W sytuacji, gdy ogrzewanie domów nieodnawialnymi nośnikami energii z roku na rok znacznie drożeje, konieczne staje się poszukiwanie alternatywnych źródeł ciepła, wśród których relatywnie niskimi nakładami ekonomicznymi góruje promieniowanie słoneczne. W tym obszarze działań innowacyjnych różnorakie rozwiązania techniczno-procesowe rozpracowuje się w ogromnej skali na terenie Niemiec.

W niniejszym studium prezentuje się stan techniki i technologii efektywnego ogrzewania mieszkań w blokach oraz domkach, osiągnięty w 2007 roku na osiedlu „Przy łuku Ackermanna” (Am Ackermannbogen) w Monachium, RFN.

Charakterystyka osiedla
Powierzchnia kolektorów słonecznych na dachach 2 877 m2
Kąt ich nachylenia w kierunku południowym 18,5
Objętość wodnego zasobnika ciepła 5 700 m3
Ilość ogrzewanych mieszkań 319
Globalne zapotrzebowanie ciepła po centrali energetycznej 2 300 MWh
Moc absorpcyjnej pompy ciepła 1,4 MW
Udział promieniowania słonecznego w bilansie grzewczym 47%
Koszt ogrzewania mieszkań promieniowaniem słonecznym 0,24 €/kWh
Uzupełnianie ciepła zimą z lokalnej elektrociepłowni.
Omawiane osiedle obejmuje 4 standardowe bloki mieszkalne wraz z 8 budynkami, których czynsze uwzględniają możliwości finansowe rodzin z przeciętnymi dochodami.
Powierzchnia grzewcza w tych obiektach wynosi 30 400 m2, z czego 27 000 m2 przypada na mieszkania. Wszystkie budynki zostały starannie zaizolowane, dzięki któremu specyficzne zapotrzebowanie na ciepło ogrzewania wynosi rocznie tylko 75 kWh/m2. Doskonała izolacja budynków przyczyniła się do tego, że zapotrzebowanie na ciepłą wodę użytkową wynosi 30% globalnego bilansu grzewczego.
Zasobnik ciepła słonecznego
Sezonowy zasobnik ciepła – o oryginalnej budowie – jest jednym z głównych elementów omawianego systemu ciepłowniczego w prezentowanym osiedlu. Został zmontowany z betonowych prefabrykatów na starannie wylanej, silnie uzbrojonej płycie z tego samego materiału. Aby zapewnić jego pełną wodoszczelność, wyłożono go pospawanymi blachami ze stali szlachetnej o grubości 1,25 mm (J. Ropcke; Sonne, Wind & Warme, 46, 10, 2007 r.).
Na zewnątrz ten potężny zbiornik został pokryty izolacją o grubości 70 cm. Izolację pod płytą nośną sporządzono z spienionego szkła, natomiast ściany oraz zadaszenie pokryto porowatym, szklanym granulatem i zabezpieczono zewnętrznym, membranowym oszalowaniem. Przy ewentualnym zawilgoceniu wodami gruntowymi tego typu materiał izolacyjny można szybko wysuszyć (rys. 2).
Omawiany zasobnik ciepła ma pojemność 5 700 m3 wody z możliwością regulacji jej poziomu. Oryginalnym elementem tego zbiornika jest zainstalowana przy nim termicznie zasilana absorpcyjna pompa ciepła o mocy 1,4 MW.
Omawiany betonowy kolos posiada wysokość 16 m oraz średnicę 26 m. Został przykryty pokaźną ilością ziemi w postaci pagórka (rys. 3) i dzięki temu stanowi nawet zaporę dźwiękochłonną dla mieszkańców osiedla.
W zimie, gdy dzieci zjeżdżają z niego na sankach, mieszkańcy w większości nie zdają sobie sprawy z tego, co jest w jego wnętrzu. Tymczasem - obok gigantycznego zasobnika gorącej wody - umieszczono w nim osiedlową centralę energetyczną (rys. 4). Przez nią biegną wszelkiego typu rurociągi wraz z ich systemami sterowniczymi. Tu dopływa ciepło z baterii słonecznych wg rys. 1 (znajdujących się na dachach trzech bloków mieszkalnych) - do zasobnika z gorącą wodą oraz uzupełniające ciepło w zimie - z lokalnej elektrociepłowni. W powyższej zainstalowano również absorpcyjną pompę ciepła.
Ten zasobnik ciepła zaopatruje mieszkańców osiedla w gorącą wodę użytkową przez cały rok, a w zimie w znacznym stopniu uzupełnia ciepło dla systemu ogrzewania mieszkań, których roczne zapotrzebowanie wynosi 2 300 MWh, z czego promieniowanie słoneczne pokrywa 1 150 MWh, tj. aż 47%.
Po prostu kolektory słoneczne od wiosny do jesieni przekazują ciepło do sezonowego zasobnika, w którym woda osiąga 95 st. C.
W sezonie zimowym dostarcza on ciepło do ogrzewania mieszkań w blokach oraz budynkach osiedla. Gdy temperatura wody w zasobniku obniży się do temperatury wody powrotnej z mieszkań, wynoszącej 30 st. C, wówczas uruchamia się absorpcyjną pompę ciepła (rys. 4). Dzięki niej ten ogromny zasobnik ciepła bywa eksploatowany w relatywnie pokaźnym interwale temperatur 95–10 st. st. C. Po prostu pompa ciepła dostarcza rocznie 150–200 MWh do sieci grzewczej i przyczynia się do 47-procentowego udziału promieniowania słonecznego w globalnym bilansie grzewczym omawianego osiedla.
Charakterystyka systemu grzewczego
System dostawy ciepła do poszczególnych budynków omawianego osiedla został sprzężony z centralą energetyczną, zlokalizowaną obok ogromnego zasobnika z gorącą wodą. Do niej dopływa uzupełniające ciepło w zimie z lokalnej elektrociepłowni, co dokładnie uwidacznia rys. 5. Na tym podwójnym rysunku przedstawiono wszystkie elementy procesowo-techniczne wysoce efektywnego systemu ogrzewania bloków oraz budynków mieszkalnych z 47-procentowym udziałem promieniowania słonecznego. Wśród czterech bloków, tylko na dachach trzech zainstalowano baterie słoneczne. Każdy z budynków ma swoją stację rozpływu wody grzewczej, jak i sporządzania - w wymiennikach ciepła (do których doprowadza się wodę pitną) - gorącej wody użytkowej wraz z jej rozprowadzaniem do poszczególnych mieszkań.
Prezentowany w niniejszym artykule system ogrzewania osiedla mieszkaniowego z udziałem zbiorczych kolektorów słonecznych, sprzężonych z ogromnej pojemności zasobnikiem ciepłej wody wraz z absorpcyjną pompą ciepła oraz lokalną elektrociepłownią (a nie z ciepłownią, która jest termicznie niskosprawna) należy do trzeciej już generacji na terenie Niemiec.
Poprzednie (relatywnie droższe oraz termicznie mniej efektywne) wybudowano w: Hamburgu, Hanowerze, Chemmitz, Steinfurcie oraz Rostocku.
Pora najwyższa na tego typu systemy ogrzewania naszych, krajowych, nowo wznoszonych osiedli mieszkalnych. Sprawa jest pilna, tak ze względów na wymogi ochrony środowiska, jak i z powodu szybko oraz znacznie rosnących cen ropy, gazu ziemnego i węgla.