XVII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2025

Архитектура православных храмов гораздо шире их культовых функций и религиозных идей. Еще с древних времен храмы могли выделяться своими размерами и богатством, среди прочей городской застройки.

Данный вид архитектуры нельзя соотнести с другими видами зодчества, так как православная церковь всегда была и остается передовым сооружением с определенными традициями и устоями. Но несмотря на это, процесс храмостроения развивается, и тем самым привносит в облик храмов прогрессивные архитектурные и инженерные решения.

За период правления Советской власти в России существующие культовые здания и сооружения уничтожались или использовались в качестве складов, гаражей, планетариев, механосборочных мастерских и т.д. Существовавшие в них инженерные системы практически полностью разрушились в связи с отсутствием квалифицированной эксплуатации в течении многих десятилетий. Специальная литература по инженерному оборудованию соборов и церквей сохранилась лишь в церковных библиотеках. В архивах библиотек крупных городов мало информации по особенностям конструирования систем кондиционирования микроклимата таких сооружений.

Возобновления строительства церквей началось в конце XX века, но по тем канонам, которые были заложены первоначально. Это стало отправной точкой, воспринятое, как историческое наследие, в проектировании храмов и их комплексов. В настоящее время, тенденция храмостроительства опять набирает обороты. Поэтому вопрос энергоснабжения и энергоэффективности является актуальной темой на текущий момент.

Энергоэффективность и энергосбережение входят в пять стратегических направлений приоритетного технологического развития России. Одним из самых перспективных решений этой задачи, является использование возобновляемых источников энергии. Возобновляемая энергия — это энергия, получаемая от природных источников, восстановление которых постоянно осуществляется в природе.

Анализируя существующие системы по использованию возобновляемых источников энергии, для решения проблемы энергоэффективности православного храма можно рассмотреть такие варианты как: для получения электроэнергии - солнечные панели, а для тепловой энергии - тепловые насосы.

Проведенные исследования позволяют предположить возможность создания храма, который будет полностью независим от центральных источников систем снабжения.

Лучшим вариантом является нахождение таких инженерных решений, при которых системы использования возобновляемых источников энергии будут полностью заменять классический вид энергоснабжения.

Для оценки энергоэффективности использования возобновляемых источников энергии в православных храмах нами был разработан проект по реконструкции православного храма типа «корабль» в городе Челябинск.

Солнечные панели. Применение солнечных панелей, как вид энергоэффективных мероприятий, довольно спорный вопрос, так как одной из главных задач внедрения инновационных инженерных коммуникаций в храмы является сохранение, существующего в России религиозного символизма, связанного с традиционным взглядом на храмостроительство. С целью сохранения традиций православного зодчества следует качественно определить оптимальные геометрические параметры зданий храма для применения в нем энергосберегающих установок.

По этой причине, нами был выбран архитектурный тип храма «корабль», с возможностью внедрения солнечных панелей на скатную часть крыши, без серьезных изменений в архитектурный облик храма (рисунок 1).

Рисунок 1. Расположение солнечных панелей на макете православного храма типа «корабль».

Использование солнечных панелей в нашем проекте дает возможность автономного обеспечения освещения храма. Было рассчитано количество требующихся ламп и их мощности, в зависимости от нормируемого показателя искусственной освещенности основных частей храма [1]. С учетом нестандартной высоты помещения было принято 84 штуки светодиодных ламп с мощность 4 Вт, со световым потоком 400 лм.

Исходя из требующейся мощности на нужды освещения и в связи с неизбежными потерями в проводах, солнечном контроллере и инверторе, а также с возможным увеличением нагрузки и постепенным, незначительным снижением эффективности при эксплуатации, было принято количество солнечных панелей - 14 штук, с мощностью 550 Вт, размеры 2279х1134х35мм- SilaSolar 550Вт 10BB (Bifacial).

С учетом стоимости за одну солнечную панель – 23104 руб., стоимость нашей СЭС составит: 323456 руб.

Солнечные панели являются источниками постоянного тока, а бытовые приборы работают на переменном. Прежде чем осуществить это преобразование в инверторе ток проходит через контроллер заряда, который отключает нагрузку от аккумуляторных батарей, если они недопустимо разряжены, а также солнечную панель, если аккумуляторы полностью заряжены. В ночное время суток, а также в случае затяжного снегопада, тумана и т.п., накопленная в аккумуляторной батарее автономной солнечной электростанции энергия потребляется нагрузкой. В нашем проекты были приняты свинцовые аккумуляторные батареи типа GEL.

