считать перспективным разработку и использование долгосрочных сезонных аккумуляторов теплоты. Кроме того, признано целесообразным сочетание ССТ с комплексом, включающим в себя топливные или электрические котельные, тепловые насосы, а также ветроустановки и геотермальные системы. Возможно использование нескольких вариантов сезонных аккумуляторов:

резервуары с водой или эвтектическим раствором, заглубленные или расположенные на поверхности земли;

грунтовые аккумуляторы (уложенные в грунт трубы или вертикальные сваи);

сеть скважин, гидравлически соединенных между собой, позволяющих использовать аккумулирующие свойства водоносных слоев грунта.

В теплый период года осуществляется накопление тепловой энергии в аккумуляторе. В холодное Время тепловой насос, используя в качестве первичного источника теплоту аккумулятора, повышает ее температурный потенциал и передает энергию в систему отопления зданий. По оценкам ряда специалистов такая установка считается рентабельной при условии, что она покрывает около 30 % годовой потребности в тепловой энергии. Остальные 70 % тепловой нагрузки обеспечиваются традиционными источниками теплоты. Использование ветроустановок и геотермальных систем в сочетании с солнечно-топливными котельными представляют собой дополнительный резерв экономии и тепловой энергии.

Важнейшей проблемой совершенствования активных ССТ является автоматизация управления и контроля их работы. Острота этой проблемы особенно ощутима при разработке и проектировании сложных комбинированных систем теплоснабжения с использованием солнечной энергии, аккумуляторов теплоты, теплонасосных установок, традиционных котельных и т.д. Вопросы эксплуатационной надежности при проектировании систем автоматизации являются приоритетными. Основные направления работ в этой области рассмотрены в гл. 7.

Одним из перспективных направлений использования солнечной энергии является охлаждение зданий и кондиционирование воздуха. Несмотря на имеющиеся серьезные исследования в этой области практическое применение в нашей стране солнечных систем охлаждения отсутствует. Недостаточное внимание к этой проблеме объясняется отчасти тем, что энергия, расходуемая на кондиционирование воздуха в летнее время составляет 5 ... 10 % количества энергии, расходуемой на отопление и вентиляцию зданий. Следует, однако, учитывать, что для производства холода используется, как правило, энергия наиболее ценного вида - электрическая. Кроме того, важным

стимулом использования солнечной радиации для охлаждения зданий является то обстоятельство, что максимум потребности в искусственном холоде совпадает с максимумом поступления теплоты солнечного излучения.

Для производства холода за счет солнечной энергии используют многочисленные модификации абсорбционных холодильных установок, в которых солнечная энергия служит для осуществления регенеративного процесса.

Выпариваниие растворов, используемых на практике, происходит при температуре 70 ^С и выше. Это обстоятельство предъявляет повышенные требования к эффективности гелиоколлекторов и стимулирует применение концентрирующих устройств для повышения тепловых характеристик абсорбционной установки. Общее признание получили работы [6], направленные на создание и совершенствование методов ^воздушной десорбции в сочетании с нагревом за счет солнечного излучения. Можно предположить, что в ближайшие годы системы солнечного охлаждения найдут применение для создания комфортных условий в жарких районах страны.

Большие неиспользованные возможности открываются при применении воздушных систем отопления с использованием воздуха в качестве теплоносителя, нагреваемого в гелиоколлекторе. Важнейшим достоинством таких систем является отсутствие необходимости в жидкостном контуре, исключение протечек и опасности замерзания, уменьшение массы ССТ. Воздушные гелиоколлекторы наилучшим образом сочетаются со строительными ограждающими конструкциями зданий, ремонт их и эксплуатация проще, чем жидкостных коллекторов. В воздушных теплоприемниках могут быть применены самые разнообразные материалы. Для аккумуляции тепловой энергии в таких системах используют гальку или гравий, а также контейнеры, наполненные легкоплавкими солями. Специальной литературой [4] и зарубежной практикой предлагается большое число вариантов конструкции воздушных гелиоприемников и систем отопления.

