4) внутренняя планировка здания должна обеспечивать расположение жилых KOMHaf с южной стороны, а вспомогательных помещений —с северной; 5) должна быть обеспечена достаточная теплоаккумулирующая способность внутренних стен и пола для поглощения и аккумулирования теплоты солнечной энергии; 6) для предотг вращения перегрева помещений в летний период над окнами должны быть предусмотрены навесы, козырьки и т. п. КПД такой системы отопления, как правило, составляет 25—30 %, но в особо благоприятных климатических условиях может быть значительно выше и достигать 60%. Существенным недостатком этой системы являются большие суточные колебания температуры воздуха внутри помещений.

Пассивные системы прямого улавливания солнечной энергии имеют наименьшую стоимость для вновь строящихся зданий. Пассивные системы вообще имеют такой ^же срок службы, как и само здание, и весьма низкие текущие эксплуатационные расходы. Использование системы прямого улавливания солнечной энергии в существующих зданиях связано со значительными трудностями, поэтому их применение в этих случаях нецелесообразно.

Наряду с получением теплоты эти системы также обеспечивают эффективное использование дневнсй-о ос-> вещения, благодаря чему снижается потребление электроэнергии. Однако площадь остекления южного фасада должна быть значительной, чтобы обеспечить требуемую долю солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки, а теплоаккумулирующие элементы (тепловая масса) должны быть размещены в наиболее благоприятных местах, чтобы на них попадали солнечные лучи большую часть дня. Следует избегать излишнего перегрева тех зон здания, где постоянно находятся люди, а также попадания в них прямых солнечных лучей, «солнечных зайчиков» и бликов. Вместо остекления вертикальных стен или наряду с ним может быть использовано остекление элементов крыши и чердачных помещений, сообщающихся с жилыми помещениями. Прн этом облегчается задача размещения теплоаккумулирующих элементов, меньше возникает «солнечных зайчиков» и уменьшается затенение тепловой массы предметами интерьера и экстерьера.

Важнейшее требование, предъявляемое к пассивным

системам, состоит в необходимости обеспечения теплового комфорта и регулирования температурного режима в помещениях. В помещениях с пассивным использованием солнечной энергии комфорт обеспечивается при более низких температурах воздуха по сравнению с обычными зданиями, так как температура всех или большинства внутренних помещений выше температуры воздуха и они излучают теплоту на человека, отчего ощущение комфорта повышается.

Однако при использовании пассивных систем прямого улавливания солнечной энергии трудно поддается регулированию температура воздуха в помещениях из-за большой тепловой инерции их теплоаккумулирующих элементов. Рациональное проектирование температурного режима помещений предполагает оптимизацию массы и размещения каждого из этих элементов, а также использование навесов и козырьков, тепловой изоляции светопрозрачных поверхностей в ночное время, автоматически управляемых заслонок для организации поступления и удаления воздуха, закрытия и открытия окон, форточек и фрамуг и т. п.

В этих системах используются окна и остекленные поверхности большой площади в проемах стен на южной сторону дома. Площадь остекления определяется тепловой нагрузкой отопления и площадью отапливаемых помещений. Для уменьшения тепловой нагрузки здание должно быть построено с применением улучшенной тепловой изоляции и использованием других мероприятий по сохранению энергии. Зтой цели служит также использование тепловой изоляции светопрозрачных наружных поверхностей в ночное время, для чего могут использоваться теплоизоляционные щиты, ставни, плотные шторы и т. п. В доме, показанном на рис. 33, предусмотрено прямое улавливание солнечной энергии, а также имеется контур естественной ?юнвективной циркуляции воздуха, нагретого в коллекторе, с аккумулированием теплоты в слое гальки и регулированием движения воздуха с помощью клапана, а также солнцезащитное устройство.

Пассивные гелиосистемы с остекленной теплоаккумулирующей южной стеной (стеной Тромба), окрашенной в черный или иной темный цвет, отличаются достаточно высокой эффективностью и могут иметь несколько вариантов конструктивного исполнения. Исходным вариан-

том является остекленная южная бетонная или каменная стена темного цвета, не имеющая отверстий для циркуляции воздуха. Проникающее через одно- или двухслойное остекление солнечное излучение поглощается поверхностью стены, покрашенной темной матовой краской, и аккумулируется в массе стены, что вызывает повышение ее температуры. Аккумулированная днем теплота передается с некоторым запаздыванием внутрь помещений посредством излучения и конвекции. При толщине бетонной стены 200 мм запаздывание составляет 5 ч.

