Активні та комбіновані сонячні будівлі

16 Лютого 2020

Активна сонячна будівля — це енергоефективна будівля, яка завдяки використанню сонячної енергії отримує її у кількості, що перевищує власні потреби, але не менше п’ятдесяти відсотків своїх потреб.

Будівля, що функціонує за рахунок сонячної системи повністю або частково називається геліобудівлею.

До геліобудівель відносять ті, які для отримання та накопичення сонячної енергії використовують спеціальне обладнання, яке складається із геліоприймаючих колекторів, теплового акумулятора, теплового дублера (додаткове чи резервне джерело енергії), теплообмінників для передачі тепла від колектора в акумулятор та з акумулятора до споживача, насосів чи вентиляторів, розподільчих трубопроводів, системи автоматики і контролю.

Геліосистема — це спеціальний комплект обладнання, який перетворює сонячну енергію в теплову енергію. Як правило, до її складу входять геліоколектор (генератор), насос для теплоносія, сам об’єкт, який отримує енергію.

Переваги:

  1. Велика варіативність застосування:
  1. підтримка системи опалення
  2. гаряче водозабезпечення
  3. холодозабезпечення
  4. вироблення електроенергії
  5. підігрів води в басейні
  6. зменшення споживання первинної енергії, яка може на сто відсотків забезпечити потреби в теплі тощо

Недоліки:

  1. висока ціна
  2. сезонність
  3. залежність від перепадів напруги

Основні характеристики геліобудівлі:

  1. ефективна теплоізоляція будівлі;
  2. вікна та двері з низьким коефіцієнтом теплопередачі;
  3. акумулятор ємкістю 7500-40000 літрів;
  4. геліоприймальні колектори площею 20-75 м2
  5. забезпечення потреби в тепловій енергії за допомогою сонця — не менше 50%
  6. резервне джерело енергії

Щоб досягти максимальної енергоефективності, активні геліобудівлі повинні поєднувати у собі як активне, так і пасивне використання сонячної енергії.

Основною проблемою, з якою стикаються проектувальники, будівельники та власники майбутньої будівлі, полягає у нерівномірному розподілі сонячного випромінювання в залежності від сезону: понад 70% енергії сонця припадає на теплу пору року, з травня по вересень. У холодні зимові місяці світловий день коротший та сонячної радіації значно менше.

Тому ефективне використання сонячної радіації досягається за рахунок акумуляторів надлишкової енергії. Об’єм акумулятора повинен акумулювати достатню кількість енергії, щоб перекрити потреби в теплі протягом періоду відсутності сонячного випромінювання. Ємкість акумулятора повинна мати максимальну теплову ізоляцію, щоб ефективно зберігати накопичене тепло.

Устрій геліосистем та їх види

З елементів геліосистем найбільший вплив на архітектуру будівлі чинить геліоприймальний пристрій (колектор). Тому за своїм типом геліосистеми можна розділити на системи зі стаціонарно розміщеними колекторами і колекторами, які стежать за сонцем.

В цілому активні та комбіновані сонячні будинки нетрансформуємого типу зі стаціонарно розміщеним геліоприймачем відрізняються відносною простотою конструктивних рішень і обслуговування. Хоча навіть найпростіші з них не забезпечують ефективного зниження літнього перегріву приміщень. Такі будівлі доцільно будувати в районах із сонячною зимою і відносно прохолодним і похмурим літом. В Україні такі кліматичні умови характерні для північно-західних регіонів. На південній Україні з більш жарким літом необхідно передбачати сонцезахист приміщень.

Багато світових держав, в тому числі й Україна, найближчим часом планують перейти на принципово нові будівельні стандарти, що дозволять зводити енергоефективні будівлі, здатні за рахунок поновлюваних джерел виробляти енергії більше, ніж споживають самі. На сьогодні одним із таких підходів є будівництво комбінованих сонячних будинків. Розроблений ряд технічних рішень багатоповерхових будинків, де геліоприймачі (колектори) виконані у вигляді зовнішніх огороджувальних панелей (покриття будинків, панелей зовнішніх стін, панелей лоджій, балконів, розміщених вертикально, горизонтально, під кутом до горизонту). Колектори можуть бути як суміщені з поверхнею, так і розміщуватись під кутом до поверхні.

Колектори працюють як активна система уловлювання сонячної енергії. При цьому будинки додатково можуть мати сонячний солярій, акумулюючі стіни, підлоги тощо, що виконують функцію пасивної системи урегулювання сонячної енергії.

