ного освещения и, следовательно, сокращаются затраты на искусственное освещение, особенно в летнее время. На достижение этой же цели направлено введение летнего времени. Кроме того, в жарком климате переход на максимальное использование дневного света существенно уменьшает тепловую нагрузку на систему кондиционирования воздуха. Благодаря применению волоконных световодов естественное освещение может быть обеспечено также для подземных сооружений.

Регулирование количества света, проходящего через остекление, может быть осуществлено при использовании окрашенного стекла или специального стекла, на которое накладывается небольшое электрическое напряжение и благодаря этому регулируется его пропускательная способность по отношению к солнечному свету. Применение жидкокристаллических пленок в сочетании с электрическим напряжением обеспечивает переход от прозрачного стекла к полностью непрозрачному.

Активные гелиосистемы отопления зданий. В состав активной системы солнечного отопления входят коллектор солнечной энергии, аккумулятор теплоты, дополнительный (резервный) источник энергии, теплообменники для передачи теплоты из КСЭ в аккумулятор и из последнего к потребителям, насосы или вентиляторы, трубопроводы с арматурой и комплекс устройств для автоматического управления работой системы.

В зависимости от вида теплоносителя в контуре КСЭ различают жидкостные и воздушные гелиосистемы теплоснабжения. Теплоносителем в КСЭ может быть жидкость (вода, 40—50 %НЫЙ водный раствор этилен- или пропиленгликоля, органические теплоносители и др.) или газ (воздух). Использование воздуха позволяет исключить проблемы замерзания и коррозии, несколько снизить вес установки, но теплотехнически воздушные системы менее эффективны, чем жидкостные. В большинстве эксплуатируемых гелиосистем теплоносителем служит вода или антифриз. При этом КПД КСЭ выше, но существует опасность замерзания и коррозии, протечек теплоносителя, его перегрева. Теплота в здании распределяется с помощью вентилятора и воздуховодов в воздушных системах или посредством излучающих панелей, радиаторов и конвекторов, рассчитанных на низкотемпературный теплоноситель (в жидкостных системах). Если тепловая нагрузка отопления равна 45—60 Вт/м^,

то при использовании напольной системы отопления (поверхность теплоизолированного снизу пола обогревается теплой водой, циркулирующей по проложенным в нем трубам) достаточно иметь температуру воды 30 °С, а температуру поверхности пола 22—24 °С, чтобы в помещении температура воздуха была 18"С. При этом коэффициент теплоотдачи от пола к воздуху составляет 10—■ 12 Вт/(м2-°С). Пол обычно выполняется из бетона, внутри которого прокладывается ряд полиэтиленовых труб 020 мм для теплоносителя, снизу размещается слой теп-

S Ч 7

а)

5)

Рис. 35. Принципиальные схемы водяной (а) и воздушной (б) активных систем солнечного отопления;

1 «пллрктоп солнечной энергии; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — дополнитель-ij^^™™ эне^^ии Г-нас^с (вентнЬятор); 5 - регулирующий клапан; в^1^одача наг^ет^го «плоносителя; 7-возврат охлажденного теплоносителя

ЛОИ30ЛЯЦИИ, который гидроизолируется от слоя каменной засыпки. В другом варианте используются медные трубы с алюминиевым ребром (листом) толщиной 0,5 мм, расположенным над слоем жесткого пенополиуретана. Сверху на алюминиевый лист укладывается тонкий слой войлока, а на него палас. Под отапливаемым полом может размещаться галечный аккумулятор, через который с помощью вентилятора продувается воздух.