12 J. 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

ВЫЯВЛЕНИЕ И АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К ЖИЛЫМ ГЕЛИОСТРУКТУРАМ

ВЫБОР ЭЛЕМЕНТА ТИПИЗАЦИИ

ВЫБОР ФОРМ ЖИЛЫХ ЯЧЕЕК

РАЗРАБОТКА ВАРИАНТОВ СИСТЕМ ГЕЛИОТЕПЛО- И ХЛАДОСНАБЖЕНИЯ 1CTTXI

ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ СГТХ ДЛЯ КАЖДОЙ ГЕЛИОЯЧЕЙКИ

ВЫБОР ЛУЧШИХ ФОРМ И СГТХ для КАЖДОГО ТИПА ГЕЛИОЯЧЕЙКИ

ФОРМИРОВАНИЕ ВАРИАНТОВ ЖИЛЫХ ГЕЛИОСТРУКТУР ИЗ ЛУЧШИХ ТИПОВ ГЕЛИОЯЧЕЕК НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

РАСЧЕТ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИХ, ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ И ПРОЧИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЖИЛОЙ ГЕЛИОСТРУКТУРЫ

УДОВЛЕТВОРЯЮТ ли ПОЛУЧЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫМ ТРЕБОВАНИЯМ?

НЕТ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЛАСТИ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕШЕНИЙ (OOP) ПО КАЖДОМУ ВАРИАНТУ ГЕЛИОСТРУКТУР

АНАЛИЗ OOP. УЧЕТ НЕФОРМАЛИЗОВАННЫХ ФАКТОРОВ, ВЫБОР ЛУЧШЕГО

РЕШЕНИЯ

УДОВЛЕТВОРЯЕТ ли ПОЛУЧЕННОЕ РЕШЕНИЕ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫМ ТРЕБОВАНИЯМ?

>

СРАВНЕНИЕ лучших РЕШЕНИЙ ВАРИАНТОВ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАИЛУЧШЕГО ВАРИАНТА

УДОВЛЕТВОРЯЕТ ЛИ НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫМ ТРЕБОВАНИЯМ 7

1 ДА

ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ НАЙДЕНО

Рис 12.9. Блок-схема щюграммво-целевого проектирования гепшструктур

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 гелиоструктур 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, гелиоприемник, на возмещение теплопотерь и теплопоступлений и освоение территории, решая следующую экономико-математическую модель. Выполняют минимизацию функции цели

сн J

+(у + 2г)дО?] + й??ол + 5°пот)* У(х+г)-д°>] +VoxЧ^^^^Ух^

+ д°t(v + 2z)] + л у(9°пол + ^«т) + г)-gO^^h

при следующих ограничениях: 74 «xy+xf + «t$8l,7;

(12.13)

3,6 X 412; 3,6 < у <12; 3,6 ^^12; 12,0it>3,6,

где — экономическая оценка (стоимость) 1 га территории; К — коэффициент повышения плотности застройки за счет блокировки (К > 1); — плотность жилого фонда традиционной застройки (при ci = 0), м^/га; Сдд- удельные приведенные затраты на строительство жилой ячейки, руб/м^; h — высота этажа, м; х, у, z, t — размеры Г-образной гелиоячейки, м; Cj,g — удельные приведенные затраты на гелиосистему, руб/м ; Cj, Cj^ — приведенные затраты соответственно на тепло-и хладоснабжение, руб/мВт; п^^, п^^^ — продолжительность отопительного и охладительного периодов, ч; g°J,, g° „ - удельные теплопотери и теплопоступления через гелиоприемник, МВт/(м2.ч); д^, д°д - то же, через наружные стены, J МВт/(м2.ч); д^^ол, д°4л - то же, через пол, МВт/(м^ч); д°^^, g°^oj - то же, через потолок, МВт/(м2.ч); оС - доля сдвига одной ячейки гелиоструктуры по отношению к другой; д°^ д°^ — удельные теплопоступления в отопительный и охладительный периоды от гелиосис- Щ темы при использовании солнечной энергии, МВт/(м2.ч).

В модели значения искомых величин (х, у, z, t) меняются от меньшего \ значения к большему с шагом 0,3 м (рис. 12.Щ.

Просчеты приведенной модели с учетом градостроительно-тополо- \ гических, объемно-пространственных, функциональных, природно-климатических, национально-бытовых и других требований позволили;] на единой конструктивной основе разработать (архитектурно-строительная часть жилых гелиоструктур разработана архитектором СВ. Пономаревым при участии А.В. Липатовой) несколько типо жилых гелиоструктур (рис. 12.11 ... 12.13).

Разработанные гелиоструктуры отличаются меньшими, несмотря на 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- НИИ 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 f капитальных затрат, на 15 ... 20 % сокращается расход топливно-энерге- j, тических ресурсов.

Компактной взаимной блокировкой жилых ячеек достигается

Рис. ШО. Хилая жкйка с зовами блшсврсюки

Рис. au. ^ишеягзииюйгеяиовруипы наспех

гелиоприемник; 2 - галерея; 3 - терраса; i - гараж-стоянка; 5 - магазю^ i - цветоч-

ница

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