При выборе системы пассивного солнечного отопления необходимо учитывать географическое положение, влияющее на внешний облик дома и рентабельность системы.
Солнечный дом Чемпионов, построенный по проекту американского архитектора Денниса Холлоуэя (Dennis Holloway).
Как правило, в доме с пассивным солнечным отоплением одновременно используется несколько типов солнечных систем, например, пристроенная к южному фасаду здания солнечная теплица (оранжерея, зимний сад), южная остеклённая теплоаккумулирующая стена Тромба и солнцеулавливающие окна южной ориентации.
Содержание
- Техническое задание и эскизное проектирование
- Ориентация дома
- Площадь солнцеулавливающих поверхностей
- Размещение теплоаккумулятора
- Масса теплоаккумулятора
- Заключение
Техническое задание и эскизное проектирование
При разработке технического задания и эскизном проектировании системы пассивного солнечного отопления учитываются самые общие ограничения, налагаемые на систему следующими факторами:
- географическое местоположение здания;
- назначение здания;
- размеры здания;
- допустимая стоимость;
- располагаемые или необходимые материалы.
Последовательность работ:
- Эскизная проработка нескольких вариантов системы солнечного отопления, заканчивающаяся выбором предпочтительного варианта.
- Разработка детального проекта и принятие решения относительно:
- расположения комнат;
- размеров комнат;
- ориентации здания;
- выбора материалов;
- уточнения всех размеров
В результате выполнения этой второй стадии проектирования получается вполне конкретная конструктивная разработка здания. Иногда на этой стадии разрабатываются конкурирующие варианты, например отличающиеся различными архитектурно-планировочными решениями или используемыми строительными материалами, с учётом экономических и теплотехнических факторов. Это та стадия проектирования, на которой принимаются все основные архитектурные и инженерные решения.
- Выполнение рабочих чертежей со всеми необходимыми деталями с указанием размеров, материалов, то есть со всем, что требуется для осуществления строительства здания с системой пассивного солнечного отопления.
Ориентация дома
Как должно быть ориентировано здание с пассивным использованием солнечного излучения для отопления?
Наилучшая ориентация здания — южная, однако допускается отклонение фасада здания до 30° к востоку или западу.
Площадь солнцеулавливающих поверхностей
При расчёте систем пассивного солнечного отопления необходимо определить площадь светопрозрачных поверхностей наружных ограждений здания, используемых для улавливания солнечной энергии.
Относительная площадь солнцеулавливающих поверхностей в различных климатических зонах может составлять 10–100% площади отапливаемых помещений. При этом за счёт использования солнечной энергии обеспечивается обычно определённая доля f (10–80%) тепловой нагрузки отопления и соответственно уменьшается расход теплоты от топливного источника.
В случае использования подвижной тепловой изоляции, закрывающей в ночное время лучепрозрачные поверхности, теплопотери здания значительно снижаются и эффективность солнечной системы возрастает в 1,5–2,5 раза.
Размещение теплоаккумулятора
Необходимым условием эффективного функционирования пассивной системы солнечного отопления является рациональное размещение теплоаккумулирующего элемента, обеспечивающее его облучение Солнцем в течение как минимум 4 ч в день. Для этого он должен быть размещён непосредственно вблизи остекления.
Масса теплоаккумулятора
При расчёте систем пассивного солнечного отопления необходимо определить массу теплоаккумулирующих элементов пола, стен, потолка. Как правило, эти элементы выполняются из бетона, но для аккумулирования теплоты могут также использоваться ёмкости, заполненные водой. При этом удельные масса и объём теплоаккумулирующих элементов, отнесённые к 1 м² площади остеклённых поверхностей, ориентированных на юг, определяются в зависимости от доли f (%) солнечной энергии в покрытии тепловой нагрузки отопления как
mак = C*f; Vак = Cоб*f
Значения коэффициентов определяются видом теплоаккумулирующего элемента. Так, для ёмкости с водой:
C = 3 кг/(%*м²); Cоб = 0,003 м³/(%*м²)
для бетонной или каменной стены (пола):
C = 15 кг/(%*м²); Cоб = 0,075 м³/(%*м²)
Следует отметить, что величина f практически соответствует процентному снижению расхода теплоты от обычного топливного источника.
Так, например, если требуется снизить теплопотребление дома на 40%, что соответствует значению f = 40%, необходимые масса и объем водяного аккумулятора теплоты составят:
mак = 120 кг/м²; Vак = 0,12 м³/м²
для бетонной стены (пола)
mак = 600 кг/м²; Vак = 0,3 м³/м²
При f = 10–80% удельный объём Vак, отнесённый к 1 м² площади солнцеулавливающих поверхностей южного фасада, равен для ёмкостей с водой:
Vак = 0,03–0,24 м³/м²
для бетонной стены (пола):
Vак = 0,08–0,6 м³/м²
Рассмотрим пример оценки массы теплоаккумулирующих элементов дома жилой площадью 120 м² при условии, что требуется снизить теплопотребление за счёт солнечной энергии на 60% и что площадь светопрозрачных поверхностей, улавливающих солнечную энергию, равна 40 м².
Аккумулирование теплоты осуществляется в бетонном полу. В соответствии с приведёнными выше данными необходимый удельный объём теплоаккумулирующего бетонного пола составит:
Vак = Cоб*f = 0,0075*60 = 0,45 м³/м²
а всего требуется:
Vак = 40*0,45 = 18 м³ бетона:
Это означает, что пол должен иметь толщину:
18/120 = 0,15 м
Заключение
Только выполнив все этапы эскизного проектирования и расчётов системы солнечного отопления будет понятно следующее: каким должен быть облик будущего дома; какова будет стоимость строительства; каков будет срок окупаемости этого дома.
Комментарии