Содержание материала

  1. ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И СТРОИТЕЛЬСТВА ГЕЛИОЭНЕРГОАКТИВНЫХ ОБЪЕКТОВ В СССР
    1. «Солнечные» дома Института высоких температур Академии наук СССР.

Экспериментальный научный полигон «Солнце»

С. И. Вайнштейн, О. С. Попель, Η. П. Селиванов
В Институте высоких температур АН СССР ведется систематизированная разработка вопросов использования солнечной энергии на основе преобразования ее в низкопотенциальную теплоту для приготовления горячей воды и отопления зданий. Объектами разработки приняты здания жилищно-гражданского и сельскохозяйственного назначения. Цель разработки — снижение теплозатрат и повышение общей энергетической экономичности. Одновременно комплексно рассматриваются архитектурные, строительные и социальные аспекты проблемы улучшения жилищных условий, экологические вопросы охраны окружающей природной среды.
Особый интерес представляет разработка экономичных индивидуальных жилых домов с солнечным теплоснабжением для сельской местности, где традиционно используется органическое топливо с низкой тепловой эффективностью. Разработка и строительство объектов ведутся институтом высоких температур совместно с проектными и строительными организациями Дагестанской АССР, Армянской и Грузинской ССР.
В 1981 г. в поселке Мерцаван Армянской ССР построен экспериментальный жилой дом серии «Е» с автономной системой солнечного теплоснабжения активного типа (рис. 6.1). Дом предназначен для испытаний и отработки солнечной установки для отопления и горячего водоснабжения индивидуальных сельских жилых домов. Дом оборудован солнечной установкой с площадью солнечных коллекторов 32,4 м2, системами аккумулирования теплоты, контрольно-измерительных приборов и автоматики (КИП и А) для экспериментальных исследований. Солнечная установка обеспечивает экономию до 3 т у.т/год. За счет солнечной энергии покрывается 50—55% годовых теплопотребностей дома.
Сметная стоимость дома составляет 35,6 тыс. руб., в том числе стоимость солнечной установки 5,5 тыс. руб. Разработчики: Институт высоких температур АН СССР, Проектный институт Армгипросельхоз, НИИВВиП Минсельхоза Армянской ССР.
Другая конструкция солнечного дома (жилая площадь 62,5 м2) с наклонной стеной-коллектором, обращенной на юг, построена в Дагестанской АССР (Верхний Гуниб) в 1981 г. (рис. 6.2). Это экспериментальный жилой дом серии «Г» с активной системой солнечного горячего водоснабжения и отопления. Он предназначен для испытаний и отработки солнечных установок горячего водоснабжения и отопления индивидуальных жилых домов в сельских районах и рабочих поселках. Оборудован солнечной установкой с площадью солнечного коллектора 56 м2, системами аккумулирования теплоты, автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных, КИП и А. В солнечном контуре теплоносителем может быть антифриз (например, этиленгликоль).
Солнечная установка позволяет обеспечить экономию до 50% топлива, необходимого для покрытия тепловых потребностей дома в отоплении и 70% — в горячей воде; получить расчетную годовую экономию — 3 т у. т.; уменьшить загрязнение окружающей природной среды.
Сметная стоимость дома составляет 76,4 тыс. руб., в том числе солнечной установки 8 тыс. руб. Разработчики: Институт высоких температур АН СССР, Институт Дагестангражданпроект и ЦНИИЭП инженерного оборудования.
В 1983—1986 гг. Институт высоких температур АН СССР ведет строительство научного полигона «Солнце» в Даг. АССР, на базе которого создана научная станция. Основные задачи использования станции:
проведение комплекса экспериментальных, опытно-конструкторских работ и соответствующих исследований, связанных с отработкой и созданием систем солнечного теплоснабжения, горячего водоснабжения и другими применениями солнечной энергии в народном хозяйстве (теплицы, сушка и т. д.);
разработка и внедрение солнечных установок в Дагестанской АССР и других районах страны для целей снабжения теплотой и горячей водой строящихся индивидуальных жилых домов, объектов общественного назначения и сельскохозяйственных комплексов;
разработка и создание высокоэффективных солнечных коллекторов, аккумуляторов тепловой энергии, средств управления и автоматизации работы солнечных установок с необходимым программным обеспечением.
Разработчики: Институт высоких температур АН СССР, Институт Дагестангражданпроект при Совете Министров Даг. АССР. Генподрядчик: трест Дагсельстрой Минсельстроя РСФСР. Площадь участка составляет 10 га; площадь застройки — 7000 м2; рабочая площадь зданий — 4000 м2. Сметная стоимость объекта — 2600 тыс. руб. Все объекты полигона оснащены солнечным горячим водоснабжением, а некоторые объекты и солнечным отоплением.
Физико-географическая и климатическая характеристика полигона. Экспериментальный научный полигон ИВТАН «Солнце» расположен на побережье Каспийского моря в 20 км севернее Махачкалы. Рельеф участка сложный, с общим уклоном в сторону моря, покрыт барханными песками.
Климатические условия во многом определяются близостью Каспийского моря, с одной стороны, и оврагами Кавказских гор — с другой. Узкая равнина между морем и горами служит своеобразным коридором, по которому холодные воздушные массы с севера проникают на юг и теплые с юга на север. Зимой преобладают северо-западные, западные и юго-восточные ветра. Ветры обычно имеют среднюю скорость 2—6 м/с. Нередко скорость ветра достигает более 15 м/с, отмечаются и до 50 м/с. Направление ветра часто меняется в течение года. Скоростной напор ветра достигает 70,7 кг/м2.
Среднегодовая температура воздуха составляет +11,6° С. Абсолютная максимальная температура наблюдается в июле ( + 35° С), а минимальная (—25° С) в январе. Зима короткая со средней температурой +0,5°С. Солнечных дней около 280 в год. Относительная влажность воздуха в среднем составляет 77%, при максимуме зимой 84% и минимуме летом 66%. Максимальное суточное количество осадков 104 мм.



