Переоборудования дома в солнечный дом обеспечит не только реальное сокращение потребностей в ископаемом топливе, но и сэкономит значительные денежные средства.
Внешний вид воздушных солнечных коллекторов из банок на крыше обычного дома
Как и для новых зданий, переоборудование старых может осуществляться на различных уровнях технологической сложности, денежных и энергетических расходов и практического подхода.
Содержание
- Способы переоборудования дома в солнечный дом
- Ориентация и угол наклона солнечного коллектора
- Переделка крыши в солнечный коллектор
- Солнечный коллектор на стене южной ориентации
- Отдельно стоящий солнечный коллектор
- Солнечный коллектор, встроенный в оконную коробку
- Простая термосифонная система солнечного отопления
Способы переоборудования дома в солнечный дом
Существуют три основных способа переоборудования зданий:
- крепление солнечных коллекторов к существующим или несколько видоизмененным наружным стенам или крышам домов;
- установка коллекторов на пристройку к зданию (крыльцо, гараж, новое крыло);
- строительство сооружения для размещения солнечных коллекторов отдельно от здания (отдельно стоящий сарай, гараж, амбар или сооружение, построенное исключительно для размещения коллектора).
Размещение солнечных коллекторов применительно к существующим домам:
1 — на существующей крыше или стене; 2 — коллектор; 3 — только вертикальные стеновые коллекторы (для широт выше 35°с.ш.); 4 — на пристройке к зданию; 5 — на отдельной конструкции
Ориентация и угол наклона солнечного коллектора
Из-за ограничений, связанных с использованием существующих зданий, ориентация и угол наклона солнечных коллекторов могут быть не оптимальными. Часто экономические соображения ограничивают возможность изменить имеющиеся условия применения коллекторов и тем самым суживают возможности оптимизации проекта.
Конструкция солнечных коллекторов, используемых для нагрева воды, обладает несколько большей гибкостью благодаря меньшему размеру коллекторов. Этому способствует и режим круглогодичного их использования, поскольку положение солнечного диска на небосводе меняется в течение 12 месяцев гораздо больше, чем во время более короткого отопительного сезона.
Коллекторы для системы солнечного охлаждения с трудом достигают требуемой эффективности даже в наилучших условиях инсоляции, и поэтому по возможности должны иметь оптимальную конструкцию и размещение, что затрудняет их приспособление к существующим зданиям.
Для системы солнечного отопления размер коллектора должен быть более половины площади пола здания, но не менее 10 м².
Для приготовления горячей воды коллектор может быть небольшим исходя из нормы 2,5–3 м² на человека.
Ориентация солнечных коллекторов для системы отопления должна быть в пределах от юга — юго-востока до юга — юго-запада и от юго-востока до юго-запада для системы приготовления горячей воды.
Угол наклона солнечных коллекторов для системы отопления помещений (измеряемый от горизонтали) может находиться в пределах α = φ + 10–15°, где φ — широта местности. Для 40° с.ш. эти пределы составляют 40–90°.
Наклон солнечных коллекторов для системы горячего водоснабжения находится в пределах α = -10<φ<+25°. Для 40° с.ш. этот диапазон составляет 30–75°
Во всех вышеуказанных пределах сезонная или годовая общая эффективность системы будет отличаться не более чем на 10–20 % от оптимальной.
Переделка крыши в солнечный коллектор
Один из самых простых способов использования солнечного тепла при существующих крышах заключается в пропускании воды поверх гонтовой поверхности. Теплоприёмная поверхность должна быть как можно более чёрной, при необходимости окрашенной и свободной от мусора. К стропилам крепятся рамы для двух слоёв остекления и конструкционного материала (например, полиэфирной смолы, армированной стекловолокном) с учётом мер для предупреждения протечек.
Крышу можно также покрыть волнистыми алюминиевыми листами, окрашенными в чёрный цвет и закрытыми стеклом. Вода подается через перфорированную трубу вдоль конька крыши и собирается затем в желоб. Коэффициент полезного действия такого коллектора невелик, но незначительные затраты, связанные с превращением существующей крыши в солнечный коллектор, могут оправдать невысокий КПД.
На рисунке показаны некоторые детали возможной конструкции солнечного коллектора.
