Солнечная тепловая энергия. Пассивное солнечное нагревание, 3
Раньше было:
Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения
4. Солнечная радиация и времена года
5. Удивительные свойства стекла
6. Использование низкотемпературного оборудования на солнечной энергии - 1, 2
7. Активное солнечное нагревание
8. Пассивное солнечное нагревание - 1, 2
Зимние сады, теплицы и атриумы
Получение "прямых выгод" (термин обсуждался в предыдущем посте) вполне реально для новостроек, а вот ко многим давно построенным зданиям можно просто пристроить зимние сады или теплицы - к южным фасадам. В новостройках они могут быть заложены в проекты наряду с другими решениями.
А следующий рисунок показывает, как к обычному нетеплосберегающему дому викторианской эпохи (девятнадцатого столетия) в Милтон Кейнс пристоен остекленный тамбур (терраса):
Контроль эффективности этого решения показал, что оно позволило сохранить дополнительно 800 кВт*час тепла за год, в основном за счет накопления тепла солнечного света. Однако, не все сохраненное тепло - «солнечная» энергия:
- 15% ее было удержано благодаря тепловой буферизации дома, потому что веранда действует как добавочная изоляция южной стороны дома;
- 55% - благодаря подогреву воздуха вентиляционной системой дома. Свежий воздух, поступающий через остекленную террасу, также нагревается там, как в грелке, чем он отличается от всего остального поступающего в дом воздуха;
- 30% поступает благодаря прямому солнечному нагреву южной стены через стекла теплицы (прямые "солнечные выгоды"); затем тепло проникает в дом через стену.
Дополнительно 150 кВт*час за год можно получить при использовании насоса для перекачивания теплого воздуха из теплицы в дом, который включается, когда воздух достаточно нагреется (Форд, 1982).
Застекленные веранды, зимние сады и теплицы дороги в строительстве, поэтому их добавление к дому не может быть оправдано только сохранением тепла. Чаще их пристраивают как добавочные области неотапливаемого пригодного для жилья пространства. Здесь нужно быть точным в определениях. Веранда только сохраняет тепло, если она не отапливается, как отапливатся все остальные комнаты дома. Так происходит, другая комната оборудована радиаторами отопления, соединенными с центральной теплосетью. Один дом, построенный подобно этому, может легко нивелировать сохранения энергии 10 другими домами с неотапливаемыми остекленными верандами.
Затраты на остекленную веранду легче уменьшить для новостроек, если они включены в проект. Дом в имении Хокертон (Hockerton) в Ноттингемшире является производным проекта школы в Вэллеси (см. предыдущие посты) с верандой во всю ширину фасада (EST, 2003).
Дом в имении Хокертон (Hockerton) с остекленной верандой и земляной защитой
Стены и крыша дома имеют 300 мм изоляцию, задняя часть дома покрыта землей, что дает дополнительную теплосохраняющую массу и защиту от наихудшей зимней погоды. Это называют земляной защитой.
Застекленный атриум также становится все более и более употребимым. В самом простом исполнении это остекленные световые колодцы в центре административных зданий. Другая крайность - остекленная крыша в больших торговых центрах, что создает неотапливаемое, но хорошо освещенное пространство.
Для утепления также успешно используют стены Тромбе. Они также могут быть частью теплицы или зимнего сада. Но для утепления также можно пристроить остекленную веранду с небольшим воздушным зазором, в котором собирается нагретый воздух. Оригинальные (экспериментальные, единичные, пробные) проекты строились из 1950-х на юге Франции, но идея была отработана (широко введена в практику) в Великобритании:
Бунгало в Бебингтоне (Bebington), что возле Ливерпуля, где использованы стены Тромбе.
Эта технология лучше всего работает в регионах с солнечным климатом. Но при остеклении веранды большая часть здания скрыта от прямого солнечного света стеной, стоящей за стеклом, и для хорошего освещения помещения нужен искусственный свет. В этом случае не используются прямые "солнечные выгоды". Еще один экспериментальный вариант - расположенные на крыше или в стене воздухосборники. Также можно использовать отоплением за счет нагревания солнцем воды. Но не менее рентабельно вложить деньги в хорошее утепление.
Как избежать затемнения
Один важный аспект проекта для хорошего пассивного солнечного нагревания - убедиться, что солнечное освещение средне-зимней интенсивности поступает на основные части построек, и этого достигают прежде всего соблюдением строительных интервалов между зданиями.
Есть много инструментов для выполнения этой задачи - например, диаграмма положения Солнца над горизонтом:
Перевод надписей:
Угол высоты стояния солнца
Угол поворота на восток и запад относительно юга
Восток
Юг
Запад
Полдень
Чертя план горизонта на диаграмме, можно составить представление о затемнении. Эта диаграмма для 56°N приблизительно соответствует широтам Глазго или Эдинбурга. Для каждой широты на диаграмме показана высота нахождения Солнца на небе, видимая с Земли.
На практике, контуры деревьев и зданий могут быть нанесены на этой диаграмме для каждого конкретного места. Диаграмма показывает, в какие часы дня и в течение скольких месяцев Солнце будет затемнено. Дома в Пенниленде (Pennylаnd) были построены таким образом, что полуденное солнце в середине декабря появлялось над крышами домов со стороны юга.
Однако, нужно оценивать, насколько целесообразно убирать с улиц деревья, затемняющие здания. Чтобы получить максимальную выгоду от пассивного солнечного нагрева в его широком смысле, необходимо следовать другому правилу: дома нужно защищать от сильных зимних ветров.
Компьютерное моделирование свидетельствует, что в таких домах, как в Пенниленде, можно достичь теплосбережения, соответствующего предельным солнечным выгодам - приблизительно 500 кВт*час за год в каждом доме.
Где зарождаются зимние ветры? Это зависит от местного микроклимата. В большинстве регионов Великобритании преобладает юго-западный ветер. Поэтому идеально было бы высаживать деревья вдоль юго-западной стороны домов. Причем это дает возможность защитить от ветра, но не затемнять от солнца. Каждый регион имеет свои отличия в планировании подобных решений.
.