отопление

Системы пассивного улавливания солнечной энергии для отопления дома (Passive solar heating systems) могут круглый год обогревать большинство домов даже в самых суровых климатических зонах. Создание таких систем включает в себя моделирование, отбор и использование подходящих технологий, которые позволят поддерживать в доме комфортную температуру круглосуточно на протяжении всего года. В результате сокращается до минимума и расход электроэнергии, получаемой с помощью как солнечных элементов, так и сжигания мазута, газа или угля.

Основные принципы

Существующие технологии позволяют выбирать из нескольких категорий. Существует три основных способа пассивного улавливания солнечной энергии и несколько других технологий:

а. Улавливание прямой солнечной энергии предусматривает использование расположения окон, световых фонарей и ставней (жалюзи) для управления количеством прямых солнечных лучей, попадающим во внутреннее пространство дома, а также для обогрева воздуха и поверхностей внутри здания. Примером краткосрочного улавливания прямой солнечной энергии может служить использование выходящих на солнечную сторону окон и массивных полов. Примером технологии пассивного накопления солнечного тепла в ходе годичного цикла служит система PAHS, разработанная Джоном Хэйтом.

Системы улавливания прямой солнечной энергии долго не получали распространения, потому что до недавнего времени невозможно было приобрести по доступной цене прозрачные материалы, задерживающие тепло, у которых коэффициент сопротивления теплопередаче был бы сравнимым со стандартными стенами. Сейчас в Европе ситуация меняется: разработаны и получили широкое распространение сверхизолирующие окна, которые позволяют соблюдать Германский Стандарт пассивного теплосбережения в домах (German Passive House standard).

б. Улавливание непрямой солнечной энергии предусматривает накопление солнечного тепла частью периметра дома, обладающей необходимой тепловой массой (т.е. теплоаккумулирующей способностью); это может быть цистерна с водой, железобетонная или массивная каменная стена за стеклянной перегородкой. Затем тепло распределяется по зданию путем естественной конвекции и теплопроводности. Примерами могут служить стены Тромба, водяные стены и резервуары с водой, размещённые на крыше дома. Австралийская земляная крыша, внедрённая семьёй архитекторов Бэггс, – пример того, как этот метод используется в течение круглого года.

Практическими недостатками систем улавливания солнечной энергии является трудность контроля и отсутствие прозрачных теплосберегающих материалов по доступным ценам.

в. Улавливание солнечной энергии с передачей тепла от изолированного приёмника излучения предусматривает пассивное накопление солнечного тепла с последующим направлением его внутрь здания или выведением за его пределы посредством жидкости (термосифон) или воздуха (воздуховод), либо напрямую, либо с использованием теплового аккумулятора.

Примером такой системы отопления могут служить солнечные теплицы (sun-spaces), боксы-накопители солнечного тепла (solar closets) и тепловые водяные аккумуляторы. От них нагретый воздух может подаваться в другие части здания.

г. Другие способы пассивного использования солнечной энергии

- Расположение здания: в зависимости от местного климата и движения солнца (определяемого с помощью приборов), здание может быть расположено и сконструировано так, чтобы быть ориентированным на солнце или от него (в зависимости от того, какая стоит задача – нагревание или охлаждение дома). Можно исключить или, наоборот, использовать тень, падающую от соседних зданий или элементов ландшафта. Кроме того, дом может быть частично углублен в землю.

- Свойства здания: форма (а следовательно и площадь поверхности) здания может быть использована для большего нагрева или охлаждения. Свойства строительных материалов могут быть использованы для отражения, абсорбции или передачи солнечной энергии (например, с помощью цвета).

- Окружающая среда: энергосберегающие элементы ландшафта - деревья и другие растения – могут отражать или абсорбировать солнечное тепло, летом создавать тень (особенно лиственные растения), а также защищать от ветра.

- Во избежание тепловых потерь или притока излишнего тепла в самодостаточных домах обязательно применяется теплоизоляция, хотя она и не причисляется к пассивным технологиям использования солнечной энергии. Современные стеклопакеты, заполненные криптоном или аргоном, способны накапливать пассивную солнечную энергию без ущерба для конструкционной прочности здания. Для накопления пассивной солнечной энергии как минимум необходимо, чтобы окна дома выходили на солнечную сторону (на юг в Северном полушарии или на север в Южном полушарии), а сам дом обладал достаточной тепловой массой, для того чтобы сохранять тепло в течение ночи.

- Частичное углубление дома в землю (earth sheltering) и обустройство ветроломов (средств ветрозащиты) может тоже снизить абсолютное количество тепла, необходимого для дома. На глубине нескольких метров теплее зимой и прохладнее летом, чем на поверхности[1]. Ветрозащита снижает теплопотери. Меньше тепла теряют дома обтекаемой формы.

- Если в распоряжении владельцев дачи имеется небольшое количество газа, мазута или дров для отопления в самые холодные ночи, то правильно рассчитанная бетонная или металлическая плита либоцистерна с водой в подвале может обеспечить необходимую тепловую массу при минимуме затрат. В местах с холодным климатом стоимость постройки такого дома может оказаться всего на 15% выше, чем стоимость нового дома традиционной конструкции. В местах с тёплым климатом, где ночные заморозки длятся не больше двух недель в году, разницы в расходах не будет вовсе.

- Небольшой дополнительный отопитель может существенно снизить требуемое количество и стоимость тепловой массы, а также - ценой небольшого уменьшения автономности дачи - избавить хозяев от необходимости сильно менять привычный образ жизни. Популярной системой отопления для самых эффективных домов является централизованный радиаторный обогреватель воздуха, в котором циркулирует вода из водонагревателя. некоторых зданиях используется и такая новая система: отопление, а зачастую и подогрев воды, осуществляется за счёт выходящего потока газовой турбины или электрогенератора Стирлинга. Дома, спроектированные с расчётом на перерывы в работе жилищно-коммунальных служб, как правило, оборудуются дровяными печками или отопителями, работающими на солярке или газе из баллонов, независимо от того, какие другие отопительные системы в них установлены. Электрические обогреватели и электроплитки дают тепло, не загрязняя воздуха, однако они потребляют большое количество электроэнергии. Если солнечные элементы, ветротурбины или другие приспособления дают энергию в достаточном объёме, то электрические обогреватели и плитки представляют собой удобное решение проблемы отопления дома.