Гелиобаня

Основной недостаток современных бань, саун, парных особенно корпоративного использования это огромный расход энергии во время прогрева бани, и потери тепла после её закрытия.

Необходимо обеспечение бань тепловой энергией возложить на энергетику возобновляемых источников энергии (ВИЭ), т.к. повсеместно для удовлетворения физиологических потребностей человека происходит чрезмерное вторжение в биологическое равновесие Природы. Это — интенсивные самозаготовки дров на нагрев воды в банях или использование электрической энергии.

Предлагается схема гелиобани (солнечной бани), разработанная в Конструкторском Бюро Альтернативной энергетике «ВоДОмёт» (г. Омск), расположенной на уровне цокольного этажа (имеются и другие варианты).

У этой гелиобани банное отделение и комната отдыха расположены в цокольном этаже здания, а парная размещена в солнечном соляном пруду, расположенном у южной стены этого здания (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема гелиобани
1 — солнечное излучение, 2– концентратор солнечного излучения, 3 — солнечный соляной пруд, 4 — парная, 5 — банное отделение, 6 — комната отдыха

Поддержание требуемой температуры в помещениях гелиобани осуществляется за счет того, что стенки парной 4 и её внутреннее пространство постоянно нагреты до температуры 90 — 95 ⁰С от прямого и отраженного от поверхности 2 солнечного излучения 1, аккумулированного солнечным соляным прудом 3. К основным преимуществам такого нагрева парной является: повышенная комфортность; устранение «холодного излучения» от стенок парной, при соответствующей передаче тепла из парной 4 в банное отделение 5; предотвращение образования сквозняков. Исключается «сжигание» кислорода нагревательными установками, в связи с их отсутствием.

Моечное (душевое) отделение 5 будет прогреваться за счет поступления тепла из парной и солнечного соляного пруда, через их ограждающие конструкции. В комнате отдыха (предбаннике) 6 температура будет уже не намного выше, чем в остальных помещениях цокольного этажа. Однако поскольку заглубление всей конструкции в землю значительно, то температура в комнате отдыха будет ниже, чем на улице. Это особенно важно на юге России, где температура воздуха летом более 30 ⁰С в тени. Конечно моечное отделение, комната отдыха и прихожая могут быть расположены и выше уровня земли или на удалении от здания, в зависимости от географического положения и пожелания застройщика.

Поскольку предлагаемая баня нова не только по своему устройству, но и не определено (не исследовано) значение температурных полей в парной 4, то при внедрении ее в эксплуатацию потребуется присутствия опытных врачей. Однако поскольку тепло в парной должно охватывать человека со всех сторон, то размещение её (парной) в придонном слое солнечного соляного пруда — это явное преимущество перед традиционными банями. Проложенный по дну пруда водопровод будет обеспечивать круглосуточный нагрев поступающей для душа воды. А поскольку в придонном слое пруда температура стабильна, то солнечная баня будет обеспечивать помывку людей в любое время.

Гелиобаня — это баня со 100% готовностью в любое время суток.

После летней эксплуатации, зимой парная 4 может использоваться для хранения запаса технической воды (с контролем температуры, исключающей размораживание корпуса), а после охлаждения пруда, в том числе посредством теплового насоса (ТН), для хранения, например, запаса бутана, как топливно-энергетического ресурса.

Теплоизоляцию пруда на зиму, при использовании его низкопотенциальной теплоты для обогрева здания при помощи ТН, можно осуществлять, например, пенопластовыми плитами.

Помимо использования аккумулируемой прудом солнечной энергии для помывки, её можно использовать для сушки различных материалов и изделий, а также для приготовления пищи. Преимущества применения солнечной энергии при обеспечении указанных тепловых процессов приведены в таблицах 1, 2, 3, 4.

Это — сводный анализ наиболее эффективных; с точки зрения минимизации: энергетических потерь; расхода создаваемых человеком материалов; отрицательного воздействия на окружающую среду и человека, технологий использования самого распространенного вида ВИЭ — энергии Солнца, для обеспечения тепловых процессов.

Таблица 1 — Достоинства и недостатки систем и установок солнечной энергетики, призванных обеспечивать тепловые процессы в средней полосе России.

