бЛ.АРХИТЕКТУРНО-КОНОТУКТИВНЬШ 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 м^ на 1 человека, а для отопления - 0,4 ... 0,5 м^ на 1 м^ 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 вышележаище этажи.

Решение коллектора в виде вертикальной стены эффективно только

Рис 6.15. Иоюльзовавие оолнечвых коллекторов в структуре здания

а - сельский дом мансардного типа; б - общественное здание с односкатной кровли -стеной; в - щедовые структуры; г - ограждение лоджий и балконов

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

Рис (.16. Солнечные коллоооры на шюской кровле

размещение коллекторов на плоской крыше здания. При этсм 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 соединитехьных 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.

6.8. ТИПОВЫЕ ПРОЕКТЫ СИСТЕМ СОЛНЕЧНОГО ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

По состоянию на 01.01.89 г. в стране разработано более 300 проектов установок солнечного горячего водоснабжения, отопления и охлаждения, в том числе 13 типовых и 21 проект для повторного применения установок солнечного горячего водоснабжения. Наиболее распространенные типовые проекты и адреса их распространителей приведены в прил. 1.

Ниже дана информация о наиболее распространенных и широких по охвату объектов типовых проектах, разработанных институтами Госкомархитектуры.

Как уже указывалось, учреждения сезонного действия являются

наиболее подходящими объектами для внедрения систем солнечного горячего водоснабжения. В первую очередь это относится к комфортному горячему водоснабжению спальных корпусов, душевых комнат, умывальников и т.д., где в отличие от технологических систем в столовых, прачечных и т.д. нет высоких требований в части надежности и температуры подаваемой воды.

На основании имеющегося опыта строительства и эксплуатации гелиосистем в КиевЗНИИЭП разработан проект унифицированных систем солнечного горячего водоснабжения для учреждений отдыха и туризма. Проект разработан для объектов, строящихся в 1У климатическом районе Украинской ССР (южный берег Крыма) с сейсмичностью в 8 баллов. В зависимости от условий привязки и эксплуатации УСГВ либо дополняет существующую систему горячего водоснабжения, Позволяя в летнее время отказаться или уменьшить потребление тепла от существующих источников теплоснабжения, либо является автономным, единственным, источником горячего водоснабжения сезонных объектов в летнее время. Установки производительностью 7,5; 15; 25; 30; 35 и 70 м^/сут разработаны для нагрева воды до температур 45 0 и 50 ос.

Система (рис. 6.17) работает следующим образом. Теплоноситель (антифриз или деаэрированная и силикатированная вода) с помощью сетевого насоса циркулирует между солнечными водонагревателями, где он нагревается, и скоростным водоподогревателем-теплообмен-ником, в котором отдает полученное тепло холодной водопроводной воде и направляется обратно в солнечные водонагреватели. В циркуляционном контуре предусмотрен также расширительный бак и обводной участок трубопровода с регулирующим трехходовым клапаном. Позволяющим изменять количество циркулирующего теплоносителя в зависимости от интенсивности солнечной радиации и тем самым Поддерживать его постоянную температуру нагрева.

Холодная вода в скоростном водоподогревателе теплообменника нагревается до постоянной температуры за счет изменения ее расхода регулятором температуры и сливается в баки-аккумуляторы. Из них вода насосами горячего водоснабжения подается к водоразборной арматуре, либо при ее достаточном количестве в баках и при недостаточной температуре (в результате остывания и малого разбора) к водоподогревателю-теплообменнику для догрева до нужной температуры.

В проекте использованы серийно выпускаемые Братским заводом отопительного оборудования солнечные водонагреватели.

Солнечные водонагреватели могут быть расположены на плоских и наклонных крышах зданий, открытых площадях, теневых навесах и т.д. Угол наклона солнечных водонагревателей к горизонтальной

Рис 6.17. Приаципиальвая схема УСГВ с 01б<ч)ом воды постоянной тсмпфатуры

1 — солнечный нагреватель; 2 — скоростной водоподогреватель; 3 — сетевой насос; 4 — баки-аккумуляторы; 5 - циркуляционный насос; 6 - регулятор температуры; 7 - регулирующий клапан; 8 — расширительный бак

плоскости составляет 350; ориентация - южная. Отдельные водонагреватели по 20 ... 22 шт. соединяют в монтажные элементы (модули), из Которых набирают требуемую для данной производительности гелиосистемы суммарную площадь.

Все технологическое оборудование: насосы, теплообменники, баки-аккумуляторы горячей воды, шкафы КИПаА и электротехническое оборудование для удобства обслуживания и ремонта собрано в единый технологический блок, размещаемый в отдельно стоящем здании. Его крышу используют для размещения гелиоприемников и при требуемой Производительности 8 ... 10 м^/сут блок можно эксплуатировать автономно как комплексную установку.

Для каждой системы предусмотрен следующий объем автоматизации:

включение насоса теплоприемного контура при достижении заданной температуры воды после коллекторов и неполных баках-аккумуляторах или при баках-аккумуЛяторах, наполненных водой недостаточной температуры;

включение рабочего насоса системы горячего водоснабжения при баках-аккумуляторах, наполненных водой заданной температуры, и при наличии водоразбора или при баках-аккумуляторах, наполненных Водой недостаточной температуры, и при достаточной температуре теплоносителя в гелиоконтуре перед водоподогревателями;