Игорь Огородников и гостевой экодом (Часть 1)⁠⁠

Суммарное поступление солнечной энергии в России за год, на 1 м2. Для перевода мегаджоулей в кВт*ч, делите данные на 3.6

У людей проживающих рядом с Байкалом более экологическое мышление и в этих краях много солнечных дней. Здесь постепенно, экостроительство набирает обороты, в том числе за счет усилий Игоря Огородникова, ученого и эко-проектировщика из Новосибирска. В начале 2020 года он реализовал в Иркутске проект гостевого экодома c экобаней, с солнечными коллекторами, тепловым аккумулятором и компостным туалетом.

Игорь Александрович, как Вы можете кратко представить данный проект, в чем смысл экодома?

– Смысл экодома в том, чтобы вписать человеческое жилье в экосистему. Его строительство и эксплуатация должны оставлять положительный экологический след в окружающей среде. Речь идет не только об энергосбережении, утеплении, системе управления, счетчиках и т. д. Задача состоит не только в этом. Экодом – это концепция, когда жизнедеятельность человека преобразована в систему замкнутого цикла, естественно вписанную в природную среду. То есть ресурсы используются с максимальной пользой, а количество отходов минимально. При этом в экодоме выше качество жизни, а желающие могут круглогодично выращивать зелень и овощи.

Почему данное строение можно называть экодомом?

Во первых, стены хорошо утеплены и имеют приведенное сопротивление теплопередаче равное 4.3 м2*К/Вт., что эквивалентно кирпичной стене толщиной 3,35 метра. Этот уровень утепления делает целесообразным использование солнца в качестве источника энергии.

Во вторых, на стенах дома (юго-восточная и юго-западная) размещены три воздушных солнечных коллектора общей площадью 23 м2 для дополнительного притока тепла в солнечные дни.

В третьих, есть грунтовый тепловой аккумулятор под домом, в котором дневной избыток тепла накапливается на ночь.

В четвертых, в домике установлен сухой компостирующий туалет, который кроме прямого назначения используется для утилизации всех органических отходов от приготовления пищи. В итоге вся органика перерабатывается в почву с большим содержанием гумуса.

Как работает система с солнечными коллекторами?

Дом ориентирован углом на юг. В первой половине дня на юго-восточной стене работают 2 коллектора, вечером на юго-западной – 1.

Один из трех коллекторов работает на просушку мойки в бане и нагрев аккумулятора. Два других сначала на прогрев комнаты, потом на нагрев аккумулятора. Правда практика показала, что в марте (начало эксплуатации) при температуре днем -16, ночью -18 градусов подача теплого воздуха в комнату не требовалась В системе установлены две автоматически управляемых заслонки, которые могут по программе в контроллере направлять воздух в комнату, мойку или тепловой аккумулятор.

Почему вы использовали стеклопакеты в качестве прозрачной части солнечного фасада, а не более дешевый сотовый поликарбонат?

Мы не рекомендуем использовать сотовый поликарбонат для капитальных строений так как он быстро теряет свои свойства, мутнеет и поэтому начинает пропускать меньше света и для сохранения эффективности его надо периодически менять. А стекло это стекло, оно может работать десятилетиями.

На фото видно две трубы в коллекторе с черной рамой, это значит что система замкнутого типа?

Да, в данном случае система замкнутого типа, но вообще возможно совмещение с системой вентиляции.

Почему рамы коллекторов на фото разных цветов? Какой цвет лучше использовать?

Цвет это вопрос вкуса. Мы сделали два типа каркасов для коллектора, пластиковый и из дерева. Белый пластик дешевле цветного, поэтому поставили его. Второй сделали сами из дерева и покрасили в тон отделки цоколя.

Этот солнечный фасад заменяет часть конструкций стены или установлен поверх нее?

Коллекторы встроены в корпус дома и заменяют часть фасадного материала, который в противном случае пришлось бы покупать. Можно сказать, что его стоимость вычитается из стоимости коллектора.

А какая стоимость у выбранного фасадного материала, который заменяется солнечным фасадом?

В качестве фасадного материала была выбрана имитация бруса. С учетом брусков и крепежа стоимость материалов за 1 м. кв. 660 руб.

Какая получается стоимость у солнечного фасада по материалам за 1 квадратный метр и в общем?

Стоимость солнечного фасада складывается из стоимости стеклопакетов, каркаса и поглотителя (обычный тонкий листовой металл, окрашенный термостойкой краской). Мы опробовали два варианта. Первый - пластиковый каркас, как для окон. Его стоимость за вычетом сайдинга 1040 руб. за 1 м2 (1700 руб. без вычета). Второй - деревянный каркас собственного изготовления, его стоимость с вычетом стоимости сайдинга за 1 м2 920 руб (1580 руб. без вычета).

Что касается всей системы, включающей трубы, соединения, крепеж, вентиляторы и др., то получается 3180 руб. за 1 м кв. Это стоимость материалов с учетом вычета стоимости материалов на фасад. Таким образом материалы на данную систему солнечного отопления стоят 73000 рублей.

Что используется в качестве поглощающего покрытия в коллекторах? Ощущаются ли посторонние запахи при подаче горячего воздуха напрямую из коллектора в помещение?

Мы используем тонкий листовой металл и для окрашивания черную краску, рассчитанную на высокую температуру, поэтому никаких посторонних запахов не ощущается.

Какой КПД у такого солнечного фасада?

Сейчас мы готовим к запуску демонстрационную “прозрачную” систему солнечных коллекторов, с публикацией всех измеряемых данных в интернет на нашем сайте. Тогда можно будет точно узнать эффективность системы и ее КПД. А пока мы оцениваем КПД солнечного коллектора, который определяется отношением энергии солнечного излучения к получаемому теплу в в диапазоне 60-70%. В расчете конструкций мы пользуемся этим величинами. По моим оценкам на этом домике мы и получили примерно 60% при максимальной освещенности коллектора. Надо понимать, что это оценки, а не точные расчеты.

