В настоящее время в горной зоне Дагестана испытываются в естественных климатических и эксплуатационных условиях два жилых дома коттеджного типа. Один из них, дом в Хунзахе, построен из традиционного материала и по традиционной для горной зоны Дагестана технологии, т.е. из бутового камня, облицованным кирпичом, второй дом построен по технологии «несъемная опалубка» и относится к категории энергосберегающих домов. Гидравлическая схема и принцип работы обоих домов аналогичны друг другу.

Дом с солнечным теплоснабжением в с. Хунзах

Жилая площадь дома – 150кв.м. Объем дома – 500куб.м. Стены дома построены из бутового камня, облицованного снаружи кирпичом, внутренние стены облицованы гипсокартоном, без теплоизоляционного материала. Расчетная суммарная потребность дома на отопление, горячее водоснабжение и бытовое электрооборудование составляет 53000квтч/год.
Солнечная установка состоит из коллекторов 16кв.м., аккумулятора тепла, циркуляционных насосов, терморегулирующего электронного прибора (контроллера). Коллекторы установлены на крыше дома, аккумулятор тепла и остальное оборудование установлено в подвале дома. Солнечная установка предназначена для замещения (экономии) затрат традиционного топлива (на данном этапе - электроэнергии) на теплоснабжение дома. На случай длительной пасмурной погоды в доме установлено вспомогательное электрическое водонагревательное оборудование, включающееся в работу автоматически, при падении температуры теплоносителя в системе теплоснабжения ниже установленного значения.

В состав солнечной водонагревательной установки, рис.1, рис.2, входят:
- коллекторы солнечные СКП производства НПП «РЕСУРС-М»,
- теплоаккумулирующий бак со встроенными внутри трубчатыми теплообменниками,
- теплообменник пластинчатый (паянный) наружный,
- контроллер,
- насосы циркуляционные.

Рис.1. Солнечная водонагревательная установки жилого дома в Хунзахе

Рис.2. Внутренняя разводка: теплообменник, насосы, контроллер. Слева виден бак-аккумулятор

Рис.3. Схема солнечной установки

Н1, Н2 - насосы циркуляционные,ТО1, ТО2, ТО3 – теплообменники,
К1 и К2 - котлы водогрейные электрические, В1-В6 – краны,

Принцип работы:
Солнечная энергия поглощается поверхностью коллекторов и производит нагрев теплоносителя в коллекторах. Прибор контроля и регулирования (контроллер) производит сравнение температур в коллекторах и в баке-аккумуляторе. При превышении значения температуры в коллекторах над значением температуры в баке-аккумуляторе контроллер включает циркуляционные насосы. Нагретый в коллекторах теплоноситель поступает в теплообменник ТО1, рис.1 и передает тепло теплоносителю в системе отопления дома.
Отопление.
Нагретый в теплообменнике ТО1 теплоноситель поступает на вход электрического отопительного котла, далее в радиаторы системы отопления дома, отдает тепло в отапливаемые помещения, после выхода из радиаторов поступает в теплообменник ТО2, установленный в баке, отдает оставшееся тепло воде в баке и возвращается в коллекторы, где происходит его повторный нагрев за счет солнечной энергии. Таким образом, при наличии солнечной радиации, осуществляется непрерывный процесс поглощения солнечной энергии и передача ее в систему отопления и горячего водоснабжения дома. Включение в работу электрического отопительного котла происходит только при отсутствии солнечной радиации и недостаточности температуры теплоносителя, выходящего из ТО1.
Горячее водоснабжение.
Нагрев воды для горячего водоснабжения осуществляется в теплообменнике ТО3, установленный в баке. Холодная вода, поступающая в теплообменник, нагревается в теплообменнике за счет тепла, накопленного в горячей воде в баке, поступает в электрический водонагреватель, который включается только при недостаточности температуры воды, выходящей из теплообменника ТО3 бака. Далее горячая вода поступает на кухню и душевые.
Установка имеет два режима работы: зимний, летний. В зимнем режим нагретый в коллекторах теплоноситель, с помощью насосаН1 циркулируется по контуру «коллекторы-теплобменник ТО1», при этом происходит передача тепла во второй контур «теплообменник- радиаторы». Нагретый теплоноситель второго контура подается, с помощью насоса Н2, в электрический отопительный котел, где происходит, при необходимости, его догрев, и далее идет в отопительные радиаторы. После выхода из радиаторов теплоноситель поступает в теплообменник-змеевик ТО2, установленный в баке-аккумуляторе, где отдает остаточное тепло воде, находящейся в баке. Т.о. происходит аккумулирование тепла в баке-аккумуляторе.
В летнем режиме нагретый теплоноситель из первого контура «коллекторы-теплообменник» отдает тепло теплоносителю из второго контура» теплообменник-радиаторы. Электрический отопительный котел выключен, кран 6 закрыт. Теплоноситель из второго контура, минуя отопительный котел и в радиаторы, идет сразу в теплообменник ТО2, и, проходя по нему, отдает тепло воде в баке-аккумуляторе.
Установка эксплуатируется с октября 2016 года. В процессе эксплуатации контролировался общий расход электроэнергии на отопление, горячее водоснабжение, освещение и бытовое электрооборудование. Суммарный расход электроэнергии за период с октября 2016г по сентябрь 2017 г составил 20500квтч. Суммарный расход электроэнергии за аналогичный период 2015-2016г. составлял 40500квтч/год. Фактическая экономия электроэнергии за 1 год составила 20000квтч. Коэффициент замещения составляет 50%. Относительно низкий коэффициент замещения можно объяснить малой площадью коллекторов, всего 16 кв.м., в то время как расчетная требуемая площадь коллекторов для данного дома находится в пределах 30-35 кв.м.
Расчетная годовая производительность солнечной установки - 20000квтч эквивалентна экономии электрической энергии на сумму 20000 х2,0руб = 40000 руб. в год. Стоимость установки - 140000руб. Срок окупаемости установки - 3,5 года.

