Влияние использования альтернативной энергетики на формирование архитектуры котельных

Аннотация. В настоящей статье представлена краткая характеристика влияния использования альтернативной энергетики на формирование архитектуры котельных. Автор в работе проанализировал зарубежный опыт применения возобновляемых источников энергии в работе котельных, как, например, биотопливо, солнечная энергия и энергия ветра. Помимо этого, значительной частью работы стал конъюнктурный анализ архитектуры котельных в российской практике, основанной на применении как солнечной энергии, энергии ветра, так и энергии геотермальных источников для отопления.
Ключевые слова: возобновляемые источники энергии, котельные установки, архитектура котельных установок, энергосбережение, альтернативная энергетика.
В настоящее время можно с уверенностью говорить о тенденции всё большего использования альтернативных источников энергии в разных сферах хозяйственной деятельности человека. В целом, возобновляемые источники энергии (ВИЭ) стали трендом XXI века, и предполагается, что к 2040 году, опираясь на данные Международного энергетического агентства, если будет доминирование политики устойчивого развития энергетики, то превалирующими источниками энергии могут стать гидроэнергия, энергия ветра, энергия Солнца и прочие виды возобновляемой энергии, а такие источники энергии, как уголь, природных газ и нефть будут характеризоваться нивелирующим присутствием на рынке энергетических технологий [1]. ВИЭ действительно используются сейчас в разных сегментах функционирования общества, определяя парадигму устойчивого развития, и одним из таких сегментов использования являются котельные установки. В целом, они представляют собой сооружение, функциональной способностью которых является нагрев рабочей жидкости (теплоносителя) для системы отопления или пароснабжения, что расположены в одном помещении. Технологическое развитие и архитектуры котельных, и ВИЭ позволяет говорить о синергии использования альтернативных источников энергии в этих установках, что обуславливает актуальность темы.
В Российской Федерации концепт «котельная + ВИЭ» пока что не получил широкого распространения, однако в зарубежных странах имеется множество котельных установок, где используется альтернативная энергетика. Так, Дании принадлежит полуостров Ютландия, на котором расположен ряд котельных, где в технологический процесс внедрены солнечные панели. Коллекторы солнечной энергии имеют общую площадь в 18,600 м2, что позволяет получать 10 Мвт энергии, которая впоследствии будет использована для отопления. Когда данная система была построена в 2007 году, она стала самой большой в Европе, где применялись солнечные панели для отопления, и эта котельная была построена для того, чтобы перейти на 100% использование возобновляемой энергии и «уйти» от газа, как главного элемента отопительных установок. Впоследствии по Дании и её островам распространились котельные с использованием энергии Солнца для отопления. Так, в округе Marstal в 2015 году была произведена инсталляция 23,800 м2 солнечных панелей для той же цели, в 2015-2016 гг. в округе Hjallerup – 21,500 м2 солнечных панелей, что позволило Дании стать одной из первых стран в мире, где настолько широко используются альтернативные источники энергии в хозяйственных процессах [2].
Помимо этого, можно и сказать об опыте Германии, где в 2015 году 12% всей энергии, необходимой для отопления, были получены из ВИЭ. В 2014 году в городе Долштейн были установлены 100 м2 солнечных коллекторов, а также водяные помпы, что позволило полностью отапливать 47 домов в холодное время года

. В 2007 году в Мюнхене на крышах многоэтажных домов в городском пространстве были установлены солнечные панели общей площадью в 2,761 м2, что позволило отапливать в холодное время года только этой энергией 320 квартир; в 2013 году в городе Büsingen на юго-западе Германии были установлены вакуумные солнечные коллекторы общей площадью в 1,090 м2, и, помимо этого, были установлены фасадные солнечные панели – 90 м2, а также наземные – 1,000 м2, что позволило обогревать в холодное время года более 100 домов, гостиницу и школу, а стоимость обогрева снизилась до 10 центов за кВт. Также очень впечатляющим примером использования синергии котельных установок и возобновляемых источников энергии стал опыт Австрии, где 32% энергии, необходимой на отопление страны в целом, идет от ВИЭ, как, например, солнечные панели или биотопливо. К примеру, в городе Güssing в федеральной земле Бургенланд уже с 1996 года для отопления используются брикеты, состоящие из щепы, что осталась после производства деревянного пола – в таких котельных используются бойлеры биомассы, обогревающие свыше 500 домохозяйств. Этот же ВИЭ для обогрева используют и в поселениях Güttenbach, Lavamünd, Urbersdorf и Stainz, хотя в Urbersdorf еще используют в дополнении к биотопливу и солнечные панели общей площадью 340 м2 [2].
Возвращаясь к опыту Российской Федерации в плане архитектурной реализации котельной с использованием возобновляемых источников энергии, то примеров не так много, как в других странах, а больше распространены котельные с применением солнечных панелей (наиболее распространено) или ветряков (наименее распространено) для генерации энергии для отопления. Возможно, нет распространения применения ВИЭ потому, что согласно действующим санитарным нормам и правилам стационарные котельные установки могут работать только на двух видах топлива: основное (например, природный газ) и резервное (мазут или уголь) [3]. Однако всё же имеются инициативы, доказывающие, что в некоторых регионах России применение альтернативной энергетики для котельных установок очень актуально. Так, например, в Камчатском крае имеется село Эссо, где применяется геотермальная энергия для районного отопления с помощью внедрения системы геотермальных тепловых насосов. И учитывая, что для России опыт формирования архитектуры с использованием источников альтернативной энергетики актуален, ниже будет рассмотрен именно он.
В РФ имеется действующий СП 41-104-2000, где отмечены правила проектирования автономных источников теплоснабжения, среди которых находятся следующие [общие примеры правил] [4]:
1. Котельные по размещению: отдельно стоящие, пристроенные, встроенные, крышные;
2. Котельные не должны быть встроены в многоквартирные дома;
3. Тепловые нагрузки котельных должны иметь три режима: максимальный, средний и летний;
4. Технологическая схема должна обеспечивать:
- оптимальную механизацию и автоматизацию технологических процессов;
- механизацию ремонтных работ;
- безопасную эксплуатацию обслуживающего персонала.
5. Конструкции должны иметь предел огнестойкости REI 45, должны быть противопожарные стены или перегородки.
Переходя к архитектурно-инженерному аспекту применения систем ВИЭ в составе котельных, то сначала стоит проанализировать размещение солнечных батарей для котельных. На примере России можно сказать, что на рынке работает множество компаний, предлагающие свои услуги по конструированию котельных с использованием ВИЭ в виде солнечной энергии. К сожалению, крупных проектов в РФ, особенно финансируемых государством, в этом сегменте пока что нет, но организация ООО «Инженерно-технический сервис» предлагает архитектуру блочно-модульной котельной, состоящей из ряда солнечных коллекторов в размере 10-30 единиц