Павел Казанцев

Энергоэффективность и энергосбережение начинается именно с архитектурного решения здания, инженерные системы климатического контроля (газовый бойлер или дизельный котел, кондиционер ….) часто лишь компенсируют недостатки проектных решений.

Секреты солнечного дома

Жилое пространство такого дома, защищенное от ветра и раскрытое солнцу, обычно формируют развернутой к югу П-образной или радиальной в плане ветрозащитной стенкой, собирающей солнечные лучи, и козырьком – кровлей, дающим тень от высокого летнего солнца. Форма и отделочные материалы внутренней поверхности стены должны способствовать концентрации солнечных лучей, или их поглощению для прогрева термальных массивов, при низком зимнем солнцестоянии. Отсекая внутреннее пространство «подковы» с юга от внешней среды витражом, мы используем парниковый эффект: при нанесении на поверхность стекла тончайшего металлического покрытия или теплоотражающей пленки лучистая составляющая тепловых потерь направляется обратно, внутрь помещения. С наветренной стороны стена и кровля солнечного дома могут быть превращены в зеленый холм, что не только защитит от холодного северного муссона, уведя ветер вверх, но и будет способствовать дополнительному сбережению накопленного массивными конструкциями солнечного тепла. Летнее затенение юго-западных и западных секторов горизонта обеспечат внешние зеленые экраны из лиан. Аэрацию при перегреве – коньковые окна, при одновременном притоке прохладного воздуха из затененной части приусадебного участка, через проемы у основания витража.

Пассивная солнечная система отопления такого здания обычно включает селективный витраж (двух – трех камерный стеклопакет с 2-3 теплоотражающими пленками или поликарбонат), а также термальный массив – накопитель солнечного тепла. Отдавая накопленное днем солнечное тепло, массив защитит дом от ночного выстывания, а днем – от перегрева. В качестве массива обычно используют каменную кладку стен или камина, монолитный бетон перекрытий и емкости с водой (Теплоемкость воды примерно в 4 раза выше, чем у камня). Соотношение площади витража и объема термального массива из бетона для 40-50º с.ш. 1 м²/ 1м³. Облучаемая поверхность массива как правило должна быть черной матовой. Для того, чтобы накопленного за день тепла хватило для ночного отопления, термальный массив должен облучатся прямыми солнечными лучами не менее 4-6 часов в день. Срок службы пассивной системы не ограничен.

Жилой дом

При недостатке опыта проектирования солнечных домов, лучше выбрать вариант размещения термального массива в пристроенном с юга зимнем саду. «Изолированный» термальный массив легче контролировать, чем, например, встроенную стену «Тромба-Мишеля», избегая излишнего перегрева или переохлаждения основных жилых помещений. Прямой обогрев жилых помещений солнцем через окна имеет свои ограничения по уровню светового дискомфорта. Многие американские семьи перестроили или продали солнечные дома первой волны 70-х годов, так как под яркими лучами низкого зимнего солнца невозможно было читать или смотреть телепрограммы, да и просто отдохнуть. А закрывая жалюзи, жильцы затеняли термальные массивы перекрытий и каминов и получали ночной холодный дискомфорт.

Активная солнечная система водяного отопления и горячего водоснабжения коттеджа включает солнечные коллекторы плоского или трубчатого типа, бак-аккумулятор горячей воды с внутренними или внешними теплообменниками, системы подачи воды: холодной – к баку и горячей – к потребителю, систему автоматического управления. В солнечных установках активного типа использование принудительной циркуляции теплоносителя позволяет расположить бак-аккумулятор в любом удобном месте дома (от чердака до подвала). В качестве дублирующего источника теплоты в установках может быть использован электрический котел или встроенный в бак электронагреватель, котел на жидком топливе или газе. Пассивная система в 3-4 раза дешевле, но активная эффективнее в накоплении тепла для ночного отопления дома, и в решении проблемы отопления в пасмурные погоды: оптимальное соотношение активной и пассивной систем по вкладу в отопление 50/50%. Срок службы активной системы производитель обычно определяют в 25 лет. Но, например, конструктивные особенности трубчатых коллекторов последних моделей позволяют заменять поврежденные вакуумные колбы, не прерывая эксплуатацию всей системы солнечного отопления.

Блокированный дом с солнечным отоплением

Электронагреватель в баке-накопителе включается автоматически при падении температуры воды ниже установленного порога. Обычно это происходит в предутренние часы – с 4-5 утра и до начала интенсивного облучения пластин коллекторов солнцем. Дооснащение дома активной солнечной системой возможно и по завершении строительства, разбивая финансирование на этапы.