Прагнення продовжити активний період опромінення будинків сонячною енергією стимулювало створення «слідкуючого за сонцем» колектора, з’єднавши його з будівлею, яка при цьому повертається разом з колектором.

Такі будівлі розподіляють на два типи:

  1.  Мобільні будівлі, які обертаються разом з колектором та «слідкують за сонцем»;
  2.  Стаціонарні будівлі зі «слідкуючим за сонцем» колектором, які поділяють на:
  • стаціонарні будівлі зі слідкуючим колектором і уловлювачами;
  • стаціонарні будівлі з нерухомим колектором і забезпеченими поворотними екранами-відбивачами.

Будівля складається із двох частин. Нерухома частина має круговий фундамент у вигляді центральної плити, яка переходить в асиметричний порожнистий ствол, і концентрично розміщених навколо нього паль. Поворотна платформа, на якій змонтована рухома частина будівлі, оперта по периметру через монорельс і опори обертання на палі, а в центрі — через несучі ролики на кільцеву консоль.

Нерухомий порожнистий ствол пропущений через всі поверхи будівлі і на висоту додаткового поверху виведений над площинною покрівлею. Рухома частина будівлі жорстко змонтована на поворотній платформі і сполучена з нерухомим стволом, на який поверхово передається частина навантаження. Для цього в рівнях міжповерхових перекриттів ствол обладнаний такими ж кільцевими консолями, як і під поворотною платформою.

Всередині ствола розміщена ліфтова шахта, інженерні комунікації, санітарно-кухонні блоки, які сполучаються з рухомою частиною будівлі. Зі сторони фасаду будівля має засклені лоджії, нижня частина яких захищена непрозорими колекторами, а засклення може бути селективно прозорим для ультрафіолетових променів. Це дає можливість в осінньо-зимовий період додатково використовувати лоджії як утеплені солярії з продовженим режимом інсоляції.

Протилежний фасад має утеплені сонцезахисні екрани, які захищають світлові прорізи влітку від надлишкової інсоляції (якщо будівля повертається або встановлена так, що фасад з лоджіями знаходиться в тіні), а взимку — від переохолодження. Для цього в нічний час прорізи наглухо закривають поворотними стулками утеплених екранів. Будівля має автоматику «слідкування за сонцем», яка з’єднана з приводом обертання і може бути установлена в будь-якому положенні відносно сонця.

Мобільні будівлі, що обертаються у режимі «слідкування за сонцем» мають переваги в підвищеному ККД сонячних колекторів, у збільшенні кількості уловлюваного сонячного тепла і в можливості, за бажанням відвідувачів, забезпечити в будь-який час самозатінення і, навпаки, підвищену інсоляцію приміщень відповідним поворотом будівлі. Недоліком таких будівель є значна вартість приводу руху будівлі, ускладнення конструктивного рішення і підвищені витрати електроенергії.

Стаціонарні будівлі зі «слідкуючим за сонцем» колектором і уловлювачами

В основу стаціонарних будівель зі слідкуючими колекторами покладена ідея слідкування за сонцем, як і в мобільних будівлях, що обертаються, але тут колектор залишається нерухомим, а за сонцем спостерігає або слідкуючий уловлювач, або екран-відбивач. В державах СНД розроблені типи стаціонарних будівель зі слідкуючими колекторами, в яких стаціонарний колектор суміщений з верхнім перекриттям будинку.

З досвіду, розробка будівель з системами, які постійно слідкують за рухом сонця, веде до збільшення ефективності геліосистеми. Але використання таких систем веде до значного подорожчання об’єктів будівництва за рахунок додаткової вартості приводу руху, складності його експлуатації і значного споживання енергії на привод.

Будівлі зі стаціонарними системами не мають цих недоліків, хоча для отримання достатньої кількості енергії потрібно збільшення геліоприймальної площі. В цілому треба відмітити, що з врахуванням архітектурно-естетичних вимог проектування об’єктів, сьогоднішнього технічного рівня будівництва будівлі, які використовують стаціонарні системи, суттєво виграють в порівнянні зі слідкуючими, особливо, якщо стаціонарна система працює з концентратором сонячної енергії.

Група компаній «Алтана» – ваш провідник у тонкощі будівельного світу.

А до наших послуг входить:

Співпраця з групою компаній «Алтана» — це економія часу, коштів та нервових клітин, адже ви довіряєте свій проект професіоналам. Запрошуємо вас до офісу «Алтана» на консультацію або чекаємо на ваш дзвінок.

 

Стаття підготовлена за мотивами журналу “Вісник Будівельника

Інші статті