Для чего «запасать» солнечную энергию?

Мы уже неоднократно обращались к вопросу: «Почему Россия – не Канада?». Точнее, почему в России к жилищной проблеме подходят не по-канадски? В то время как в Канаде жилищный фонд более чем на 80% представлен малоэтажными домами, в России основная масса людей вынуждена проживать в бетонных «муравейниках». И это несмотря на то, что по климатическим условиям наши страны во многом совпадают, свободной земли полным-полно, не говоря уже об обширных запасах такого важного строительного материала для малоэтажных домов, как дерево.

На эту тему уже второй десяток лет рассуждают специалисты из разных областей знаний. Однако никаких принципиальных сдвигов в отечественном «девелопменте» до сих пор не намечается. Чаще всего равнодушие к малоэтажному строительству объясняется отсутствием соответствующей градостроительной политики, поскольку у нас принято уплотнять застройку в целях экономии на линейной инфраструктуре (с которой у застройщиков постоянно возникают изрядные проблемы).

Но есть еще один принципиально важный момент, который почему-то до сих пор считается второстепенным. Это – отсутствие официально утвержденной концепции малоэтажного жилья для России, особенно – для прохладных регионов. В Канаде этот концептуальный момент был проработан детально еще после войны, с участием большого количества технических специалистов.

Современный канадский дом является, в первую очередь, энергоэффективным жилищем. Энергоэффективность достигается благодаря высокому уровню теплоизоляции и системе рекуперации тепла. Есть много и других моментов, но важно то, что здесь всё посчитано, каждый элемент такого дома имеет инженерное обоснование и включен в общую конструктивную и инженерную систему благодаря тщательным предварительным расчетам и натурным испытаниям. У нас такими вещами зачастую пренебрегают, и немалое количество малоэтажных домов создается руками самих же домовладельцев, где такое понятие, как энергоэффективность, вообще не принимается во внимание. Домовладельцев больше волнует метраж, благоустройство и внешний вид. Затраты энергоресурсов в ходе эксплуатации до сих пор не воспринимаются как серьезная проблема. Благо, пока еще энергоресурсы в нашей стране относительно дешевы.

В свое время я уже говорил о том, что такое жилье по определению не может быть массовым. И дело даже не в капитальных затратах и примитивных способах возведения. Дело в том, что если бы наш жилищный фонд на 80% состоял из таких домов, то потребление энергоресурсов в стране подскочило бы в разы. Соответственно, следом взлетела бы и цена на топливо. После чего жизнь в многоэтажке могла бы показаться самым оптимальным вариантом для доброй части владельцев помпезных двухэтажных «коттеджей».

Впрочем, цены на топливо могут взлететь и без того, поскольку теперь это является общемировой тенденцией. У нас многие домовладельцы надеются на повальную газификацию малоэтажных поселений, не думая о том, что цены на газ внутри страны искусственно сдерживаются. Если сделать всё «как в Европе», то цена голубого топлива может запросто подскочить в тридцать раз!  Причем, на сегодняшний день у нас нет никаких гарантий, что газовые монополисты, потеряв европейский рынок, не попробуют получить компенсации за счет внутреннего потребителя. А если учесть, что на энергетическом рынке параллельно растут цены на все остальные виды топлива, мы также получим заметное подорожание угля, дров и древесных гранул (не говоря уже об электроэнергии). И когда это произойдет, нынешние двухэтажные хоромы из неутепленного бруса или кирпича приравняются к барской роскоши (что, по сути, так и есть). Именно поэтому такое жилье по определению не может быть у нас массовым, «народным».

В этой связи необходимо обратить внимание на то, что указанную ситуацию давно предсказывают специалисты Института теплофизики СО РАН, занимающиеся вопросами повышения энергоэффективности зданий. Как мы уже неоднократно писали, еще в середине 1980-х здесь появилась группа энтузиастов, которая как раз и взяла на себя труд создания концепции энергоэффективного «народного» жилища для условий Сибири (проект «Экодом»). Совсем недавно они поделились результатами своих исследований, где в качестве прототипа для определения тепловых характеристик дома была разработана - с помощью BIM технологий - типичная для тех мест (по архитектуре) информационная модель дома. С ее помощью необходимо было найти оптимальный путь повышения энергоэффективности зданий в целях экономии энергоресурсов.