Более совершенной является конструкция стены с отверстиями на нижнем и верхнем уровнях для циркуляции воздуха. При этом существенно улучшается передача теплоты в помещения. Регулирование движения воздуха можно осуществлять с помощью поворотных заслонок. Может также использоваться вентилятор небольшой мощности. При использовании пассивной гелиосистемы с теплоаккумулирующей стеной Тромба расстояние между нею и внутренней стеной здания ограничено, так как эффект лучистого отопления распространяется на расстояние 5—7 м. Бетонная или каменная теплоаккумулирующая стена может быть заменена на так называемую водяную стену, состоящую из установленных друг на друга резервуаров (бочек) с водой, причем эта система даже более эффективна (КПД достигает 35 %), поскольку вода имеет высокую удельную теплоемкость. Однако этот тип пассивных систем не подходит для районов с холодным климатом с преобладанием пасмурных дней в зимний период.

Разрез дома с пассивной системой отопления и гравийным аккумулятором, расположенным под домом, показан на рис. 34. В системе предусмотрены остекленная теплоаккумулирующая стена юл<ного фасада, наклонные окна большой площади в верхней части дома, теплоизоляция северной стены и клапан, перекрывающий остекление в ночное время. Распределение теплоты осуществляется за счет естественного движения нагретого воздуха.

Система с гелиотеплицей (зимним садом, солярием или оранжереей), примыкающей к южной стене здания, может иметь КПД около 60—75 %, но в здание поступает всего лишь 10—30 % количества солнечной энергии, падающей на остекление теплицы.

При значительной доле диффузного излучения КПД этой системы на 5—10 % выше, чем КПД системы прямого улавливания солнечной энергии. При этом следует применять двух-трехслойное остекление теплицы в сочетании с окнами в примыкающей стене здания. Площадь остекления теплицы должна быть в 1—3 раза больше площади окон жилого дома. В гелиотеплице должно быть предусмотрено аккумулирование энергии в тепловой массе (бетонная плита нлн балка в полу и т. п.). Площадь

Рис. 34. Солнечный дом с гравийным аккумулятором теплоты:

I —остекление; 2 — теплоизоляция; 3 — окно; < —насыпь; 5 —гравий; в — кухня; 7— клапан

остекления теплицы должна быть равна площади поверхности тепловой массы в полу, а отношение площадей тепловой массы в жилом здании и в гелиотеплице (оранжерее) должно быть в пределах О—1. Стена, отделяющая гелиотеплицу (зимний сад, оранжерею) от жилого помещения, может представлять собой теплоизолированную массивную стену толщиной 100—150 мм, причем 25— 45 % площади этой стены должно быть занято окном. Доля остекления восточной и западной стен гелиотеп-лицы (оранжереи) должна быть не более 0,1 общей площади пола гелиотеплицы (оранжереи). Не следует ис*

пользовать наклонные остекленные поверхности в оранжерее, так как при этом труднее регулировать тепловой режим. Поскольку пол гелиотеплицы (оранжереи) —это основная тепловая масса, ее следует проектировать с учетом таких рекомендаций:

стена фундамента гелиотеплицы (оранжереи) должна быть теплоизолирована;

пол и тепловая масса в нем должны быть тепло- и гид-роизолированы для защиты от грунтовых вод;

нижний уровень остекления оранжереи дoлжieн иметь отметку 0,15 м от уровня пола для обеспечения хорошего освещения и зарядки теплоаккумулирующей массы.

Поглощательная способность а пола должна быть как можно выше, для чего его следует красить в темный цвет (для неокрашенного бетонного пола а = 0,65). На полу не должно быть ковра или половиков, и допускается минимальное его затенение предметами мебели, 15—25% площади пола может быть занято растениями или дорожками. Температура в оранжерее должна быть не выше 25—28С зимой и 20—25°С летом, а при понижении температуры до 7—13°С должно включаться дополнительное отопление.

Для улучшения распределения теплоты в жилом помещении должны быть предусмотрены четыре отверстия в стене, обеспечивающие расход воздуха около 0,1 м^с.