Размещение пассивных и активных систем накладывает достаточно серьезные ограничения на расположение солнечного дома. Южный фасад, где обычно сосредоточены витражи и коллекторы, может отклоняться от меридиана к западу или востоку не более чем на 10º-15º на широте Хабаровска, и на 15º-20º – на широте Владивостока. Надо помнить и о низкой высоте солнца над горизонтом зимой! Если в «солнечном секторе» – 45º к востоку и западу от углов дома – Ваш сосед выстроит коттедж в два-три этажа с мансардой, о солнечном отоплении можно будет забыть. Отечественное законодательство не защищает владельцев солнечных систем. Поскольку в Российских нормах инсоляция (прямое солнечное облучение) учитывается только для теплого сезона года, и не как источник тепла, а как источник санирующего излучения, уничтожающего болезнетворные бактерии в жилых помещениях (1,5-2 часа в день).

По этой же причине в условиях плотной городской застройки первенство стоит отдать солнечной мансарде. В городе именно кровля здания, как правило, находясь вне зоны затенения соседних домов, является перспективным объектом внедрения солнечных технологий. Более того, надстройка мансард практически не повлияет на уже сложившийся комфорт дворов и квартир. Новые нормы инсоляции учитывают более низкое солнце в октябре (ранее в сентябре) и поэтому более жестко контролируют рост этажности существующих зданий. Тогда как одновременное снижение продолжительности инсоляции квартир на час сузило инсоляционный сектор окна в плане. Что и позволило сейчас вписывать в существующие дворы многоэтажные дома – башни, закрывая вид из окон жильцам, но не нарушая существующих строительных норм.

Коттедж «Хаусберг» с солнечным отоплением

Используя уже освоенные архитектурно-строительным комплексом региона технологии можно решить следующие задачи:

Обеспечить круглогодичное автономное горячее водоснабжение надстраиваемых мансард на 80%. (20% электроподогрев по ночному тарифу в пасмурные погоды). Для горячего водоснабжения семьи из 3-4 человек необходимо до 10 кв. метров кровли, занятой коллекторами. Поэтому скатная кровля достаточно большой площади при ее ориентации на юг может обеспечить горячей водой круглый год не только новоселов, но и жильцов верхних квартир.

Покрыть на 30% – 50% потребности в отоплении мансард, используя те же солнечные коллекторы водяного теплоснабжения, расположенные в плоскости скатной кровли.

Закладывая в архитектуру мансард только технологию пассивного солнечного отопления пространств через мансардные окна и зенитные фонари, дополнительно обеспечить от 30% и более потребности в отоплении квартир мансардного этажа зимой.

Массовое использование фотоэлектрических систем как альтернативного источника энергоснабжения частного дома или мансарды, в отечественных условиях сдерживает их высокая стоимость и отсутствие стимулирующих мероприятий. Например, в странах ЕС вырабатываемая днем фотоэлектрической системой энергия поступает в городскую сеть, а когда хозяин возвращается вечером домой, город возвращает ему электричество по цене в два раза меньшей, чем купил у застройщика днем. Такой подход одновременно избавляет от необходимости размещения аккумуляторов в солнечных домах.

Проекты домов с солнечным отоплением

Стоимость строительства солнечного коттеджа имеет достаточно широкий разброс. По Приморскому краю экодом Solar-5 в каркасной версии под “ключ” без активной солнечной системы обходится заказчику от 25 тыс. (каркас напилен и доставлен из Германии, самострой) до 40 тыс. руб. за кв.м. (отечественный пиломатериал, Ангарск); несущие стены из блоков – 30 000 руб/кв.м. коробка с кровлей без отделки и витражей, сдача под отопление за один сезон. Одноэтажная трехсекционная туристическая версия Solar-5M, при поточной сборке на линии HUNDEGGER – с витражами, отделкой и санитарно-техническим оборудованием – 30 000 руб/кв.м. В целом, стоимость строительства солнечного дома в сравнении с традиционным домом «шалашиком» на 5-15% дороже. Но результат того стоит – добавив скважину на участке, Вы получите автономный дом, не зависимый от капризов ЖКХ. А вложенные средства при грамотно выполненном проекте, его качественной реализации и нынешних ценах на энергоносители окупят себя примерно через 10-15 лет. Об экологическом эффекте – чистый воздух, здоровье…. – наверно, нет нужды повторять.

Solar-3. Частный дом с солнечным отоплением

Конечно, можно “сберечь” время и деньги, особенно когда предлагают быстровозводимые щитовые дома с отоплением «под газ». Но “дешевые дома” по бесплатным проектам возьмут свою дань в будущем, не автором придумано: “скупой платит дважды”. Солнечный дом требует качественного выполнения проектных и строительных работ, и «халтуры» не выдержит – холодновато будет. Как видится автору, в этом, помимо относительной дороговизны, еще один «недостаток» солнечного дома при продвижении на Российском рынке малоэтажного жилья.

Автор статьи: Павел Казанцев, архитектор, Владивосток (профессор кафедры дизайна ДВГТУ, член Союза архитекторов России и Международного общества солнечной энергии ISES, кандидат архитектуры).

www