Рис. 6.1 Жилой дом серии «Е» с автономной системой солнечного теплоснабжения в поселке Мерцаван Армянской ССР
Рис. 6.2. Жилой дом серии «Г» с наклонной стеной — коллектором солнечной энергии в поселке Верхний Гуниб Дагестанской АССР

Рис. 6.3. Главный лабораторный корпус серии «Л» с активной системой солнечного горячего водоснабжения (полигон «Солнце»)


Рис. 6.4. Лабораторный корпус серии «В» с активной системой солнечного горячего водоснабжения (полигон «Солнце»)
Рис. 6.5. Общественное здание серии «С» с солнечной установкой горячего водоснабжения (полигон «Солнце»)
Полигон имеет меридиональную ориентацию и размещен параллельно берегу моря в 100—120 м от уреза воды. В состав комплекса полигона входят: лабораторные корпуса серии «А» (рис. 6.3) и «В» (рис. 6.4) с активными системами солнечного горячего водоснабжения; общественное здание серии «С» с солнечной установкой горячего водоснабжения (рис. 6.5); душевой павильон с солнечным бассейном; гараж с солнечной водонагревательной установкой, электрокотельная, хозяйственные постройки; дом серии «И1» с активной системой солнечного горячего водоснабжения и отопления; экспериментальный одноквартирный жилой дом серии «М» с системой солнечного горячего водоснабжения и отопления (рис. 6.6); экспериментальный одноквартирный жилой дом серии «М1» с активной системой солнечного горячего водоснабжения и отопления; экспериментальный двухквартирный жилой дом серии «И» с активной системой солнечного горячего водоснабжения (рис. 6.7); экспериментальный одноквартирный жилой дом серии «П» с пассивной системой солнечого отопления и солнечной установкой горячего водоснабжения (рис. 6.8); экспериментальный теплогидравлический стенд; экспериментальный одноквартирный жилой дом серии «3» с активной системой солнечного горячего водоснабжения и отопления.
Практически впервые на полигоне была принята попытка увязать солнечную архитектуру лабораторных корпусов с национальными мотивами при широком варьировании пространственных решений и архитектурного облика зданий (см. рис. 6.3, 6.4, 6.5).
Творческий подход к разработке архитектурного облика экспериментальных объектов не вступает в противоречие с основным назначением проверки различных гелиосистем. Так, гелиоприемные панели коллектора главного лабораторного корпуса серии «Л» (см. рис. 6.3) органически входят в число средств, определяющих архитектурную индивидуальность объекта.
Лабораторный корпус предназначен для испытаний и отработки солнечной установки горячего водоснабжения объектов жилищно-бытового назначения (гостиницы, кемпинги, санатории, дома отдыха). Корпус оборудован солнечной установкой с площадью коллекторов 400 м2, системами аккумулирования теплоты, КИП и А, автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных.
Солнечная установка позволяет: обеспечить экономию в мае—августе до 100% топлива, необходимого для покрытия тепловых потребностей в горячей воде; получить расчетную годовую экономию 25 т у. т.
Сметная стоимость лабораторного корпуса составляет 511,28 тыс. руб., в том числе солнечной установки 50 тыс. руб. Рабочая площадь корпуса 1399,78 м2; полезная площадь 2399,8 м2. Разработчик: Институт высоких температур АН СССР, Институт Дагестангражданпроект.
