коллектор, а ночью автоматически закрываются и теплоизолируют солнечный коллектор.

Освещение основных помещений осуществляется через гиперболические зеркала в чердачной части здания. Световые проемы (окна) находятся в чердачном перекрытии.

Доля солнечной энергии в отоплении и охлаждении здания за период испытания составила 92%. Автоматическое управление работой ставнями осуществлял солнечный электрический фотоэлемент. Горячее водоснабжение осуществлялось с помощью традиционных солнечных водонагревателей.

По заказу Министерства обороны СССР на базе Тебердинского солнечного дома разрабатывался энергетически автономный дом. Испытания прошли 2 типа ветроэнергоустановок конструкции автора. Они были разработаны специально для доминирующих в горных ущельях скоростях ветра 6 – 8 м/с. Испытывалась также мини гидроэлектростанция Харьковского турбинного завода. В 1991 году был подготовлен контракт с Министерством обороны СССР на производство 40 энергетически автономных зданий для наблюдения за космическими объектами и здание высокогорной научной лаборатории, однако известные события в СССР в том же году не позволили реализовать эти проекты.

 Солнечная столовая на 140 мест в Архызе.

  В 1987 году по заказу Карачаево-Черкесского областного Совета по туризму и экскурсиям был выполнен проект туристической базы на 360 мест с использованием солнечной энергии для отопления и горячего водоснабжения. Помимо прочего в проекте была предусмотрена система биологической очистки сточных вод по космической технологии, поскольку база должна была строиться в экологически чистых условиях Тебердинского высокогорного заповедника.                                     В сентябре 1987 года была построена столовая на 140 мест из этого проекта.

Столовая отапливается по той же технологии, что и Тебердинский солнечный дом, но с применением новых аккумулирующих веществ. Учитывая большую снеговую нагрузку зимой в горных районах, кровля столовой выполнена с солнечным подогревом, что не дает скапливаться снегу на кровле. При температуре наружного воздуха минус 6-16 градусов температура в чердачном помещении ночью поднималось с плюс 16 до 30 градусов. Зеркальные ставни и параболоидные зеркала отсутствуют.

К сожалению, строительство остальных объектов было приостановлено из-за событий в стране и в республике.

Автор проектировал и дома с пассивным солнечным охлаждением для тропической зоны и, как было сказано выше, разработал несколько новых аэродинамических и электрогенерирующих модификаций ветроэлектростанций роторного и цепного типов.

***

Перечисленные экспериментальные и научно-исследовательские работы велись за собственный счет и были приостановлены по причине их бесперспективности в условиях современной России.

Однако, в последнее время аварии на крупных энергообъектах наталкивают на мысль, что гигантомания не привела и не приведет к успеху. Кажущаяся низкая себестоимость электроэнергии крупных электростанций на практике       не более, чем миф. Каскад понижающих трансформаторов, большие сети, приводят к огромным потерям электроэнергии. А выход из строя крупной генерирующей станций  парализует производство и экономику страны. Китай пошел другим путем. Они отказались строить две крупнейшие электростанции, а вместо них за 10 лет китайской перестройки построили 91 тысячу малых электростанций. Очевидно, что такая система более надежна.

Стратегия максимального использования энергии окружающей среды может высвободить до 60% используемых энергетических мощностей в коммунальной службе для развития производственной сферы.

По этому пути пошли западные страны, испытывающие дефицит энергоресурсов.

Мурат Хатукаев

Член Совета МСИТА

Управляющий директор

Компании Eco Fortis Ltd

(Великобритания)