СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОИ ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ

ПУТИ РАЗВИТИЯ ЦЕНТРАЛИЗОВАННЫХ ССТ

В перспективе наряду со сложившейся в ССТ практикой проектиро­вания и строительства отдельных жилых и общественных зданий с ССТ, использование которых наиболее эффективно в сельской мест­ности, все большее развитие будут получать жилые структуры с централизованными системами.

Использование солнечной энергии в жилых гелиоструктурах должно решаться на основе следующих предпосылок: энергия стала новым и

Исключительно важным параметром градостроительства; топология жилых и общественных зданий, а также жилой застройки, их планиро­вочное, объемно-пространственное и конструктивное решения должны разрабатываться на основе научной концепции, учитывающей особен­ности применения солнечной энергии, конкретные условия района строительства (средние, большие и крупные города, горные и предгор­ные условия и т. д.), а также национально-бытовые, социально-демогра­фические и другие особенности: указанные разработки должны выпол­няться на основе программно-целевого подхода и совместной работы энергетиков, архитекторов, социологов и экономистов.

Жилая гелиоструктура предполагает наличие конкретных жилых ячеек, типы которых зависят от климатического района строительства, демографического состава семей, принятой системы использования солнечной энергии и других многочисленных, часто противоречивых факторов.

Последовательность формирования оптимальных жилых гелио - структур отражает блок-схема, приведенная на рис. 12.9.

Ниже на примере Г-образной ячейки прослежены возможности формирования жилых гелиоструктур.

Исследования ячеек и проведенные расчеты по разработанной модели оптимизации формы Г-образной ячейки на основе критерия минимизации поверхности наружных ограждений позволили выбрать такую Г-образную ячейку, которая является наилучшей по комплекс­ной оценке с конструктивно-планировочных, функциональных, топо­логических, градостроительных, теплотехнических точек зрения, а также с позиций возможности использования солнечной энергии.

Формирование жилой структуры из Г-образных ячеек оптимизируют по критерию минимизации суммарных затрат на здание, гелиоприем- ник, на возмещение теплопотерь и теплопоступлений и освоение терри­тории, решая следующую экономико-математическую модель.

Выполняют минимизацию функции цели

H = + ~[2(К - 1Н 3+ 1]F 1 (ХУ + xt+zt) + Crc*» + ст"от |«<ЯЙ + + '

. сн J

+(у + 2z)g°j] + (Q'Uqji + 9пот)сС "О*} +Сх"ох {«№+ ^"ал*+

+ Я°*(у + &)] + Ж у(9°пХол + 9°nXoi) С* + *) ] (12.13)

При следующих ограничениях:

74 «jcy+jef + arf ^81,7;

3,6 £ X 412; 3,6 С у <12; 3,6 О ^12; 12,0^ t >3,6,

Где Сга — экономическая оценка (стоимость) 1 га территории; К — коэффициент повышения плотности застройки за счет блокировки (К >1); F№ — плотность жилого фонда традицион­ной застройки (при it = 0), м^/га; Сэд—удельные приведенные затраты на строительство - жилой ячейки, руб/м^; h — высота этажа, м; х, у, z,t — размеры Г-образной гелиоячейки, м; -

Л S

Сгс — удельные приведенные затраты на гелиосистему, руб/м, Ст, Сх — приведенные 1 затраты соответственно на тепло-и хладоснабжение, руб/мВт; nQI, nQX — продолжительность а

ПТ ПУ * '

Отопительного и охладительного периодов, ч; gд"гд — удельные теплопотери и тепло- F Поступления через гелиоприемник, МВт/(м2-ч); g°L g°* — то же, через наружные стены, МВт/(м2.ч); д°п0Л - то же, через пол, МВт/(м .ч); д0*^, g°*0I - то же, через потолок, j МВт/(м2-ч); еС — доля сдвига одной ячейки гелиоструктуры по отношению к другой; j

Д°* — удельные теплопоступления в отопительный и охладительный периоды от гелиосис-

1

Темы при использовании солнечной энергии, МВт/(м *ч).