Принципиальные схемы жидкостной и воздушной систем солнечного отопления (рис. 35, а и б) содержат солнечный коллектор, аккумулятор теплоты, насосы (вентиляторы), дополнительный источник энергии, регулирующую арматуру, подающий и обратный трубопроводы (воздуховоды). На рис. 36 показан жилой дом с жидкостным солнечным коллектором на крыше. Остальное оборудование гелиосистемы отопления и горя-

чего водоснабжения дома размещено в подвале. Там установлены основной аккумулятор теплоты, теплообменник 3 для подогрева воды, бак для аккумулирования горячей воды, теплообменник 5 для нагрева воздуха для отопления дома, расширительный бак и теплообменник 8 для передачи теплоты от антифриза к воде. Снаружи дома находится теплообменник 6, предназначенный для-сброса избыточного количества уловленной солнечной; теплоты в летний период. Итак, в доме предусмотрено-воздушное отопление.

Рис. 36. Дом с активно» гелиосистемой теплоснабжения;

/ — солнечный коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — теплообменник для подогрева воды; 4 — бак-аккумулятор горячей воды; 5 — теплообменник для нагрева воздуха; ff — теплообменник для сброса избыточной теплоты; 7 — расширительный бак; 8 — теплообменник для иагрева воды

Основное и вспомогательное оборудование гелиосистемы, включая аккумулятор теплоты, теплообменники, насосы, тепловой насос, дополнительные подогреватели для горячей воды и отопления, т. е. все, кроме солнечного коллектора, устанавливаемого на крыше, может размещаться в подвале дома или пристройке.

Сравнение активных и пассивных гелиосистем дает возможность выявить их преимущества и недостатки. Преимущества активных гелиосистем связаны с легкостью и гибкостью интегрирования системы со зданием,

возможностью автоматического управления работой системы и снижением тепловых потерь. Однако при применении активных гелиосистем часто возникают проблемы, обусловленные недостаточной надежностью оборудова-ная, в том числе системы автоматического управления, неправильными его установкой и монтажом, плохим техническим обслуживанием, опасностью замерзания и коррозии, особенно в системах с жидкостным коллектором солнечной энергии. Существенным недостатком этих систем является их высокая стоимость. В отличие от них пассивные системы просты, надежны в работе и недороги, но они также имеют недостатки. Прежде всего возникают трудности с поддержанием температурного режима, необходимого для обеспечения теплового комфорта в отапливаемых помещениях. Так, в системах с прямым улавливанием солнечной энергии из-за недостаточной массы теплоаккумулирующих элементов и их неправильного размещения возникают сильные колебания температуры в помещениях. При использовании стены Тромба могут иметь место большие утечки теплоты наружу, если в ночное время не закрывать остекленные поверхности тепловой изоляцией. В то же время здания с гелиотеплицей летом могут испытывать перегрев. В гибридных системах можно соединить достоинства активных и пассивных элементов и устранить многие недостатки, повысив тем самым эффективность систем при умеренных капиталовложениях.

1й АРХИТЕКТУРНО-КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СОЛНЕЧНЫХ

домов

Во всем мире имеются памятники древней архитектуры, свидетельствующие о том, что строители всегда стремились придавать зданиям такую форму, размещать их и ориентировать отдельные элементы (внутренние пространства, двери, окна и т. д.) таким образом, чтобы максимально использовались преимущества климата и ландшафта, а при определении теплового комфорта учитывалась роль деревьев, растительности и водоема, расположенного вблизи здания. В конструкциях зданий часто используются массивные стены и реализуется стремление уменьшить отношение поверхности здания к его объему для снижения колебаний температуры воздуха в помещениях.

Применение в современных солнечных домах систем для использования солнечной энергии определяет особенности их архитектуры, сказывается на ориентации здания, положении его элементов относительно южного направления и плоскости горизонта, определяет выбор материалов и конструкций ограждений и т. п. Рассмотрим особенности архитектурно-планировочных и конструктив^ ных решений домов с гелиосистемами теплоснабжения и проанализируем решения ряда солнечных домов, опыт создания которых может оказаться полезным при строительстве индивидуальных жилых домов с гелиосистемами.