Таблица 2 — Эксплуатационные характеристики, в первом приближении, систем и установок солнечной энергетики, призванных обеспечивать тепловые процессы в средней полосе России.

*коэффициент использования установленной мощности

Таблица 3 — Экономические особенности систем и установок солнечной энергетики, призванных обеспечивать тепловые процессы в средней полосе России.

Таблица 4 — Социальные и экологические характеристики систем и установок солнечной энергетики, призванных обеспечивать тепловые процессы в средней полосе России.

Технико-экономические характеристики гелиобани ГБ-50

• Солнечный соляной пруд глубиной 2,3 м (с теплоизоляцией) площадью 50 м² (8,33×6 м) с теплопроизводительностью — 40 МВт∙ч/сезон*
  (* сезон — 215 дней для 55° северной широты, без учёта работы в качестве душевой с температурой воды 40 – 45 ⁰С и температурой в парилке 50 – 70 ⁰С).
• Среднесуточное количество теплоты с температурой 90 — 95 ⁰С, аккумулируемой прудом для нагрева воды и парной гелиобани — 186 кВт∙ч
• Суточное количество воды нагреваемое с 14 до 45 ⁰С — 5330 л
• Количество воды с температурой 45 ⁰С, требуемое для помывки одного человека — 50 - 55 л
• Количество посетителей — 100 чел./сутки
• Расход теплоты на одну помывку — 1,85 кВт∙ч

Cтоимость гелиобани ГБ-50

Ориентировочная стоимость гелиобани ГБ-50 составляет 600* тыс. рублей и состоит из:

• Стоимости солнечного соляного пруда — 100 тыс. руб.
• Стоимости отражающих полированных алюминиевых панелей (плиток) на стене здания площадью 80 м² — 20 тыс. руб.
• Стоимости парной — стальной трубы диаметром 2220 мм, толщиной 16 мм и длиной 4,5 м — 130 тыс. руб.
• Стоимости банного отделения, предбанника и прихожей (2-х гаражей-мыльниц с отделкой и обрудованием) — 300 тыс. руб.
• Стоимости прочих не основных конструкций и механизмов — 50 тыс. руб.

(* пруд с парной могут быть пристроены к обычной бане или душевой).

Гелиобаня ГБ-50 рассчитана на срок эксплуатации — 20 лет, с ремонтом после 10 лет эксплуатации — замена арматуры и т. п. оборудования.

Приведенные затраты на одну помывку в гелиобане ГБ-50

З = С + Е×К = 20 + 0,12(600000 руб./21500* помывок за сезон) = 23,4 руб./помывка, где: С = 20 руб.** — себестоимость 1 помывки, складывающаяся из зарплаты по обслуживанию бани в течение 4 — 5 часов, солнечного соляного пруда в течение 0,5 — 1 часа и остальное время суток дежурства. При 100 помывок в сутки оплата составляет 1000 руб. (30000 руб. в месяц);

Е = 0,12 — нормативный коэффициент эффективности капвложений в энергетике (при сроке окупаемости — 8,3 года);

К — капвложения в гелиобаню ГБ-50 на 1 помывку.

*Без учета использования гелиобани ранней весной и поздней осенью только в качестве душевой
**С учетом расходов электроэнергии и воды и моющих средств. Зимой парную можно использовать для хранения страхового запаса газа — бутана или очищенного биогаза.

После срока окупаемости приведенные затраты на 1 помывку будут определяться только оплатой труда обслуживающего персонала.

Конечно, перечень используемых источников тепловой энергии может быть расширен за счет геотермального тепла и биомассы. Однако геотермальное тепло — это источник энергии коллективного пользования, а биомасса как топливо не доступна в больших объемах для жителей степной и лесостепной зон. И кроме того биомасса обладает ложной экологической чистотой, из-за выбросов при её сжигании.

Широкое применение гелиобань в средней полосе России позволит значительно сократить неоправданные расходы топлива, позволит улучшить экологическую обстановку, поднять энергозащищенность индустрии отдыха и коммунального хозяйства и повысить их энергетический суверенитет.

Осадчий Геннадий Борисович, инженер-изобретатель