В модели значения искомых величин (х, у, Z, t) меняются от меньшего - значения к большему с шагом 0,3 м (рис. 12.10).

Просчеты приведенной модели с учетом градостроительно-тополо - • гических, объемно-пространственных, функциональных, природно-1 климатических, национально-бытовых и других требований позволили^ на единой конструктивной основе разработать (архитектурно-строи-; тельная часть жилых гелиоструктур разработана архитектором? С. В. Пономаревым при участии А. В. Липатовой) несколько типов1 жилых гелиоструктур (рис. 12.11 ...12.13). '

Разработанные гелиоструктуры отличаются меньшими, несмотря на J дополнительную поверхность эксплуатируемой кровли, по сравнению | с традиционными жилыми зданиями теплопотерями и теплопоступле - | ниями. Для склоновой застройки экономия энергии в жилых гелиост - | руктурах за счет компактной вертикальной и горизонтальной блоки - | ровки жилых ячеек, рационального формирования и планировочного | зонирования жилых ячеек (размещение и ориентация жилых помеще - | ний на юг, а подсобных - на север), отсутствия теплопотерь через I развитую южную глухую поверхность - гелиоприемник, а также | значительно меньших, чем обычно потерь, через северную сторону (прокладка инженерных сетей между склоном и входными галереями) достигает 15... 20 %.

При использовании пассивных систем, требующих небольших капитальных затрат, на 15 ... 20 % сокращается расход топливно-энерге - тических ресурсов.

Компактной взаимной блокировкой жилых ячеек достигается

Повышение плотности жилой застройки на 25... 30 %, резко повышается комфорт проживания (у каждой квартиры собственный изолированный дворик), в результате озеленения двориков улучшается микроклимат застройки и жилых помещений.

Особый интерес представляет энергоэффективный 9-этажный жилой гелиодом. Его энергоэффективность' достигается за счет большой ширины корпуса (32,7 м), взаимной блокировки жилых ячеек и блоки­ровки с общественными зданиями. "Глухая" сторона сблокированных

Жилых ячеек (11,2x5,2x9 Ip) ориентирована на южный сектор горизонта и совмещена с пассивной системой гелиотеплоснабжения. Террасность жилого дома придает ему своеобразие и одновременно повышает комфорт проживания. Внутри жилого дома имеется хорошо освещен­ный, проветриваемый, приближенный к земле дворик для игр детей младшего и школьного возраста и соседского общения. В середине корпуса первого этажа размещены вестибюль с колясочной, лестнично - маршевый узел, сауна.

Квартиры решены в одном, двух и трех уровнях. Часть квартир имеет вертикальное проветривание через специальные шахты.

Общий замысел жилого дома является попыткой разрешить проти­воречие между необходимостью увеличения структурных различий и связанным с этим увеличением поверхностей, что способствует дости­жению своеобразия и необходимостью уменьшения этих различий в целях достижения компактности и повышения энергоэффективности. Эта задача решена без снижения санитарно-гигиенических качеств жилой среды и нарушений действующего СНиПа. Более того, благодаря террасам часть семей может иметь доход с приквартирного участка. При квартирах имеются специальные стаканы, заполненные грунтом для посадки плодоовощных культур, а также деревьев, виноградника и пр. Для уборки снега с террас предусмотрены специальные шахты.