Во многих странах мира все более возрастает интерес к солнечной или биоклиматической архитектуре. При этом возникают новые решения, которые нередко расходятся с традиционными представлениями классической архитектуры.

Помимо всех требований, предъявляемых к современному жилищному строительству, солнечная архитектура должна обеспечивать улавливание максимального количества солнечной энергии в зимний период с целью снижения потребления топлива. В солнечных домах используются пассивные и активные гелиосистемы. В пассивных системах солнечная энергия улавливается и аккумулируется в ограждающих конструкциях самого здания: в полу, стенах, потолке. Архитектурно-планировочные решения солнечных домов определяются особенностями климатических условий и имеют специфику в холодном и жарком сухом или влажном климате.

Первая пассивная гелиосистема была запатентована в США в 1881 г. Это был патент на остекленную южную стену темного цвета. В 1972 г. она была вновь запатентована во Франции и по именам изобретателя и архитектора получила название стены Тромба — Мишеля.

В СССР построен ряд солнечных домов в южных районах. По разработке институтов ИВТАН и Армгипросель-хоз в п. Мерцаван (Армения) в 1981 г. построен экспериментальный жилой одноквартирный дом с активной солнечной установкой теплоснабжения, включающей плоский КСЭ площадью 32,4 м^ аккумулятор теплоты и систему КИП. Гелиоустановка покрывает до 55 % годового теплопотребления дома и обеспечивает годовую экономию топлива до 3 т условного топлива. Сметная стои-

мость гелиоустановки (5,5 тыс. руб.) составляет 15,5 7о стоимости дома.

Солнечный двухквартирный дом эксплуатируется в п. Ильичевск Ташкентской обл. Каждая квартира жилой площадью 63 м^ снабжена независимой системой солнечного теплоснабжения, которая включает КСЭ площадью 56 м^, установленный под углом 70° перед южным фасадом здания, аккумулятор теплоты емкостью 4 м^ (запас теплоты на 2—3 дня) на базе водонагревателя СТД-3071, отдельный бак горячей воды емкостью 0,4 м^ на базе водонагревателя СТД-3070, насос ЦВЦ-6,3-3,5 и водонагреватель-дублер КЧМ-1м на природном газе. Отопительные приборы — конвекторы «Комфорт-20». Нетоксичный недорогой и не вызывающий коррозии незамерзающий теплоноситель НОЖ-2 используется в контуре КСЭ, аккумуляторе теплоты и отопительных приборах.

Циркуляция теплоносителя в контуре КСЭ —принудительная, а в системе горячего водоснабжения и в контуре аккумулятора — отопительных приборов —естественная. За отопительный сезон обеспечивается около 30 % нагрузки теплоснабжения, а за 7 мес теплого периода— 100% нагрузки горячего водоснабжения.

Гелиоустановка пансионата в г. Геленджике экономит 355 т условного топлива в год, что эквивалентно экономии 20 900 руб. в год. Разработаны и строятся экспериментальные четырех-пятикомнатные жилые дома в Армении и Дагестане с площадью застройки 125 м^, отапливаемой площадью до 95 м^ и объемом 264 м^. При площади солнечного коллектора 32 и 58 м^ расчетная доля солнечной энергии в покрытии нагрузки теплоснабжения равна соответственно 0,41 и 0,71. Сметная стоимость дома равна 32 тыс. руб. Ожидается, что в год будет экономиться соответственно 1,3 и 3,2 т условного топлива.

Экспериментальный дом фирмы «Филипс» (ФРГ, г. Аахен, 50,5"^ с.ш.) жилой площадью 116 м^ и объемом 290 м^ (рис. 37, а) оборудован эффективной системой для использования солнечной энергии, теплоты грунта и утилизации теплоты сточных вод и удаляемого вентиляционного воздуха. Поставленная при проектировании цель снижения теплопотерь здания была достигнута путем применения улучшенной теплоизоляции стен, двойного остекления окон с отражательным для инфракрасного