СФУ: как из бывшей проходной сделать учебное пространство с нулевым углеродным следом
Изучаем, как устроена «Зелёная станция», и можно ли вам повторить этот проект
В Сибирском федеральном университете заработало пространство «Зелёная станция». В нём будут заниматься наукой и проводить лекции. При этом электроэнергию и тепло на все нужды помещения получают от солнца и из-под земли. Экологичное пространство оборудовали на месте бывшего контрольно-пропускного пункта, который во время Универсиады-2019 был частью периметра безопасности: после соревнований забор разобрали, а КПП остался. Сколько стоит такой эксперимент, для чего он нужен и как технологию можно использовать для обогрева и освещения частных домов, — в материале сайта «Сибирь работает».
Как родилась идея проекта?
Игорь Тарасов, руководитель проекта и директор Инженерно-строительного института СФУ рассказывает — проект «Зеленой станции» стал реальностью во многом за счет повестки: мало кто в Сибири еще не слышал про злободневный углеродный след, который все вокруг пытаются снижать.
Мы знаем — надо сокращать выбросы, и технологии для этого есть, мы просто соединили всё в одном детище. В то же время задействовали университетский объект, который не использовался и больше даже мешал: КПП — это основная магистраль, люди постоянно снуют туда-сюда, и двери постоянно открываются и закрываются. А сейчас мы сделали свободный проход, получилась такая арка, входная группа, и когда сейчас проходишь — видишь, что происходит внутри «Зелёной станции». Это уже наглядность. К тому же, станция станет местом, где будут работать как эксперты, так и студенты, занимающиеся вопросами экологии.
— Например, чтобы попасть в какую-нибудь лабораторию, нужно большой путь проделать. Как минимум, вы с охраной на входе столкнетесь. А здесь любой человек может зайти в открытый кампус и посмотреть, как все работает и используется. Тут еще появятся QR-коды с дополнительной информацией о локации. Таким образом мы будем популяризировать всё «зелёное», и здесь речь идет не только об электроэнергии. Этот проект во многом про разумное потребление ресурсов: нельзя мусор выбрасывать, нельзя чайник, например, полный кипятить. Мы же в России к этому не совсем привыкли, только начинаем формировать привычку.
Нет никакой магии, есть законы физики
«Зеленая станция» называется зеленой именно потому, что для эксплуатации этого здания мы не потребляем энергию извне, а жизнь станции не сопровождается выбросом углекислого газа. Тепловую энергию мы используем за счет геотермального тепла, то есть работы геотермального насоса, а электрическую энергию мы получаем от солнечной радиации.
Ниже глубины промерзания, то есть ниже 2,7 метров, средняя температура грунта для Красноярска составляет от +5 до +10 градусов. Там никаких теплых источников нет, и этой температуры для работы теплового насоса достаточно. Сам тепловой насос — это устройство, которое позволяет «отобрать» температуру от источника с более низкой температурой и передать источнику с более высокой температурой.
— Мы знаем — согласно законам физики — если, допустим, налить горячий чай и прислонить к нему ладонь, то теплопередача всегда идёт от более нагретого к менее нагретому: чай греет ладошку. Так, тепловой насос позволяет передать теплоту от холодного грунта к горячей воде, которая бежит по теплому полу за счет работы теплового насоса. Тепловой насос работает, как домашний холодильник: он забирает тепло из холодильной камеры и выбрасывает ее по тепловым трубкам. Теплоноситель, который у нас следует по геоконтуру, из-под земли встречается с контуром хладагента. Хладагент из-за этого начинает вскипать, идёт расширение, и горячий хладагент передает тепло контуру.
—Чтобы компрессор, насос, который качает и сжимает, работал сам — ему нужно электричество, — замечает Игорь Тарасов, руководитель проекта, директор Инженерно-строительного института СФУ. — И его мы берем от солнечных батарей. Нам нужно небольшое количество электричества, оно впоследствии приумножается при работе теплового насоса в 5 раз. Это технические характеристики оборудования от завода-производителя, и мы на месте можем их проверить.
- Для работы системы геотермального отопления пробурены 12 скважин.