Переделка существующей крыши в солнечный коллектор водяного типа с открытым потоком:
1 — верхняя накладка; 2 — труба с перфорациями; 3 — два слоя стекла или другого прозрачного материала; 4 — холодная вода; 5 — фильтр (для асфальтовой крошки); 6 — нагретая вода, стекающая в желоб; 7 — конопатка (типовая); 8 — стекло; 9 — металлический кляммер; 10 — гонт; 11 — фанера; 12 — стропило
Солнечный коллектор на стене южной ориентации
Участки стен южной ориентации можно превратить в воздушные коллекторы примерно также, как это было сделано с крышами.
Водяные коллекторы при размещении на стенах менее практичны, поскольку отсутствует наклонная поверхность, по которой вода может стекать.
Отдельно стоящий солнечный коллектор
Во дворах вне дома солнечные коллекторы могут размещаться на отдельно стоящих конструкциях. Пример такого устройства показан на рисунке.
Прохладный воздух из дома отбирается через нижнюю часть окна в солнечный коллектор, а подаётся обратно в помещение через верхнюю часть окна. Устройство похоже на оконный кондиционер. Более высокая степень регулирования достигается путём подачи прохладного воздуха в коллектор из одного окна и возврата тёплого воздуха в другое.
Портативный воздушный солнечный коллектор воздушного типа, устанавливаемый во дворе
Солнечный коллектор, встроенный в оконную коробку
При переоборудовании существующих зданий можно применить быстрый и достаточно дешёвый метод установки простых солнечных коллекторов воздушного типа в оконной коробке.
На следующий рисунках представлены модификации вертикальных термосифонных солнечных коллекторов. Такие коллекторы предназначены для установки в проёмы существующих окон. На первом из этих рисунков показана конструкция, приписываемая Баку Роджерсу из г. Эмбудо (Нью-Мексико, США). Прохладный воздух из помещения засасывается в солнечный коллектор нагретым воздухом, который из коллектора поступает в помещение.
Солнечный коллектор, встроенный в оконную коробку:
1 — стена дома; 2 — окно; 3 — теплый воздух; 4 — прохладный воздух; 5 — стекло; 6 — коллектор; 7 — фанера; 8 — изоляция
На следующем рисунке показан вертикальный вариант предыдущей конструкции, который особенно приемлем для крупных зданий.
Вариант устройства солнечного коллектора в оконной коробке:
1 — существующая стена дома; 2 — существующее окно; 3 — нагретый воздух; 4 — прохладный комнатный воздух; 5 — стекло или пластмасса; 6 — чёрная пластина коллектора; 7 — пол в помещении
Хотя солнечный коллектор в оконной коробке может быть почти любого размера, его эффективность, даже и значительная, основываясь на площади, в действительности будет мала, если размеры коллектора существенно не превышают размеров окна. Если для обеспечения 50%-ной потребности в отоплении требуется солнечный коллектор размером 25–50% от площади пола здания, то должно быть ясно, что для заметной экономии энергии требуются большие коллекторы.
На следующем рисунке показан солнечный коллектор значительно превышающий размеры окна.
Солнечный коллектор, превышающий по размеру оконную коробку
Простая термосифонная система солнечного отопления
Трудная задача дополнения существующих зданий аккумулятором тепла была практически решена Дж. П. Гуптой и Р. К. Чопрой из лаборатории министерства обороны (г. Джодхпур, Индия). Они разработали простой солнечный обогреватель комнат не требующий механической энергии и встраиваемый в существующие здания.
Простой солнечный обогреватель комнаты:
1 — холодная вода; 2 — солнечный коллектор; 3 — солнечная радиация; 4 — горячая вода; 5 — перелив; 6 — стена; 7 — фанера; 8 — изоляция (сухая трава); 9 — глинобитная крыша; 10 — джутовая изоляция; 11 — воздушный зазор; 12 — отверстие для сообщения с атмосферой и заливки; 13 — кран; 14 — стекловата; 15 — бак; 16 — подставка для бака; 17 — дверь
Как видно из рисунка солнечный коллектор южной ориентации наклонно опирается на стену здания. Высокий бак с горячей водой без теплоизоляции находится в помещении, примыкая хорошо изолированной стенкой к наружной стене.
В результате естественной конвекции вода циркулирует из плоского коллектора в бак и обратно в коллектор. Если в данном климате возможны отрицательные температуры, в воду добавляется антифриз. Тепло в помещение бак излучает своей передней стенкой.