Cонячна енергія для опалення будинків

На сьогодні,  у всьому світі активно застосовуються пристрої перетворення сонячної енергії в електричну чи теплову. Частка використання  сонячної енергії при опаленні приміщень житлового фонду у ФРН сягнула  50%. Це при тому, що усереднений рівень випромінювання сонячної енергії в Німеччині менший, аніж в Україні. Незабаром загальна потужність джерел відновлювальної енергії у ФРН перевищить потенціал ядерних станцій України.   В ЄС особлива увага приділяється житловому фонду, бо тягнути туди газ чи теплоцентралі збитково та не перспективно.  Тепер ми, українці,  маємо можливість перестрибнути з 20 у 21 століття на основі дешевих та ефективних сонячних технологій .  Зручним для житлового сектору є можливість поступового переходу, з використанням заощаджених грошей для подальшої модернізації або ж заміни систем опалення. При впровадженні систем сонячного опалення, як альтернативних, завжди є змога використати специфіку проекту будинку, орієнтацію стін,  даху, врахувати вплив  ізоляційних та будівельних матеріалів,  тип вікон, утеплення підлоги тощо. Але така багатогранність розв’язків все одно повинна ґрунтуватися, виходячи з наступних  критеріїв:

  1. Дах металевий чи  прозорий
  2. Стіни паропроникні  чи  непроникні
  3. Вікна герметичні чи шпаруваті
  4. Наявність  утеплених підлоги першого поверху  та перекриття горища

Очевидно, що для ефективного засвоєння сонячної енергії  дах має бути металевим або прозорим, а підлога горища та підлога першого поверху мають бути утеплені.  Ці дві вимоги нескладно реалізувати. Тоді основні відмінності полягають у виконанні  вікон та  стін. Тому залежності від  їхньої реалізації способи побудови сонячних систем опалення є принципово різними.  При наявності «дихаючих» стін та шпаруватих вікон необхідність застосування  примусової вентиляційної системи не є такою нагальною. Адже рівень вологи регулюється стінами, а доступ повітря забезпечується не дуже щільними вікнами. До матеріалів стін, що регулюють рівень вологості, відносяться вапно і його композити, глина або  саман, льон, конопля. Це матеріали, які споконвічно були супутниками людини. Такі будівлі і нині досить поширені у сільській місцевості України. Вони зводилися до 70-х років минулого століття.  Стіни їх були саманними або ж цегляними на вапняному розчині, а вікна – подвійними та дерев’яними. Це дало можливість автоматично підтримувати оптимальний рівень вологості та забезпечувало доступ повітря.

Cонячного дня гаряче повітря надходить з-під даху чи від колекторів, а вночі нагрівається від електроенергії. Система вентиляції – гравітаційна,  з виведенням відпрацьованого повітря назовні. На перспективу на горищі можна встановити теплову помпу для утилізації тепла, яке міститься у використаному повітрі. Звичайно, можливі варіації проекту. Наприклад,  гарячим повітрям даху можна обігрівати глиняні печі останнього поверху  або ж  теплу підлогу  горища . Своєю чергою, сонячні колектори, встановлені  на поверхах, можуть обігріти  теплі повітряні підлоги. Зрозуміло, що така схема опалення ідеально підходить до одно чи дво-поверхівок, а з ростом кількості поверхів її ефективність зменшується.  Особливістю такої реалізації є використання закритих систем опалення, коли нагріте повітря циркулює по замкнутому контуру і не потрапляє до приміщення.

На жаль, при сучасних реалізаціях проектів будинків така ідеальна картина не спостерігається. Стіни будинків не дихають, а склопакетні вікна є щільними і не пропускають повітря. Тут напрошуються два рішення:

  1. Застосувати  примусову вентиляційну систему разом з закритою системою опалення
  2. Застосувати гравітаційну  вентиляцію, яка поєднана з відкритою системою підігріву зовнішнього повітря

Другий варіант є привабливіший, адже примусова вентиляція коштує недешево.  У сонячний зимовий день холодне повітря знадвору надходить під металеве  покриття даху, нагрівається і потрапляє на сходову клітку. Подальший рух повітря зумовлений природною тягою комина, що створює розрідження всередині будинку. При відсутності Сонця чи вночі можна використати  нагрівальні  елементи, приєднані до металевих трубопроводів. Влітку у нічний час можна ефективно охолоджувати будинок через металевий дах.

Подібний спосіб охолодження можна застосувати  і до сонячних колекторів першого та другого поверхів. Влітку вночі холодне нічне повітря  заходить через колектори, охолоджує приміщення  та виводить зайве тепло через вентиляційні канали. У холодну пору вночі чи в негоду повітряні канали всередині приміщень першого і другого поверхів можуть нагріватися від   електроенергії.

І нарешті, можливий також комбінований підхід, коли колектори працюють у відкритих та  закритих системах . Наприклад, на першому поверсі  колектори огрівають теплу підлогу, а на другому гаряче підігріте колекторами повітря нагріває стіни. З часом, при заощадженні коштів на опалення, вкрай бажано встановити на горищі теплову помпу, яка б утилізувала  ужите тепле вентиляційне повітря. При відповідному утепленні будинку газ для опалення будинку практично не потрібен.

автори: Юрій Дудикевич, к.т.н.(097 246 2356, jurijdudykevych@ukr.net) та Ярослав Пацарнюк , к.т.н., енергоаудитор