1122—21

Для равнинной застройки экономия энергии за счет взаимной блокировки жилых ячеек, их блокировки с учреждениями обслужива­ния, гаражами-стоянками, общественными зданиями и т. д. (что значи­тельно сокращает теплопотери через северную сторону) отсутствия теплопотерь через развитую глухую южную сторону (гелиоприемник) достигает 15-20 %. Использование сочетания пассивной системы для застройки южной стороны магистрали с активной для южной и север­Ной сторон (для отопления, охлаждения, горячего водоснабжения), гелиополе которой расположено в надмагистральном пространстве И не занимает ценной (освоение составляет 200-300 тыс. руб/га) го­родской территории, позволяет сократить расход топливно-энергети­ческих ресурсов на 20 . . . 40% (в зависимости от района застройки). Кроме того, за счет интенсификации использования территории (вынос, за красную линию гаражей-стоянок, учреждений обслуживания, жилых структур, экономия межмагистральной территории и т. д.) плотность застройки повышается на 20 . .. 30%.

Значительно также сокращаются затраты на прокладку инженерных сетей (сети прокладывают по воздуху внутри жилых структур) и резко улучшается их обслуживание, уменьшается время на передвижение населения к остановкам общественного транспорта и учреждениям обслуживания.

В будущем в УзССР при размещении 3 % жилого фонда из общего объема строительства в разработанных жилых гелиоструктур ах эконо­мия территории может составить 30 га, что при оценке в денежном выражении 250 тыс. руб /га равно 7500 тыс. руб.; экономия средств за счет уменьшения расхода топлива на 20 % - 10,4 руб/чел., или. 250 тыс. руб.; дополнительные затраты на гелиосистемы (при ее стои­мости 60 руб /м2 и 2,5 м2/чел.) - 3600 тыс. руб.

Эффективность использования солнечной энергии в жилой застрой­ке можно значительно повысить при сочетании жилых гелиоструктур, в которых в качестве системы отопления-охлаждения используется ССТ, работающая в отопительный сезон с параметрами 50 ... 40 °С, а в качестве гелиоприемвдка - гелиополе в пространстве над магист­ралью, с обычной застройкой или общественными зданиями с традици­онными источниками теплоты и системами отопления-охлаждения, работающими в отопительный сезон с параметрами 95 ... 70 °С (рис. 12.14).

Специально подобранный на основании соответствующих расчетов Диаметр обратного трубопровода от обычной застройки (70 °С) прокла­дывается по воздуху внутри сблокированных жилых гелиоструктур, подсоединяется в качестве дублирующего источника теплоты к радиа­ционным системам отопления и используется в тех случаях^ когда солнечная энергия отсутствует или ее недостаточно. При использова-

/

Нии воды обратного трубопровода от обычной застройки в системах радиационного отопления - охлаждения через регулируемые элева­торные узлы или насосы температура возвращающейся в источник теплоты воды понижается с 70 до 40 °С. Тем самым повышается эконо­мическая эффективность всей системы централизованного тепло - и хладоснабжения в целом: J

В данном случае для жилых гелиоструктур не требуется дублера, а в источнике теплоты, обслуживающего обычную жилую структуру, следует предусмотреть возможность подогрева обратной воды до 70 °С (когда в жилых гелиоструктурах используется для теплоснабже­ния обратный трубопровод).

В летний период такое решение позволит использовать солнечную энергию с помощью тепловых насосов или абсорбционных холодиль­ных машин для хладоснабжения зданий путем подачи холодной воды в радиационную систему отопления - охлаждения и горячего водо­снабжения.

Круглогодичное использование солнечной энергии и одной и той же системы для отопления и. охлаждения жилых гелиоструктур также значительно повысит эффективность использования солнечной энергии.

При проектировании жилой гелиозастройки при заданных величи­нах - удельных годовых нагрузках на отопление (Q?1), горячее водо­снабжение (Qrf) и хладоснабжение; удельных капитальных и приведен - Ных затратах; плотности для каждого рассматриваемого типа застрой­ки (i); требуемого объема жилищного строительства и возможных для использования под застройку площадей территорий; оптимальной площади и стоимости гелиоприемников и гелиополей для каждого вида нагрузок ;-й системы солнечного тепло - и хладоснабжения (СГТХ) в 1-й застройке; расходе топлива в ;-й СГТХ и т. д. - возникает задача:' определить целесообразность использования солнечной энергии в жилых застройках, в каком объеме, для покрытия каких нагрузок и! какой СГТХ. г

Такая задача может быть решена с помощью следующей линейной экономико-математической модели.

