Глава 3. Методы пассивного солнечного отопления

Прямой солнечный обогрев

Имеются 2 основных пути получения пассивными солнечными домами солнечной энергии, прямой и косвенный обогрев. Дома с прямым обогревом, считающиеся простейшими типами, обогреваются через окна южной ориентации, называющиеся солнечными окнами. Они могут быть в виде традиционных открывающихся или глухих окон южного фасада дома или стандартными изолирующими стеклянными панелями в стене теплицы или солярия. В то время, когда часть теплоты используется немедленно, стены, полы, потолки и мебель запасают избыточную теплоту, излучающуюся в пространство днем и ночью. Во всехслучаяхэффективность системы и комфортпомещения с прямым обогревом возрастут при увеличении термической массы (бетон, бетонные блоки, кирпичи), размещенной в пределахэтого помещения.

Обычно эту систему подразделяют на системы:

•прямого солнечного обогрева жилых помещений через окна южной ориентации (direct gain);

•обогрева изолированного объема, т.е. теплицы (isolated gain).

Дж. Дуглас Балкомб (J. Douglas Balcomb)и его исследовательская группа в Национальной лаборатории Лос-Аламос рекомендует распределять термическую массу по всей площади помещения, оборудованного системой прямого солнечного обогрева. Предпочтительно располагать термическую массу на пути лучей прямого солнечного света (радиационный нагрев), но масса, размещенная за его пределами (нагрев конвекцией воздуха) также важна для общей эффективности системы. Теплоаккумулирующая масса в 4 раза эффективнее в том случае, когда она находится на пути лучей прямого солнечного света и передает свое тепло конвекционным потокам воздуха нежели тогда, когда она лишь нагревается конвекционными потоками. Рекомендуемое соотношение между площадями поверхности теплоаккумулирующей массы и остекления южной ориентации 6:1. Вообще, комфорт и эффективность системы солнечного отопления увеличиваются с увеличением термической массы и для ее количества нет никакого верхнего предела.

Помните, что покрытия, расположенные поверх термической массы из таких материалов, как: ковры, пробка, древесноволокнистая плита, с коэффициентом теплоизоляции R>5 будут эффективно изолировать термическую массу от поступающей солнечной энергии, затрудняя ее аккумулирование. Такие материалы, как: керамические плитки для пола или кирпич являются значительно лучшим выбором для покрытия пола, на который падает поток прямого солнечного излучения. Плитки должны быть уложены на цементный раствор для полного термического контакта с основанием, а не наклеены точечно.

В термической массе, на которую падает прямое солнечное излучение, основное значение имеет площадь поверхности, поэтому тонкие теплоаккумулирующие плиты эффективнее толстых. Наиболее эффективная толщина для бетонной теплоаккумулиру-ющей плиты — 100 мм, увеличение толщины более 150 мм является бессмысленным. Наиболее эффективная толщина для древесины — 25 мм.

Наиболее эффективно расположение термической массы между двумя помещениями, в которые поступает прямое солнечное излучение, т.к. в этом случае теплоаккумулиру-ющая стена поглощает солнечное тепло обеими поверхностями.

4

Рисунок 3.1. Ориентация внутренних теплоаккумулирующих стен

Внутренние теплоаккумулирующие стены, ориентированные по оси север-юг и находящиеся между помещениями, в которые поступает прямое солнечное излучение (а), и по оси запад-восток, между теплицей, в которую поступает прямое солнечное излучение и расположенным к северу от нее помещением с клересторием (окнами верхнего света)

(б).

Предметы с незначительной массой и поверхности, покрытые материалами с низкой плотностью, должны иметь светлую окраску для отражения солнечного излучения на материалы с высокой плотностью. Если более половины площади стен в пространстве, куда поступает прямое солнечное излучение, имеют большую массу, то они должны быть светлыхтонов. Если теплоаккумулирующая масса сконцентрирована в единственной стене, то эта стена должна иметь темную окраску, но если ее поверхность ориентирована таким образом, что на нее падает солнечный свет ранним утром, то окраска ее должна быть светлой, чтобы рассеять свет и теплоту в остальную часть помещения. Массивные полы должны иметь темную окраску для аккумулирования теплоты. Клере-сторий должен быть расположен таким образом, чтобы обеспечить максимально равномерное освещение на всю глубину помещения. Если же клересторий освещает только верхнюю часть помещения, то окраска стен должна быть настолько светлой, чтобы рассеять свет и теплоту по всей площади помещения.

