В канадском городе Окотоксе, Альберта, расположенном на 51.1 градусе северной широды и 114 градусе западной долготы, была реализована успешная технологичная система отопления за счет энергии солнца, которая оборудована грунтовым сезонным аккумулятором и не имеет теплового насоса. Называется система DLSC - Drake Landing Solar Community.
При проектировании системы канадские специалисты изучили результаты исследований европейцев и учли накопленный другими специалистами практический опыт, для того, чтобы создать эффективную круглогодичную отопительную систему, которая была бы экономически выгодной и максимально использовала возобновляемую энергию солнца в общем потреблении энергии жилого района.
Отопительная солнечная система, оснащенная грунтовым аккумулятором, была введена в эксплуатацию в районе Окотокс еще в две тысячи седьмом году. Она являлась первой системой солнечного отопления во всей Северной Америке, которая бы покрывала более девяноста процентов потребности пятидесяти двух частных домов в отоплении. Централизованная отопительная система района была специально спроектирована, чтобы запасать избыток полученной солнечной энергии в теплый период с использованием грунтового аккумулятора, хранящего энергию до периода ее использования.
Состоит тепловая система из следующих компонентов:
1) Восьмисот солнечных коллекторов, закрепленных на крышах гаражей, а также перекрытиях между ними, на всей площади жилого района, под углом сорок пять градусов к линии горизонта;
2) Временного интегрированного аккумулятора тепловой солнечной энергии, представляющего собой два металлических резервуара емкостью сто двадцать кубических метров каждый;
3) Грунтового аккумулятора, состоящего из ста сорока четырех скважин глубиной тридцать семь метро и расстоянием между ними 2.25 метра. Диаметр площади используемой поверхности равен тридцати пяти метрам;
4) Распределительной местной системы;
5) Пятидесяти двух энергетически эффективных домов.
Солнечная энергия, впитываемая при помощи плоских солнечных коллекторов, общая площадь которых превышает две тысячи двести девяноста квадратных метров, накапливается в грунте, благодаря специальной аккумулирующей системе. Когда же появляется необходимость обогрева помещений, она может быть извлечена из хранилища и направлена по назначению, то есть к жилым домам, подключенным к ней. Грунтовый аккумулятор размещен на углу расположенного неподалеку парка и покрыт внушительным слоем изоляции под верхним слоем почвы. Грунтовую аккумулирующую систему складывают сто сорок четыре скважины, которые расположены в двадцать четыре параллельных контура и имеют глубину тридцать пять метров. Подключение рядов соединенных последовательно скважин реализовано таким образом, чтобы во время зарядки теплоноситель тек из центра устройства к периферии, и обратным способом в процессе разрядки, что позволяет поддерживать максимально возможную температуру в центре устройства. Для того, чтобы обеспечить эффективное сохранение тепловой энергии в течение длительного времени, грунтовый аккумулятор, теплоноситель в котором может быть разогрет до восьмидесяти градусов, имеет сложную систему теплоизоляции. Она представлена глиной, специальной теплоизоляцией R-40, слоем песка, водоупорной мембраной, а также некоторыми другими материалами с низкой теплопроводностью. В теплую пору года грунтовая аккумулирующая система получает тепло от временного аккумулятора. В холодные времена года, когда солнечного тепла на землю попадает недостаточное количество и возникает потребность в дополнительном обогреве жилых помещений, поступление нагретого теплоносителя в отопительную сеть также осуществляется через временный аккумулятор. Когда теплоноситель во временном аккумуляторе имеет недостаточную температуру, в энергетическом центре района запускается газовый котел.
Жилые постройки – энергоэффективные коттеджи, благодаря современным технологическим достижениям сохраняют на тридцать процентов больше тепла по сравнению с обычными домами, что подтверждается полученным канадским сертификатом стандарта R-2000. В каждом доме реализована современная система теплоизоляции, рекуперативной вентиляции и воздушный барьер. Отопление домов реализуется за счет четырех ветвей распределительной сети, которая состоит из современных двойных трубопроводов. Сплит-система рекуперации тепла и кондиционирование обеспечивает эффективное воздушное отопление и приток свежего воздуха в помещения. Также независимая двух коллекторная система нагрева горячей воды и качественный газовый котел, обладающий высокой эффективностью, обеспечивают беспрерывное снабжение жилых построек горячей водой. Благодаря использованию такой комбинации технологических решений, стало возможным добиться семидесяти процентного снижения объема потребляемого газа.
Основная часть энергетического оборудования, а это контроллеры, насосы, резервный газовый котел и так далее, а также два временных аккумуляторных резервуара общим объемом двести сорок кубических метров, расположены в специально отведенной постройке – Энергетическом Центре.