- Геотермальный насос работает от энергии солнца: на крыше здания для этого установили солнечные батареи.
- Система нагрева запускает горячую воду в теплый пол: это позволяет обогревать помещения и подавать горячую воду в уборные.
- Гибридная солнечная станция состоит из 18 солнечных панелей, аккумуляторных батарей и гибридного инвертора.
- Также здесь есть и другое оборудование: 3D-принетры, станки и многое другое. Это нужно для других «зелёных» проектов лаборатории строительной экологии и энергоэффективности, которая фактически заведует «Зелёной станцией».
Мы занимаемся наукой, поэтому будем смотреть: в 5 раз приумножится электричество или не в 5. Ведь тут много условий: режим «чёрного неба», когда меньше солнца, а снег попал на солнечные панели. Максимум мы получали 2,5 киловатта от солнечных панелей, а функционирование теплового насоса в пике — 3 киловатта. Летом от панелей отдача будет еще больше.
Почему выбрали КПП как опорную точку для новой станции?
— Мы выбрали именно это здание потому, что у него отличная ориентация по сторонам света. Наиболее оптимальное расположение ската. У нас в работе был и другой павильон, но этот ориентирован идеально на юг, что дает максимальный эффект в работе солнечных панелей. Также мы установили здесь светопрозрачную кровлю, что позволяет максимально использовать солнечный свет — если была бы сделали упор на кровлю металлическую, то и света в помещении было бы намного меньше.
А какова цена вопроса?
— Чтобы оснастить этот объект тепловым насосом, солнечной электростанцией и прочим, ушло около 6 миллионов рублей. На саму станцию — около 1,2 миллиона, на тепловой насос — 3,8 миллиона, еще и теплый пол «съел» часть средств, конечно же. Это достаточно большая сумма для рядового потребителя или дачника, который строит себе загородный дом.
Однако любой человек может у себя в дома наладить такую систему. Мы сможем для него всё четко просчитать, дать рекомендации из нашего опыта. Такие системы уже встречаются в Красноярске, поэтому мы не говорим, что она первая в нашем городе. Она имеется у обеспеченных людей. Всё-таки сложно потратиться в самом начале, когда ты понимаешь, что заплатить нужно столько денег, сколько у тебя практически весь дом стоит. Но зато потом ты ничего платить не будешь, а нормативный срок службы у оборудования — 25 лет. Многие люди не заглядывают далеко, думая лишь о ближайшем будущем. Отчасти поэтому у нас получилось создать первое именно общественное пространство.
— Хотя в нашем случае реализовать проект получилось благодаря федеральной программе «Приоритет 2030», которая поддерживает университеты в стране. В 2022 году наш университет получил поддержку и грант. Не конкретно на этот объект, но и на другие тоже. У нас есть несколько стратегических проектов, один из них — центр низкоуглеродного развития, например, и это большое направление нашей работы, а «Зеленая станция» — только его часть. Чтобы получить финансирование, мы предложили идею руководству вуза, потом её защищали. К лету 2022 года мы начали процедуры закупок, поиски подрядчика. А замысел у нас родился ещё в конце 2021 года.
А что — потом? Будет ли жить «Зеленая станция», или это одноразовый проект?
— Чтобы делать выводы о работе станции, должен пройти, как минимум, один год, то есть полный цикл: зима, весна, лето, осень, тогда мы получим исчерпывающую информацию о ее функционировании. Потом нужно будет еще и сравнить данные — какие-то зимы в Сибири теплее, какие-то, наоборот, холоднее, и это всегда разные параметры, разные оценки.
Если, например, оценивать деградацию солнечных панелей, это 25 лет можно вести мониторинг. Но станция точно будет жить
— Чтобы масштабировать и тиражировать наш опыт, нужно, чтобы кто-то еще им заинтересовался, мы должны изучить не только наши данные, но и чужие. Тогда в будущем мы сможем оперативно способствовать проектированию и других конкретных объектов. Поймем, например, на какую площадь и какой мощности нужны установки, чтобы обеспечить дом или нежилое помещение. Сейчас же мы всё это и будем изучать.
Фото: Елизавета Зорыч