Выполняют минимизацию функции цели:

П п т F

АСл - i? i Т(12.14)

Где С; — приведенные затраты на жилищное строительство с учетом стоимости территории (отторжение и освоение), руб/м^; X — объем i-строительства (исковые величины), м; C^J, CJJj®, С* — соответственно приведенные затраты на отопление, горячее водоснабжение и хладоснабжение i'-й застройки j-й СГТХ (в случае использования гелиополей для покрытия различных видов нагрузок затраты на гелиополя и стоимость территории, зани­маемой ими, принимают в долевом отношении), руб/м2; У01, У* - соответственно годовые нагрузки на отопление, горячее водоснабжение и хладоснабжение, покрываемые 1-й СГТХ в /-й застройке, ГДж.

В модели следует учитывать следующие ограничения.

По объему жилищного строительства:

П

Е Ж^р,

1 = 1

Где Жстр - требуемый объем жилищного строительства, м2;

По территории, возможной к застройке:

П п т

Z d:X:+ Z ZdtjX:^ Т,

;«1 ' 1 , = 1^1 'Г '

Где dj — норматив использования территории под i-ю застройку, га/м2; — требуемая

Л

Территория под гешополя в i-й застройке при ;-й СГТХ, са/м; Т — возможная к застройке территория, га;

По необходимости покрытия тепло - и хладонагрузок:

Где (Щ, QT-&, Qf: - соответственно возможный теплосъем гелиопрнемника в./-й СГТХ,

TOC o "1-3" h z О о

Отнесенный к 1 м i-й застройки, ГДж/м, j *

По дефицитным видам ресурсов (топливо, гелиоприемники, людские ресурсы и т. д.): . N

П т

I = 1; = 1

Где d°y, Jf, dy - соответственно удельный (на м2) расход дефицитного вида ресурсов в i-й застройке прн J-Fi СГТХ; Dy — величина возможного к использованию дефицитного внда ресурсов; •

По капитальным вложениям:

П п т

Z CfXj + Z Z (С°.т.-Ку?!т + С^,в KvГ.-в + С*к У «) $КА,

I = 1 Rl T «£ 1 у = 1 У УЧ Ч УЧ Ч Ч 0> ГПР Гк гот. к г Г. В к гх. к

Ис > ^ij > ^ij > ^ij — соответственно удельные капитальные затраты на жилищное строительство, тепло - и хладоснабжения в i-й застройке при ;-й СГТХ, руб/м2; KQ — общий объем капиталовложений, выделяемый на жилую застройку, руб.;

По возможному теплосъему гелиоприемника в J-й СГТХ, отнесен­ному к 1 м2 i-й застройки:

УОТ < о0т_..

Yij $ ij xv ,

По неотрицательности искомых величин:

Входящие в приведенные затраты на жилищное строительство С, определяются по формуле:

С0

С, = см+ СР-3+—->

I

Где С" Cf'3 - удельные микрорайонные и районного значения затраты при использовании 1-й жилых структур, руб/м2 (определяются по [3]); С0 - экономическая оценка отвода 1 га рассматриваемой территории (свободной, сельскохозяйственной, реконструируемой 3), руб/га; Fj — плотноеть жилого фонда планируемой структурной единицы селитебной

' л

Территории (микрорайон или жилой район), м /га. , . f

[1]Стендовые испытания подобной установки, проведенные с заменой R12 на R114, Показали несколько лучшие результаты ( f - 2,5), однако при этом повышение температу­ры конденсации сопровождается снижением теплопроизводительности агрегата, что не позволило рекомендовать и это решение.