Дом серии «М» эксплуатируется с 1983 г. Он предназначен для испытаний и отработки солнечной установки горячего водоснабжения и отопления индивидуальных сельских жилых домов. Оборудован солнечной установкой с площадью солнечных коллекторов 56 м2, системами аккумулирования теплоты, автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных, КИП и А.
Солнечная установка позволяет обеспечить экономию до 40% топлива, необходимого для покрытия тепловых потребностей в отоплении и 55% — в горячей воде; получить расчетную годовую экономию 3,0 т у. т.
Сметная стоимость дома составляет 74,77 тыс. руб., в том числе солнечной установки 7 тыс. руб. Разработчик: Институт высоких температур АН СССР, Институт Дагестангражданпроект.
Не лишен архитектурной индивидуальности и определенных экологических достоинств в условиях строительства в Даг. АССР дом серии «И» с жилой площадью 91 м2 (см. рис. 6.7). Дом предназначен для испытаний и отработки солнечной установки горячего водоснабжения индивидуальных сельских жилых домов. Он оборудован солнечной установкой с площадью солнечных коллекторов 24 м2, системами аккумулирования теплоты, автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных, КИП и А.


Рис 6.6 Одноквартирный жилой дом серии «М» с системой солнечного горячего водоснабжения и отопления (полигон «Солнце»)


Pис. 6.7 Двухквартирный жилой дом серии «И» с системой солнечного горячего водоснабжения (полигон «Солнце»)
Рис. 6.8 Одноквартирный жилой дом серии «П» с пассивной системой солнечного отопления и солнечной установкой горячего водоснабжения на полигоне «Солнце»

Солнечная установка позволяет: обеспечить экономию до 80% топлива, необходимого для покрытия тепловых потребностей в горячей воде; получить расчетную годовую экономию 1,9 т у. т.
Сметная стоимость дома составляет 61,32 тыс. руб., в том числе солнечной установки 3,5 тыс. руб. Предполагается построить 50 домов этой серии в поселке гидростроителей Ирганайской ГЭС в Даг АССР Разработчик: Институт высоких температур АН СССР, Институт Дагестангражданпроект.
Дом серии «П» с жилой площадью 50,5 м2 (см. рис. 6.8) предназначен для испытаний и отработки пассивной системы солнечного отопления и солнечной установки горячего водоснабжения индивидуальных сельских жилых домов. Нагревательным элементом системы отопления служит остекленная стена здания, ориентированная на юг, окрашенная в черный цвет Дом оборудован солнечной установкой горячего водоснабжения с площадью солнечных коллекторов 15 м2, системами аккумулирования теплоты, КИП и А, автоматизированного сбора и обработки экспериментальных данных.
Солнечная установка позволяет: обеспечить экономию до 60% топлива, необходимого для покрытия тепловых потребностей в отоплении и 70% в горячей воде; получить расчетную годовую экономию — 2,2 т у. т.
Сметная стоимость дома составляет 27,99 тыс. руб., в том числе солнечной установки 3 тыс. руб. Разработчик: Институт высоких температур АН СССР Институт Дагестангражданпроект.