В холодном климате перемещаемая теплоизоляция в виде драпировок, панелей, внутренних ставней, объемных штор часто используется для снижения теплопотерь через остекление в холодные зимние ночи. В связи с тем, что значительное количество солнечного света отражается летом от ориентированного на юг вертикального остекления, то приток тепла не столь велик в летнее время и консольные затеняющие карнизы не настолько необходимы, как считали ранние пассивные солнечные проектировщики.

В связи с тем, что через остекление сохраняется хорошая видимость, эта методика наиболее приемлема там, где существуют приятные виды на окружающую природу через остекление южной ориентации. Некоторым людям неприятен ослепительный солнечный свет, присутствующий в помещениях с прямым солнечным обогревом, кроме того, он приводит к выцветанию обивочных и драпировочных тканей. Проблемой также является то, что если жильцы дома могут видеть все, что происходит снаружи, то и снаружи виден весь интерьер жилища.

5

Помимо обеспечения теплом в зимнее время, хорошо спроектированный пассивный солнечный дом должен создавать прохладу и хорошую вентиляцию летом. В некоторых районах существует устойчивый миф, распространяемый через средства массовой информации и идущий от проектов некоторых первых ранних пассивных солнечных домов, что перегрев в летнее время вообще характерен для зданий этого типа.

Архитекторы и строители выяснили, что двухсветная теплица, пристроенная к дому, с открывающимися вентиляционными окнами в верхней части и вблизи пола, способна обеспечить естественную вентиляцию дома в течение всего лета. Через открытые в солнечный день верхние вентиляционные окна, поднимающаяся масса нагретого воздуха, выходит наружу и из-за понижения атмосферного давления в теплицу засасывается прохладный воздух через нижние вентиляционные окна или через смежные с теплицей окна помещений дома. Названный «эффектом дымовой трубы» этотпринцип, использующийся для охлаждения в индейскихтипи, может также поддерживать прохладу в Вашем пассивном солнечном доме в летнее время в любом климатическом районе США без использования вентиляторов или кондиционеров.

Этот эффект чаще называют «эффектом солнечной трубы».

Затеняющие устройства, смонтированные на южном фасаде дома, также могут защитить от перегрева в летнее время. Опускающиеся затенения или парусиновые навесы с наружной стороны окон южной ориентации, солярия, стен Тромба могут значительно снизить теплопоступления. Лиственные деревья и кусты, посаженные таким образом, чтобы затенить остекление южной ориентации, могут также создавать микроклимат, позволяющий понизить температуру на несколько градусов. После того, как осенью листья опадут, излучение зимнего солнца будет беспрепятственно проникать в дом

Исследования, проведенные в последние годы доказывают, что в холодных районах высаживать деревья и кусты перед южным фасадом все же не следует, т.к. в зимнее время ветви заметно снижают поступление солнечной энергии.

Теплицы прямого солнечного обогрева

Для отопления прямым солнечным обогревом весьма широко используется теплица. Для многих домовладельцев теплица с красивыми видами, открывающимися из нее, является любимым помещением в доме. Теплица может, если должным образом спроектирована и расположена, обеспечить до 50% потребностей дома в отоплении. В этом случае жилые помещения (в том числе и спальни) лучше всего расположить в южной части дома (сделать их смежными с теплицей), а с северной стороны дома расположить помещения не требующие много тепла (подсобные помещения). В крупных зданиях для освещения северных комнат можно применить клересторий.

Рисунок 3.2. Одноэтажные теплицы

Вент// Дверь Теллнца

Одноэтажные теплицы: зима, теплица изолирована от дома (а); зима, теплица обогревает нижний этаж через открытые двери (б); лето, теплица помогает охлаждению нижнего этажа, подсасывая воздух через северные окна (в).

6