Актуальность данной задачи связана с тем, что в России не менее 40% потребляемой энергии приходится как раз на здания. Примерно 70% энергии в этом объеме тратится на отопление. По словам исследователей, за основу был взят двухэтажный дом площадью 178 кв. метров, построенный из бруса хвойных пород толщиной 150 мм - с дополнительным утеплением из минеральной ваты (200 мм). Полы первого этажа также защищены утеплителем толщиной 200 мм, а перекрытия первого и второго этажей – утеплителем толщиной 300 мм.

Дом состоит из двух частей – жилой части и пристроенного к ней биовегетария, который используется (в том числе) для эффективной переработки бытовых стоков. В нем же находится оборудование для производства почвы и инженерный блок. Один из фасадов дома обращен строго на юг. На этом южном фасаде вертикально расположен воздушный солнечный коллектор площадью 12 кв. метров. Под полом первого этажа находится теплоизолированный грунтовой аккумулятор тепла. Напомним, что накопление солнечного тепла – одна из визитных карточек Сибирского Экодома. Можно сказать, неотъемлемая часть самой концепции, главная «фишка» проекта.

Подчеркнем, что расчеты приводились для природно-климатических условий острова Ольхон, где зимы даже более суровые, чем в Новосибирской области, а из всех разрешенных энергоресурсов используются только дрова и электроэнергия. Как видим, разработчики добавили к этому третий энергоресурс – солнечную радиацию, которая находится там в избытке. Как показывают расчеты, суммарная солнечная радиация в тех краях вполне достаточная, чтобы ее эффективно использовать для экономии топлива. Если брать вертикальную поверхность на южной стороне, то за год мы получаем 1843 кВт*час на один квадратный метр! Спрашивается, почему бы не делать «запасы» этого дарового тепла?

Поскольку речь идет о тепловом балансе, то были оценены и тепловые потери. Так, расчеты показали, что больше всего тепла теряется через остекление – 6978 кВт*час (при общей площади остекления 33,34 кв. метра). Потери тепла через пол оказались почти в два раза меньше. В целом через стекла за год теряется 34% тепловой энергии, через стены – 25%, через кровлю – 23%, через полы – 18 процентов. Еще один важный источник потерь тепла – вентиляция помещений. Исследователи утверждают, что если обеспечить регенерацию тепла вентилируемого воздуха, то даже в условиях Ольхона такой дом уже с апреля переходит в класс дома с избытком тепла на уровне 283 Вт. То есть потребность в дополнительном отоплении будет отсутствовать. Для сентября также характерен избыток тепловой мощности на уровне 1214 Вт.

При этом отмечается, что благодаря солнечному коллектору отопление дома можно прекратить уже в марте. Если брать отопительный сезон (в зимний период), то данное приспособление дает возможность снизить мощность системы отопления на 20% в самые холодные зимние дни. А в отдельные, не очень холодные зимние месяцы этот показатель доходит до 80 процентов! В целом для данного случая приток тепловой энергии за счет солнечного коллектора составляет где-то 10708 кВт* час! Как отмечают исследователи, наличие солнечного коллектора с аккумуляцией тепла позволяет снизить энергопотребление в январе на 24%, а в декабре – более чем на 40 процентов. Необходимо учитывать, что грунтовый аккумулятор тепла очень сильно повышает тепловую инерционность дома (чего нельзя сказать о стандартных канадских домах). Так, в самую холодную пятидневку, при пасмурной погоде, температура внутри дома без отопления удерживается на уровне 16 градусов в течение суток! А в солнечный день не опускается ниже 18 градусов. Это еще раз показывает, что грамотное использование дарового солнечного тепла вполне оправдывает затраты на указанное оборудование. И это, еще раз подчеркнем, является характерной особенностью именно нашей, сибирской концепции современного энергоэффективного жилища.

Олег Носков