Временные аккумулирующие резервуары выступают в роли буфера между распределительным контуром, контуром солнечных коллекторов и грунтовой аккумулирующей системой. К основным функциям временного аккумулятора относятся: получение, и дальнейшее распределение тепловой энергии в зависимости от поставленных на данный момент времени задач. Временные накопительные резервуары являются неотъемлемой частью энергетической системы данного типа, поскольку они обладают более высокой теплопроводностью, что позволяет им более интенсивно утилизировать тепловую энергию, нежели грунтовая аккумулирующая система, обладающая значительно более высокой теплоемкостью. В теплую пору года, когда солнечного тепла на землю поступает избыточное количество, грунтовый аккумулятор также не может быстро поглощать тепло, что делает необходимым использование временных аккумуляторов тепловой энергии во избежание снижения эффективности всей установки. Временные аккумуляторные резервуары эффективно накапливают солнечную энергию в течение дня и продолжают ее передачу в основной накопительный блок на протяжении всей ночи.
В свете вышесказанного можно однозначно утверждать, что использование солнечных тепловых систем, схожих с системой Drake Landing Solar Community, позволит оказать значительное положительное влияние на стабилизацию экологической ситуации. В рассматриваемом случае реализация технически совершенной и экономически выгодной системы отопления позволило снизить выбросы парниковых газов на пять тонн в год. Кроме того, система обладает потрясающей экономической эффективностью за счет значительного снижения объемов используемого ископаемого топлива. Более того, солнечное тепло является неистощимым источником энергии, что позволяет говорить о долгосрочной стабильности таких систем в условиях энергетического кризиса.
Канадская система солнечного отопления с грунтовой аккумулирующей системой является сегодня самой успешной системой не только данного типа, но и всех систем подразумевающих обогрев жилых помещений за счет солнечного тепла. Канадцам удалось достигнуть впечатляющих показателей – 86 процентов используемого тепла приходится на солнечную энергию.
Грунтовая аккумуляторная система еще не достигла стационарного температурного состояния, однако, полученные результаты весьма многообещающие. Сравнительную таблицу параметров солнечных систем отопления с грунтовой аккумулирующей системой, возведенных в Швеции и Канаде вы можете увидеть на соответствующем изображении в теле статьи.
Шведская система солнечного отопления уже к восьмому году достигла стационарного температурного состояния, что позволило в точности измерить составляющую солнечного тепла в суммарном энергопотреблении. В результате проведенного специалистами анализа была получена цифра в двадцать восемь процентов. Однако следует учитывать, что на момент ее запуска, а это был далекий две тысячи второй год, данная система была уникальной в своем роде, так как нигде больше в мире не было аналогов. Во время проектирования и непосредственного возведения специалисты сталкивались с серьезными трудностями, кроме того, из-за отсутствия реального опыта были допущены некоторые огрехи при планировании системы, которые стали причиной снижения общей эффективности системы. Тем не менее, шведская отопительная система солнечного типа является важным устройством, снабжающим ученых всего мира необходимой тестовой информацией, которая позволила канадцам построить значительно более совершенную отопительную систему.
Канадские специалисты после тщательного анализа мирового опыта, и шведского опыта в частности, приступили к созданию собственной крупномасштабной отопительной солнечной системы с сезонными грунтовыми аккумуляторами, которая была введена в эксплуатацию уже в две тысячи седьмом году. В настоящее время система отлично функционирует. Главным выводом, который сделали канадские специалисты, проведя всесторонний анализ шведской разработки – это значительно более высокий уровень реальных потерь, нежели прогнозировалось на стадии проектирования. Во избежание данного негативного аспекта было решено использовать совершенную систему тепловой изоляции грунтовых накопителей тепла. Также, за счет использования продуманной централизованной системы размещения составляющих системы удалось еще больше понизить неоправданные потери тепловой энергии. Использование двух временных аккумулирующих резервуара большой емкости – сто двадцать тысяч литров, вместо нескольких небольших, также позволило избежать дополнительных потерь тепла.
Просмотрев сравнительную таблицу, можно заметить, что присутствуют существенные различия в организации и конфигурации двух систем солнечного отопления. Канадская система, в отличие от шведской, оснащена современной системой контроля и мониторинга, которая осуществляет запись и хранение всех данных, принятых с соответствующих датчиков. Кроме того, разработанная система мониторинга оснащена специальной логикой для проведения дальнейших исследований системы и качественного сравнения с виртуальной моделью, спроектированной в программе TRNSYS. Координирующий проект SAIC Canada специалист непрестанно следит за работой системы, а также занимается усовершенствованием оборудования контроля и мониторинга; проводит инспекции рабочих помещений, расположенных в границах жилого района. Такое внимание к деталям позволяет своевременно выявить ошибки и неполадки, которые могут возникнуть в процессе работы системы, и заблаговременно их устранить.
Так или иначе, ни у кого не возникает сомнений в том, что два рассмотренных примера: первопроходческая шведская система солнечного отопления и более совершенная канадская, доказали мировой общественности перспективность круглогодичного использования энергии солнца для отопления жилых построек в условиях сурового климата, а также для бесперебойного водоснабжения. Описанные системы сделали громадный шаг вперед для продвижения солнечной энергетики в мировых масштабах и являются ярким примером применения экологически чистых, экономически выходных и эффективных энергетических систем.{odnaknopka}