Какая по вашим оценкам пиковая тепловая мощность данной системы?

Около 14 кВт.

Как солнечный фасад работает в облачную погоду? Какая должна быть облачность, чтобы система перестала вырабатывать тепло?

В зависимости от уровня облачности. При легкой облачности интенсивность излучения от 100% составляет в среднем 60-80%. В пасмурный день 20-30%. Пропорционально этим величинам снижается температура в коллекторе. Вообще, эксплуатационные наблюдения показывают, что солнечные батареи в пасмурную погоду выдают 10% мощности от солнечной. Такое же понижение может быть и для коллекторов. Расположение коллектора тоже сильно влияет. Поэтому я могу сейчас говорить только оценочно. Система перестанет работать,когда температура в коллекторе упадет до температуры в аккумуляторе.

В начале октября мы установим систему измерения в непрерывном режиме с передачей данных в Интернет на модельном экодоме-учебнике на Ольхоне и будем измерять эти параметры с публикацией полученных данных в открытом доступе.

Насколько переотражение от снега может прибавлять мощности в солнечном фасаде?

Снег в среднем отражает до 30% падающего излучения, а свежевыпавший снег до 80%. Правда чистым он остается недолго.

Почему на фото труба на крыше белая, короткая и совсем не закопченная?

Это утепленная вытяжная труба из биотуалета. Воздух забирается из внутреннего объема биотуалета и выбрасывается наружу, а в биотуалет поступает из туалетной комнаты, а в туалетную комнату из коридора. Никаких запахов в туалете нет. Высота вытяжной трубы достаточна для естественной вентиляции, но предусмотрен вытяжной вентилятор.

Какое в бане основное отопление?

Установлена только электрокаменка в парной на 4кВт.

И как долго прогревается парная?

До 65 градусов, прогревалась минут за 40.

Расскажите, пожалуйста, о тепловом грунтовом аккумуляторе, как он устроен, в чем его преимущества по сравнению с водяными тепловыми аккумуляторами?

Грунтовый аккумулятор устроен просто: снизу и по бокам уложен утеплитель. На глубине 60 см под полом в жилой комнаты проложены канализационные трубы. По ним вентиляторами прогоняется воздух из коллекторов, и все это засыпается обычным грунтом. Сверху теплоизоляции нет, чтобы пол прогревался. Когда температура в солнечных коллекторах хотя бы на 5 градусов выше чем в тепловом аккумуляторе включается канальный вентилятор, и начинается прокачка воздуха через трубы. Этот режим устанавливается на контроллере и может быть изменен в процессе эксплуатации.

Преимущества грунтового аккумулятора в простоте системы, долговечности и более низкой стоимости, по сравнению с водяным тепловым аккумулятором, хотя последний эффективнее в пересчете на тот же объем.

План фундамента. Серым цветом выделен грунтовый аккумулятор тепла

Расположение воздуховодов в аккумуляторе

Какой объем у теплового аккумулятора и насколько хватает его заряда после солнечного дня?

12 кубов. Когда я настраивал и тестировал систему в марте 2020, температура снижалась за ночь к 8 утра примерно на полтора градуса, при минус 15 на улице.

Какая максимальная рабочая температура теплового аккумулятора?

Максимальную температуру можно задавать в контроллере, я выставлял 22 градуса.

Сколько часов требуется на полную зарядку теплового аккумулятора в этом проекте?

За три дня с 14 гр температура поднялась до 23 под центром комнаты, где в тепловом аккумуляторе размещен датчик. Перепад температуры пола от центра комнаты к внешним стенам был 1-2 градуса.

На сколько хватает полностью заряженного теплового аккумулятора когда из-за пасмурных дней не идет зарядка?

По оценкам приемлемое падение мы рассматривали до 14 градусов после чего автоматически включается электрообогрев. Это примерно 3-4 (четыре с натяжкой) дня при внешней температуре -16.

(14 градусов выставляется при отсутствии людей в доме)

Куда сбрасывается лишнее тепло?

Предусмотрен сброс в атмосферу через отверстие с задвижкой в верхней части коллектора.

Может ли избыточное тепло направлено на прогрев дорожек с для растопления на них снега и наледи?

Больше хлопот, чем смысла в наших условиях. Надо делать систему воздуховодов, а это деньги.

Несмотря на утепление снизу, надо полагать, что тепло все равно постепенно “просачивается” через утеплитель, поэтому можно ли считать сухой грунт под тепловым аккумулятором дополнительным объемом зарядки? И можно ли рассчитывать на постепенно возрастающий уровень заряда, если грунтовые воды залегают достаточно глубоко?

Во первых, грунт обычно, не сухой. Влажность грунта на глубине 1,5 - 2 метра примерно 12% от абсолютно сухого грунта. Если близко грунтовые воды, то влажность выше. Картина тепловых потоков другая. Через утеплитель под аккумулятором “просачивается” тепла значительно меньше, чем тепла поступающего из толщи грунта. Эта температура около +4 градусов. Под центральной частью дома это так, а по периметру земля остывает до минусовых температур. Проникновение холода под дом по периметру меньше чем глубина промерзания. Поэтому и утепляют основательно плитные фундаменты.

Мы делали эксперименты по созданию аккумулятора из естественного грунта, рассчитанного на полтора месяца, но это уже другая тема. Так что в данной постановке грунт под утеплителем теплового аккумулятора выполнять функцию дополнительного аккумулятора не может.

Конец первой части...