Для северных районов СССР представляет определенный интерес опыт скандинавских стран в разработке пассивных гелиосистем отопления зданий. В традиционной архитектуре Швеции применяются небольшие и тщательно теплоизолированные индивидуальные жнлые дома с окнами небольщой площади, ориентированными на юг, восток и запад, и печным отоплением. Современный щведский стандарт определяет следующие значения коэффициентов теплопотерь для различных наружных ограждений здания:

для стен к=0,3 Вт/м-Х), что обеспечивается при использова-яин тепловой изоляции из минеральной ваты толщиной 130 мм;

для потолка (крыщи) и пола к=0,2 Вт/(м2-°С) при толщине слоя минеральной ваты 200 мм;

для окон /С=2 Вт/(м2-С) —-тройное остекление.

Построенный в соответствии с этим стандартом щведский дом среднего размера для одной семьи имеет годовое энергопотребление 15—20 МВт-ч, включая расход теплоты на отопление и горячее водоснабжение, а также расход электроэнергии. Это эквивалентно расходу 1,5—2 м мазута. Дом располагают так, чтобы его светопрозрачные поверхности не затенялись в холодный период года. Те помещения, в которых люди находятся больщую часть суток, располагают на южной стороне здания. Общая площадь окон—Менее 15 % площади стен. В неотопительный период необходимо предотвращать попадание солнечных лучей в здание, для этого используют навесы

(козырьки) или выступы крыши, спроектированные так, чтобы пропускать внутрь здания максимум солнечного излучения весной и осенью и сводить к минимуму попадание прямых солнечных лучей летом.

Можно использовать естественную вентиляцию, но поступление-воздуха в помещение можно также регулировать с помощью пристроенной к южной стене здания гелиотеплицы (зимнего сада, оранжереи), в которой наружный воздух зимой подогревается, а удаление воздуха нз помещений регулируется.

Естественно, в зимний период требуется энергия от дополнительного топливного источника из аккумулятора теплоты.

Дома с пассивными системами отоплении могут строиться иа различных щиротах. Примером может служить группа домов, построенных в Швеции.

Двухэтажные жилые дома на 16 квартир в г. Карльстаде (59" с. ш.) были построены в 1984 г. и расположены так, чтобы не было взаимного затенения. Каждый дом поставлен на бетонное основание толщиной 150 мм с тепловой изоляцией, а стены сделаны из дерева. Дом имеет гелиотеплнцу с двойным остеклением. Коэффициент теплопотерь равен для стен /С = 0,12 Вт/(м=^-°С) (толщина слоя минеральной ваты 6 = 360 мм), для пола Я=0,12 Вт/(м2-°С) (6 = 220 мм), для крыщи к—0,08 Вт/(м-°С) (6=550 мм), для окон с тройным остеклением и отражающей мета.тлической фольгой к= ■=1,4 Вт/(м2.°С). Воздухообмен осуществляется с помощью вентилятора, и система вентиляции объединена с отоплением. Кратность воздухообмена равна 0,5 1/ч. Зимой наружный воздух проходит через гелиотеплицу. В теплый период года (с мая по сентябрь) окна полностью защищены от попадания солнечных лучей с помощью выступов крыши. Дома потребляют очень мало энергии—27 кBт•ч/м^ в год. Для отопления дома с жилой площадью 100 м^ требуется 270 л жидкого топлива в год.

Реализуется совместный шведско-западногерманский проект строительства двух жнлых домов на 11 квартир каждый в городах Ингол:>штадт (ФРГ) и Хальмстаде (Швеция), расположенных на широте 48,8° и 56,7° с. ш. Среднегодовая температура наружного воздуха + 7,9 и -f7,2°C, а его расчетная температура —16С.

В обоих случаях используется тяжелая бетонная конструкция здания, южная ориентация, остекление южной стены, гелиотеплица. защита от солнечного излучения летом с помощью выступающей крыши. Коэффициенты теплопотерь равны для стен 0,2, для окон 1,4, для крыши 0,11 и для пола 0,12 Вт/(м-К). Основание дома — бетонная плита на земле, несущие конструкции — из бетона, остальные — из дерева. Отопление — водяное от газового (электрического) котла. Вентиляция — механическая с утилизацией теплоты удаляемого воздуха с помощью теплового насоса. Площадь отапливаемых помещений 934 м^, годовое потребление энергии для отопления 33 ООО кВт-ч, удельное потребление теплоты 35 кВт-ч/м^ в год.

Рациональное использование дневного освещения. Новое достижение в области пассивного использования солнечной энергии—это такие архитектурно-планировочные и конструктивные решения здания, благодаря которым обеспечивается максимальное использование днев-