В результате расчетов получили количество АКБ равное 36 шт. Очевидно, что расчет дает завышенную требуемую емкость аккумуляторной батареи. Для более точного определения требуемой ёмкости необходимо как можно точнее учесть изменение графика нагрузки на интервале ночного времени суток.

Тепловой насос. Системы теплоснабжения с использованием тепловых насосов - теплонасосные системы теплоснабжения - могут применяться для отопления, вентиляции, обеспечения теплотой на нужды горячего водоснабжения и технологических процессов. Эффективность теплового насоса во многом зависит от выбора источника низкопотенциальной теплоты, так как повышение эффективности происходит при снижении разности температуры конденсации и температуры кипения рабочего вещества. Самые эффективные схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды.

Для получения тепловой энергии для храма важно сохранить архитектурный облик, а так как земельный участок, на котором располагается храм, имеет сравнительно небольшую площадь 500 м², то укладка горизонтального замкнутого контура теплового насоса не возможна. Поэтому в качестве внешнего контура теплонасосной установки принимаем вертикальный замкнутый контур.

Согласно теплотехническому расчету на отопление храма по расчетным температурам наружного воздуха требуется 40,65 кВт тепловой энергии.

Нами была рассмотрена возможность комбинирования теплового насоса и альтернативного источника энергии – твердотопливного котла. Так как работоспособность теплового насоса в холодный период снижается, то для погашения пиковых нагрузок в зимний период требуется альтернатива. Тепловой насос покрывает 70% расчётных теплопотерь (28,46 кВт) , а остальные 30 % покрывает радиаторная система отопления при пиковых нагрузках.

Температуры теплоносителя на выходе из теплового насоса недостаточно для того, чтобы использовать в стандартных радиаторных системах, поэтому наиболее эффективно теплонасосные установки для отопления, могут применяться в системах теплого пола.

Для исследования внедрения теплонасосной установки в систему отопления храма типа «корабль» были проведены работы:

- спроектированы 8 контуров системы теплого пола, где теплоносителем выступает нагретая тепловым насосом вода (рисунок 2);

- был подобран тепловой насос WPF 27 фирмы «STIEBEL ELTRON» (Германия). Для внешнего контура теплового насоса был произведен расчёт количества и длины требующих скважин (5 штук по 82 м);

- была спроектирована традиционная радиаторная система с биметаллическими литыми секционные радиаторами.

- был подобран твердотопливный котел Теплодар Куппер Практик 20 для работы в пиковые нагрузки.

Рисунок 2. Расположение контуров теплового пола в храме типа «корабль»

Выводы по исследованию:

При проектировании инженерных коммуникаций в православных храмах необходимо учитывать особенности сооружения и проводимых религиозных обрядов, чтобы обеспечить комфортные условия для посетителей и сохранность архитектурных элементов и икон. Каждый проект инженерных коммуникаций для различных храмов, необходимо выполнять индивидуально с учетом конструктивных и климатических особенностей.

Текущее исследование представляет возможным создание автономного храма, где:

- источником тепловой энергии является тепловой насос, а в пиковые нагрузки комбинированная работа теплонасосной установки и твердотопливного котла;

- источником электроэнергии выступают солнечные панели;

- вентиляция осуществляется естественным образом (системы аэрации);

В будущем возобновляемые источники энергии станут основными источниками энергии на планете. Сейчас их большим минусом является высокая стоимость и низкая доступность на рынке. Также возобновляемые источники неактуально использовать там, где уже используются традиционные источники энергии. Люди в настоящее время еще не готовы к переходу с традиционных на возобновляемые источники энергии. Растут масштабы ее применения, и со временем она будет совершенствоваться.

Библиографический список

1. СП 391.1325800.2017 Храмы православные. Правила проектирования.

2.СП 131.13330.2020 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99*

3. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий. Актуализированная редакция СНиП 23-02-2003 (с Изменением N 1).

4. Кочев, А. Г. Микроклимат православных храмов : монография / А. Г. Кочев ; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород : ННГАСУ, 2004. – 449 с. : ил.

5. Соколов, М. М. Влияние внешней аэродинамики на микроклимат православных храмов : дис. ... канд. техн. наук : 05.23.03 / М. М. Соколов. – Н. Новгород, 2013. - 266 с. : ил.

6. Соколов М.М. Возобновляемые источники энергии. Учебное пособие. – ННГАСУ, г. Нижний Новгород, 2016 г, 99 стр