Дом с солнечным теплоснабжением в Гергебильском р-не

Солнечной водонагревательной установкой с плоскими коллекторами оборудован энергосберегающий двухэтажный жилой дом, рис.4. Стены дома построены из энергосберегающих инновационных строительных материалов по технологии «Лего-несъемная опалубка». Благодаря высоким теплоизоляционным свойствам блоков из пенополистирола количество тепла, требуемое на обогрев помещения в 2-3 раза меньше, чем у зданий, построенных по традиционным технологиям. Стены, возведённые с применением несъемной опалубки, относятся к разряду энергосберегающих ограждающих конструкций. По теплопроводности (0,035 Вт/мК) и сопротивлению теплопередаче (> 3,5 м2К/Вт) стены, построенные по вышеназванной технологии, в несколько раз превосходят кирпич, камень или бетон.
Характеристики дома:
- размеры дома - 11 х 10 х 6м;
-количество этажей – 2;
-система отопления – водяная, радиаторная, частично – напольная;
-основным источником энергии является солнечная тепловая установка с плоскими коллекторами.
-на случай длительной пасмурной погоды предусмотрен дополнительный источник тепла – водогрейный электрический котел мощностью 24квт.
Характеристики солнечной водонагревательной установки:
-назначение – отопление и горячее водоснабжение дома;
-площадь коллекторов – 28 кв.м;
-угол наклона коллекторов– 45 град;
-емкость бака-аккумулятора – 1500 литров.

Коллекторы установлены на южном скате крыши. Остальное оборудование (бак-аккумулятор, насосы, теплообменник, контроллер) установлены в котельном помещении. Первичный контур «коллекторы-аккумулятор» заполнен незамерзающей жидкостью, что позволяет системе нормально функционировать при температурах наружного воздуха до -30град.
Электронный контроллер осуществляет контроль и регулирование температуры теплоносителя в системе отопления и горячего водоснабжения. Включение дополнительного электрического котла производится автоматически, при недостаточной мощности солнечной радиации. Гидравлическая схема и принцип работы дома в Гергебиле полностью аналогичны дому в Хунзахе.
В отличие от дома в Хунзахе, дом в Гергебиле оборудован электрическим источником бесперебойного питания (ИБП), что повышает надежность работы всей системы теплоснабжения дома и повышает комфортность проживания в доме.
ИБП состоит из аккумуляторов суммарной емкость 400а\ч и инвертора с номинальной мощностью 3квт с зарядным устройством.
Расчетная годовая тепловая производительность солнечной установки составляет 30000квтч в год. Расчетное значение годового расхода тепла на теплоснабжение дома - 46000 квтч.
Ожидаемый годовой коэффициент замещения электроэнергии – не менее 65%, в т.ч. по горячей воде – 100%;
Экономия затрат на электроэнергию (в количестве 30000квтч/год) эквивалентна экономии 60000руб/год. Стоимость установки не превышает 230000руб. Срок окупаемости установки – 3,8 года.
Испытания дома в естественных климатических и эксплуатационных условиях начаты в сентябре 2017г. Планируется проводить испытания установки в период до сентября 2018г. Будут контролироваться фактические суммарные затраты электроэнергии (отопление, горячая вода и бытовые электроприборы) по месяцам, а также эксплуатационные качества и надежность установки.

P.S. Технология весьма эффективна как для коттеджного строительства, так и для строительства объектов бюджетного финансирования - школ, больниц, садиков и т.д.

Материал подготовлен к V Международной конференции  «Возобновляемая энергетика: проблемы и перспективы», которая прошла в г. Махачкала  23-26 октября 2017 г.

Авторы: Магомед Дибиров, Али Шахбанов, Гаджи Гаджиев