СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ УСТАНОВОК СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛО — И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

При проектировании солнечных установок размещение коллекторов является одним из наиболее сложных вопросов из-за их большой площади (для горячего водоснабжения требуется 1 ... 2 м2 на 1 челове­ка, а для отопления - 0,4 ... 0,5 м2 на 1 м2 площади отапливаемых помещений). При этом необходимо учесть нужную ориентацию и наклон рабочей поверхности, обеспечить максимальную незатеняе - мость, а также возможность осмотра, очистки и ремонта коллекторов.

Геолитехнические расчеты показали, что наилучшей ориентацией коллекторов при равнинном характере местности является юг с возможным отклонением на восток и запад до 15... 20°.

Угол наклона коллекторов зависит от условий эксплуатации установок. Для круглогодичных систем он примерно равен широте местности; для систем сезонного (летнего) действия - широте местнос­ти минус 15 ... 20°, для систем отопления - широте местности плюс 15 ... 20°. При выборе угла наклона коллекторов необходимо учиты­вать, как это отразится на внешнем виде здания. При малых углах наклона остекленная поверхность коллектора, установленного на кровле здания, будет практически не видна с уровня земли. Вертикальный или близкий к вертикальному коллектор большой площади будет доминирующей чертой внешнего вида здания. Такой коллектор в значительной мере самоочищается (во всяком случае его легче очищать), но он может ослеплять отраженными солнечными лучами.

Различают два принципиально разных приема размещения солнеч­ных коллекторов - включение их в структуру здания и автономная установка. Первый прием более экономичен, так как он в большинстве случаев позволяет отказаться от специальных опор, а сам коллектор может одновременно выполнять функции ограждающих конструкций здания.

При решении коллектора в виде южного ската двускатной кровли его площадь может быть увеличена за счет уменьшения северного ската и преобразования чердачного пространства в мансардный этаж. Такие решения характерны для индивидуальных жилых домов сель­ского типа {рис. 6.15, а). Стремление увеличить площадь коллектора приводит к созданию односкатных кровель и кровель-стен (рис. 6.15, б). Под ними целесообразно размещать помещения, не требующие естест­венного освещения. Необходимый угол наклона кровли-стены можно обеспечить, уменьшая глубину верхних помещений или сдвигая вышележащие этажи.

Решение коллектора в виде вертикальной стены эффективно только

Для обеспечения отопления, так как летом на вертикальную поверх­ность южной ориентации солнечной радиации приходится в 2,5 раза меньше, чем на наклонную. Для зданий с широким корпусом и зальны­ми помещениями (помещения классов и аудиторий в учебных заведе­ниях, производственные помещения в столовых и ресторанах при периметральном расположении обеденных и торговых залов, в библио­теках, спортзалах, плавательных бассейнах и т. п.) солнечные коллек­торы целесообразно размещать на южной стороне шедовых конструк­ций и складчатых структур, северная сторона которых имеет световые проемы {рис. 6.15, в). Использование коллекторов в качестве огражде­ний лоджий и балконов южного фасада не создает трудностей в обеспе­чении инсоляции помещений и не требует изменений планировочных решений и конструктивных схем зданий (рис. 6.15, г). Благодаря особенностям пространственной ориентации коллекторы могут с успехом выполнять роль солнцезащитных устройств.

Самым простым и удобным с точки зрения эксплуатации является

Размещение коллекторов на плоской крыше здания. При этом возмож­ны несколько вариантов [5]:

1. "Ковровое" размещение. Коллекторы устанавливают в виде горизонтальных рядов или блоков; расстояние между рядами опреде­ляется условиями незатенения. При таком решении коллекторы "могут быть скрыты парапетом или установлены открыто, подчеркивая ритм вертикальных элементов фасада.

2. Размещение в виде наклонной структуры, поднимающейся к северу. Для уменьшения высоты образующегося при таком варианте "паруса" возможно сочетание "коврового" размещения и приподнима­ющейся структуры или устройство нескольких "парусов" - каскадов. По сравнению с "ковровым" размещением устройство коллекторов в виде поднимающейся к северу структуры позволяет увеличить их площадь. Кроме того, пространство под северной частью структуры может быть использовано под летнее кафе, площадки отдыха или крышную котельную (рис. 6.16).

3. Размещение в виде навесов над эксплуатируемой кровлей. Возможны следующие варианты навесов: навес-пергола; гофрирован­ный; навес с южным скатом - коллектором, с северным - рефлек­тором.

В существующих зданиях коллекторы обычно размещают на кровле. При этом для зарубежной практики характерно расположение небольших площадей коллекторов систем горячего водоснабжения на южных скатах кровли, а в СССР - на плоской кровле.

Недостатком последнего решения является необходимость устройст­ва специальных конструкций для установки коллекторов в требуемое положение. На эти конструкции действуют ветровые нагрузки, на них расходуется значительное количество металла или железобетона. Опорные конструкции задерживают снег на кровле, затрудняют ремонт кровельного ковра, а элементы крепления опор, воспринимающие динамические нагрузки, снижают надежность кровли.

Несущие конструкции существующих зданий не всегда могут воспринять нагрузку от коллекторов. В этом случае их следует распо­лагать автономно. Так, для солнечно-топливной котельной пансионата "Горизонт" в Алуште принята структура, расположенная над площад­кой котельной, опирающаяся на собственные опоры. Такое решение удобно для условий ограниченных территорий. Другим примером может служить коллектор пансионата в Судаке, опорные конструкции которого расположены на склонах, непригодных для строительства зданий.

Типичная конструкция коллектора предусматривает герметичное остекление, наличие приемника излучения и тепловой изоляции. Эти элементы, за исключением приемника излучения, можно использовать в качестве ограждений. Удачным примером совмещения коллекторов с ограждающими конструкциями может служить здание гелиоцентра Минэнерго СССР, где приемники расположены за наклонным витражом южной стены. Оригинальный опытный образец плоской кровли, вклю­чающей гелиоприемное устройство, разработан ТбилЗНИИЭП. В битум­ном покровном слое уложены стальные или пластмассовые трубы диаметром 15 мм, с шагом 50 мм. Такая конструкция обеспечивает нагрев воды до 40 ... 50 °С в летнее время.

Несущую способность приемника излучения солнечного коллектора И соединительных трубопроводов используют в так называемых "гелиофермах", разработанных КиевЗНИИЭП. Применение гелиоферм пролетом 12 ... 18 м позволяет снизить расход металла на опорные конструкции почти в 2 раза. Кроме того, установка гелиоферм над плоской кровлей не требует устройства промежуточных опор, что обеспечивает нормальные условия эксплуатации рулонного ковра покрытия.